泥漿處理裝置是鉆井過程中重要的工藝設(shè)備，海洋石油921鉆井平臺將泥漿處理裝置進行模塊化、橇裝式設(shè)計，該模塊結(jié)構(gòu)簡便可靠, 所有設(shè)備均布置在一個橇座上，具有良好的擴展性。其處理能力可滿足6000m鉆機系統(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)計背景及基礎(chǔ)
海洋石油921鉆井平臺是基于F&G公司設(shè)計的L780II型鉆井平臺為母船型而設(shè)計的，該鉆井平臺海上作業(yè)能力，最大作業(yè)水深60.96m時最大鉆井可變載荷約為2268t，懸臂梁縱向作業(yè)范圍：轉(zhuǎn)盤中心最大外伸12.2m，鉆臺左右橫向移動各3.66m，最低設(shè)計環(huán)境溫度～20℃，最低海水溫度-2℃，最大鉆井作業(yè)深度可達6000m。
該鉆井平臺為三角形船體，帶有三個三角形桁架樁腿，每個樁腿由下端的樁靴支撐。鉆井平臺的船體型長57.2m，型寬53.34m，型深7.62m。適合10m～60.96m水深以內(nèi)的鉆井作業(yè)，主要海域為渤海灣，兼顧其它同類海域。
該鉆井平臺泥漿處理系統(tǒng)能力需能滿足6000m井深鉆井工況需要，既需滿足水基泥漿正常鉆井中的四級固控需求，還需滿足如有特殊情況需要用油基泥漿鉆井情況下的泥漿處理條件，并且要同時考慮固井、堵漏、起下鉆等作業(yè)對固控能力的特殊要求。
該鉆井平臺泥漿系統(tǒng)配備了兩臺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)需要布置下振動篩、除砂器、除泥器、離心機、及泥漿處理罐等固控設(shè)備。
模塊一專多能
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，因此對泥漿處理系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，將所有泥漿處理設(shè)施集成在一起，可節(jié)省空間，并且通過在模塊上預(yù)留相應(yīng)的接口位置而滿足其他需求。
系統(tǒng)流程設(shè)計 泥漿處理系統(tǒng)流程如圖2所示，井口返回泥漿經(jīng)振動篩粗處理后，匯流至沉沙罐，經(jīng)過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，如果在鉆井過程中有氣體侵入泥漿的情況，可在此階段開啟真空除氣器清除氣侵。之后泥漿再經(jīng)除砂器、除泥器進一步處理，而且當(dāng)泥漿中含有較多粉砂及膠體顆粒時，再利用離心機做進一步處理，最終的處理后的泥漿通過返回罐流回主泥漿池。
固控設(shè)備設(shè)計 根據(jù)SY/T 6223-2005《鉆井液凈化設(shè)備配套、安裝、使用和維護》內(nèi)規(guī)定的6000m鉆機固控系統(tǒng)配套原則，至少應(yīng)設(shè)置四級固控，主要固控設(shè)備為振動篩、除砂器、除泥器、高/低速離心機，并且配置相應(yīng)的沉砂池等。
振動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。
振動篩是固控系統(tǒng)中的第一級,它的作用在于通過振動篩網(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,振動篩的工作原理最簡單,處理能力最強,維護比較簡單。振動篩在整個鉆井過程中都必須使用，運行的時間最長，由于海洋鉆井平臺作業(yè)風(fēng)險較高，并且設(shè)備損壞后不便于現(xiàn)場修理，因此振動篩的處理能力應(yīng)能滿足在一臺振動篩不能工作的情況下，振動篩的處理量仍保證鉆井泵最大排量的150%。本項目鉆井泵最大排量為 76.1l/s，一般4篩布振動篩處理能力約為50 l/s因此對于該項目選用4臺4篩布振動篩。
除砂器與除泥器的使用頻率沒有振動篩高，并且維修比較簡便，因此其處理量應(yīng)為鉆井時泥漿泵最大排量的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，該項目選用3個除砂旋流器和20個除泥旋流器。離心機的處理量應(yīng)為鉆井時泥漿泵最大排量的15%～25%，選用兩臺高速離心機才能滿足該項目使用需求。
最終確定固控設(shè)備配套
模塊設(shè)計 由于該平臺泥漿處理設(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)計為3層。
模塊一層布置(如圖3所示)：模塊一層作為整個模塊的基礎(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)作為上層的振動篩平臺支撐結(jié)構(gòu)，以減輕整個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，既能滿足強度要求，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、離心機供液泵、計量泵也布置在一層。同時在泵周圍設(shè)置擋水圍堰可防止在泵使用和維修過程中產(chǎn)生的泥漿對甲板的污染，在泥漿排屑槽附近預(yù)留一根海水沖洗管線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篩、真空除氣器等需要長期使用的固控設(shè)備。為確保從井口返出的泥漿能順暢流入振動篩，還必須使井口返出口與振動篩的進料口間的連接管線保持一定的高度差，使井口、懸臂梁、泥漿處理模塊之間形成一個能使泥漿順利流通的梯度通道所示。
為滿足日常操作及安全逃生的要求，各振動篩之間保證600mm的間隔。振動篩與泥漿處理罐之間采用明槽進行連接，經(jīng)過振動篩處理過的泥漿通過明槽流入泥漿處理罐。為滿足固井、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入計量罐所示。
模塊三層主要作為擴展層，將泥漿實驗室、離心機布置在此層，預(yù)留了錄井裝置的區(qū)域，以滿足錄井需求示。
提升設(shè)備應(yīng)用率
該泥漿處理模塊長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時期都可以清除泥漿中的雜質(zhì)。在處理量上，振動篩和除砂/除泥器都可以處理泥漿泵最大排量的150%，其中任何一臺設(shè)備損壞需要維修時都可以通過其他設(shè)備來分擔(dān)處理量，而不會影響鉆井施工，并且在設(shè)備選擇時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，總體布局簡單方便，符合工藝要求，采取模塊式設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的擴展性，集成泥漿處理、井控、錄井等多種鉆井工況的使用需求，可以說是一專多能。總體上講,此泥漿處理模塊基本上與國內(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，滿足海上鉆井平臺的使用需求。
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