一种海上平台除砂装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油开采技术领域，更具体地，涉及一种海上平台除砂装置。


背景技术：

2.随着油气田开发生产的进行，目前海上部分油气田已经入开发中后期，面临着高含水、出砂的境况，目前采用的除砂装置的砂水分离效果较差。
3.中国专利cn207829827u公开了一种海上平台井口在线除砂排砂装置，利用旋流除砂器进行砂水分离，可以从一定程度提升砂水分离效果，但其只是经过初步的旋流分离即进行水与砂的排出，因此，会有部分细小的砂体随着水一块排出，存在砂与水分离得不够彻底的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上平台除砂装置，可以将砂与水进行较彻底的分离。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
6.提供一种海上平台除砂装置，包括设有中空腔体的罐体、进水口、排水口、排砂口，在所述罐体内设有将所述中空腔体分为沉降腔与集液腔的隔板，在所述沉降腔内设有用于将水与砂分离的旋流预分离筒，所述进水口与所述旋流预分离筒连通，所述排水口与所述集液腔连通，所述排砂口与所述沉降腔连通，在所述排砂口处设有用于控制是否排砂的第一阀门。
7.本实用新型的罐体用于给砂与水提供分离场所；进水口用于将分离前的砂水混合物引进到罐体内；排水口用于将分离后的清水排出；排砂口用于将分离后的砂体排出；旋流预分离筒用于进行砂与水分离，通过离心作用，将砂体直接从底部排出，将水从顶部分离出来；沉降腔用于将分离后的砂体与水通过重力作用进行二次沉淀；通过隔板的隔离作用，经过二次沉淀的水将从隔板的顶部溢出，进入到集液腔，集液腔为清水提供临时存储空间，然后再通过排水口排出。砂体在二次沉淀后从排砂口排出。本实用新型的除砂装置在经过砂与水的初步旋流分离后还增加了静置沉淀的过程，使砂与水的分离更彻底，尤其是可以减小细小颗粒的砂体混入清水中排出，具有较好的砂水分离效果。
8.优选地，所述进水口设于所述罐体中部或上部，所述排水口设于所述集液腔下部或底部，所述排砂口设于所述沉降腔底部，在所述排砂口处设有用于控制是否排砂的第一阀门。
9.优选地，在所述进水口前端连通有进水管道，在所述进水管道中设有用于控制是否进水的第二阀门；在所述排水口后端连通有排水管道，在所述排水管道中设有用于控制是否排水的第三阀门；在所述排砂口后端连通有排砂管道，所述第一阀门设于所述排砂管道中。
10.优选地，还包括用于搅拌使砂体加速排出的搅拌器、用于控制所述搅拌器动作的
控制器、用于给所述搅拌器提供动力的电机，所述搅拌器插入所述罐体的沉降腔内设置，所述搅拌器与所述电机连接，所述控制器与所述电机电连接。
11.优选地，所述搅拌器包括棒体与若干叶片，若干叶片设于所述棒体底部且与所述棒体连接。
12.优选地，在所述棒体与所述叶片之间设有可使所述叶片收缩或展开的支撑架，在所述棒体靠近所述叶片的端部设有滑槽，所述支撑架一端与所述叶片铰接，另一端与所述滑槽滑动连接。
13.优选地，所述搅拌器设于所述排砂管道正上方，所述排砂管道的直径大于叶片收缩状态时的搅拌器端部的直径。
14.优选地，所述旋流预分离筒包括溢流管、中空的上筒体、中空的下筒体，所述溢流管设于所述上筒体顶部，所述进水口与所述上筒体连通，所述下筒体底部开口，所述溢流管、所述上筒体、所述下筒体均连通；所述上筒体为圆柱状，所述下筒体为圆锥状或圆台状。
15.优选地，所述隔板的高度大于或等于所述罐体高度的2/3。
