井下工具的案例
基于Abaqus的石油工具控制剪釘設計與校核（干貨直播預約）
在石油開采作業(yè)過程中，石油控制剪釘工具是一個非常關鍵的零部件，它通常安裝在石油工具的特定部位，如封隔器、安全閥等；在正常工作狀態(tài)下，它將不同部件鎖定在一起，確保工具按設計要求正常工作。
目前它的設計與校核廣泛采用Abaqus進行，在石油工程及其他相關工程領域積累了大量的應用案例和成功經驗，許多石油公司、科研機構和工程咨詢公司都使用Abaqus進行石油工具的設計和分析，其分析結果得到了行業(yè)的廣泛認可。
1月21日，技術鄰油氣井井下工具設計與制造專家伯達老師將帶來直播：基于Abaqus的石油工具控制剪釘設計與校核， 直播采用Abaqus簡化模型講解石油工具控制剪釘設計與校核，預約 直播可領 相關學習文檔。 干貨滿滿， 下滑預約直播。
采用簡化模型講解滑套開啟機構的剪釘設計與校核：
涉及接觸設置、對稱約束邊界設置、全局坐標系與局部坐標系的使用、多分析步加載及剪切應力結果查看等內容。
能夠幫助愛好者在有限元仿真學習初期更好地理解設置方法，也為能源行業(yè)的機械設計人員提供一個輔助設計手段。
直播預約
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直播主題：
基于Abaqus的石油工具控制剪釘設計與校核
講師介紹：
伯達老師
技術鄰優(yōu)秀講師，機械專業(yè)博士，工作年限17年，擅長油氣井井下工具設計與制造。
直播內容：
油氣井井下工具滑套機構的開啟與關閉絕大部分采用液壓控制，根據施工工藝的不同，會設計不同的壓力級別開啟或關閉，最常用的控制方式采用剪釘或剪環(huán)控制，要想用液壓精確地控制機構動作，控制剪釘的材質、規(guī)格以及個數的設計至關重要。
展開 流體/傳熱/多學科仿真：石油和天然氣行業(yè)中的應用
報告中討論了各式各樣的應用和挑戰(zhàn)，其中包括：
井下工具優(yōu)化
海底與流體安全保障風險的降低
近海與船舶設計
技術安全
流程裝備設計性能
技術創(chuàng)新是石油和天然氣行業(yè)未來發(fā)展的關鍵。西門子公司的仿真軟件可以助力工程師應對這一挑戰(zhàn)。
點擊獲取完整文檔：http://jishulink555.mikecrm.com/PlTzZEh
以下為部分截取
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硫化氫傳感器在石油鉆井液硫化氫監(jiān)測中的應用
在地面設備、井口裝置、井下工具中，有橡膠、浸油石墨、石棉等非金屬材料制作的密封件。它們在硫化氫環(huán)境中使用一定時間后，橡膠會產生鼓泡脹大，失去彈性;浸油石墨及石棉繩上的油被溶解而導致密封件的失效。
硫化氫對金屬材料的腐蝕。硫化氫溶于水形成弱酸，對金屬的腐蝕形式有電化學失重腐蝕、氫脆和硫化物應力腐蝕開裂,以后兩者為主，一般統(tǒng)稱為氫脆破壞。氫脆破壞往往造成井下管柱的突然斷落、地面管匯和儀表的爆破、井口裝置的破壞，甚至發(fā)生嚴重的井噴失控或著火事故。
硫化氫對鉆井液的污染：
