BHCP-400型自升式钻井平台岩屑处理系统方案设计

史楠楠，赵 娜，高永杰，李文彪，张兴莲

(渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦 124010 )①

BHCP-400型自升式钻井平台岩屑处理系统方案设计

史楠楠，赵 娜，高永杰，李文彪，张兴莲

(渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦 124010 )①

通过匹配BHCP-400型自升式钻井平台的岩屑处理系统，提出了设计准则，分析了不同方案的工作原理、关键部件，总结了各方案的特点。结论表明：2个方案都可以实现排放岩屑和有害岩屑的处理，具有一定废弃岩屑的存储能力。方案一直接将泥浆处理平台筛出的有害岩屑存储至岩屑箱，待运输船回岸处理，该方案简单，前期投资小，设备占用空间小，应用时会产生较多的废弃岩屑，需要较大的存储空间；方案二可在平台上对有害岩屑进行后续处理，产生的废弃岩屑比较干燥，不需要太多的占地空间，更加符合HSE和环保要求，但是前期投入成本较大，设备占用空间大。

自升式钻井平台；岩屑处理系统；方案设计

近年来，为了降低石油废弃物对生态环境造成的严重破坏，在全球范围内制定了环保法规，限制或禁止各类有害岩屑的随意排放[1-4]。随之而来的“岩屑处理作业”在各类钻、修平台中出现了大幅增长。以海洋钻井平台为例，作业中产生的有害岩屑在上岸前需要经过一套专业设备进行处置。这对平台上有限的设计空间和设备布置都会产生挑战。

目前，对于海上“岩屑处理作业”，国外很多公司已经进入比较深入的研究，我国资历尚浅。在配套BHCP-300-3号平台时，SWACO公司提供一种产品CleanCut Bulk Cuttings Transfer System(简称CCB)。该系统采用自动管道传输、运输船存储和回岸统一处理的方法，取消了岩屑箱，减少吊装搬运次数，节约了平台的有效空间，节省了人力物力。整个过程岩屑处于完全密封状态，更加环保。

BHCP-400型自升式钻井平台是渤海装备辽河重工有限公司独立研发、设计、建造的钻井平台，它适用于泥砂质或淤泥质海床作业，最大工作水深可达122 m(400英尺)，额定钻井深度为9 000 m(30 000英尺)，可钻超深井、大位移丛式井、水平井，具有试油辅助功能。为了匹配此平台的泥浆岩屑处理系统，本文进行了系统的方案设计。

1 设计准则

1) 海洋钻井平台的设计首先应考虑作业海域所属国的相关标准，满足入级船级社的相关规范，最重要的是需要严格执行行业相关规范和标准。适用于岩屑处理系统的行规主要有：《中华人民共和国海洋保护法》，GB4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》，GB18918—2002《城镇污水处理污染物排放标准》[5]等。

2) 岩屑处理系统设计应满足海上处理各类泥浆的能力。有效解决钻井过程中使用各类泥浆[6]的排放问题。还应满足一定废弃岩屑的存储能力。设备选择配置应有较高的可靠性和冗余性。

3) 平台空间尺寸和允许的可变载荷有限，系统设计应做到结构紧凑、质量轻、模块化程度高；设备操作方便，密封安全可靠，现场维修方便。

4) 海洋环境盐雾大，腐蚀性强，要求整个系统的设备、管线、紧固件、结构件必须符合海洋环境的作业要求，采用防腐材料或表面喷涂防护[7]。

5) 海上作业对HSE的要求更加严格。岩屑处理设备和管线必须有显著的标示，设备必须预留足够的操作和维护的空间[8]。

2 方案设计

自升式钻井平台泥浆岩屑处理系统的功能是实现岩屑分类、传送、处理以及液体的回收再利用。针对BHCP-400型自升式钻井平台，本文共设计了2种方案。

2.1 方案一

系统由3条螺旋输送器、岩屑箱及相应的管路组成。

工作原理：井口返出的泥浆经过振动筛、泥浆清洁器、离心机等几级净化设备分离出的岩屑进入岩屑导向装置内。导向装置下面并列布置一个倾斜的排海槽和泥浆岩屑收集槽。当钻井泥浆为允许排海的泥浆岩屑时，导向装置切换到排海槽一侧，岩屑顺着导板流入排海槽中，排海槽两侧壁设有海水管，可以助推岩屑，使其顺利入海；当使用有污染的泥浆钻井时，导向装置通过导板将岩屑导入泥浆岩屑收集槽里面。此槽下部开5个小孔，岩屑通过小孔落入到螺旋输送机内。经过芯轴和叶片的传送将有害岩屑送至岩屑箱并存储起来，等待运输船运回陆地集中处理。如图1所示。

