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膨脹管技術是荷蘭皇家殼牌石油公司于年提出的技術設想。經(jīng)過多年的開發(fā)與研究。于年轉(zhuǎn)向工程應用的一項新技術實體膨脹管技術是膨脹管技術的一個重要分支。是18世紀80年代末發(fā)展起來的一項新的石油工程技術。在鉆井、修井、完井等諸多領域具有非常廣闊的應用前景。
實體膨脹管技術基本原理是基于井筒內(nèi)的金屬管材冷擴徑技術。通過機械脹擠的方法對下入井筒內(nèi)的管材進行徑向膨脹。使其發(fā)生永久塑性機械變形，從而達到增大套管內(nèi)徑，節(jié)省井徑的目的、近些年來。國內(nèi)圍繞實體可膨脹管技術作了大量的理論和有限元分析研究，其主要集中于實體膨脹管的材料，選擇膨脹螺紋的設計及制造實體膨脹管內(nèi)涂層的研制、膨脹工具的研制、膨脹套管的潤滑措施、套管塑性理論膨脹管力學性能分析等方面，這些研究主要是以現(xiàn)場試驗為主，而結(jié)合數(shù)值模擬技術研究實體可膨脹管技術將是以后發(fā)展的重要方向，它可以提高研究的效率，同時也可以降低研究成本。
實體膨脹管的膨脹過程是一種高度非線性行為，難以用解析方法求得精確值，研究利用拉伸試驗數(shù)據(jù)，考慮到實際膨脹過程的非線性大形變問題。采用有限元模擬分析技術，建立井下膨脹套管膨脹過程的有限元模型，分析了膨脹套管壁厚、膨脹率和實體管中殘余應力、最大等效應力之間的關系。雖然國內(nèi)外已進行了一些膨脹管的有限元分析，但是對于TWIP鋼膨脹管的膨脹力學有限元分析迄今尚未見到。本研究旨在獲得TWIP鋼膨脹管的膨脹過程及膨脹后的力學狀態(tài)、壁厚TWIP鋼膨脹套管的理論膨脹極限及壁厚對其膨脹的影響。以此證明TWIP鋼作為一種先進鋼鐵材料，較其他傳統(tǒng)膨脹管用鋼具有較大的優(yōu)勢，其在石油工業(yè)用鋼可膨脹管上的應用具有無限前景。
為不同壁TWIP鋼套管在井下溫度的膨脹率，工作狀態(tài)下膨脹的等效應力云圖。從圖中可以看到，不同壁厚的套管膨脹過程中并沒有出現(xiàn)溝狀等效應力集中區(qū)，說明TWIP鋼在膨脹過程中，其應力分布均勻，并不會出現(xiàn)某一區(qū)域發(fā)生應力集中的現(xiàn)象。這與TWIP鋼的高強度和高塑性是有關聯(lián)的，從圖中可以看出TWIP鋼套管在膨脹過程中的最大等效應力產(chǎn)生于膨脹過程中膨脹錐所在區(qū)域，其有一個等效應力最大的區(qū)域，膨脹后套管的彈性變形和塑性變形較嚴重，其殘余應力得到很好的釋放，從而造成殘余的等效應力大幅度下降。
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