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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(guò)多年的開(kāi)發(fā)與研究。于年轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)實(shí)體膨脹管技術(shù)是膨脹管技術(shù)的一個(gè)重要分支。是18世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)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(shí)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(kuò)徑技術(shù)。通過(guò)機(jī)械脹擠的方法對(duì)下入井筒內(nèi)的管材進(jìn)行徑向膨脹。使其發(fā)生永久塑性機(jī)械變形，從而達(dá)到增大套管內(nèi)徑，節(jié)省井徑的目的、近些年來(lái)。國(guó)內(nèi)圍繞實(shí)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(shí)體膨脹管的材料，選擇膨脹螺紋的設(shè)計(jì)及制造實(shí)體膨脹管內(nèi)涂層的研制、膨脹工具的研制、膨脹套管的潤(rùn)滑措施、套管塑性理論膨脹管力學(xué)性能分析等方面，這些研究主要是以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為主，而結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)研究實(shí)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(shí)也可以降低研究成本。
實(shí)體膨脹管的膨脹過(guò)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(yàn)數(shù)據(jù)，考慮到實(shí)際膨脹過(guò)程的非線性大形變問(wèn)題。采用有限元模擬分析技術(shù)，建立井下膨脹套管膨脹過(guò)程的有限元模型，分析了膨脹套管壁厚、膨脹率和實(shí)體管中殘余應(yīng)力、最大等效應(yīng)力之間的關(guān)系。雖然國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了一些膨脹管的有限元分析，但是對(duì)于TWIP鋼膨脹管的膨脹力學(xué)有限元分析迄今尚未見(jiàn)到。本研究旨在獲得TWIP鋼膨脹管的膨脹過(guò)程及膨脹后的力學(xué)狀態(tài)、壁厚TWIP鋼膨脹套管的理論膨脹極限及壁厚對(duì)其膨脹的影響。以此證明TWIP鋼作為一種先進(jìn)鋼鐵材料，較其他傳統(tǒng)膨脹管用鋼具有較大的優(yōu)勢(shì)，其在石油工業(yè)用鋼可膨脹管上的應(yīng)用具有無(wú)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(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)溝狀等效應(yīng)力集中區(qū)，說(shuō)明TWIP鋼在膨脹過(guò)程中，其應(yīng)力分布均勻，并不會(huì)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(qiáng)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(guò)程中的最大等效應(yīng)力產(chǎn)生于膨脹過(guò)程中膨脹錐所在區(qū)域，其有一個(gè)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(yán)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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