BHCP-400型自升式鉆井平臺(tái)巖屑處理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

史楠楠，趙 娜，高永杰，李文彪，張興蓮

(渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124010 )①

BHCP-400型自升式鉆井平臺(tái)巖屑處理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

史楠楠，趙 娜，高永杰，李文彪，張興蓮

(渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124010 )①

通過(guò)匹配BHCP-400型自升式鉆井平臺(tái)的巖屑處理系統(tǒng)，提出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，分析了不同方案的工作原理、關(guān)鍵部件，總結(jié)了各方案的特點(diǎn)。結(jié)論表明：2個(gè)方案都可以實(shí)現(xiàn)排放巖屑和有害巖屑的處理，具有一定廢棄巖屑的存儲(chǔ)能力。方案一直接將泥漿處理平臺(tái)篩出的有害巖屑存儲(chǔ)至巖屑箱，待運(yùn)輸船回岸處理，該方案簡(jiǎn)單，前期投資小，設(shè)備占用空間小，應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的廢棄巖屑，需要較大的存儲(chǔ)空間；方案二可在平臺(tái)上對(duì)有害巖屑進(jìn)行后續(xù)處理，產(chǎn)生的廢棄巖屑比較干燥，不需要太多的占地空間，更加符合HSE和環(huán)保要求，但是前期投入成本較大，設(shè)備占用空間大。

自升式鉆井平臺(tái)；巖屑處理系統(tǒng)；方案設(shè)計(jì)

近年來(lái)，為了降低石油廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的嚴(yán)重破壞，在全球范圍內(nèi)制定了環(huán)保法規(guī)，限制或禁止各類(lèi)有害巖屑的隨意排放[1-4]。隨之而來(lái)的“巖屑處理作業(yè)”在各類(lèi)鉆、修平臺(tái)中出現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。以海洋鉆井平臺(tái)為例，作業(yè)中產(chǎn)生的有害巖屑在上岸前需要經(jīng)過(guò)一套專(zhuān)業(yè)設(shè)備進(jìn)行處置。這對(duì)平臺(tái)上有限的設(shè)計(jì)空間和設(shè)備布置都會(huì)產(chǎn)生挑戰(zhàn)。

目前，對(duì)于海上“巖屑處理作業(yè)”，國(guó)外很多公司已經(jīng)進(jìn)入比較深入的研究，我國(guó)資歷尚淺。在配套BHCP-300-3號(hào)平臺(tái)時(shí)，SWACO公司提供一種產(chǎn)品CleanCut Bulk Cuttings Transfer System(簡(jiǎn)稱(chēng)CCB)。該系統(tǒng)采用自動(dòng)管道傳輸、運(yùn)輸船存儲(chǔ)和回岸統(tǒng)一處理的方法，取消了巖屑箱，減少吊裝搬運(yùn)次數(shù)，節(jié)約了平臺(tái)的有效空間，節(jié)省了人力物力。整個(gè)過(guò)程巖屑處于完全密封狀態(tài)，更加環(huán)保。

BHCP-400型自升式鉆井平臺(tái)是渤海裝備遼河重工有限公司獨(dú)立研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造的鉆井平臺(tái)，它適用于泥砂質(zhì)或淤泥質(zhì)海床作業(yè)，最大工作水深可達(dá)122 m(400英尺)，額定鉆井深度為9 000 m(30 000英尺)，可鉆超深井、大位移叢式井、水平井，具有試油輔助功能。為了匹配此平臺(tái)的泥漿巖屑處理系統(tǒng)，本文進(jìn)行了系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1) 海洋鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮作業(yè)海域所屬?lài)?guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足入級(jí)船級(jí)社的相關(guān)規(guī)范，最重要的是需要嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。適用于巖屑處理系統(tǒng)的行規(guī)主要有：《中華人民共和國(guó)海洋保護(hù)法》，GB4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》，GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]等。

2) 巖屑處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足海上處理各類(lèi)泥漿的能力。有效解決鉆井過(guò)程中使用各類(lèi)泥漿[6]的排放問(wèn)題。還應(yīng)滿(mǎn)足一定廢棄巖屑的存儲(chǔ)能力。設(shè)備選擇配置應(yīng)有較高的可靠性和冗余性。