硫化氫主要是對水基鉆井液有較大的污染。它會使鉆井液性能發(fā)生很大變化，如密度下降，pH值下降，粘度上升，以至形成流不動的凍膠；顏色變?yōu)橥呋疑⒛蚰G色。從而使鉆井液的流變性能變差，形成固定的凝膠。給施工人員帶來安全威脅。因此一般在石油鉆井勘探開發(fā)中，應充分注意硫化氫存在的可能性，及時預防和采取必要措施減少硫化物氫氣對操作人員和設備的危害，工采網代理的硫化氫傳感器H2S-A1可快速監(jiān)測石化生產過程中硫化氫濃度。Alphasense硫化氫H2S-A1傳感器高靈敏度，高分辨率，線性度好，重復性好，自身的量程小，而且抗干擾能力強，用在石油開采過程中的硫化氫檢測是非常合適的選擇。
電化學硫化氫傳感器(H2S傳感器)H2S-A1特點：
電化學原理
4系大小
H2S的量程：0~100ppm
線性輸出
可以抗NH3，H2，C2H4的干擾
展開 Ls Dyna經典案例之聚能射流3D模擬（dyna_focus）
三聯(lián)作管柱連接了封隔器等井下工具，因此加劇了對射孔管柱的沖擊作用，特別是井底口袋短、大裝藥長射孔厚度、短射孔管柱等特殊條件同時具備的射孔施工井，這樣的井況條件下，射孔瞬間會在井筒內形成極強的綜合動態(tài)載荷，可能使射孔管柱出現(xiàn)整體屈曲狀態(tài)，甚至造成射孔管柱斷裂。因此射孔爆轟波作用下射孔管柱抗拉強度的分析評價極為重要。
射孔qiang原理圖如下圖所示：
2. 幾何模型建立
在proe中建立幾何模型，保存為sat格式導入到hypermesh中進行網格劃分。建立1/4模型，因為模型導入并不能直接映射網格劃分，因此對模型進行必要的切分，其中最難的部分屬于射孔彈模型的網格劃分。
射孔彈模型經過切割后如下圖所示：
之后采用solidmap命令對切分的模型進行網格劃分，劃分后的網格如下圖所示，外殼采用拉格朗日算法，zhayao和藥罩采用ale算法：
射孔彈網格模型
對殼體進行切分，切分后如下圖所示，之后通過solidmap對模型進行映射網格劃分：
殼體切分示意圖
殼體網格示意圖
整個模型的網格如下圖所示：
模型網格示意圖
3. 模型關鍵字信息
其中zhayao，藥罩，液體采用ale算法，殼體，射孔彈外殼采用lag算法。
展開 
速看！定向井技術基礎
16）工具面角：(Tool Face Angle)工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置的參數。工具面角有兩種表示方法： 一種是以高邊為基準((High Side Mode)，另一種是以磁北為基準(Magnetic Mode）。高邊基準工具面角，簡稱高邊工具角。是指高邊方向線為始邊，順時針轉到工具面與井底圓 平面的交線上所轉過的角度。 由于高邊方向線在水平面上的投影，即為井底方位線。所以，若以正北方位線為始邊，順 時針轉到井底方位線上所轉過的角度，即為井底方位角。 磁北基準工具面角(簡稱磁北工具面角)等于高邊工具面角加上井底方位角。
文章來源：一點石油
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能源、石化、核行業(yè)免費資料合集：實例、視頻、文檔、白皮書...
