泥漿處理裝置是鉆井過(guò)程中重要的工藝設(shè)備，海洋石油921鉆井平臺(tái)將泥漿處理裝置進(jìn)行模塊化、橇裝式設(shè)計(jì)，該模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便可靠, 所有設(shè)備均布置在一個(gè)橇座上，具有良好的擴(kuò)展性。其處理能力可滿(mǎn)足6000m鉆機(jī)系統(tǒng)正常鉆井固井、處理井下事故、油基泥漿等多種工況的使用要求。
設(shè)計(jì)背景及基礎(chǔ)
海洋石油921鉆井平臺(tái)是基于F&G公司設(shè)計(jì)的L780II型鉆井平臺(tái)為母船型而設(shè)計(jì)的，該鉆井平臺(tái)海上作業(yè)能力，最大作業(yè)水深60.96m時(shí)最大鉆井可變載荷約為2268t，懸臂梁縱向作業(yè)范圍：轉(zhuǎn)盤(pán)中心最大外伸12.2m，鉆臺(tái)左右橫向移動(dòng)各3.66m，最低設(shè)計(jì)環(huán)境溫度～20℃，最低海水溫度-2℃，最大鉆井作業(yè)深度可達(dá)6000m。
該鉆井平臺(tái)為三角形船體，帶有三個(gè)三角形桁架樁腿，每個(gè)樁腿由下端的樁靴支撐。鉆井平臺(tái)的船體型長(zhǎng)57.2m，型寬53.34m，型深7.62m。適合10m～60.96m水深以?xún)?nèi)的鉆井作業(yè)，主要海域?yàn)椴澈常骖櫰渌?lèi)海域。
該鉆井平臺(tái)泥漿處理系統(tǒng)能力需能滿(mǎn)足6000m井深鉆井工況需要，既需滿(mǎn)足水基泥漿正常鉆井中的四級(jí)固控需求，還需滿(mǎn)足如有特殊情況需要用油基泥漿鉆井情況下的泥漿處理?xiàng)l件，并且要同時(shí)考慮固井、堵漏、起下鉆等作業(yè)對(duì)固控能力的特殊要求。
該鉆井平臺(tái)泥漿系統(tǒng)配備了兩臺(tái)F-1600型高壓泥漿泵作為主鉆井泵，該泵具體參數(shù)所示。
在前期船型規(guī)劃中，該鉆井平臺(tái)將靠近右后舷船艉處面積為5000mm X 15000mm的區(qū)域劃分為泥漿處理區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)需要布置下振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)、及泥漿處理罐等固控設(shè)備。
模塊一專(zhuān)多能
該船船型較小，空間緊張，在5000mm X 15000mm的區(qū)域內(nèi)需要設(shè)置能滿(mǎn)足6000m鉆深的泥漿處理系統(tǒng)，并且還要考慮鉆屑回收、固井等多種復(fù)雜工況的設(shè)備空間需求，因此對(duì)泥漿處理系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計(jì)，將所有泥漿處理設(shè)施集成在一起，可節(jié)省空間，并且通過(guò)在模塊上預(yù)留相應(yīng)的接口位置而滿(mǎn)足其他需求。
系統(tǒng)流程設(shè)計(jì) 泥漿處理系統(tǒng)流程如圖2所示，井口返回泥漿經(jīng)振動(dòng)篩粗處理后，匯流至沉沙罐，經(jīng)過(guò)重力沉降將部分顆粒度較大的固相去除。罐頂部的凈液流繼續(xù)流入除氣罐，如果在鉆井過(guò)程中有氣體侵入泥漿的情況，可在此階段開(kāi)啟真空除氣器清除氣侵。之后泥漿再經(jīng)除砂器、除泥器進(jìn)一步處理，而且當(dāng)泥漿中含有較多粉砂及膠體顆粒時(shí)，再利用離心機(jī)做進(jìn)一步處理，最終的處理后的泥漿通過(guò)返回罐流回主泥漿池。
固控設(shè)備設(shè)計(jì) 根據(jù)SY/T 6223-2005《鉆井液凈化設(shè)備配套、安裝、使用和維護(hù)》內(nèi)規(guī)定的6000m鉆機(jī)固控系統(tǒng)配套原則，至少應(yīng)設(shè)置四級(jí)固控，主要固控設(shè)備為振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、高/低速離心機(jī)，并且配置相應(yīng)的沉砂池等。
振動(dòng)篩主要用于去除直徑大于200μm的固體顆粒，除砂器用于去除直徑在200μm～15μm的固體顆粒，離心機(jī)用于去除直徑在15μm～2μm的固體顆粒。固控設(shè)備的具體處理能里。
