可膨胀管扩径工艺研究

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1、2006年上海大学硕士学位论文摘要可膨胀管技术应用于石油钻井作业中，既能解决井眼变径问题，又能大量节约作业成本，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。可膨胀管在钻井中扩径的工作基本原理是用锥头将井下圆钢管冷胀到需要的尺寸。可膨胀管技术的关键就是扩径工艺的选择，目前国内对可膨胀管的研究只是停留在跟踪阶段。本文主要对可膨胀管的扩径过程进行了实验研究和理论分析，并对扩径过程进行了ANSYS模拟。本文设计了钢管扩径的相关模具，并在万能实验机上进行实验。考察了扩径系数、顶锥锥角、摩擦系数对圆管扩径力的影响，扩径系数、顶锥锥角对变形

2、分配的影响以及扩径系数、顶锥锥角对椭圆管规圆效果的影响。本文采用主应力法，建立环形基元体和六面体基元体两种不同模型，推导了圆管扩径时的扩径力的不同解析式。比较两种解析式可知，当圆管厚度趋近为零时，两种解析结果是～样的，六面体基元体法其实是环行基元体法的一种简化。六面体基元体法得到的解析式适用于壁厚较薄的情况。两种扩径力解析式表明扩径力随扩径系数扩及组合参数B的增大而增大。通过圆管扩径实验得到的结果以及推导出的圆管扩径力公式，可以反算出扩径过程中摩擦系数的平均值，利用实验得到的平均摩擦系数结合扩径力公式可以预报不同扩径工艺条件下

3、的扩径力的大小。利用金属塑性变形理论中的Levy～Misses流动法则理论结合数值分析法得到的厚环向比的解析式，并且用工程法对解析式进行了简化，两种方法的得到的解析式的计算结果是相当一致的，并且与实测值符合较好。通过分析椭圆管扩径过程中椭圆度随顶锥锥角和扩径系数的变化关系，确定合理的扩径工艺是选择扩径系数为1．08，项锥锥角6。。用ANSYS有限元方法建立了一个轴对称的变形模型，并模拟了圆管扩径过程，得到的扩径力的模拟值以及变形分配的模拟值和实验测量值的变化趋势基本一致，但其结果并不比工程法的结果与实验结果更加接近。2006年

4、上海大学硕士学位论文关键词：可膨胀管；扩径力：主应力法；厚环向变形比i有限元法!!堕兰圭塞查兰塑兰兰垡堡苎一．AbstractThetechnologyofexpandingtubeisusedinoildrillingthatnotonlysolvestheproblemtochangeoilwelldiameterbutalsosavesthecostofperformance．Thisisconsideredasoneprincipaltechniqueofpetroleumengineeringinthe21centu

5、ry．Thebasicprincipleofexpandingtubetechnologyiscoldexpandingtubetopropersizeinwell．Thekeyofexpandingtubetechnologyischoosingtubeexpandingtechnics．Atthepresenttime，thedomesticresearchofexpandingtubeisonlyinthetracingstage-Theprocessoftubeexpandingisstudiedandanalysed

6、inthispaper．MeanwhiletheprocessissimulatedbyANSYSmethod．Asetofspecificdiesofexpandingtubeisdesigned．Thetubeexpandingtestsare。arri8doutonuniversaltestmachine．Thechangeoftubeexpandingforcewithanincreasingexpandingcoefficient，punchangleandfrictioncoefficient，theeriecto

7、fexpandingcoefficientandpunchangleondeformingdistribution，andtherelationshipbetweencirclegaugingandexpandingcoefficientaswellaspunchan21eareinvestigated．Byutilizingtwodifferentslabelements(circularandhexahedron)，twoformulaeofthe5tressstateinfluencecoefficientoftubee

8、xpandinginexpandingareaarededucedusingtheslabmethod．Thetwoformulaearecompared．Theanalyticalresultsofthemareconsistentwhenthethicknessoftub