3) 平臺(tái)空間尺寸和允許的可變載荷有限，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)做到結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、模塊化程度高；設(shè)備操作方便，密封安全可靠，現(xiàn)場(chǎng)維修方便。

4) 海洋環(huán)境鹽霧大，腐蝕性強(qiáng)，要求整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備、管線、緊固件、結(jié)構(gòu)件必須符合海洋環(huán)境的作業(yè)要求，采用防腐材料或表面噴涂防護(hù)[7]。

5) 海上作業(yè)對(duì)HSE的要求更加嚴(yán)格。巖屑處理設(shè)備和管線必須有顯著的標(biāo)示，設(shè)備必須預(yù)留足夠的操作和維護(hù)的空間[8]。

2 方案設(shè)計(jì)

自升式鉆井平臺(tái)泥漿巖屑處理系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)巖屑分類(lèi)、傳送、處理以及液體的回收再利用。針對(duì)BHCP-400型自升式鉆井平臺(tái)，本文共設(shè)計(jì)了2種方案。

2.1 方案一

系統(tǒng)由3條螺旋輸送器、巖屑箱及相應(yīng)的管路組成。

工作原理：井口返出的泥漿經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩、泥漿清潔器、離心機(jī)等幾級(jí)凈化設(shè)備分離出的巖屑進(jìn)入巖屑導(dǎo)向裝置內(nèi)。導(dǎo)向裝置下面并列布置一個(gè)傾斜的排海槽和泥漿巖屑收集槽。當(dāng)鉆井泥漿為允許排海的泥漿巖屑時(shí)，導(dǎo)向裝置切換到排海槽一側(cè)，巖屑順著導(dǎo)板流入排海槽中，排海槽兩側(cè)壁設(shè)有海水管，可以助推巖屑，使其順利入海；當(dāng)使用有污染的泥漿鉆井時(shí)，導(dǎo)向裝置通過(guò)導(dǎo)板將巖屑導(dǎo)入泥漿巖屑收集槽里面。此槽下部開(kāi)5個(gè)小孔，巖屑通過(guò)小孔落入到螺旋輸送機(jī)內(nèi)。經(jīng)過(guò)芯軸和葉片的傳送將有害巖屑送至巖屑箱并存儲(chǔ)起來(lái)，等待運(yùn)輸船運(yùn)回陸地集中處理。如圖1所示。

1—振動(dòng)篩組；2—泥漿清潔器；3—螺旋輸送機(jī)組；4—巖屑箱。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

1) 右端的螺旋輸送機(jī)底部設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，可以沿中心線擺動(dòng)。當(dāng)一箱巖屑收集完畢時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸機(jī)，可以向下一個(gè)巖屑箱排放，保障巖屑回收的連續(xù)性。

2) 泥漿巖屑排海槽的兩側(cè)壁設(shè)計(jì)了海水沖刷管線，防止巖屑堆積，有助于巖屑順利排海。

3) 系統(tǒng)采用一字型布置，利用合理空間。

4) 巖屑箱的設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足空箱多層碼放，滿(mǎn)箱兩層碼放，有效節(jié)約平臺(tái)空間。

5) 設(shè)備簡(jiǎn)單，前期投入小。

2.2 方案二

系統(tǒng)由螺旋輸送機(jī)，巖屑甩干機(jī)，高速離心機(jī)，螺桿泵，液體收集罐，巖屑箱等設(shè)備及相應(yīng)的管路組成。

工作原理：允許排海的巖屑處理方式與方案一相同，即通過(guò)巖屑導(dǎo)向裝置導(dǎo)入排海槽直接排海；有害巖屑則通過(guò)螺旋輸送機(jī)傳送至巖屑甩干機(jī)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行分離、甩干。分離后的液體進(jìn)入泥漿收集罐，固體經(jīng)過(guò)下一級(jí)螺旋輸送機(jī)至巖屑箱。巖屑甩干機(jī)排出的液體由螺桿泵輸送至高速變頻離心機(jī)，進(jìn)行精細(xì)分離。離心機(jī)分離出的固體同巖屑甩干機(jī)一樣進(jìn)入另一個(gè)巖屑箱中。液體進(jìn)入泥漿凈化池的離心艙，流入主甲板下的泥漿池艙，通過(guò)泥漿泵再次參與泥漿系統(tǒng)循環(huán)。如圖2所示。