振動(dòng)篩是固控系統(tǒng)中的第一級(jí),它的作用在于通過(guò)振動(dòng)篩網(wǎng)的眼孔,把隨鉆井液返出井眼的大于眼孔的鉆屑清除出鉆井液體系。在所有固控設(shè)備中,振動(dòng)篩的工作原理最簡(jiǎn)單,處理能力最強(qiáng),維護(hù)比較簡(jiǎn)單。振動(dòng)篩在整個(gè)鉆井過(guò)程中都必須使用，運(yùn)行的時(shí)間最長(zhǎng)，由于海洋鉆井平臺(tái)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高，并且設(shè)備損壞后不便于現(xiàn)場(chǎng)修理，因此振動(dòng)篩的處理能力應(yīng)能滿(mǎn)足在一臺(tái)振動(dòng)篩不能工作的情況下，振動(dòng)篩的處理量仍保證鉆井泵最大排量的150%。本項(xiàng)目鉆井泵最大排量為 76.1l/s，一般4篩布振動(dòng)篩處理能力約為50 l/s因此對(duì)于該項(xiàng)目選用4臺(tái)4篩布振動(dòng)篩。
除砂器與除泥器的使用頻率沒(méi)有振動(dòng)篩高，并且維修比較簡(jiǎn)便，因此其處理量應(yīng)為鉆井時(shí)泥漿泵最大排量的100%～125%。常規(guī)除砂除泥器處理量如下：
10” 除砂器 31.5 l/s
4” 除泥器 5.04 l/s
因此，該項(xiàng)目選用3個(gè)除砂旋流器和20個(gè)除泥旋流器。離心機(jī)的處理量應(yīng)為鉆井時(shí)泥漿泵最大排量的15%～25%，選用兩臺(tái)高速離心機(jī)才能滿(mǎn)足該項(xiàng)目使用需求。
最終確定固控設(shè)備配套
模塊設(shè)計(jì) 由于該平臺(tái)泥漿處理設(shè)備較多，并且需要預(yù)留各種接口，因此將泥漿處理模塊設(shè)計(jì)為3層。
模塊一層布置(如圖3所示)：模塊一層作為整個(gè)模塊的基礎(chǔ)，將承受上部模塊的重量。為合理利用空間，將泥漿沉淀池布置在一層，這既便于振動(dòng)篩排出的凈液流回流，又可將罐體結(jié)構(gòu)作為上層的振動(dòng)篩平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)，以減輕整個(gè)泥漿處理模塊的總重量，便于模塊的吊裝、安裝以及整船的重量控制。沉淀池池壁板采用瓦楞板，既能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，也能減輕一部分重量。
為了方便各種輔泵吸入上水，將除砂泵、除泥泵、離心機(jī)供液泵、計(jì)量泵也布置在一層。同時(shí)在泵周?chē)O(shè)置擋水圍堰可防止在泵使用和維修過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿對(duì)甲板的污染，在泥漿排屑槽附近預(yù)留一根海水沖洗管線(xiàn)方便了泥漿池底清污、鉆屑排放。
模塊二、三層布置：模塊二層主要布置振動(dòng)篩、真空除氣器等需要長(zhǎng)期使用的固控設(shè)備。為確保從井口返出的泥漿能順暢流入振動(dòng)篩，還必須使井口返出口與振動(dòng)篩的進(jìn)料口間的連接管線(xiàn)保持一定的高度差，使井口、懸臂梁、泥漿處理模塊之間形成一個(gè)能使泥漿順利流通的梯度通道所示。
為滿(mǎn)足日常操作及安全逃生的要求，各振動(dòng)篩之間保證600mm的間隔。振動(dòng)篩與泥漿處理罐之間采用明槽進(jìn)行連接，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩處理過(guò)的泥漿通過(guò)明槽流入泥漿處理罐。為滿(mǎn)足固井、堵漏、起下鉆等工況在明槽上設(shè)置插板，使泥漿可以直接排海、可以直接回泥漿池及可以直接進(jìn)入計(jì)量罐所示。
模塊三層主要作為擴(kuò)展層，將泥漿實(shí)驗(yàn)室、離心機(jī)布置在此層，預(yù)留了錄井裝置的區(qū)域，以滿(mǎn)足錄井需求示。
提升設(shè)備應(yīng)用率
該泥漿處理模塊長(zhǎng)15m，寬5m，高6.2m，總重約40t，其泥漿固控設(shè)備在處理能力上可以去除顆粒直徑在2μm以上的固相成分，基本上可以保證在鉆井的各個(gè)時(shí)期都可以清除泥漿中的雜質(zhì)。在處理量上，振動(dòng)篩和除砂/除泥器都可以處理泥漿泵最大排量的150%，其中任何一臺(tái)設(shè)備損壞需要維修時(shí)都可以通過(guò)其他設(shè)備來(lái)分擔(dān)處理量，而不會(huì)影響鉆井施工，并且在設(shè)備選擇時(shí)充分考慮到其處理能力的重疊區(qū)域，使設(shè)備的應(yīng)用率得到提高。
此套泥漿固控系統(tǒng)采用模塊式設(shè)計(jì)，總體布局簡(jiǎn)單方便，符合工藝要求，采取模塊式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的擴(kuò)展性，集成泥漿處理、井控、錄井等多種鉆井工況的使用需求，可以說(shuō)是一專(zhuān)多能。總體上講,此泥漿處理模塊基本上與國(guó)內(nèi)外的海上固控系統(tǒng)的發(fā)展方向是一致的，在最小的空間內(nèi)配置了最高效的固控設(shè)備，滿(mǎn)足海上鉆井平臺(tái)的使用需求。
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