自升式鉆井平臺單點排海方案分析

鐘元吉 邱萬濤 唐傳安 楊卓祺

（大連船舶重工集團設計研究院有限公司 大連 116021）

引 言

鉆井平臺有多個系統需要排海，例如海水冷卻系統、艙底水系統、衛生水系統、污水處理系統、雨水收集和排放系統、巖屑處理系統等。常規設計是將這些系統就近單獨排海，這樣設計的優點是方便布置，但隨著安全意識的加強和環保要求的提高，多點排海的弊端越來越明顯：一方面，多點排海容易干擾鉆井平臺的正常作業，出現安全隱患；另一方面，多點也不利于污染的監測和防控。單點排海系統卻可以避免這些缺點，但如何布置單點排海系統卻是一個難題。

1 難點分析

前面提到單點排海系統包含了多個系統的排海考慮，其中海水冷卻系統、艙底水系統、污水處理系統等都是通過水泵進行排海，布置難度不大；而衛生水系統、雨水收集排放系統和巖屑處理系統都是依靠重力排海，對于管路布置要求很高，接下來將重點介紹。

1.1 衛生水系統

衛生水系統包含黑水和灰水兩部分，對于自升式鉆井平臺而言，黑水系統一般不直接排海，只需考慮灰水單點排海即可。常規自升式鉆井平臺的平面如圖1所示，平臺外圍是壓載艙，中間是機械處所，首部是生活區，尾部主甲板上是懸臂梁。衛生水系統依靠重力排放，管路布置需有一定的斜度，而排海點只能選擇在機械處所，相對來說越靠近生活區越有利于管路的布置。

1.2 雨水收集排放系統

鉆井平臺很多區域存在油污風險，需要根據不同工況考慮甲板雨水是直接排海還是收集到雨水收集柜，待檢測合格后再排海。這樣的設計需要將整個平臺的雨水匯聚到1根總管，可以注入到雨水收集柜也可以通過旁通管路泄放至單點排海總管。鉆井平臺的面積很大（如圖1所示），而雨水泄放管路同樣需要一定的斜度，要聚到1根管路難度很大。最簡單的辦法是將雨水收集柜和單點排海總管布置在平臺中心，可以保證來自各方向的雨水泄放管路長度最短，但鉆井平臺中心區域布置有發電機組、泥漿泵和泥漿池等關鍵設施，沒有多余空間，所以只能考慮在左舷或者右舷布置。

圖1 自升式鉆井平臺平面圖

1.3 巖屑處理系統

鉆井作業時會有很多巖屑隨著泥漿被帶到鉆井平臺上，在經過振動篩等設施的分離之后，泥漿會被重復利用，而巖屑則被排回海洋。巖屑排放與常規排放不同：首先，巖屑屬于固體，排放管路需盡量垂直排放，否則容易堵塞；其次，由于振動篩等泥漿處理設施位于懸臂梁內，分離出來的巖屑也在懸臂梁內，而懸臂梁在主甲板上需要往復移動，無法通過固定管路連接到單點排海總管，需要通過軟管或者其他方法連接。所以，為滿足巖屑排放要求，單點排海總管只能布置在懸臂梁兩側的機械處所內。

單點排海總管的位置需要同時滿足所有排海管路的布置要求，從以上分析可以看出，在滿足巖屑排放要求之后，衛生水排放管路和雨水收集排放管路都需要加長很多，布置難度隨之增大。尤其是雨水收集排放管路，需從首到尾，從一舷到另一舷，總長度可能超過100 m，垂降可能超過1 m；考慮到自升式鉆井平臺的層高只有3 m多，管路將很難布置。

根據估算，單點排海總管的通徑最低需要DN450，以便滿足所有排放需要，同時總管上還需要連接其他排海管路和排海閥，需要占用很大的空間。從圖1可以看出，懸臂梁兩側下方的機械處所呈三角形，房間狹小，而且房間內還需布置設備，很難騰出空間布置單點排放總管。此外，前面提到的將巖屑從懸臂梁泄放至單點排海總管這本身也是一個難題。

