油罐自动清砂技术

李寿勇，刘正玮，刘文燕

（河北华北石油工程建设有限公司，河北任丘 062552）

油罐自动清砂技术

李寿勇，刘正玮，刘文燕

（河北华北石油工程建设有限公司，河北任丘 062552）

油井出砂经常造成储油罐内产生沉砂，因此罐内清砂成为油田生产的重要环节。文章介绍了国内采用的罐内清砂系统，包括平射排砂系统、大罐沉砂自动处理装置、旋转冲砂装置，国外采用的KPS砂槽/喷射系统的工作原理和特点，并在此基础上指出了罐内清砂系统的发展趋势。

储油罐；沉砂；自动清砂；发展趋势

0 引言

我国疏松砂岩油藏分布范围广，储量大，这类油藏在开采过程中遇到的主要问题是油井出砂。同时，随着国内诸多油田进入开采中后期，油井产出液中的砂含量逐渐增多。油液中的砂在地面场站储油罐中沉积，使设备的容积减小，若不及时清除，会有部分砂进入集输流程，造成其他设备的磨损，严重时影响正常生产。因此，罐内沉积的砂需要定期清除。常规的人工清理方法，劳动强度和作业成本高，存在不安全性，为了不影响正常的生产作业，如何在不停产情况下除去罐内沉砂成为许多油田急需解决的难题之一。

1 国内采用的罐内清砂系统

1.1 平射排砂系统 （见图1）

平射器最初是用来防止原油储罐中物质沉降的一种设备，由国外引进并在油田现场特别是水系统沉降罐中得到应用[1]。通过长期的现场应用实践，塔里木油田开发了由平射器与旋流器组成的平射排砂系统。

从图1可以看到，平射排砂器交错分布在储罐内，工作流程分为两个阶段。

第一阶段为吸入状态。含砂污水从吸入孔进入腔体，平射器上安装有挡流板，吸入过程不会影响罐内的上部液体的稳定性。进入腔体的液体在压力的作用下使下凡尔罩打开从而进入中间腔体，此时上凡尔罩在压差作用下是关闭的，含砂污水通过管道流到罐外的四通阀，再进入排砂泵。

第二阶段为排出状态。第一阶段的污水通过排砂泵加压，污水再按相反的流程返回平射器，平射器腔体内的污水通过由平射底唇和平射上唇组成的环形喷嘴喷出，在压力的作用下把沉积的砂冲起。

四通阀为双L型电动四通阀，可以实现自动切换，使两组平射泵状态不断改变，提高砂的混合度。换向时间控制在10~15 min，平射除砂器的清除面积根据排量和清除效果可以适当调整。当混合一定程度后，可以根据含砂的粒径，选择合适的旋流器把砂分离出来并进入储砂箱。排砂操作时尽量降低液位，一般把液位降低到2~4 m，排砂周期和运行时间根据现场实际工况设定。

现场应用表明，平射排砂系统运行效率高，运行效率大于62%；清罐效果好，比负压排砂系统留砂量减少70%；自动化程度高，自动定时换向，不需要人工操作；能耗低，环保效益显著。

1.2 大罐沉砂自动处理装置

胜利油田孤岛联合站的油液含砂量大，因此在处理时罐内沉砂较多。为此研制的一套罐内自动清砂装置，其基本原理如图2所示。

该冲砂装置主要由罐内清砂装置、密闭清砂道和罐外砂处理装置等三部分组成。罐中的污水通过冲砂水泵进入冲砂管道，沉砂在高压水的作用下呈悬浮状态。砂水的混合液通过排砂漏斗进入排砂管道，再进入沉砂池。冲砂管道上的喷嘴压力基本相同，因此各个喷嘴的射流稳定，悬浮液可以很好地进入集砂漏斗并且不会影响上层的油液稳定性。出砂管道保持一定的倾角，可以使砂液顺利排出。当砂液需要进一步处理时，可以通过旋流除砂器把砂粒分离出来。