16.优选地，还包括设于所述罐体上且用于监测砂体在所述罐体内容量的砂体监测仪表、用于控制自动排砂的控制系统，所述控制系统与所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述控制器电连接。
17.本实用新型的除砂装置的工作原理：
18.砂水混合物从进口以一定流速按切线方向进入旋流预分离筒，在旋流预分离筒内壁以一定速度旋转向下流动，砂水混合物中砂粒受离心力作用，较大的颗粒沿外筒内壁旋转沉降，使水得到净化，砂粒由旋流预分离筒底部开口排出，得到净化的水由溢流管排出至罐体内沉降腔，并在沉降腔内经重力沉降作用，再次进行分离，得到净化的水经隔板溢进入集液腔内，由排水口排出，分离的砂则沉积于罐体沉降腔底部；除砂装置整体由控制系统配合砂体监测仪表进行控制，设置砂体堆积高度最高点，并设置砂体堆积高度最低点，来配合控制系统实现排砂过程的自动启停。正常作业工况下，第二阀门、第三阀门开启，第一阀门关闭，进行旋流沉降分离砂作业。旋流沉降的砂粒沉降至沉降腔底部，通过砂体监测仪表监测到砂体达到最高点时，由控制系统自动实现排砂作业，此时，第二阀门、第三阀门关闭，搅拌器启动，将沉积砂流化，罐体底部第一阀门开启，将砂排出罐体，砂体监测仪表监测到砂体到达最低点时，在线排砂工作完成，搅拌器停止，第一阀门关闭，第二阀门、第三阀门开启，设备恢复正常砂水分离作业。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.(1)本实用新型通过设置旋流预分离筒，使砂水混合物沿切向进入旋流预分离筒后旋转，在离心力的作用下进行除砂，砂体通过旋流预分离筒底部开口排出后，沉降分离集于罐体内沉降腔底部。
21.(2)罐体内设置的搅拌器，可以在进行排砂作业时，进行搅拌，将罐体底部堆积的砂体流化排放；而支撑架与滑槽的设置，可以使叶片向棒体收缩，在排砂口或排砂管道不慎堵塞时实现疏通功能。
22.(3)罐体上设置的砂体监测仪表，用于监测罐体内砂体的堆积高度，配合控制系统，实现连续除砂，自动排砂功能。
附图说明
23.图1为本实用新型一种海上平台除砂装置的结构示意图；
24.图2为搅拌器的结构示意图。
25.图示标记说明如下：
26.1、罐体；11、沉降腔；12、集液腔；13、隔板；2、进水口；21、第二阀门；22、进水管道；3、排水口；31、第三阀门；32、排水管道；4、排砂口；41、第一阀门；42、排砂管道；5、旋流预分离筒；51、上筒体；52、下筒体；53、溢流管；6、搅拌器；61、棒体；62、叶片；63、支撑架；64、滑槽；7、砂体监测仪表；8、过滤网；9、差压表。
具体实施方式
27.下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
29.实施例
30.如图1至图2所示为本实用新型一种海上平台除砂装置的实施例，包括设有中空腔体的罐体1、进水口2、排水口3、排砂口4，在罐体1内设有将所述中空腔体分为沉降腔11与集液腔12的隔板13，在沉降腔11内设有用于将水与砂分离的旋流预分离筒5，进水口2与旋流预分离筒5连通，排水口3与集液腔12连通，排砂口4与沉降腔11连通。
31.作为本实用新型的一个实施方式，进水口2设于罐体1中部或上部，排水口3设于集液腔12下部或底部，排砂口4设于沉降腔11底部，在排砂口4处设有用于控制是否排砂的第一阀门41。
32.进水口2设于罐体1中部或上部可以使旋流预分离筒5具有更大的放置空间，而且提高罐体1的利用率，使沉降腔11的容量更大；排水口3设于集液腔12的下部或底部可以使清水的流经路程更长，在清水排出的过程中可以得到充分的沉降，进一步提升砂水分离效果。排砂口4设于沉降腔11的底部有利于砂体的排出。第一阀门用于控制是否排砂，在正常情况下，第一阀门是处于关闭状态的，使集液腔中的砂与水可以实现在重力作用下的二次沉淀，进一步提升砂水分离效果；在需要排砂时才将第一阀门打开，实现排砂功能。