2 解決方案

想要解決單點排海的難題首先需要分析鉆井平臺的設備布置情況，以某自升式鉆井平臺為例，中心區域安裝了發電機組、泥漿泵、泥漿池，左舷安裝了泥漿處理設備，右舷安裝了冷凝機組和衛生水處理裝置等輔助設備。衛生水排放管路只能與衛生水處理裝置布置在同側，可以初步判斷單點排海總管需要布置在右舷尾部的三角形機械處所內。

為滿足單點排海要求，雨水收集柜應盡量靠近單點排海總管，保證雨水收集到雨水收集柜的同時也可以通過旁通閥泄放進單點排海總管。這對右舷的雨水收集排放管路來說問題不大，但左舷的雨水收集排放管路如果直接排放到右舷會有很大的垂降，不容易布置。鑒于此種情況，可以在左舷也設置1個雨水收集柜，而旁通排海管路可以從下層平臺連通到右舷并接入單點排海總管。

接下來考慮巖屑排放問題，由于懸臂梁需在主甲板上前后移動，解決巖屑排放的方法一般有兩種，通過軟管或者泄放槽。巖屑基本呈固體塊狀，泄放軟管不能堆積，必須順暢。自升式鉆井平臺懸臂梁滑移范圍可從十幾米到二十幾米，通過1根軟管無法實現巖屑的排放，需要在懸臂梁上提供2個排放接口，如圖2所示。當懸臂梁處于滑出狀態時可以使用排出接口2，當懸臂梁處于收回狀態時可以使用排出接口1，可以保證泄放軟管始終順暢。

圖2 巖屑軟管排放

巖屑也可以通過泄放槽排放，如圖3所示。巖屑排放管固定在懸臂梁上，下端探進泄放槽，泄放槽布置在主甲板上，長度需滿足懸臂梁滑移需要。為保證巖屑排放順暢，泄放槽也需要有一定的斜度，理論上單點排海總管布置在泄放槽中心位置時可以保證斜度最大，最有利于巖屑排放，而實際上單點排海總管的位置選擇是個難點，接下來將具體分析。

圖3 巖屑泄放槽排放

前面提到單點排海總管的尺寸最小通徑為DN450，上面連接有多個排海管路和舷側閥，形成一個樹形，這樣的結構會占用很大的空間。而右舷尾部這個三角區域通常會布置機修間設備、冷卻設備、污水處理設備、閥控單元等輔助設備，很難再擠出空間布置單點排海總管。不同鉆井平臺的設備布置情況不盡相同，但空間同樣寶貴。

圖4給出了一個典型解決思路，將單點排海總管與艙壁相結合，即將單點排海總管插入艙壁中，作為艙壁的一部分，其他排海管路分別從兩側連接到單點排海總管即可，這樣的布置可以節省很多空間。

圖4 單點排海總管布置

考慮到自升式鉆井平臺在常規作業時平臺會升高到海平面以上，泄放水從單點排海口排出后會被風吹散，會影響到周圍的作業。尤其是冬季，被風吹散的泄放水會凍結在樁腿上，嚴重時會影響到平臺的升降，甚至會引起一系列安全問題。為了避免這種情況發生，可以在單點排海總管的底部安裝一根軟管，直接通到海面以下，如圖5所示。為了保證軟管可以收放，需在軟管法蘭中間焊接1條扁鋼，利用鋼鉤從主甲板勾住扁鋼實現吊運。

圖5 軟管設置方案

3 結 語

單點排海系統的設計旨在確保鉆井平臺的環境保護和作業安全，其難點在于排海管路布置方案的設計。雖然各船級社和國際組織沒有強制要求應用該系統，但越來越多的鉆井平臺已經開始采用或者借鑒。本文的設計方案已在多個鉆井平臺得以驗證，可為鉆井平臺的設計提供參考。