现场应用表明，清砂装置完全能够满足要求，经旋流除砂器处理的砂粒含油120 mg/L，达到了生产要求。在冲砂过程中运行平稳，油水界面稳定。整套装置结构简单，除砂效率达95%以上，砂粒处理后也降低了对环境的污染。

1.3 旋转冲砂装置

大港油田采用的自动旋转清砂装置在实际运行中取得了较好的效果[2]，具有较高的清砂率。冲砂管及喷嘴分布如图3所示。

冲砂管由罐底引至罐心，用滑动密封法兰与罐内活动冲砂管联结。冲砂管上分布着射流喷嘴，在喷嘴冲扫沉砂的同时，水流产生的反作用力通过喷嘴作用到冲砂管上，使冲砂管对圆心上的滑动轴产生旋转扭矩。旋转扭矩作用在圆心的滑动密封法兰上，在冲砂管上安装的多只喷嘴在射流冲扫沉砂的同时，随着法兰的转动向射流的反方向运动。结果使冲砂管上喷嘴喷射出的液柱轨迹随之改变，使得对沉砂的冲击呈扇形分布，沉砂自罐心向罐壁逐步推移。在罐壁死角处设有吸入管道，由此沉砂进入罐外。冲砂管的数量及冲砂管道上的喷嘴数量可根据罐底的面积及沉砂量确定。

2国外罐内清砂系统——KPS砂槽/喷射系统

经过多年的油田现场经验，挪威Kvaerner公司研制开发一种新型的砂处理系统即KPS砂槽/喷射系统，见图4，该系统除砂效率高，并且在除砂的过程中不会破坏罐内液体的稳定性。

KPS砂槽/喷射系统是由若干个砂槽/喷射单元组成，在储油罐的底部排列安装。每个砂槽/喷射单元均由砂槽、喷射管和排砂管组成。砂槽是呈倒V字型的水槽，与罐底接触的边缘为锯齿型。在砂槽上部是节流的外输管嘴，用来控制适当的液体流速，从而可以收集到通过锯齿的砂粒，锯齿的影响面积要保证均匀。排砂管连接到节流外输管嘴和罐的排砂出口管。喷射管呈U形，两个直管分布在砂槽的两边。每个喷射管带有若干个不锈钢喷嘴，喷射的高压水可以保证水流能够达到砂槽的长度范围。

每个砂槽/喷射单元都有喷射和排吸的控制阀，保证各个单元可以单独进行清砂。喷射和排砂是相互配合的，从而可以高效地除去罐中砂粒。可以通过手动或PLC程序控制器进行控制，使各个单元按一定的顺序进行清砂，采用时序性的设计可以保证罐底的各相液位和整个工艺装置的稳定性。与传统的清砂系统相比，KPS砂槽/喷射系统的排砂口设计在非底部位置，无论是排砂前还是排砂完成后，排砂口的液体含砂量都非常少，这就避免了排砂口容易积砂和产生腐蚀的现象。

3 罐内清砂系统的发展趋势

（1）清砂系统工作时不影响罐正常生产作业。

（2）系统工作时不对上层油水界面造成破坏。

（3）水力冲吸也是今后发展的方向。

（4）自动化和智能控制技术的应用将越来越深入，可以根据砂堆积量自动进行清除作业。

（5）随着环保意识的增强，配备相应的砂净化装置，也是清砂系统发展的一个趋势。

[1]孟波,李志铭,张永灵，等.沉降罐平射排泥砂系统[J].油气田地面工程，2008，07（27）：92-93.

[2]董克强.原油沉降罐密闭清砂装置研究[J].北京工业大学学报，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

李寿勇 (1984-)，男，河北邢台人，助理工程师，2010年毕业于长江大学机械设计专业，硕士，现主要从事石油储罐方面的研究工作。

2010-08-28