報告中討論了各式各樣的應用和挑戰(zhàn)，其中包括：
井下工具優(yōu)化
海底與流體安全保障風險的降低
近海與船舶設計
技術安全
流程裝備設計性能
技術創(chuàng)新是石油和天然氣行業(yè)未來發(fā)展的關鍵。
六、利用仿真技術，設計并優(yōu)化高溫及燃燒過程
能耗與污染控制是所有燃燒/高溫過程的兩大驅動因素，如熔爐、加熱器、煉爐、干燥器和回轉爐中的燃燒/高溫過程。仿真可在滿足污染控制監(jiān)管要求的同時顯著降低能耗，并大幅提升過程、精煉、化工、玻璃和鋼鐵工業(yè)的盈利率。
通過本視頻，您將了解如下內容：
熱能及燃燒工程師如何利用仿真技術實現(xiàn)操作條件和設計優(yōu)化
如何利用 Simcenter STAR-CCM+? 直接設置幾何體、合理的網格和足量的物理場，以執(zhí)行仿真和設計探索
如何利用 Simcenter STAR-CCM+ 中的多物理場方法來克服下列相關挑戰(zhàn)：燃燒和污染物
聲學和火焰動力學
耦合傳熱
使用嚴格的方法，優(yōu)化操作條件
七、攪拌應用中的多物理場問題：仿真辟新徑
CFD（計算流體力學）和DEM（離散單元建模）仿真可為諸多攪拌相關問題提供解決之道——無法通過分析或實驗方法獲得的解決之道。
展開 案例分享 | Adams Drill 改善油井規(guī)劃和鉆井決策
這樣的井下數據對于如此綜合的鉆井模型中進行校準和贏得信任至關重要。同樣，該模型對于理順物理數據中觀察到的非線性，以及了解BHA設計、井眼軌跡、巖性、操作參數和控制系統(tǒng)的變化將如何影響鉆井系統(tǒng)動力學是至關重要的。
圖 2. 井底鉆具組件上測得的和仿真的轉矩比較
圖2比較了井底鉆具組件中仿真和測量的扭矩波動。Adams求解器的效率，使得用戶能夠在廣泛的環(huán)境參數上系統(tǒng)地練習模型，以改進未知量的估計，并了解系統(tǒng)為何會以這種方式運行。鉆井之前，諸如摩、阻尼、鉆頭/巖石相互作用、以及頂驅控制系統(tǒng)響應之類的變量，通常不太容易理解或預測，因此該模型用于估計未知量，并通過測試數據驗證系統(tǒng)響應。
調整后的模型現(xiàn)在當作虛擬鉆頭，可用于測試各種改進的可能。虛擬傳感器會在整個鉆柱上生成動態(tài)數據，相比可能或實際通過單獨的物理數據收集，虛擬傳感器能提供更多有關系統(tǒng)特性的見解。可以對BHA進行系統(tǒng)的重新設計，以降低振動的嚴重性，以便在最大限度提高鉆井效率或鉆速的同時管理風險。用一口井中的物理測量值對模型進行校準，并用附近不同井在相同地層中的測量值對模型進行驗證是很有希望的。可以評估專用井下工具減少動態(tài)功能障礙方面的潛力。
圖 3. 在各種重量的鉆頭，轉速和測得的深度上進行風險評估。
鉆井工程師可以優(yōu)化BHA中專用工具的位置，并建立最佳實踐和選擇最佳操作參數，以降低功能障礙的風險。專業(yè)工具供應商甚至可以探索其特定工具的設計參數如何影響其客戶的鉆柱性能。可以對控制系統(tǒng)進行虛擬測試，以提高它們在各種運行條件下的性能。并且操作員可以研究導致部件故障的條件，以便從中吸取教訓，避免將來出現(xiàn)類似情況。所有這些都可以虛擬地完成，使鉆井工程師能夠探索系統(tǒng)響應，并在整個設計過程中做出明智的決策。
展開 4140鋼，已實現(xiàn)粘合劑噴射 3D 打印制造
它是一種關鍵的通用和可熱處理鋼，廣泛用于各種汽車、石油和天然氣以及工業(yè)應用，例如齒輪、井下工具部件、聯(lián)軸器、主軸、螺栓和螺母以及許多其他機械部件。
