自升式钻井平台单点排海方案分析

钟元吉 邱万涛 唐传安 杨卓祺

（大连船舶重工集团设计研究院有限公司 大连 116021）

引 言

钻井平台有多个系统需要排海，例如海水冷却系统、舱底水系统、卫生水系统、污水处理系统、雨水收集和排放系统、岩屑处理系统等。常规设计是将这些系统就近单独排海，这样设计的优点是方便布置，但随着安全意识的加强和环保要求的提高，多点排海的弊端越来越明显：一方面，多点排海容易干扰钻井平台的正常作业，出现安全隐患；另一方面，多点也不利于污染的监测和防控。单点排海系统却可以避免这些缺点，但如何布置单点排海系统却是一个难题。

1 难点分析

前面提到单点排海系统包含了多个系统的排海考虑，其中海水冷却系统、舱底水系统、污水处理系统等都是通过水泵进行排海，布置难度不大；而卫生水系统、雨水收集排放系统和岩屑处理系统都是依靠重力排海，对于管路布置要求很高，接下来将重点介绍。

1.1 卫生水系统

卫生水系统包含黑水和灰水两部分，对于自升式钻井平台而言，黑水系统一般不直接排海，只需考虑灰水单点排海即可。常规自升式钻井平台的平面如图1所示，平台外围是压载舱，中间是机械处所，首部是生活区，尾部主甲板上是悬臂梁。卫生水系统依靠重力排放，管路布置需有一定的斜度，而排海点只能选择在机械处所，相对来说越靠近生活区越有利于管路的布置。

1.2 雨水收集排放系统

钻井平台很多区域存在油污风险，需要根据不同工况考虑甲板雨水是直接排海还是收集到雨水收集柜，待检测合格后再排海。这样的设计需要将整个平台的雨水汇聚到1根总管，可以注入到雨水收集柜也可以通过旁通管路泄放至单点排海总管。钻井平台的面积很大（如图1所示），而雨水泄放管路同样需要一定的斜度，要聚到1根管路难度很大。最简单的办法是将雨水收集柜和单点排海总管布置在平台中心，可以保证来自各方向的雨水泄放管路长度最短，但钻井平台中心区域布置有发电机组、泥浆泵和泥浆池等关键设施，没有多余空间，所以只能考虑在左舷或者右舷布置。

图1 自升式钻井平台平面图

1.3 岩屑处理系统

钻井作业时会有很多岩屑随着泥浆被带到钻井平台上，在经过振动筛等设施的分离之后，泥浆会被重复利用，而岩屑则被排回海洋。岩屑排放与常规排放不同：首先，岩屑属于固体，排放管路需尽量垂直排放，否则容易堵塞；其次，由于振动筛等泥浆处理设施位于悬臂梁内，分离出来的岩屑也在悬臂梁内，而悬臂梁在主甲板上需要往复移动，无法通过固定管路连接到单点排海总管，需要通过软管或者其他方法连接。所以，为满足岩屑排放要求，单点排海总管只能布置在悬臂梁两侧的机械处所内。

单点排海总管的位置需要同时满足所有排海管路的布置要求，从以上分析可以看出，在满足岩屑排放要求之后，卫生水排放管路和雨水收集排放管路都需要加长很多，布置难度随之增大。尤其是雨水收集排放管路，需从首到尾，从一舷到另一舷，总长度可能超过100 m，垂降可能超过1 m；考虑到自升式钻井平台的层高只有3 m多，管路将很难布置。

根据估算，单点排海总管的通径最低需要DN450，以便满足所有排放需要，同时总管上还需要连接其他排海管路和排海阀，需要占用很大的空间。从图1可以看出，悬臂梁两侧下方的机械处所呈三角形，房间狭小，而且房间内还需布置设备，很难腾出空间布置单点排放总管。此外，前面提到的将岩屑从悬臂梁泄放至单点排海总管这本身也是一个难题。

2 解决方案

想要解决单点排海的难题首先需要分析钻井平台的设备布置情况，以某自升式钻井平台为例，中心区域安装了发电机组、泥浆泵、泥浆池，左舷安装了泥浆处理设备，右舷安装了冷凝机组和卫生水处理装置等辅助设备。卫生水排放管路只能与卫生水处理装置布置在同侧，可以初步判断单点排海总管需要布置在右舷尾部的三角形机械处所内。

为满足单点排海要求，雨水收集柜应尽量靠近单点排海总管，保证雨水收集到雨水收集柜的同时也可以通过旁通阀泄放进单点排海总管。这对右舷的雨水收集排放管路来说问题不大，但左舷的雨水收集排放管路如果直接排放到右舷会有很大的垂降，不容易布置。鉴于此种情况，可以在左舷也设置1个雨水收集柜，而旁通排海管路可以从下层平台连通到右舷并接入单点排海总管。

接下来考虑岩屑排放问题，由于悬臂梁需在主甲板上前后移动，解决岩屑排放的方法一般有两种，通过软管或者泄放槽。岩屑基本呈固体块状，泄放软管不能堆积，必须顺畅。自升式钻井平台悬臂梁滑移范围可从十几米到二十几米，通过1根软管无法实现岩屑的排放，需要在悬臂梁上提供2个排放接口，如图2所示。当悬臂梁处于滑出状态时可以使用排出接口2，当悬臂梁处于收回状态时可以使用排出接口1，可以保证泄放软管始终顺畅。

图2 岩屑软管排放

岩屑也可以通过泄放槽排放，如图3所示。岩屑排放管固定在悬臂梁上，下端探进泄放槽，泄放槽布置在主甲板上，长度需满足悬臂梁滑移需要。为保证岩屑排放顺畅，泄放槽也需要有一定的斜度，理论上单点排海总管布置在泄放槽中心位置时可以保证斜度最大，最有利于岩屑排放，而实际上单点排海总管的位置选择是个难点，接下来将具体分析。

图3 岩屑泄放槽排放

前面提到单点排海总管的尺寸最小通径为DN450，上面连接有多个排海管路和舷侧阀，形成一个树形，这样的结构会占用很大的空间。而右舷尾部这个三角区域通常会布置机修间设备、冷却设备、污水处理设备、阀控单元等辅助设备，很难再挤出空间布置单点排海总管。不同钻井平台的设备布置情况不尽相同，但空间同样宝贵。

图4给出了一个典型解决思路，将单点排海总管与舱壁相结合，即将单点排海总管插入舱壁中，作为舱壁的一部分，其他排海管路分别从两侧连接到单点排海总管即可，这样的布置可以节省很多空间。

图4 单点排海总管布置

考虑到自升式钻井平台在常规作业时平台会升高到海平面以上，泄放水从单点排海口排出后会被风吹散，会影响到周围的作业。尤其是冬季，被风吹散的泄放水会冻结在桩腿上，严重时会影响到平台的升降，甚至会引起一系列安全问题。为了避免这种情况发生，可以在单点排海总管的底部安装一根软管，直接通到海面以下，如图5所示。为了保证软管可以收放，需在软管法兰中间焊接1条扁钢，利用钢钩从主甲板勾住扁钢实现吊运。

图5 软管设置方案

3 结 语

单点排海系统的设计旨在确保钻井平台的环境保护和作业安全，其难点在于排海管路布置方案的设计。虽然各船级社和国际组织没有强制要求应用该系统，但越来越多的钻井平台已经开始采用或者借鉴。本文的设计方案已在多个钻井平台得以验证，可为钻井平台的设计提供参考。