BHCP-400型自升式鉆井平臺巖屑處理系統方案設計

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 盤錦 124010 )①

BHCP-400型自升式鉆井平臺巖屑處理系統方案設計

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 盤錦 124010 )①

通過匹配BHCP-400型自升式鉆井平臺的巖屑處理系統，提出了設計準則，分析了不同方案的工作原理、關鍵部件，總結了各方案的特點。結論表明：2個方案都可以實現排放巖屑和有害巖屑的處理，具有一定廢棄巖屑的存儲能力。方案一直接將泥漿處理平臺篩出的有害巖屑存儲至巖屑箱，待運輸船回岸處理，該方案簡單，前期投資小，設備占用空間小，應用時會產生較多的廢棄巖屑，需要較大的存儲空間；方案二可在平臺上對有害巖屑進行后續處理，產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和環保要求，但是前期投入成本較大，設備占用空間大。

自升式鉆井平臺；巖屑處理系統；方案設計

近年來，為了降低石油廢棄物對生態環境造成的嚴重破壞，在全球范圍內制定了環保法規，限制或禁止各類有害巖屑的隨意排放[1-4]。隨之而來的“巖屑處理作業”在各類鉆、修平臺中出現了大幅增長。以海洋鉆井平臺為例，作業中產生的有害巖屑在上岸前需要經過一套專業設備進行處置。這對平臺上有限的設計空間和設備布置都會產生挑戰。

目前，對于海上“巖屑處理作業”，國外很多公司已經進入比較深入的研究，我國資歷尚淺。在配套BHCP-300-3號平臺時，SWACO公司提供一種產品CleanCut Bulk Cuttings Transfer System(簡稱CCB)。該系統采用自動管道傳輸、運輸船存儲和回岸統一處理的方法，取消了巖屑箱，減少吊裝搬運次數，節約了平臺的有效空間，節省了人力物力。整個過程巖屑處于完全密封狀態，更加環保。

BHCP-400型自升式鉆井平臺是渤海裝備遼河重工有限公司獨立研發、設計、建造的鉆井平臺，它適用于泥砂質或淤泥質海床作業，最大工作水深可達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。為了匹配此平臺的泥漿巖屑處理系統，本文進行了系統的方案設計。

1 設計準則

1) 海洋鉆井平臺的設計首先應考慮作業海域所屬國的相關標準，滿足入級船級社的相關規范，最重要的是需要嚴格執行行業相關規范和標準。適用于巖屑處理系統的行規主要有：《中華人民共和國海洋保護法》，GB4914—2008《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》，GB18918—2002《城鎮污水處理污染物排放標準》[5]等。

2) 巖屑處理系統設計應滿足海上處理各類泥漿的能力。有效解決鉆井過程中使用各類泥漿[6]的排放問題。還應滿足一定廢棄巖屑的存儲能力。設備選擇配置應有較高的可靠性和冗余性。

3) 平臺空間尺寸和允許的可變載荷有限，系統設計應做到結構緊湊、質量輕、模塊化程度高；設備操作方便，密封安全可靠，現場維修方便。

4) 海洋環境鹽霧大，腐蝕性強，要求整個系統的設備、管線、緊固件、結構件必須符合海洋環境的作業要求，采用防腐材料或表面噴涂防護[7]。

5) 海上作業對HSE的要求更加嚴格。巖屑處理設備和管線必須有顯著的標示，設備必須預留足夠的操作和維護的空間[8]。

2 方案設計

自升式鉆井平臺泥漿巖屑處理系統的功能是實現巖屑分類、傳送、處理以及液體的回收再利用。針對BHCP-400型自升式鉆井平臺，本文共設計了2種方案。

2.1 方案一

系統由3條螺旋輸送器、巖屑箱及相應的管路組成。

工作原理：井口返出的泥漿經過振動篩、泥漿清潔器、離心機等幾級凈化設備分離出的巖屑進入巖屑導向裝置內。導向裝置下面并列布置一個傾斜的排海槽和泥漿巖屑收集槽。當鉆井泥漿為允許排海的泥漿巖屑時，導向裝置切換到排海槽一側，巖屑順著導板流入排海槽中，排海槽兩側壁設有海水管，可以助推巖屑，使其順利入海；當使用有污染的泥漿鉆井時，導向裝置通過導板將巖屑導入泥漿巖屑收集槽里面。此槽下部開5個小孔，巖屑通過小孔落入到螺旋輸送機內。經過芯軸和葉片的傳送將有害巖屑送至巖屑箱并存儲起來，等待運輸船運回陸地集中處理。如圖1所示。