南極熊獲悉，大規(guī)模生產增材制造(AM) 領導者Desktop Metal（紐約證券交易所代碼：DM）在2021年6月3日宣布，已將4140 低合金鋼用于粘合劑噴射平臺Production System，利用Single Pass Jetting (SPJ) 技術，旨在大批量3D 打印最終用途的4140零件。
△3D打印4140動力轉向接頭
Desktop Metal 的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官 Jonah Myerberg表示4140是一種具有挑戰(zhàn)性的金屬粘合劑噴射材料，因為合金含量低、碳控制要求嚴格、點火能量低，需要先進粘合劑化學、打印和燒結優(yōu)化以及安全加工氛圍控制。Desktop Metal希望憑借Production System的速度使粘合劑噴射以具有競爭力的成本打印復雜的4140 零件，同時保持傳統(tǒng)制造強度和機械性能。
△4140是一種用途廣泛的低合金鋼。
4140 低合金鋼
據Desktop Metal 的說法，公司材料科學團隊已驗證由Desktop Metal 燒結的 4140 低合金鋼符合金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會制定的結構粉末冶金零件MPIF 35 標準。在Production System平臺上打印的4140零件能夠最大限度地減少了材料浪費，與傳統(tǒng)制造方法相比，生產時間和零件成本顯著降低。對此，Desktop Metal制造了一系列零件以驗證材料性能：
動力轉向接頭：用于電動助力轉向電機和汽車轉向軸之間的動力傳遞。
展開 鉆井扶正器耐磨帶堆焊流程
鉆井扶正器是鉆井過程中用于鉆桿扶正導向的必備井下作業(yè)工具之一。為了增強耐磨性，提高其使用壽命，采用北京固本KB800耐磨帶焊絲堆焊到鉆井扶正器的螺旋導向棱帶上，用以代替鑲嵌硬質合金工藝，簡化扶正器制造工藝，實現(xiàn)扶正器的可修復性及重復利用性。
1、耐磨帶堆焊材料的選擇
北京固本KB800耐磨帶焊絲采用鎳鉻鋼帶包裹合金粉末，通過拔絲剪徑制備得到直徑1.6mm的合金藥芯焊絲。KB800采用碳化物作為抵抗磨損的硬質相，具有沖擊韌性、抗蝕性、高溫強度及抗氧化性能等，而且更進一步提高了工件的耐磨性提高工作壽命。KB800耐磨帶焊絲堆焊層洛氏硬度均勻，硬度數值在62～68HRC之間，平均硬度值約為64HRC，單層堆焊層具有較高的硬度。
2、扶正器耐磨帶堆焊工藝
(1)扶正器材質為42CrMo，為避免堆焊后產生裂紋，造成堆焊層脫落，堆焊前要對扶正器導向棱帶進行預熱。高頻感應加熱升溫到350℃。加熱時間10分鐘保證扶正器內外溫度一直。
(2)采用二氧化碳氣體保護焊機對扶正器進行手工堆焊，KB800耐磨帶焊絲堆焊參數：電流220～320;電壓28～32V;干伸長15～25mm;擺幅25～30mm;單道焊縫厚度3～4mm。
(3)焊接過程中，要保持導向棱帶溫度不低于250℃，用紅外測溫計隨時監(jiān)測，若低于250℃，馬上停止焊接，再次感應加熱至350℃，再次進行堆焊，如此反復進行。
(4)為使堆焊后扶正器導向棱帶達到鑲焊硬質合金塊的耐磨效果，決定對導向棱帶堆焊兩層耐磨層，焊縫厚度達到5～7mm厚。待堆焊完第一層后，焊縫溫度降至350℃后，對扶正器導向棱帶進行第二次堆焊。
(5)耐磨焊絲堆焊后將扶正器導向棱帶采用保溫棉包裹，放置于空氣靜止的環(huán)境中自然冷卻。
展開 模塊化建造巨頭“華山論劍”：國內外油氣市場未來可期
采購要求：有海外業(yè)績的石油化工供應商，采購針對海外石油化工項目，要求相關供應商有一定出口經驗
項目信息：
項目1：墨西哥PEMEX Dox Bocas Refinery
