實體膨脹管技術(shù)研究.pdf

1、本文針對膨脹管鉆井技術(shù)發(fā)展的需要，首先研究了膨脹管的膨脹機理。利用冷加工塑性大變形的Levy-Mises應(yīng)變增量理論，分析了套管穩(wěn)態(tài)膨脹成型過程，描述了兩種材料類型下的膨脹理論，用非穩(wěn)態(tài)成型理論研究分析了膨脹管端部的膨脹過程，所獲得的理論借助于計算機可以確定相應(yīng)的數(shù)值結(jié)果。借助于主應(yīng)力分析的方法，詳細(xì)論證了膨脹管塑性變形過程中任意一點的應(yīng)力和載荷關(guān)系，建立了膨脹管膨脹過程中載荷、膨脹管的幾何尺寸、材料性質(zhì)、摩擦系數(shù)、膨脹工具幾何結(jié)構(gòu)之間

2、的理論關(guān)系，該理論對確定膨脹載荷、優(yōu)化設(shè)計膨脹工具提供了簡單、直觀的理論方法，其計算結(jié)果比較準(zhǔn)確，并得到了有限元數(shù)值模擬和工程實際的驗證。 以大型計算軟件ANSYS為手段，在簡單介紹了該軟件的使用和建模過程之后，對幾種不同規(guī)格和材料的膨脹管的膨脹過程進(jìn)行了計算機仿真，所確定的膨脹載荷，與理論計算結(jié)果吻合，認(rèn)證了膨脹機理中確定的理論的正確性。通過計算機仿真，由數(shù)值計算的方法確定了膨脹載荷，在大量的模擬膨脹之后，得到了膨脹規(guī)律，優(yōu)化

3、了膨脹工具，指出在一般情況下，要保證膨脹載荷最小而且又要達(dá)到膨脹的目的，膨脹工具的膨脹錐半角應(yīng)該控制在12°～15°之間，而且膨脹錐半角的確定還要考慮膨脹工具與膨脹管接觸面之間的摩擦系數(shù)。通過仿真，給出了膨脹過程中膨脹管幾何尺寸的微小變化，比較了不均勻壁厚與理想膨脹管膨脹過程的差別，給實際工程提供了理論依據(jù)。 應(yīng)用斷裂理論和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，分析了含裂紋的膨脹管的應(yīng)力狀況，指出在裂紋處存在著高度應(yīng)力集中，裂紋尖端區(qū)域是高應(yīng)變

4、的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，軸向貫穿裂紋附近的環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力遠(yuǎn)大于徑向應(yīng)力，內(nèi)壓是這種工程缺陷的最大破壞因素。提出了分析這一類問題的有效方法，確定了J積分與裂紋張開位移COD之間的線性關(guān)系，提出了在工程上要高度重視膨脹貫穿細(xì)小裂紋的建議。 探討了膨脹管接頭結(jié)構(gòu)問題，由于膨脹管本身就比較復(fù)雜，膨脹接頭由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和工程對其性能的特殊要求，使得對膨脹接頭的分析更加復(fù)雜化，但從理論上不能解決之，所以選擇了更加適用于特殊接觸問題的ABAQUS

5、軟件作為設(shè)計、優(yōu)化膨脹接頭結(jié)構(gòu)、牙型的分析工具，提出了適合膨脹技術(shù)要求的基本扣型和接頭形式，指出膨脹接頭的危險區(qū)域，設(shè)計出了滿足密封和壓力完整性的扣型、接頭結(jié)構(gòu)。 實驗是驗證理論分析和從理論到工程實際的重要手段。通過試驗測試了膨脹管材料性能的變化和膨脹管的承載能力，給設(shè)計和使用膨脹管提供了實驗依據(jù)；通過試驗測定了膨脹管的殘余應(yīng)力，提出了膨脹管殘余應(yīng)力在軸截面上的分布形式，給出膨脹管內(nèi)外表面的殘余應(yīng)力大小方向都不相同的觀點，該觀點