2021年·第1期·总第190期
田 雪 赵建亭 程 峰 曾庆松
（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）
［摘 要］泥浆系统是大洋钻探船的重要组成部分，其设计常常面临系统设备众多，参数匹配困难、钻井作业效率低、安全性等问题，直接影响大洋钻探效果。该文在大洋钻探船泥浆需求论证基础上，对高压泥浆系统、泥浆配置系统、泥浆存储输送系统、泥浆处理系统、散料存储输送系统、高压固井系统等开展工艺流程分析，提出泥浆系统区域规划原则，合理规划泥浆泵舱、泥浆池舱和泥浆处理区域，形成适用于目标船型的泥浆系统区域布置方案；并基于泥浆工艺流程的功能要求，合理进行泥浆设备选型，形成系统配置方案，为船型工程设计提供依据。［关键词］大洋钻探；高压泥浆；低压泥浆；工艺流程 ［中图分类号］U674.38+1 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2021）01-0063-11
On Design of Mud System for Ocean Drilling Ship
TIAN Xue ZHAO Jian-ting CHENG Feng ZENG Qing-song
(Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)
Abstract : Mud system is an important part of the ocean drilling ship. The design of mud system often faces many problems, such as system equipment, diffi cult parameter matching, low drilling effi ciency and safety, which directly affect the effect of the ocean drilling. Based on the demonstration of the mud requirements for the ocean drilling ship, this article analyzes the technical process of the high-pressure mud system, mud mixing system, mud storage and transfer system, mud process system, bulk storage and transfer system and high-pressure cementing system. The regional planning principles of the mud system are put forward to rationally plan the mud pump room, mud tank and mud processing area to form the arrangement plan of the mud system that is suitable for the target ship type. A reasonable selection of the mud equipment is made to form the confi guration scheme of the mud system based on the functional requirements of the mud technical process. It can provide basis for the engineering design of the ship.Keywords : ocean drilling; high pressure mud; low pressure mud; technical process
收稿日期：2020-05-27；修回日期：2020-07-21作者简介：田 雪（1988-），女，硕士，工程师。研究方向：船舶特种机械设计。 赵建亭（1978-），男，本科，研究员。研究方向：船舶与海洋工程钻井系统设计与研究。 程 峰（1974-），男，硕士，研究员。研究方向：船舶特种机械设计。 曾庆松（
1988-），男，硕士，工程师。研究方向：船舶特种机械设计。
DOI :10.19423/jki.31-1561/u.2021.01.063
引 言