項目2：馬來西亞Sarawak Metharol 500 MTPD
項目3：沙特先進石化（AGIC)PDH-PP朱拜爾二期石化項目
中曼石油天然氣集團股份有限公司
采購需求：柴油機、電機、泥漿泵配件、鉆井專用設備、井口、井下工具、安全設備等
項目信息：
350離線鉆機
40低溫鉆機
沙特水井項目
自動化貓道項目
泥漿泵項目
Honeywell UOP China
采購需求：Pressure Vessel 壓力容器、Skid
展開 
石油勘探開發(fā)全流程
井口裝置主要包括套管頭、油管頭和采油(氣)樹三部分，井口裝置的主要作用是懸掛井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和兩層套管之間的環(huán)形空間以控制油氣井生產、回注(注蒸汽、注氣、注水、酸化、壓裂和注化學劑等)和安全生產的關鍵設備。
完井管柱主要包括油管、套管和按一定功用組合而成的井下工具。下入完井管柱使生產井或注入井開始正常生產是完井的最后一個環(huán)節(jié)。井的類
型(采油井、采氣井、注水井、注蒸汽井、注氣井)不一樣，完井管柱也不一樣。即使都為采油井，采油方式不同，完井管柱也不同。
目前的采油方式主要有自噴采油和人工舉升(有桿泵、水力活塞泵、潛油電泵、氣舉)采油等。井底結構是連接在完井管柱最下端的與完井方法相匹配的工具和管柱的有機組合體。
?主要作業(yè)步驟
1).按設計要求擺放地面設備
2).立鉆桿或管柱
3).裝防噴器/功能/壓力試驗
4).刮管洗井
5).射孔校深
6).投棒點火
7).反涌/洗井
8).再次刮管洗井
9).下封隔器
10).下防砂管柱
12).下生產管柱
13).拆井口防噴器
14).裝井口采油樹
15).卸載
16).驗收交井
八、射孔
用專用射孔彈射穿套管及水泥環(huán)，在巖體內產生孔道，建立地層與井筒之間的連通渠道，以促使儲層流體進入井筒的工藝過程叫做射孔。
1、射孔的目的
固井結束之后，井筒與地層之間隔著一層套管和水泥環(huán)，另外還有一部分受泥漿污染的近井地帶，而射孔的主要目的是穿透套管和水泥環(huán)，打開
儲層，建立地層與井筒之間的連通，使流體能夠進入井筒，從而實現(xiàn)油氣井的正常生產。
2、射孔器材
射孔器材包括火工品和非火工品。
火工品是指在外界能量刺激下能夠產生爆炸，并實現(xiàn)預定功能的元件。
展開 邊坡處治常用的抗滑樁施工，你搞清楚工序了嗎？
（5）對施工現(xiàn)場所有設備、設施、安全裝置、工具和勞保用品等需要經常進行檢查，確保完好和安全使用。對運土吊筐經常檢查其質量、吊繩是否扎牢，以防掉土、掉石砸傷井下施工人員。對提升架卷揚機質量、滑輪、吊繩等定期檢查，防止斷落、脫落等可能事故。
（6）樁孔開挖如需采用爆破作業(yè)，爆破飛石的控制則需在鎖口位置覆蓋炮被。
（7）當樁孔孔深超過8m時，地面配備向孔內送風裝置，風量不少于25L/S。孔底鑿石時必須加大送風量。
（8）樁孔設置C20鋼筋混凝土護壁，派專人經常檢查樁孔混凝土護壁施工質量和變形情況。
（9）井口護圈要高出地面0.3m，并防止井口雜物掉入樁孔內砸傷人員。樁孔內必須放置爬梯， 隨挖孔深度增加放長至工作面，以作安全使用施工人員上下必須使用爬梯，禁止用電動卷揚機帶人。嚴禁酒后操作，不準在孔內吸煙和使用明火作業(yè)。
（10）已灌注完混凝土或正在挖孔未完成的樁口，必須設置井蓋和圍欄圍擋。
（11）凡在孔內抽水之后，必須先將抽水的專用電源切斷，作業(yè)人員方可下樁孔作業(yè)，嚴禁帶電源操作。挖孔人員上下孔井，必須使用安全爬梯；井下需要工具，必須用專用繩索遞送，繩索隨時檢查，有斷絲立即更換。禁止任何井內拋擲。井下作業(yè)人員持續(xù)作業(yè)以2h為宜，最長不得超過3h。應勤換井下作業(yè)人員，輪換下井作業(yè)。井孔上、下有可靠的通話聯(lián)絡，如對講機等。孔口配合孔內作業(yè)人員要密切注視孔內的情況，不得擅離崗位。