1—振動(dòng)篩組；2—泥漿清潔器；3—中速離心機(jī)；4—高速離心機(jī)；5—螺旋輸送機(jī)；6—甩干機(jī)；7—泥漿凈化池。

系統(tǒng)特點(diǎn)

1) 系統(tǒng)單獨(dú)配置1臺(tái)高速變頻離心機(jī)，處理有害泥漿中的油基泥漿，并設(shè)置1臺(tái)可移動(dòng)的氣動(dòng)隔膜泵對(duì)這臺(tái)離心機(jī)進(jìn)行清洗。

2) 泥漿巖屑排海槽的兩側(cè)設(shè)計(jì)了海水沖刷管線，防止巖屑堆積。有助于巖屑順利排海。

3) 泥漿回收罐出口管線通過(guò)螺桿泵和管線上的閥門(mén)可以實(shí)現(xiàn)泥漿入凈化池、高速變頻離心機(jī)有2個(gè)回路，也可以實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)液體自循環(huán)的功能。

4) 巖屑箱的設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足空箱碼放多層，滿(mǎn)箱碼放2層。有效節(jié)約平臺(tái)空間。

5) 系統(tǒng)布置采用線型+回轉(zhuǎn)方式，有效利用了周?chē)臻g。

3 關(guān)鍵設(shè)備及結(jié)構(gòu)

3.1 巖屑導(dǎo)向裝置

巖屑導(dǎo)向裝置是2個(gè)方案的共用結(jié)構(gòu)。它是1個(gè)上、下通透的槽體。槽內(nèi)有1個(gè)可以撥動(dòng)的導(dǎo)板，用于巖屑切換。當(dāng)使用允許排放的泥漿鉆井時(shí)，導(dǎo)板翻轉(zhuǎn)至排海槽一側(cè)，固相巖屑通過(guò)此槽直接排入海中；如果使用有污染的泥漿鉆井時(shí)，將導(dǎo)板翻轉(zhuǎn)至另一側(cè)，巖屑經(jīng)此槽落入螺旋輸送機(jī)內(nèi)。如圖3。

1—振動(dòng)篩；2—巖屑導(dǎo)向裝置；3—直通排海槽；4—螺旋輸送機(jī)；5—振動(dòng)篩排沙槽。

3.2 螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)是2個(gè)方案的共用設(shè)備。方案不同，布置方式也不同(如圖1～2)。其工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，即利用巖屑自身重力和螺旋葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)形成的連續(xù)推力迫使將巖屑向出口方向推進(jìn)。由于傳送距離較長(zhǎng)，全部采用傳動(dòng)剛性較強(qiáng)的軸式螺旋輸送機(jī)。其結(jié)構(gòu)如圖4。為了匹配振動(dòng)篩的巖屑產(chǎn)量及巖屑甩干機(jī)的處理量，選擇傳輸量為40 t/h。

1—電機(jī)；2—減速器；3—?dú)んw；4—傳動(dòng)軸；5—葉片；6—進(jìn)料口；7—支架；8—出料口。

3.3 巖屑甩干機(jī)

巖屑甩干機(jī)[9]應(yīng)用在方案2中，是自升式鉆井平臺(tái)有害泥漿巖屑處理的關(guān)鍵設(shè)備。最大處理能力為40 t/h。由進(jìn)料漏斗、錐形體、飛片、馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)膠帶、篩布、轉(zhuǎn)動(dòng)體等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5。

1—篩布；2—轉(zhuǎn)動(dòng)體；3—進(jìn)料漏斗；4—錐形蓋；5—錐形體；6—飛片；7—篩布支架；8—馬達(dá)；9—轉(zhuǎn)動(dòng)膠帶。

