本发明涉及海洋油田开采技术领域，适用于海底原油除砂，具体涉及一种水下除砂装置。
背景技术：
在海上油田开采过程中，原油经水下混输泵增压后，通过水下输油管线输送到海上平台，原油中含有的固相杂质会对水下混输泵及输油管线产生冲蚀作用，影响泵外特性和管路特性，产生磨损，降低水下混输泵的性能和使用寿命，最终影响产量，因此降低原油的含砂率对于提高水下混输泵及输油管线的使用寿命十分重要，此外，由于水下混输泵固定在海底出油管汇附近，几乎不可能得到维护与更换，因此，如何提供一种水下除砂装置以降低海底产出原油的含砂率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
针对当前一些海上油田原油含砂率高的问题，本发明提供了一种水下除砂装置，其采用的技术方案如下：
一种水下除砂装置，包括除砂罐、运砂箱、底座、传送带系统、轨道架，所述除砂罐、传送带系统及轨道架的下端均固定在海底出油管汇附近的底座上，所述运砂箱的下端安装在传送带系统上。
优选的，所述的除砂罐包括进油口、罐体、出砂端电磁阀、出砂口、罐体支撑架、出油口，产出的原油经进油口进入罐体，原油中的固相砂粒经沉淀作用聚集在漏斗状的罐体底部，完成除砂的原油经出油口进入水下混输泵及输油管线系统，所述罐体安装在罐体支撑架上，所述罐体支撑架固定在底座上，所述出砂端电磁阀安装在罐体的出砂口处。
优选的，所述的运砂箱包括滑轮臂、电缆总汇、运砂箱顶端电磁阀、运砂箱顶端进砂口、砂箱泄压阀、砂箱体、第一定位桩、第二定位桩、第三定位桩、第四定位桩、第一进气口电磁阀、第二进气口电磁阀、第一进气管、第二进气管、第一压缩气瓶、第二压缩气瓶、运砂箱底端排出阀门、滑轮、第一气室泄压阀、第二气室泄压阀、第三气室泄压阀、第四气室泄压阀、防护栏、第一活塞板、第二活塞板、第三活塞板、第四活塞板、第一气室隔板、第二气室隔板、第一砂室隔板、第二砂室隔板、第一导流罩、第二导流罩，所述滑轮臂设有两个，对称固连在砂箱体的两侧，所述滑轮臂的内壁上设有上下两层滑轮，每层均布三个滑轮，所述滑轮臂的开口侧朝向轨道架，所述运砂箱顶端电磁阀安装在运砂箱顶端进砂口上，所述第一定位桩、第二定位桩、第三定位桩、第四定位桩固定在砂箱体底部，所述第一定位桩、第二定位桩、第三定位桩、第四定位桩的下端安装在传送带系统上，所述防护栏固定在砂箱体底部，所述第一气室隔板、第二气室隔板、第一砂室隔板、第二砂室隔板将砂箱体内部分隔成四个气室和一个砂室，砂室在中间，四个气室分布在四周，所述砂箱体的上端设有砂箱泄压阀，下端设有运砂箱底端排出阀门，所述砂箱泄压阀、运砂箱底端排出阀门均与砂室连通，所述第一活塞板、第二活塞板、第三活塞板、第四活塞板分别布置在四个气室中，砂箱体的上端面设有与各个气室相连通的通孔，海水可以从砂箱体上的通孔出入，所述第一进气管的两端插入相邻的两个气室，所述第二进气管的两端插入另外两个相邻的两个气室，所述第一气室泄压阀、第二气室泄压阀、第三气室泄压阀、第四气室泄压阀安装在砂箱体的底部，且分别连通四个气室，压缩气体由第一进气管、第二进气管进入气室，所述第一导流罩、第二导流罩安装在砂箱体内部的砂室中，所述第一压缩气瓶、第二压缩气瓶固定在砂箱体底部，所述第一压缩气瓶通过第一进气口电磁阀、第一进气管与两个气室连接，所述第二压缩气瓶通过第二进气口电磁阀、第二进气管与另外两个气室连接，由运砂箱顶端电磁阀、第一进气口电磁阀、第二进气口电磁阀引出的导线，在电缆总汇汇集成一条电缆后引至海面，除砂罐底端的出砂口与运砂箱顶端进砂口通过快速接头连接。
优选的，所述的传送带系统包括传送带、传送带支座、液压筒、基座、第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽、第四定位槽，所述传送带支座的下端固定在底座上，所述液压筒固定在传送带上，所述基座固定在液压筒一端的活塞杆上，所述传送带支座的上端面与传送带的内表面贴合，所述基座的上端面设有第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽、第四定位槽，所述第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽、第四定位槽分别与运砂箱上的第一定位桩、第四定位桩、第二定位桩、第三定位桩相配合。