（12）施工場內的一切電源、電線路的安裝和拆除，必須由持證電工專管，電器必須嚴格接地、接零和使用漏電保護器。各樁孔用電必須分閘，嚴禁一閘多孔和一閘多用。必須采用“三相五線”，施工現(xiàn)場的電線架空高度距地面不得低于3m，絕緣良好。
（13）樁孔驗收合格后，立即進行樁身鋼筋籠吊裝就位，鋼筋籠入孔吊裝時要防止碰撞破壞孔壁。
展開 關于鉆井,你想了解的都在這…
16）工具面角：(Tool Face Angle)工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置的參數。工具面角有兩種表示方法： 一種是以高邊為基準((High Side Mode)，另一種是以磁北為基準(Magnetic Mode）。高邊基準工具面角，簡稱高邊工具角。是指高邊方向線為始邊，順時針轉到工具面與井底圓 平面的交線上所轉過的角度。 由于高邊方向線在水平面上的投影，即為井底方位線。所以，若以正北方位線為始邊，順 時針轉到井底方位線上所轉過的角度，即為井底方位角。 磁北基準工具面角(簡稱磁北工具面角)等于高邊工具面角加上井底方位角。
小結
定向井就是使井眼軌跡沿著預先設計的井斜和方位鉆達目的層的鉆井方法，定向井技術可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經濟、有效的開發(fā)，大幅度提高油氣產量、降低鉆井成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。
展開 透徹！鉆井現(xiàn)場事故及復雜情況分析
7、水泥卡鉆：
打完水泥塞后，沒有及時反洗井或上提管柱導致水泥固封將井下管柱卡住的現(xiàn)象。
8、套管變形卡鉆：
由于套管變形使井下管柱、工具等卡在套管內，用與井下管柱懸重相等或稍大一些的力不能正常起下作業(yè)的現(xiàn)象。
9、水垢卡鉆：
由于井內大量結垢，使井內管柱不能正常提出的現(xiàn)象。
10、套管卡鉆：
對井下情況掌握不準，誤將工具下過套管破損造成的卡鉆。
11、鋼絲卡鉆：
由于清蠟，測試等工作失誤，造成鋼絲落井，在打撈時，因判斷不準，打撈工具下得太深超過魚頂，至使鋼絲包裹鉆具，上提時鋼絲成團，造成卡鉆。
12、蠟卡鉆：
原油中的蠟質物質沉積在管壁上造成的卡鉆。
13、封隔器卡鉆：
由于分采分注或套管試壓完成后解封隔器失效后造成的卡鉆。
14、干鉆drilled dry：
是指鉆井液未流過鉆頭的情況下鉆進。
15、干鉆卡鉆：
鉆頭對巖石作功所產生的熱量散發(fā)不出去導致鉆頭甚至鉆鋌下16、部在外力任縣上產生變形和巖屑熔合在一直造成的卡鉆現(xiàn)象。
17、鍵糟卡鉆：
鉆柱在井壁上磨出一條細槽卡住鉆頭的現(xiàn)象。因井眼鍵槽造成的鉆具被卡。由于井身質量差、井斜方位急劇變化，狗腿度嚴重，使井壁形成鍵槽，在起鉆過程中鉆具進入鍵槽而發(fā)生的卡鉆。
18、泥包卡鉆：
軟泥、濾餅、鉆屑粘附在鉆頭或扶正器周圍，或填塞在牙輪或刀片間隙之間，或鑲嵌在牙齒間隙之間使其在起鉆過程中遇阻遇卡的現(xiàn)象。因鉆頭或鉆具被泥包，造成的鉆柱卡鉆。
19、砂橋（沉砂）卡鉆：
由于井內砂子造成的卡管柱或工具事故。油水井在生產過程中地層砂隨油流進入井內，隨著流速的變化部分砂子逐漸沉淀從而埋住部分生產管柱造成的卡鉆。
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