油罐自動(dòng)清砂技術(shù)

李壽勇，劉正瑋，劉文燕

（河北華北石油工程建設(shè)有限公司，河北任丘 062552）

油罐自動(dòng)清砂技術(shù)

李壽勇，劉正瑋，劉文燕

（河北華北石油工程建設(shè)有限公司，河北任丘 062552）

油井出砂經(jīng)常造成儲(chǔ)油罐內(nèi)產(chǎn)生沉砂，因此罐內(nèi)清砂成為油田生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。文章介紹了國(guó)內(nèi)采用的罐內(nèi)清砂系統(tǒng)，包括平射排砂系統(tǒng)、大罐沉砂自動(dòng)處理裝置、旋轉(zhuǎn)沖砂裝置，國(guó)外采用的KPS砂槽/噴射系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上指出了罐內(nèi)清砂系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

儲(chǔ)油罐；沉砂；自動(dòng)清砂；發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

我國(guó)疏松砂巖油藏分布范圍廣，儲(chǔ)量大，這類油藏在開采過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題是油井出砂。同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)諸多油田進(jìn)入開采中后期，油井產(chǎn)出液中的砂含量逐漸增多。油液中的砂在地面場(chǎng)站儲(chǔ)油罐中沉積，使設(shè)備的容積減小，若不及時(shí)清除，會(huì)有部分砂進(jìn)入集輸流程，造成其他設(shè)備的磨損，嚴(yán)重時(shí)影響正常生產(chǎn)。因此，罐內(nèi)沉積的砂需要定期清除。常規(guī)的人工清理方法，勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)成本高，存在不安全性，為了不影響正常的生產(chǎn)作業(yè)，如何在不停產(chǎn)情況下除去罐內(nèi)沉砂成為許多油田急需解決的難題之一。

1 國(guó)內(nèi)采用的罐內(nèi)清砂系統(tǒng)

1.1 平射排砂系統(tǒng) （見圖1）

平射器最初是用來(lái)防止原油儲(chǔ)罐中物質(zhì)沉降的一種設(shè)備，由國(guó)外引進(jìn)并在油田現(xiàn)場(chǎng)特別是水系統(tǒng)沉降罐中得到應(yīng)用[1]。通過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐，塔里木油田開發(fā)了由平射器與旋流器組成的平射排砂系統(tǒng)。

從圖1可以看到，平射排砂器交錯(cuò)分布在儲(chǔ)罐內(nèi)，工作流程分為兩個(gè)階段。

第一階段為吸入狀態(tài)。含砂污水從吸入孔進(jìn)入腔體，平射器上安裝有擋流板，吸入過(guò)程不會(huì)影響罐內(nèi)的上部液體的穩(wěn)定性。進(jìn)入腔體的液體在壓力的作用下使下凡爾罩打開從而進(jìn)入中間腔體，此時(shí)上凡爾罩在壓差作用下是關(guān)閉的，含砂污水通過(guò)管道流到罐外的四通閥，再進(jìn)入排砂泵。

第二階段為排出狀態(tài)。第一階段的污水通過(guò)排砂泵加壓，污水再按相反的流程返回平射器，平射器腔體內(nèi)的污水通過(guò)由平射底唇和平射上唇組成的環(huán)形噴嘴噴出，在壓力的作用下把沉積的砂沖起。

四通閥為雙L型電動(dòng)四通閥，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，使兩組平射泵狀態(tài)不斷改變，提高砂的混合度。換向時(shí)間控制在10~15 min，平射除砂器的清除面積根據(jù)排量和清除效果可以適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)混合一定程度后，可以根據(jù)含砂的粒徑，選擇合適的旋流器把砂分離出來(lái)并進(jìn)入儲(chǔ)砂箱。排砂操作時(shí)盡量降低液位，一般把液位降低到2~4 m，排砂周期和運(yùn)行時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況設(shè)定。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，平射排砂系統(tǒng)運(yùn)行效率高，運(yùn)行效率大于62%；清罐效果好，比負(fù)壓排砂系統(tǒng)留砂量減少70%；自動(dòng)化程度高，自動(dòng)定時(shí)換向，不需要人工操作；能耗低，環(huán)保效益顯著。

1.2 大罐沉砂自動(dòng)處理裝置

勝利油田孤島聯(lián)合站的油液含砂量大，因此在處理時(shí)罐內(nèi)沉砂較多。為此研制的一套罐內(nèi)自動(dòng)清砂裝置，其基本原理如圖2所示。

該沖砂裝置主要由罐內(nèi)清砂裝置、密閉清砂道和罐外砂處理裝置等三部分組成。罐中的污水通過(guò)沖砂水泵進(jìn)入沖砂管道，沉砂在高壓水的作用下呈懸浮狀態(tài)。砂水的混合液通過(guò)排砂漏斗進(jìn)入排砂管道，再進(jìn)入沉砂池。沖砂管道上的噴嘴壓力基本相同，因此各個(gè)噴嘴的射流穩(wěn)定，懸浮液可以很好地進(jìn)入集砂漏斗并且不會(huì)影響上層的油液穩(wěn)定性。出砂管道保持一定的傾角，可以使砂液順利排出。當(dāng)砂液需要進(jìn)一步處理時(shí)，可以通過(guò)旋流除砂器把砂粒分離出來(lái)。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，清砂裝置完全能夠滿足要求，經(jīng)旋流除砂器處理的砂粒含油120 mg/L，達(dá)到了生產(chǎn)要求。在沖砂過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)，油水界面穩(wěn)定。整套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除砂效率達(dá)95%以上，砂粒處理后也降低了對(duì)環(huán)境的污染。

