油罐自動清砂技術

李壽勇，劉正瑋，劉文燕

（河北華北石油工程建設有限公司，河北任丘 062552）

油罐自動清砂技術

李壽勇，劉正瑋，劉文燕

（河北華北石油工程建設有限公司，河北任丘 062552）

油井出砂經常造成儲油罐內產生沉砂，因此罐內清砂成為油田生產的重要環節。文章介紹了國內采用的罐內清砂系統，包括平射排砂系統、大罐沉砂自動處理裝置、旋轉沖砂裝置，國外采用的KPS砂槽/噴射系統的工作原理和特點，并在此基礎上指出了罐內清砂系統的發展趨勢。

儲油罐；沉砂；自動清砂；發展趨勢

0 引言

我國疏松砂巖油藏分布范圍廣，儲量大，這類油藏在開采過程中遇到的主要問題是油井出砂。同時，隨著國內諸多油田進入開采中后期，油井產出液中的砂含量逐漸增多。油液中的砂在地面場站儲油罐中沉積，使設備的容積減小，若不及時清除，會有部分砂進入集輸流程，造成其他設備的磨損，嚴重時影響正常生產。因此，罐內沉積的砂需要定期清除。常規的人工清理方法，勞動強度和作業成本高，存在不安全性，為了不影響正常的生產作業，如何在不停產情況下除去罐內沉砂成為許多油田急需解決的難題之一。

1 國內采用的罐內清砂系統

1.1 平射排砂系統 （見圖1）

平射器最初是用來防止原油儲罐中物質沉降的一種設備，由國外引進并在油田現場特別是水系統沉降罐中得到應用[1]。通過長期的現場應用實踐，塔里木油田開發了由平射器與旋流器組成的平射排砂系統。

從圖1可以看到，平射排砂器交錯分布在儲罐內，工作流程分為兩個階段。

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

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

四通閥為雙L型電動四通閥，可以實現自動切換，使兩組平射泵狀態不斷改變，提高砂的混合度。換向時間控制在10~15 min，平射除砂器的清除面積根據排量和清除效果可以適當調整。當混合一定程度后，可以根據含砂的粒徑，選擇合適的旋流器把砂分離出來并進入儲砂箱。排砂操作時盡量降低液位，一般把液位降低到2~4 m，排砂周期和運行時間根據現場實際工況設定。

現場應用表明，平射排砂系統運行效率高，運行效率大于62%；清罐效果好，比負壓排砂系統留砂量減少70%；自動化程度高，自動定時換向，不需要人工操作；能耗低，環保效益顯著。

1.2 大罐沉砂自動處理裝置

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

該沖砂裝置主要由罐內清砂裝置、密閉清砂道和罐外砂處理裝置等三部分組成。罐中的污水通過沖砂水泵進入沖砂管道，沉砂在高壓水的作用下呈懸浮狀態。砂水的混合液通過排砂漏斗進入排砂管道，再進入沉砂池。沖砂管道上的噴嘴壓力基本相同，因此各個噴嘴的射流穩定，懸浮液可以很好地進入集砂漏斗并且不會影響上層的油液穩定性。出砂管道保持一定的傾角，可以使砂液順利排出。當砂液需要進一步處理時，可以通過旋流除砂器把砂粒分離出來。

現場應用表明，清砂裝置完全能夠滿足要求，經旋流除砂器處理的砂粒含油120 mg/L，達到了生產要求。在沖砂過程中運行平穩，油水界面穩定。整套裝置結構簡單，除砂效率達95%以上，砂粒處理后也降低了對環境的污染。

1.3 旋轉沖砂裝置

大港油田采用的自動旋轉清砂裝置在實際運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，用滑動密封法蘭與罐內活動沖砂管聯結。沖砂管上分布著射流噴嘴，在噴嘴沖掃沉砂的同時，水流產生的反作用力通過噴嘴作用到沖砂管上，使沖砂管對圓心上的滑動軸產生旋轉扭矩。旋轉扭矩作用在圓心的滑動密封法蘭上，在沖砂管上安裝的多只噴嘴在射流沖掃沉砂的同時，隨著法蘭的轉動向射流的反方向運動。結果使沖砂管上噴嘴噴射出的液柱軌跡隨之改變，使得對沉砂的沖擊呈扇形分布，沉砂自罐心向罐壁逐步推移。在罐壁死角處設有吸入管道，由此沉砂進入罐外。沖砂管的數量及沖砂管道上的噴嘴數量可根據罐底的面積及沉砂量確定。

2國外罐內清砂系統——KPS砂槽/噴射系統

經過多年的油田現場經驗，挪威Kvaerner公司研制開發一種新型的砂處理系統即KPS砂槽/噴射系統，見圖4，該系統除砂效率高，并且在除砂的過程中不會破壞罐內液體的穩定性。

KPS砂槽/噴射系統是由若干個砂槽/噴射單元組成，在儲油罐的底部排列安裝。每個砂槽/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。在砂槽上部是節流的外輸管嘴，用來控制適當的液體流速，從而可以收集到通過鋸齒的砂粒，鋸齒的影響面積要保證均勻。排砂管連接到節流外輸管嘴和罐的排砂出口管。噴射管呈U形，兩個直管分布在砂槽的兩邊。每個噴射管帶有若干個不銹鋼噴嘴，噴射的高壓水可以保證水流能夠達到砂槽的長度范圍。

每個砂槽/噴射單元都有噴射和排吸的控制閥，保證各個單元可以單獨進行清砂。噴射和排砂是相互配合的，從而可以高效地除去罐中砂粒?？梢酝ㄟ^手動或PLC程序控制器進行控制，使各個單元按一定的順序進行清砂，采用時序性的設計可以保證罐底的各相液位和整個工藝裝置的穩定性。與傳統的清砂系統相比，KPS砂槽/噴射系統的排砂口設計在非底部位置，無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生腐蝕的現象。

3 罐內清砂系統的發展趨勢

（1）清砂系統工作時不影響罐正常生產作業。

（2）系統工作時不對上層油水界面造成破壞。

（3）水力沖吸也是今后發展的方向。

（4）自動化和智能控制技術的應用將越來越深入，可以根據砂堆積量自動進行清除作業。

（5）隨著環保意識的增強，配備相應的砂凈化裝置，也是清砂系統發展的一個趨勢。

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

[2]董克強.原油沉降罐密閉清砂裝置研究[J].北京工業大學學報，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，河北邢臺人，助理工程師，2010年畢業于長江大學機械設計專業，碩士，現主要從事石油儲罐方面的研究工作。

2010-08-28