泥浆系统是钻探作业的重要支持系统，为钻进、固井、井控等作业提供不同的泥浆，是大洋钻探船的重要组成部分。泥浆系统主要包括高压泥浆系统、泥浆配置系统、泥浆存储输送系统、
泥浆处理系统、散料存储输送系统和高压固井系
统等。
［1］
泥浆系统设计常常面临着系统设备众多、参数匹配困难、钻井作业效率低、安全性和经济性差等问题，直接影响大洋钻探效果。本文开展大洋钻探船泥浆系统设计分析，对泥浆系统进行优化设计，
以提高系统功能性，提高钻探过程中的作业效率、安全性和经济性。
1 泥浆需求论证
整个钻探作业周期内的泥浆需求是确定泥浆池舱容、泥浆原材料（重晶石和土粉）和固井原材料（水泥）的基本依据
［2］
。泥浆需求量与大洋钻
探船最大作业水深和钻深有关，此外，它们在船上的存储能力也会对补给船的供应周期产生影响。
初步认为无隔水管钻井作业时，日用泥浆池的容量至少满足把泥线下的井筒灌满，并留有一定的裕量；隔水管钻井作业时，日用泥浆池的容量至少要满足把隔水管与套管形成的完整井筒灌满并留有一定的裕量。备用泥浆池除了具有一定的储备功能外，还需要考虑泥浆体系替换时存储不同体系泥浆的功能，推荐备用泥浆池舱容为日用泥浆池的1.25~1.5倍。
大洋钻探船具有隔水管钻井作业和无隔水管钻井作业两种作业方式。大洋科学钻探作业时，可采用无隔水管钻井作业方式，总钻深11 000 m（含水深），采用典型井筒模型（如图1所示）。
在总钻深不变的情况下，对不同水深和井深进行组合，估算泥浆需求。为考虑井筒容积需求最大情况，D3-D5井段均采用套管挂型式。无隔水管钻井作业模式下的日用泥浆需求量见表1。
节能煤气灶图1 典型井筒模型图
表1 无隔水管钻井作业日用泥浆需求量
表2 隔水管钻井作业日用泥浆需求量
由表1和表2可知，泥浆池舱容需求由钻井作业方式决定，大洋钻探船日用泥浆池舱容应不小于
870 m 3，泥浆池总舱容应不小于1 780 m 3。
采用隔水管钻井作业方式时，最大作业水深2 500 m，总钻深6 000 m（含水深），估算的日用泥浆需求量见表2。
2021年·第1期·总第190期
2 系统工艺流程分析
2.1 高压泥浆系统
高压泥浆系统为钻井作业提供高压泥浆，起到润滑井壁、携带岩屑、冷却钻头、平衡井内压力等
作用，［3］
主要包括泥浆泵、立管管汇、高压泥浆
软管等设备。船上通常采用3台高压泥浆泵，分别
设置3路完全独立的高压泥浆总管，其中2路连接至钻台上的泥浆立管管汇，另1路连接至隔水管增压管线。泥浆的增压管线接到月池区的固定接口位置，由跨接软管将增压管线与隔水管柱上的固定管线
连通。此外，每台高压泥浆泵出口安装1个安全
阀，安全阀的排出口可以直接排泄到泥浆池中。
［4］
高压泥浆系统工艺流程如图2所示。
图2
高压泥浆系统工艺流程示意图
2.2 泥浆配置系统
同轴电缆接头
泥浆配置系统的主要原料是重晶石、土粉及袋装品，主要包含缓冲罐、混合漏斗、化学添加剂撬、切包机、大袋混合装置等设备。通过压缩空气，由散料罐输送来的重晶石、土粉经过缓冲罐下料到混合漏斗内，并由混合泵运来的泥浆经过混合漏斗的喷射泵混合后重新回到泥浆池，实现泥浆的配置功能。一些袋装品的添加剂由叉车搬运到切包机将袋装品的散料通过螺旋输送器输送到混合漏斗内实现泥浆的添加调配功能。泥浆配置系统工艺流程如图3所示。
图3 泥浆配置系统工艺流程示意图
2.3 泥浆存储输送系统
热流道模具
泥浆存储及输送系统为高压泥浆系统存储、输送、分配并补给所需的泥浆，主要包括灌注泵、混合泵、日用泥浆池、备用泥浆池等设备及辅助系统。泥浆的输送主要由离心泵来完成。泥浆的存储主要由泥浆池来完成，泥浆存储输送系统工艺流程如下页图4所示。2.4 泥浆处理系统
缘114泥浆处理系统主要包括泥浆分配器、振动筛、除砂/除泥器、除气器及离心机等设备。从井内携带岩屑返回的泥浆由转喷器返流管线进入泥浆处理系统，返流的泥浆首先通过分配器进入振动筛，除去较大颗粒的岩屑，分离出的岩屑可以排舷外或收集后集中处理。泥浆经振动筛处理后流进沉砂罐，
金刚石复合片钻头2021年·第1期·总第190期
图4
泥浆存储输送系统工艺流程示意图
接着再通过除气器、联合清洁器或离心机进行除气、除砂、除泥及细固相的处理。经除气器分离的
气体被排放到井架上放空管线。［5-6］
处理后的泥浆
由回流管线返回到日用泥浆池，通过高压泥浆泵重新循环利用，典型的泥浆处理系统工艺流程如下页图5所示。
2.5 散料存储输送系统
散装材料采用储存在密闭压力罐内的方式存放在船体舱室内，罐体内的散装材料采用管道气力输送的方式在罐体之间、供应船与大洋钻探船间调拨或者输送到散装材料终端设备上进行泥浆或者水平板电视支架
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