1—振動篩組；2—泥漿清潔器；3—螺旋輸送機組；4—巖屑箱。

系統特點：

1) 右端的螺旋輸送機底部設計了一個轉盤，可以沿中心線擺動。當一箱巖屑收集完畢時，轉動螺旋輸機，可以向下一個巖屑箱排放，保障巖屑回收的連續性。

2) 泥漿巖屑排海槽的兩側壁設計了海水沖刷管線，防止巖屑堆積，有助于巖屑順利排海。

3) 系統采用一字型布置，利用合理空間。

4) 巖屑箱的設計可以滿足空箱多層碼放，滿箱兩層碼放，有效節約平臺空間。

5) 設備簡單，前期投入小。

2.2 方案二

系統由螺旋輸送機，巖屑甩干機，高速離心機，螺桿泵，液體收集罐，巖屑箱等設備及相應的管路組成。

工作原理：允許排海的巖屑處理方式與方案一相同，即通過巖屑導向裝置導入排海槽直接排海；有害巖屑則通過螺旋輸送機傳送至巖屑甩干機設備內進行分離、甩干。分離后的液體進入泥漿收集罐，固體經過下一級螺旋輸送機至巖屑箱。巖屑甩干機排出的液體由螺桿泵輸送至高速變頻離心機，進行精細分離。離心機分離出的固體同巖屑甩干機一樣進入另一個巖屑箱中。液體進入泥漿凈化池的離心艙，流入主甲板下的泥漿池艙，通過泥漿泵再次參與泥漿系統循環。如圖2所示。

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

系統特點

1) 系統單獨配置1臺高速變頻離心機，處理有害泥漿中的油基泥漿，并設置1臺可移動的氣動隔膜泵對這臺離心機進行清洗。

2) 泥漿巖屑排海槽的兩側設計了海水沖刷管線，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螺桿泵和管線上的閥門可以實現泥漿入凈化池、高速變頻離心機有2個回路，也可以實現罐內液體自循環的功能。

4) 巖屑箱的設計可以滿足空箱碼放多層，滿箱碼放2層。有效節約平臺空間。

5) 系統布置采用線型+回轉方式，有效利用了周圍空間。

3 關鍵設備及結構

3.1 巖屑導向裝置

巖屑導向裝置是2個方案的共用結構。它是1個上、下通透的槽體。槽內有1個可以撥動的導板，用于巖屑切換。當使用允許排放的泥漿鉆井時，導板翻轉至排海槽一側，固相巖屑通過此槽直接排入海中；如果使用有污染的泥漿鉆井時，將導板翻轉至另一側，巖屑經此槽落入螺旋輸送機內。如圖3。

1—振動篩；2—巖屑導向裝置；3—直通排海槽；4—螺旋輸送機；5—振動篩排沙槽。

3.2 螺旋輸送機

螺旋輸送機是2個方案的共用設備。方案不同，布置方式也不同(如圖1～2)。其工作原理相對簡單，即利用巖屑自身重力和螺旋葉片的轉動形成的連續推力迫使將巖屑向出口方向推進。由于傳送距離較長，全部采用傳動剛性較強的軸式螺旋輸送機。其結構如圖4。為了匹配振動篩的巖屑產量及巖屑甩干機的處理量，選擇傳輸量為40 t/h。

1—電機；2—減速器；3—殼體；4—傳動軸；5—葉片；6—進料口；7—支架；8—出料口。

3.3 巖屑甩干機

巖屑甩干機[9]應用在方案2中，是自升式鉆井平臺有害泥漿巖屑處理的關鍵設備。最大處理能力為40 t/h。由進料漏斗、錐形體、飛片、馬達、轉動膠帶、篩布、轉動體等組成。其內部結構如圖5。

1—篩布；2—轉動體；3—進料漏斗；4—錐形蓋；5—錐形體；6—飛片；7—篩布支架；8—馬達；9—轉動膠帶。

工作原理：巖屑經由進料漏斗被送至設備頂部，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，通過設備提供的300多“G”系數，將液相與固相瞬時分離。液體通過篩布的流量由椎體、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置為0.381 mm(0.015英寸)，以攪動翻轉巖屑實現液固分離，飛片有助于防止篩布的堵塞。篩出的固體由于重力落在設備的排放區內。液體穿過篩布進入水槽，通過排放口排出。

經過巖屑甩干機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系統[10-11]，可以節約鉆井成本。處理后，巖屑比較干燥，減少了鉆井過程中廢棄物的體積，同時也減少了平臺用吊機的吊裝次數。

4 結論

1) 方案一和方案二對于允許排放的泥漿的處理方法相同，設備相同。

2) 2個方案都用到了螺旋輸送機和巖屑導向裝置。由于方案不同，螺旋輸送機的布置形式略有不同。

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

4) 方案二在平臺上通過使用巖屑甩干機、離心機設備對有害泥漿巖屑進一步處理，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，節約了生產成本。處理后的巖屑比較干燥，節省了巖屑箱和平臺占用空間。但是，平臺前期投入資金較大。

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[7] 馮利杰，張福，馬永新，等.巖屑處理裝置在DSJ300-1 海洋鉆井平臺上的應用[J].石油機械，2013，41 (3)：77-79.

[8] 史楠楠，趙娜，韓冰，等.CP-400型自升式鉆井平臺井控系統設計分析[J].石油礦場機械，2015，44(5)：93-97.

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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 作者簡介：史楠楠(1980-)，女，遼寧鞍山人，工程師，碩士，2007年畢業于西安石油大學機械設計及理論專業，現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