1—振动筛组；2—泥浆清洁器；3—螺旋输送机组；4—岩屑箱。

系统特点：

1) 右端的螺旋输送机底部设计了一个转盘，可以沿中心线摆动。当一箱岩屑收集完毕时，转动螺旋输机，可以向下一个岩屑箱排放，保障岩屑回收的连续性。

2) 泥浆岩屑排海槽的两侧壁设计了海水冲刷管线，防止岩屑堆积，有助于岩屑顺利排海。

3) 系统采用一字型布置，利用合理空间。

4) 岩屑箱的设计可以满足空箱多层码放，满箱两层码放，有效节约平台空间。

5) 设备简单，前期投入小。

2.2 方案二

系统由螺旋输送机，岩屑甩干机，高速离心机，螺杆泵，液体收集罐，岩屑箱等设备及相应的管路组成。

工作原理：允许排海的岩屑处理方式与方案一相同，即通过岩屑导向装置导入排海槽直接排海；有害岩屑则通过螺旋输送机传送至岩屑甩干机设备内进行分离、甩干。分离后的液体进入泥浆收集罐，固体经过下一级螺旋输送机至岩屑箱。岩屑甩干机排出的液体由螺杆泵输送至高速变频离心机，进行精细分离。离心机分离出的固体同岩屑甩干机一样进入另一个岩屑箱中。液体进入泥浆净化池的离心舱，流入主甲板下的泥浆池舱，通过泥浆泵再次参与泥浆系统循环。如图2所示。

1—振动筛组；2—泥浆清洁器；3—中速离心机；4—高速离心机；5—螺旋输送机；6—甩干机；7—泥浆净化池。

系统特点

1) 系统单独配置1台高速变频离心机，处理有害泥浆中的油基泥浆，并设置1台可移动的气动隔膜泵对这台离心机进行清洗。

2) 泥浆岩屑排海槽的两侧设计了海水冲刷管线，防止岩屑堆积。有助于岩屑顺利排海。

3) 泥浆回收罐出口管线通过螺杆泵和管线上的阀门可以实现泥浆入净化池、高速变频离心机有2个回路，也可以实现罐内液体自循环的功能。

4) 岩屑箱的设计可以满足空箱码放多层，满箱码放2层。有效节约平台空间。

5) 系统布置采用线型+回转方式，有效利用了周围空间。

3 关键设备及结构

3.1 岩屑导向装置

岩屑导向装置是2个方案的共用结构。它是1个上、下通透的槽体。槽内有1个可以拨动的导板，用于岩屑切换。当使用允许排放的泥浆钻井时，导板翻转至排海槽一侧，固相岩屑通过此槽直接排入海中；如果使用有污染的泥浆钻井时，将导板翻转至另一侧，岩屑经此槽落入螺旋输送机内。如图3。

1—振动筛；2—岩屑导向装置；3—直通排海槽；4—螺旋输送机；5—振动筛排沙槽。

3.2 螺旋输送机

螺旋输送机是2个方案的共用设备。方案不同，布置方式也不同(如图1～2)。其工作原理相对简单，即利用岩屑自身重力和螺旋叶片的转动形成的连续推力迫使将岩屑向出口方向推进。由于传送距离较长，全部采用传动刚性较强的轴式螺旋输送机。其结构如图4。为了匹配振动筛的岩屑产量及岩屑甩干机的处理量，选择传输量为40 t/h。