优选的，所述的轨道架包括第一轨道、第二轨道、第一立臂、第二立臂、立柱，所述第一轨道和第二轨道分别通过第一立臂和第二立臂固定在立柱上，所述立柱的上端直通海面，下端固定在底座上。
本发明具有如下优点：
(1)在海底出油管汇处即可进行除砂作业，降低原油含砂率，无需通过增压泵将固相砂输送至海上平台，减小了能耗，降低了增压泵及输油管道中固相砂的含量，增加增压泵及输油管道的使用寿命；
(2)通过运砂箱将原油中沉淀的砂运送至海面，运砂箱通过浮力原理在轨道架上自行升降，无需耗费能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明一种水下除砂装置的正视图；
图2：本发明一种水下除砂装置的整体结构示意图；
图3：本发明一种水下除砂装置的除砂罐的结构示意图；
图4：本发明一种水下除砂装置的运砂箱的结构示意图；
图5：本发明一种水下除砂装置的运砂箱仰视图；
图6：本发明一种水下除砂装置的运砂箱侧视图；
图7：本发明一种水下除砂装置的砂箱体剖视图；
图8：本发明一种水下除砂装置的砂箱体内部导流罩剖视图；
图9：本发明一种水下除砂装置的传送带系统主视图；
图10：本发明一种水下除砂装置的传送带系统俯视图；
图11：本发明一种水下除砂装置的传送带系统a-a剖视图；
图12：本发明一种水下除砂装置的轨道架结构示意图；
图13：本发明一种水下除砂装置的运砂箱在轨道架上的运动示意图。
符号说明：
1.除砂罐、2.运砂箱、3.底座、4.传送带系统、5.轨道架、101.进油口、102.罐体、103.出砂端电磁阀、104.出砂口、105.罐体支撑架、106.出油口、201.滑轮臂、202.电缆总汇、203.运砂箱顶端电磁阀、204.运砂箱顶端进砂口、205.砂箱泄压阀、206.砂箱体、207.第一定位桩、208.第一进气口电磁阀、209.第一进气管、210.第二定位桩、211.第一压缩气瓶、212.运砂箱底端排出阀门、213.第二压缩气瓶、214.第三定位桩、215.第二进气管、216.第二进气口电磁阀、217.滑轮、218.第四定位桩、219.第一气室泄压阀、220.第二气室泄压阀、221.防护栏、222.第三气室泄压阀、223.第四气室泄压阀、224.第一活塞板、225.第一气室隔板、226.第二活塞板、227.第一砂室隔板、228.第一导流罩、229.第二砂室隔板、230.第三活塞板、231.第二气室隔板、232.第四活塞板、233.第二导流罩、401.传送带、402.传送带支座、403.液压筒、404.基座、405.第一定位槽、406.第二定位槽、407.第三定位槽、408.第四定位槽、501.第一轨道、502.第一立臂、503.第二轨道、504.第二立臂、505.立柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1～2所示，本发明一种水下除砂装置，包括除砂罐(1)、运砂箱(2)、底座(3)、传送带系统(4)、轨道架(5)，所述除砂罐(1)、传送带系统(4)及轨道架(5)的下端均固定在海底出油管汇附近的底座(3)上，所述运砂箱(2)的下端安装在传送带系统(4)上。
如图1～3所示，所述的除砂罐(1)包括进油口(101)、罐体(102)、出砂端电磁阀(103)、出砂口(104)、罐体支撑架(105)、出油口(106)，产出的原油经进油口(101)进入罐体(102)，原油中的固相砂粒经沉淀作用聚集在漏斗状的罐体(102)底部，完成除砂的原油经出油口(106)进入水下混输泵及输油管线系统，所述罐体(102)安装在罐体支撑架(105)上，所述罐体支撑架(105)固定在底座(3)上，所述出砂端电磁阀(103)安装在罐体(102)的出砂口(104)处。