33.作为本实用新型的一个实施方式，在进水口2前端连通有进水管道22，在进水管道22中设有用于控制是否进水的第二阀门21；在排水口3后端连通有排水管道32，在排水管道32中设有用于控制是否排水的第三阀门31；在排砂口4后端连通有排砂管道42，第一阀门41设于排砂管道42中。
34.进水管道22有利于将砂水混合物引进罐体1，第二阀门21可以控制是否进水，在排
砂过程中或对罐体1清洗的过程中可以暂停进水；排水管道32有利用清水的排出，第三阀门31可以控制是否排水，在排砂过程中可以暂停排水，避免混有砂体的水从排水口3排出；排砂管道42有利于砂体排出，第一阀门41控制是否排砂，在砂水分离过程中处于关闭状态，使砂体和水可以实现静置二次沉淀，进一步提升砂水分离效果，而在排砂过程中处于开启状态，使砂体可以顺利从罐体1排出，避免砂体在罐体1内的堆积，可实现连续砂水分离的功能，实现油田的连续生产。第一阀门41、第二阀门21、第三阀门31可以是电动的，通过通电实现打开或关闭，也可以是气动或液控的，动力结构可以是多种的，只要能实现其自动打开和关闭功能即可。
35.作为本实用新型的一个实施方式，还包括用于搅拌使砂体加速排出的搅拌器6、用于控制搅拌器6动作的控制器、用于给搅拌器6提供动力的电机，搅拌器6插入罐体1的沉降腔11内设置，搅拌器6与电机连接，控制器与电机电连接。
36.搅拌器6主要是避免砂体在罐体1沉降腔11底部呈固态堆积，不利于从排砂口4排出。在第一阀门41开启时，搅拌器6进行旋转搅拌，有利于砂体呈流体状快速排出。控制器用于控制搅拌器6的动作，使搅拌器6可以在第一阀门41开启时进行工作，在第一阀门41关闭时停止工作，避免影响砂水的静置沉淀功能。电机用于给搅拌器6提供动力，使搅拌器6可以进行旋转搅拌动作。
37.作为本实用新型的一个实施方式，搅拌器6包括棒体61与若干叶片62，若干叶片62设于棒体61底部且与棒体61连接。
38.棒体61用于固定叶片62及带动叶片62旋转运动，实现搅拌器6的搅拌功能。
39.作为本实用新型的一个实施方式，在棒体61与叶片62之间设有可使叶片62收缩或展开的支撑架63，在棒体61靠近叶片62的端部设有滑槽64，支撑架63一端与叶片62铰接，另一端与滑槽64滑动连接。
40.支撑架63一方面用于加强叶片62与棒体61之间的连接，提供支撑功能；另一方面支撑架63可以带动叶片62实现在棒体61进行旋转运动时叶片62处于展开状态，使叶片62可以对砂体进行搅拌；但是在棒体61向下运动时，使叶子向棒体61远离叶子的一端收缩，类似雨伞一样，在排砂口4堵塞时，通过利用搅拌器6插入排砂口4实现疏通功能。支撑架63在滑槽64上的滑动可带动叶子实现展开或收缩状态。
41.作为本实用新型的一个实施方式，搅拌器6设于排砂管道42正上方，排砂管道42的直径大于叶片62收缩状态时的搅拌器6端部的直径。
42.排砂管道42与排砂口4连通，将搅拌器6设于排砂管道42的正上方即将搅拌器6设于排砂口4的正上方，可以利用搅拌器6的搅拌功能使排砂口4保持畅通，有利于排砂，而且在排砂口4或排砂管道42不慎堵塞的情况下，有利于将搅拌器6插入排砂管道42实现疏通的功能。排砂管道42的直径大于叶片62收缩状态时搅拌器6端部的直径有利于在排砂管道42堵塞时可以顺利将搅拌器6插入排砂管道42，便于疏通排砂管道42。
43.作为本实用新型的一个实施方式，旋流预分离筒5包括溢流管53、中空的上筒体51、中空的下筒体52，溢流管53设于上筒体51顶部，进水口2与上筒体51连通，下筒体52底部开口，溢流管53、上筒体51、下筒体52均连通；上筒体51为圆柱状，下筒体52为圆锥状或圆台状。
