自升式鉆井平臺泥漿處理系統優化設計

婁春景，于海洋，郭平勇

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

自升式鉆井平臺[1]具有操作靈活、適應水域廣、自存能力強和可重復使用等特點，在淺海油氣勘探開發中得到了廣泛應用。同時鉆井系統是鉆井平臺的核心，鉆井系統的設計優劣，直接決定著鉆井平臺的核心競爭力。

以JU2000-E型自升式鉆井平臺為研究載體，提出泥漿處理系統的優化設計理念及具體方案。對減少現場施工更改，節省施工成本，優化系統性能，為后續平臺泥漿處理系統的優化，提供理論依據和技術支持。

1 泥漿處理系統

1.1 泥漿處理系統的作用及優化

泥漿處理系統是各類鉆井平臺鉆井作業的重要支持系統。泥漿即鉆井液，具有冷卻鉆頭，加固及穩定井壁，平衡底層壓力及沖洗巖屑等功能。泥漿又分為油基泥漿和水基泥漿。水基泥漿，通常指用海水、淡水、化學鹽水調配的泥漿。油基泥漿，通常指用基油，柴油，瀝青，礦物油調配的泥漿。在不同的巖層、地域，根據鉆井穿透速率的不同，選擇不同類型的鉆井泥漿。泥漿是液體、固體和化學處理劑的混合物。泥漿中的固體顆粒分為有用固相和有害固相。泥漿處理設備、泥漿處理池、泥漿槽等通過管線及閥門進行有序連接構成泥漿處理系統。泥漿處理系統的作用可以概括為：回收、利用有用固相，排除鉆井過程中產生的有害固相和有害氣體。

泥漿處理系統的設計決定著鉆井平臺處理、回收鉆井液的能力、對鉆井平臺的性能評價具有決定性意義。基于此，船東對該系統的設計極為重視，常要求船廠對泥漿處理系統的設計進行反復優化，甚至在系統安裝完畢后，若調試效果不理想，仍要求船廠對泥漿處理系統的設計進行修改。

1.2 泥漿材料

泥漿的配漿原材料中包括粘土類（膨潤土等），加重物料（重晶石粉、石灰石粉、鐵礦石粉等），無機處理劑，有機處理劑等，而從井底返流的泥漿中不僅包括粘土類、加重材料等，還包括鉆屑、劣質土、砂粒等固相物料。泥漿處理系統設計缺陷，將會產生泥漿局部積聚，阻塞處理系統等情況。

1.3 泥漿處理系統流程

隨著船東對鉆井平臺高性能的追逐，鉆井液固相控制設備也逐漸增多，設備性能要求也逐漸提高。自升式鉆井平臺的泥漿處理設備一般包括：刮泥器、振動篩、除砂和除泥器、離心機、除氣器、輔助泵等。分級清除鉆屑是泥漿處理系統設備體系的基本工作流程（見圖1）。

井口返流的泥漿流回刮泥器，刮泥器對返流回的泥漿進行初步處理后，將泥漿輸送至分配器，再由分配器根據工況將泥漿分配到幾個振動篩進行處理，處理后的泥漿再經過五級泥漿處理池、除氣器等設備進行處理。泥漿處理流程期間，有害固相被逐級剔除并通過螺旋輸送器或排篩槽等排出。

圖1 泥漿處理系統的簡化流程

2 泥漿處理系統優化設計[2]

2.1 泥漿處理池結構調整

泥漿處理池是泥漿處理系統中關鍵的一環，對其結構的設計優化有利于設備布置，管系放樣，節省設計及建造成本。由圖2可知，其結構采用較多的支撐，底部結構向右舷傾斜，造成泥漿處理間空間相當緊張，不利于設備、管線、電纜等布置。

圖2 初始泥漿處理池結構

1) 優化點1，如圖2右側艙壁導致右舷大量空間無法使用，操作人員不能維修閥門。

2) 優化點2，如圖2的右側，結構支撐較多，造成了泥漿處理泵布置困難。

可以優化泥漿處理池支撐結構型式，更改底部艙壁朝向。使該區域改成敞開式，泥漿吸入總管可設置于泥漿處理池下部，這就優化了管線布局。取消不必要的支撐，給泥漿處理泵的布置讓出了更多空間。空間利用更充分，布局更合理（見圖3）。

2.2 刮泥器前排海管

該平臺基本設計在泥漿返流流程中沒有在刮泥器前設置直接排海管（見圖4）。泥漿的排海過程必須經過刮泥器或振動篩排海管線排海。

在表層鉆井作業時，產生體積較大的大量泥餅，如果經刮泥器或振動篩排海，極有可能堵塞這些設備內部泥漿通道。必須在刮泥器之前管路上增加直接排海支管以實現在表層鉆井作業時，泥餅直接排舷外（見圖5）。

2.3 油基泥漿與水基泥漿的處理

水基泥漿無污染可以直接排海，油基泥漿必須經處理后排海。基本設計方案所有泥漿都通過刮泥器然后進入振動篩等后續泥漿處理設備，這種設計未區分水基和油基泥漿的處理方式。應增加一條旁通刮泥器的管線，使油基泥漿不通過刮泥器。這樣的優化設計更合理，在節省管線等材料的基礎上得到船東認可。

圖3 優化后的泥漿處理池結構

圖4 基本設計泥漿返流流程

圖5 更改后的泥漿返流流程

2.4 完井作業旁通固控設備

鉆井液一般需要通過固控設備或五級處理池才可回收利用，常規設計見圖6所示。

圖6 常規泥漿處理流程

當完井或洗井等作業時，鉆井液一般僅為鹽水等無污染且價格昂貴的完井液，如果要通過固控設備或五級處理池才可回收利用，是一種浪費。因此優化設計后，加了一條旁通管路，為防止誤操作，該管線上設計了常盲眼鏡法蘭（見圖7）。在確保泥漿體系安全的前提下，才可以進行該操作。

圖7 優化后泥漿處理流程

3 結 語

泥漿處理系統的優化設計是包括自升式鉆井平臺在內的各類鉆井平臺優化性能的一個突破性方向。通過對泥漿處理系統的優化設計進行探討，提出了具體的優化方案，可以為同類鉆井平臺的設計及建造工作帶來啟示。

[1] 孫東昌，潘 斌. 海洋自升式平臺設計與研究[M]. 上海：上海交通大學出版社，2008.

[2] 楊宏濱. 鉆井平臺低壓泥漿系統的設計探討[J]. 中國造船，2012.