如图4～8所示，所述的运砂箱(2)包括滑轮臂(201)、电缆总汇(202)、运砂箱顶端电磁阀(203)、运砂箱顶端进砂口(204)、砂箱泄压阀(205)、砂箱体(206)、第一定位桩(207)、第二定位桩(210)、第三定位桩(214)、第四定位桩(218)、第一进气口电磁阀(208)、第二进气口电磁阀(216)、第一进气管(209)、第二进气管(215)、第一压缩气瓶(211)、第二压缩气瓶(213)、运砂箱底端排出阀门(212)、滑轮(217)、第一气室泄压阀(219)、第二气室泄压阀(220)、第三气室泄压阀(222)、第四气室泄压阀(223)、防护栏(221)、第一活塞板(224)、第二活塞板(226)、第三活塞板(230)、第四活塞板(232)、第一气室隔板(225)、第二气室隔板(231)、第一砂室隔板(227)、第二砂室隔板(229)、第一导流罩(228)、第二导流罩(233)，所述滑轮臂(201)设有两个，对称固连在砂箱体(206)的两侧，所述滑轮臂(201)的内壁上设有上下两层滑轮，每层均布三个滑轮(217)，所述滑轮臂(201)的开口侧朝向轨道架(5)，所述运砂箱顶端电磁阀(203)安装在运砂箱顶端进砂口(204)上，用以控制固相砂的进入，所述第一定位桩(207)、第二定位桩(210)、第三定位桩(214)、第四定位桩(218)固定在砂箱体(206)底部，所述第一定位桩(207)、第二定位桩(210)、第三定位桩(214)、第四定位桩(218)的下端安装在传送带系统(4)上，所述防护栏(221)固定在砂箱体(206)底部，用以保护压缩气瓶及其管路，所述第一气室隔板(225)、第二气室隔板(231)、第一砂室隔板(227)、第二砂室隔板(229)将砂箱体(206)内部分隔成四个气室和一个砂室，砂室在中间，四个气室分布在四周，所述砂箱体(206)的上端设有砂箱泄压阀(205)，下端设有运砂箱底端排出阀门(212)，所述砂箱泄压阀(205)、运砂箱底端排出阀门(212)均与砂室连通，所述第一活塞板(224)、第二活塞板(226)、第三活塞板(230)、第四活塞板(232)分别布置在四个气室中，砂箱体(206)的上端面设有与各个气室相连通的通孔，海水可以从砂箱体(206)上的通孔出入，所述第一进气管(209)的两端插入相邻的两个气室，所述第二进气管(215)的两端插入另外两个相邻的两个气室，所述第一气室泄压阀(219)、第二气室泄压阀(220)、第三气室泄压阀(222)、第四气室泄压阀(223)安装在砂箱体(206)的底部，且分别连通四个气室，压缩气体由第一进气管(209)、第二进气管(215)进入气室，所述第一导流罩(228)、第二导流罩(233)安装在砂箱体(206)内部的砂室中，作用是引导由运砂箱顶端进砂口(204)进入的固相砂，使其能够均匀分布在砂室中，增加运砂箱(2)的运砂量，所述第一压缩气瓶(211)、第二压缩气瓶(213)固定在砂箱体(206)底部，所述第一压缩气瓶(211)通过第一进气口电磁阀(208)、第一进气管(209)与两个气室连接，所述第二压缩气瓶(213)通过第二进气口电磁阀(216)、第二进气管(215)与另外两个气室连接，用以向各个气室提供压缩气体，排出气室内的海水，由运砂箱顶端电磁阀(203)、第一进气口电磁阀(208)、第二进气口电磁阀(216)引出的导线，在电缆总汇(202)汇集成一条电缆后引至海面，除砂罐(1)底端的出砂口(104)与运砂箱顶端进砂口(204)通过快速接头连接，该连接可拆卸。
如图9～11所示，所述的传送带系统(4)包括传送带(401)、传送带支座(402)、液压筒(403)、基座(404)、第一定位槽(405)、第二定位槽(406)、第三定位槽(407)、第四定位槽(408)，所述传送带支座(402)的下端固定在底座(3)上，所述液压筒(403)固定在传送带(401)上，随传送带一起运动，所述基座(404)固定在液压筒(403)一端的活塞杆上，随活塞杆一起升降，所述传送带支座(402)的上端面与传送带(401)的内表面贴合，支撑传送带(401)，所述基座(404)的上端面设有第一定位槽(405)、第二定位槽(406)、第三定位槽(407)、第四定位槽(408)，所述第一定位槽(405)、第二定位槽(406)、第三定位槽(407)、第四定位槽(408)分别与运砂箱(2)上的第一定位桩(207)、第四定位桩(218)、第二定位桩(210)、第三定位桩(214)相配合，使运砂箱(2)固定在基座(404)上。
