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?？紤]，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?？偣?。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?？偣懿贾迷谄脚_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?？偣?，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?？偣苤荒懿贾迷趹冶哿簝蓚鹊臋C械處所內。

單點排?？偣艿奈恢眯枰瑫r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?？偣艿耐◤阶畹托枰狣N450，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?？偣苓@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?？偣苄枰贾迷谟蚁衔膊康娜切螜C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?？偣?，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?？偣?。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?？偣?。

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?？偣懿贾迷谛狗挪壑行奈恢脮r可以保證斜度最大，最有利于巖屑排放，而實際上單點排?？偣艿奈恢眠x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?？偣艿某叽缱钚⊥◤綖镈N450，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?？偣?。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?？偣芘c艙壁相結合，即將單點排?？偣懿迦肱摫谥?，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?？偣芗纯?，這樣的布置可以節省很多空間。

圖4 單點排?？偣懿贾?/p>

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?？谂懦龊髸伙L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?？偣艿牡撞堪惭b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。