工作原理：巖屑經(jīng)由進(jìn)料漏斗被送至設(shè)備頂部，然后被錐型蓋和飛片立即加速，直接飛到篩布表面。一旦巖屑接觸到篩布，通過(guò)設(shè)備提供的300多“G”系數(shù)，將液相與固相瞬時(shí)分離。液體通過(guò)篩布的流量由椎體、底座和飛片之間的速度差控制。飛片與篩布之間的距離通常設(shè)置為0.381 mm(0.015英寸)，以攪動(dòng)翻轉(zhuǎn)巖屑實(shí)現(xiàn)液固分離，飛片有助于防止篩布的堵塞。篩出的固體由于重力落在設(shè)備的排放區(qū)內(nèi)。液體穿過(guò)篩布進(jìn)入水槽，通過(guò)排放口排出。

經(jīng)過(guò)巖屑甩干機(jī)處理的油基泥漿可使廢棄物含油量低于6.5%，回收的含油泥漿返回鉆井液循環(huán)系統(tǒng)[10-11]，可以節(jié)約鉆井成本。處理后，巖屑比較干燥，減少了鉆井過(guò)程中廢棄物的體積，同時(shí)也減少了平臺(tái)用吊機(jī)的吊裝次數(shù)。

4 結(jié)論

1) 方案一和方案二對(duì)于允許排放的泥漿的處理方法相同，設(shè)備相同。

2) 2個(gè)方案都用到了螺旋輸送機(jī)和巖屑導(dǎo)向裝置。由于方案不同，螺旋輸送機(jī)的布置形式略有不同。

3) 方案一直接將振動(dòng)篩處理的泥漿巖屑回收至巖屑箱內(nèi)，等待運(yùn)輸船將其送至陸地處理。平臺(tái)前期投資小，設(shè)備占地小。由于巖屑整體回收，所以需要巖屑箱的數(shù)量多，廢棄物占用平臺(tái)空間大。

4) 方案二在平臺(tái)上通過(guò)使用巖屑甩干機(jī)、離心機(jī)設(shè)備對(duì)有害泥漿巖屑進(jìn)一步處理，尤其是在油基泥漿處理方面，可以回收絕大部分的含油泥漿，節(jié)約了生產(chǎn)成本。處理后的巖屑比較干燥，節(jié)省了巖屑箱和平臺(tái)占用空間。但是，平臺(tái)前期投入資金較大。

[1] 胡小剛，康濤.國(guó)外巖屑處理技術(shù)與國(guó)內(nèi)應(yīng)用研究分析[J].石油機(jī)械，2009，37(9)：159-161.

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Scheme Design for Cutting Process System for BHCP-400 Jack Up

SHI Nannan，ZHAO Na，GAO Yongjie，LI Wenbiao，ZHANG Xinglian

(ChinaPetroleumLiaoheEquipmentCompany，Panjin124010，China)

To match the cutting process system of BHCP-400ft jack up，the design criterion has been proposed.And different kinds of schemes of working theory and key components were analyzed.A summary of the characteristics of all schemes was made.The conclusion shows that both the two schemes can realize the cutting discharge and the process of the harmful cuttings.And they both have the storage capability of waste cuttings.Scheme 1 directly pushes the harmful cuttings into the cuttings collection box which produced by the mud process platform.And it will be processed after transported to land.It’s easy.The investment of earlier stage is small.The facilities occupy little room.But the produced waste cuttings are in large amount.And it needs large storage room.Scheme 2 can do the follow-up process of the harmful cuttings.The cuttings produced by it are dry.And it doesn’t need too much room.It applies to HSE and environmental requirement.But the investment of earlier stage is larger.And the facilities occupy more room.

jack up；cuttings process system；scheme design

2016-10-22 作者簡(jiǎn)介：史楠楠(1980-)，女，遼寧鞍山人，工程師，碩士，2007年畢業(yè)于西安石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事石油鉆井裝備研究工作，E-mail：15942706752@163.com。

1001-3482(2017)02-0039-04

TE951

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.009