1—电机；2—减速器；3—壳体；4—传动轴；5—叶片；6—进料口；7—支架；8—出料口。

3.3 岩屑甩干机

岩屑甩干机[9]应用在方案2中，是自升式钻井平台有害泥浆岩屑处理的关键设备。最大处理能力为40 t/h。由进料漏斗、锥形体、飞片、马达、转动胶带、筛布、转动体等组成。其内部结构如图5。

1—筛布；2—转动体；3—进料漏斗；4—锥形盖；5—锥形体；6—飞片；7—筛布支架；8—马达；9—转动胶带。

工作原理：岩屑经由进料漏斗被送至设备顶部，然后被锥型盖和飞片立即加速，直接飞到筛布表面。一旦岩屑接触到筛布，通过设备提供的300多“G”系数，将液相与固相瞬时分离。液体通过筛布的流量由椎体、底座和飞片之间的速度差控制。飞片与筛布之间的距离通常设置为0.381 mm(0.015英寸)，以搅动翻转岩屑实现液固分离，飞片有助于防止筛布的堵塞。筛出的固体由于重力落在设备的排放区内。液体穿过筛布进入水槽，通过排放口排出。

经过岩屑甩干机处理的油基泥浆可使废弃物含油量低于6.5%，回收的含油泥浆返回钻井液循环系统[10-11]，可以节约钻井成本。处理后，岩屑比较干燥，减少了钻井过程中废弃物的体积，同时也减少了平台用吊机的吊装次数。

4 结论

1) 方案一和方案二对于允许排放的泥浆的处理方法相同，设备相同。

2) 2个方案都用到了螺旋输送机和岩屑导向装置。由于方案不同，螺旋输送机的布置形式略有不同。

3) 方案一直接将振动筛处理的泥浆岩屑回收至岩屑箱内，等待运输船将其送至陆地处理。平台前期投资小，设备占地小。由于岩屑整体回收，所以需要岩屑箱的数量多，废弃物占用平台空间大。

4) 方案二在平台上通过使用岩屑甩干机、离心机设备对有害泥浆岩屑进一步处理，尤其是在油基泥浆处理方面，可以回收绝大部分的含油泥浆，节约了生产成本。处理后的岩屑比较干燥，节省了岩屑箱和平台占用空间。但是，平台前期投入资金较大。

[1] 胡小刚，康涛.国外岩屑处理技术与国内应用研究分析[J].石油机械，2009，37(9)：159-161.

[2] 陈宏，李春祥.自升式钻井平台的发展综述[J].中国海洋平台，2007，22(6)：1-6.

[3] 易绍金，向兴金.海上钻井含油岩屑处理技术[J].中国海上油气(工程)，2001，13(6)：52.

[4] ASME Shale Shaker Committee.Drilling fluids processing hand book[M].Gulf Professional Publishing，2005.

[5] 李学庆，杨金荣，尹志亮.钻井液废弃物无害化处理的新技术研发[J].石油与天然气化工，2013，42(4)：439-442.

[6] 董庆辉.海洋钻井泥浆系统研究[J].中国造船，2009，50(增刊)：982-990.

[7] 冯利杰，张福，马永新，等.岩屑处理装置在DSJ300-1 海洋钻井平台上的应用[J].石油机械，2013，41 (3)：77-79.

[8] 史楠楠，赵娜，韩冰，等.CP-400型自升式钻井平台井控系统设计分析[J].石油矿场机械，2015，44(5)：93-97.

[9] 宰艳玲，聂 军，吕合军.岩屑后处理装置研制及主要参数设计[J].石油矿场机械，2011，40(7)：54-57.

[10] 何伦，周凤山，刘瑜，等．钻井完井废弃物固化处理技术及其工业应用[J].钻井液与完井液，2007，4(S1)：55-59.

[11] 赵姗姗，鄢捷年，刘晓平，等．西非深水钻井含油钻屑清洗方法室内研究[J]．钻井液与完井液，2011，28(4)：8-10.

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 作者简介：史楠楠(1980-)，女，辽宁鞍山人，工程师，硕士，2007年毕业于西安石油大学机械设计及理论专业，现从事石油钻井装备研究工作，E-mail：15942706752@163.com。

1001-3482(2017)02-0039-04

TE951

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.009