如图12所示，所述的轨道架(5)包括第一轨道(501)、第二轨道(503)、第一立臂(502)、第二立臂(504)、立柱(505)，所述第一轨道(501)和第二轨道(503)分别通过第一立臂(502)和第二立臂(504)固定在立柱(505)上，所述立柱(505)的上端直通海面，下端固定在底座(3)上。
如图1～13所示，本发明的工作过程分为运砂箱下沉、进砂、上浮三个阶段。
运砂箱(2)下沉阶段：第一气室隔板(225)、第二气室隔板(231)、第一砂室隔板(227)、第二砂室隔板(229)将砂箱体(206)内部分隔成五个区域，砂室在中间，四个气室分布在四周，运砂箱(2)下沉时，砂室为空且密闭，海水通过砂箱体(206)上端的通孔进入各个气室，使进有海水的运砂箱(2)的重力大于自身所受浮力，运砂箱(2)沿着轨道架(5)由海面下沉至轨道架(5)底部，运砂箱(2)两侧的滑轮臂(201)分别套在第一轨道(501)和第二轨道(503)上，滑轮臂(201)上的滑轮(217)与第一轨道(501)、第二轨道(503)相配合，确保运砂箱(2)平稳下沉至轨道架(5)底部，此时基座(404)下端液压筒(403)的活塞杆呈最大伸长状态，运砂箱(2)接近轨道架(5)底部时，运砂箱(2)底部的第一定位桩(207)、第二定位桩(210)、第三定位桩(214)、第四定位桩(218)落入基座(404)四周的第一定位槽(405)、第三定位槽(407)、第四定位槽(408)、第二定位槽(406)中，完成运砂箱(2)在基座(404)上的定位，如图13所示。
运砂箱(2)进砂阶段：运砂箱(2)落在基座(404)上，液压筒(403)的活塞杆下降，带动基座(404)下降，传送带(401)开始运动，带动基座(404)和运砂箱(2)沿传送带向除砂罐(1)正下方运动，当基座(404)运动至除砂罐(1)正下方后，传送带(401)停止运动，液压筒(403)的活塞杆伸出，带动基座(404)、运砂箱(2)作上升运动，使出砂口(104)与运砂箱顶端进砂口(204)对接，如图1所示，对接完成后，打开出砂端电磁阀(103)和运砂箱顶端电磁阀(203)，使罐体(102)底部的固相砂进入砂箱体(206)内部的砂室中，进砂完成后，关闭出砂端电磁阀(103)和运砂箱顶端电磁阀(203)，液压筒(403)的活塞杆下降，带动基座(404)下降，传送带(401)开始运动，带动基座(404)和运砂箱(2)沿传送带向轨道架(5)正下方运动，当基座(404)运动至轨道架(5)正下方后，传送带(401)停止运动，液压筒(403)的活塞杆伸出，带动基座(404)、运砂箱(2)作上升运动，使运砂箱(2)两侧的滑轮臂(201)、滑轮(217)接入第一轨道(501)、第二轨道(503)，如图13所示。
运砂箱(2)上浮阶段：当运砂箱(2)两侧的滑轮臂(201)、滑轮(217)接入第一轨道(501)、第二轨道(503)后，打开第一进气口电磁阀(208)与第二进气口电磁阀(216)，压缩气体由第一压缩气瓶(211)、第二压缩气瓶(213)沿第一进气管(209)、第二进气管(215)进入砂箱体(206)内部的四个气室中，推动第一活塞板(224)、第二活塞板(226)、第三活塞板(230)、第四活塞板(232)运动至砂箱体(206)顶部，气室中的水通过砂箱体(206)顶部的通孔排出，使运砂箱(2)自身所受浮力大于自重，运砂箱(2)自行脱离基座(404)，沿轨道架(5)作上升运动至海面，完成运砂箱(2)的上浮过程，在回收运砂箱(2)内部的固相砂之前，要先打开砂箱泄压阀(205)、第一气室泄压阀(219)、第二气室泄压阀(220)、第三气室泄压阀(222)、第四气室泄压阀(223)，确保运砂箱(2)内部各腔室的压力与外界压力相同。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。