1.3 旋轉(zhuǎn)沖砂裝置

大港油田采用的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)清砂裝置在實(shí)際運(yùn)行中取得了較好的效果[2]，具有較高的清砂率。沖砂管及噴嘴分布如圖3所示。

沖砂管由罐底引至罐心，用滑動(dòng)密封法蘭與罐內(nèi)活動(dòng)沖砂管聯(lián)結(jié)。沖砂管上分布著射流噴嘴，在噴嘴沖掃沉砂的同時(shí)，水流產(chǎn)生的反作用力通過(guò)噴嘴作用到?jīng)_砂管上，使沖砂管對(duì)圓心上的滑動(dòng)軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩。旋轉(zhuǎn)扭矩作用在圓心的滑動(dòng)密封法蘭上，在沖砂管上安裝的多只噴嘴在射流沖掃沉砂的同時(shí)，隨著法蘭的轉(zhuǎn)動(dòng)向射流的反方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)果使沖砂管上噴嘴噴射出的液柱軌跡隨之改變，使得對(duì)沉砂的沖擊呈扇形分布，沉砂自罐心向罐壁逐步推移。在罐壁死角處設(shè)有吸入管道，由此沉砂進(jìn)入罐外。沖砂管的數(shù)量及沖砂管道上的噴嘴數(shù)量可根據(jù)罐底的面積及沉砂量確定。

2國(guó)外罐內(nèi)清砂系統(tǒng)——KPS砂槽/噴射系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)多年的油田現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，挪威Kvaerner公司研制開發(fā)一種新型的砂處理系統(tǒng)即KPS砂槽/噴射系統(tǒng)，見圖4，該系統(tǒng)除砂效率高，并且在除砂的過(guò)程中不會(huì)破壞罐內(nèi)液體的穩(wěn)定性。

KPS砂槽/噴射系統(tǒng)是由若干個(gè)砂槽/噴射單元組成，在儲(chǔ)油罐的底部排列安裝。每個(gè)砂槽/噴射單元均由砂槽、噴射管和排砂管組成。砂槽是呈倒V字型的水槽，與罐底接觸的邊緣為鋸齒型。在砂槽上部是節(jié)流的外輸管嘴，用來(lái)控制適當(dāng)?shù)囊后w流速，從而可以收集到通過(guò)鋸齒的砂粒，鋸齒的影響面積要保證均勻。排砂管連接到節(jié)流外輸管嘴和罐的排砂出口管。噴射管呈U形，兩個(gè)直管分布在砂槽的兩邊。每個(gè)噴射管帶有若干個(gè)不銹鋼噴嘴，噴射的高壓水可以保證水流能夠達(dá)到砂槽的長(zhǎng)度范圍。

每個(gè)砂槽/噴射單元都有噴射和排吸的控制閥，保證各個(gè)單元可以單獨(dú)進(jìn)行清砂。噴射和排砂是相互配合的，從而可以高效地除去罐中砂粒。可以通過(guò)手動(dòng)或PLC程序控制器進(jìn)行控制，使各個(gè)單元按一定的順序進(jìn)行清砂，采用時(shí)序性的設(shè)計(jì)可以保證罐底的各相液位和整個(gè)工藝裝置的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的清砂系統(tǒng)相比，KPS砂槽/噴射系統(tǒng)的排砂口設(shè)計(jì)在非底部位置，無(wú)論是排砂前還是排砂完成后，排砂口的液體含砂量都非常少，這就避免了排砂口容易積砂和產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。

3 罐內(nèi)清砂系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）清砂系統(tǒng)工作時(shí)不影響罐正常生產(chǎn)作業(yè)。

（2）系統(tǒng)工作時(shí)不對(duì)上層油水界面造成破壞。

（3）水力沖吸也是今后發(fā)展的方向。

（4）自動(dòng)化和智能控制技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越深入，可以根據(jù)砂堆積量自動(dòng)進(jìn)行清除作業(yè)。

（5）隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，配備相應(yīng)的砂凈化裝置，也是清砂系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

[1]孟波,李志銘,張永靈，等.沉降罐平射排泥砂系統(tǒng)[J].油氣田地面工程，2008，07（27）：92-93.

[2]董克強(qiáng).原油沉降罐密閉清砂裝置研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，20 01，12（4）：476-478.

Automatic Desanding Techniques of Storage Tank

LI Shou-yong（Huabei Petroleum Engineering Construction Co.,Ltd.,Renqiu 062552,China）,LIU Zheng-wei，LIU Wen-yan

Sand coming from oil well often causes sand sedimentation in a storage tank,so that tank desanding operation is an important work in oilfield production.This paper introduces the domestic tank desanding systems including horizontal discharging desanding system,automatic treatment device of sand sedimentation in large tank and rotary sand cleaning device,as well as the foreign KPS sand trough/jetting system and their working principles and characteristics.Furthermore,the paper puts forward the development trend of tank desanding system.

oil tank;sand sedimentation;development trend

TE972

B

1001－2206（2011）03－0058－03

李壽勇 (1984-)，男，河北邢臺(tái)人，助理工程師，2010年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事石油儲(chǔ)罐方面的研究工作。

2010-08-28