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膨脹管技術(shù)是荷蘭皇家殼牌石油公司于年提出的技術(shù)設(shè)想。經(jīng)過多年的開發(fā)與研究。于年轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用的一項新技術(shù)實體膨脹管技術(shù)是膨脹管技術(shù)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(shù)。在鉆井、修井、完井等諸多領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
實體膨脹管技術(shù)基本原理是基于井筒內(nèi)的金屬管材冷擴徑技術(shù)。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(shù)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(shè)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(shù)研究實體可膨脹管技術(shù)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(shù)，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(yīng)力、最大等效應(yīng)力之間的關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力集中區(qū)，說明TWIP鋼在膨脹過程中，其應(yīng)力分布均勻，并不會出現(xiàn)某一區(qū)域發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。這與TWIP鋼的高強度和高塑性是有關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力得到很好的釋放，從而造成殘余的等效應(yīng)力大幅度下降。
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