44.旋流预分离筒5又称水力旋流器，是利用离心沉降原理从悬浮物中分离固体颗粒
的设备。旋流预分离筒5的结构如图1所示，设备主体是由圆筒和圆锥两部分构成。悬浮液经入管沿切向进入上筒体51的圆筒，向下作螺旋形运动，固体颗粒受惯性离心力作用被甩向器壁，随下旋流降至锥底的出口，由底部排出。清液或含有微细颗粒的液体则成为上升的内层旋流，从顶部溢流管53排出。内层旋流中心有一个处于负压的气柱，气柱中的气体是由料浆中释放出来的，或者是由于溢流管53管口暴露于大气中时将空气吸入器内的。旋流分离器的特点是圆筒直径小而圆锥部分长，小直径的圆筒有利于增大惯性离心力，以提高沉降速度；同时，下筒体52锥形部分加长可增大液流行程，从而延长了悬浮液在器内的停留时间。溢流管53用于将砂水混合物分离后水的顺利排出；上筒体51与下筒体52均给砂水分离提供场所，利用离心力，分离后的砂体从下筒体52底部排出，分离后的水从上筒体51顶部的溢流管53排出；圆柱状的上筒体51在砂水混合物进入时提供较大的空间，圆锥状的下筒体52有利于砂体聚集排出，而且上筒体51的空间较大，下筒体52的空间较小，有益于在上筒体51形成负压空间，有利于水的排出，而密度大的砂体不易跑到上筒体51中，只能从下筒体52底部排出。
45.作为本实用新型的一个实施方式，隔板13的高度大于或等于罐体1高度的2/3。
46.隔板13的高度设置得太高，会影响水溢出时的水流速度，降低水溢出的工作效率；如果隔板13的高度设置得太低，会影响砂与水静置沉淀的效果，砂与水无法得到足够的时间与空间进行二次静置沉淀，砂水分离不彻底。综合二者考虑，将隔板13的高度设置成大于或等于罐体1高度的2/3可以兼具较优的排水速度与较优的砂水分离效果。优选地，隔板可以采用溢流堰板，在顶部开设有缺口的溢流堰板可便于使二次沉淀的水从沉降腔11顶部溢出进入到集液腔12。
47.作为本实用新型的一个实施方式，还包括设于罐体1上且用于监测砂体在罐体1内容量的砂体监测仪表7、用于控制自动排砂的控制系统，控制系统与第一阀门41、第二阀门21、第三阀门31、控制器电连接。
48.砂体监测仪表7用于监测砂体在罐体1中沉降腔11内的量，当砂体堆积到一定的高度时需要进行及时的排砂，避免影响后续的砂水分离效果。因此，砂体监测仪表7需要设置在罐体1上且位于旋流预分离筒5下方，避免罐体1内砂体堆积过多影响旋流预分离筒5的分离工作。控制系统用于对整个除砂装置进行控制，把控砂水分离进程与排砂进程；通过控制第一阀门41、第二阀门21、第三阀门31、控制器从整体上把控进水、排水、排砂及搅拌器6的搅拌。优选地，控制系统为plc控制系统，实现自动排砂功能。
49.作为本实用新型的一个实施方式，在集液腔12入口处还设有过滤网8，过滤网8设于集液腔12顶部且一端与隔板13连接，另一端与罐体1连接。
50.过滤网8用于对清水从沉降腔11进入到集液腔12时实现再次过滤的功能，增加多一重保障，进一步减小砂体进入集液腔12后从排水口3排出的可能性，从而进一步增加砂水分离效果。
51.作为本实用新型的一个实施方式，还包括用于监测进水口2与排水口3压力差的差压表9，差压表9一端与进水管道22连通，另一端与排水管道32连通。
52.差压表9可以监测罐体1内外压力差，避免出现内外压差过大导致安全隐患。
53.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明
的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。