15CrMo实体膨胀管最优锥角有限元分析.pdf

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1、2014焦第43卷石油矿场机械第1期第25页OILFIELDEQU1PMENT2014，43(1)：25—29文章编号：100卜3482(2O14)01-0025—0515CrMo实体膨胀管最优锥角有限元分析姚津。何继宁。任钦贵。宋开红(河北工业大学，天津300130)摘要：利用有限元分析软件，根据弹塑性有限元接触问题的相关理论建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型。对壁厚6mm的o108mm管进行膨胀过程的计算机模拟，着重研究在不同膨胀率下，膨胀锥角与锥体完成胀管所需的液压力的变化关系；确定不同膨胀率下所

2、需的液压力最小的锥角值，即获得最优的锥角；研究了最优锥角下膨胀管的力学性能，通过参数优化设置，为现场应用提供理论依据。关键词：膨胀锥锥角；膨胀液压力；数值模拟；最优锥角中图分类号：TE931．2文献标识码：AFiniteElementAnalysisofOptimalAngleofEntityExpansionPipeof15CrMoYAOJin，HEJi—ning，RENQin—gui，SONGKai—hong(HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300130，Ch

3、ina)Abstract：Byutilizingthefiniteelementansyssoftwareandbasingontherelatedtheoryofelastic—plasticfiniteelementcontactproblem，themechanicsmodeloftheexpansionpipeinanexpandingprocesswasconstructed．Bysimulatingtheexpansionprocessofthe108pipwhosewallthickne

4、ssiS6mm，therelationshipbetweenthefluidpressurewasstudied，whichiSneededtocompletetheexpansionandthedifferentexpansionratioandexpansiveconeangle．Itconfirmedthebestangleindifferentexpandinginflationandresearchedmechanicalpropertiesofexpansionpipeattheopti—

5、malangle．Anditwillprovideanimportantguidetothefieldapplication．Keywords：expandabletoolconing；expansionfluidpressure；numericalsimulation；theoptimalangle随着国民经济飞速发展，中国石油需求量不断复杂，采用理论分析虽然能够对膨胀管技术提供一增长，但目前国内钻井完井周期长，采油成本较高，定的指导口]，但传统的解析方法还是很难求得其精采用膨胀管完井技术不成熟，缺

6、少理论指导。本文确解。基于非线性连续介质力学原理的有限元分析以15CrMo实体管为研究对象，确定了不同膨胀率方法的飞速发展，为解决塑性大变形等非线性问题下所需液压力最小的锥角值，并对经典的计算公式提供了有效的方法【。这种力学有限元分析比只考作了修正。虑接触问题更能直接反映膨胀作业的过程，因此，利用有限元仿真模拟技术分析可膨胀管的弹塑性变形1膨胀管技术问题是目前最理想的方法。套管的膨胀过程涉及大塑性变形、膨胀锥和膨目前，有限元仿真模拟技术在国内石油天然气胀管接触位置的不断变化和管体径向尺寸的变化，工业中

7、已经有了一定的科研成果和实际应用。在膨是一种复杂的物理、几何非线性问题，且边界条件很胀管方面，已经用有限元分析方法分析了螺纹连接收稿日期：2013-07—05作者简介：姚津(1987一)，女，河北石家庄人，硕士研究生，主要从事石油膨胀管研究，E-mail：youyouguoguo一1987@126COm。石油矿场机械2014年1月技术【3]、影响膨胀力的因素以及膨胀过程中摩擦膨胀管的过程中锥的推进速度一般为9～15m／和轴向位移的关系l=]。此外，有限元仿真技术在海minE，忽略膨胀过程中的热效应。根

8、据金属塑性洋钻井方面也有一些初步研究一。理论，大多数材料都有一定程度的率相关性，但此处虽然有限元模拟仿真技术在膨胀管问题中已经膨胀锥速度较均匀，可认为是与率无关的。由固体取得了一些进展，但对某一材料在同一锥角下不同力学的相关理论可知：大应变的塑性分析一般采用膨胀率的膨胀以及同一膨胀率下不同锥角下膨胀力真实的应力、应变数据，并且根据膨胀管的实施技术大小等问题，还没有系统的理论依据和结论。而不可以把膨胀管工艺近似看作膨胀锥和膨胀管的接触同膨胀率下不同膨胀锥角