大膨胀率实体膨胀管膨胀载荷的塑性力学计算.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第7期CHINAPETR0LEUMMACHINERY．1钻井技术与装备大膨胀率实体膨胀管膨胀载荷的塑性力学计算张丛雷李春福张凤春申文竹宋开红王燕群(1．西南石油大学油气藏地质与开发工程国家重点实验室2．中国石油天然气股份有限公司大港油田分公司3．天津大学机械工程学院)摘要：已有的可膨胀管膨胀模型的力学分析和载荷计算多数建立在弹塑性力学基础上，忽略了套管材料在塑性阶段的应力强化效应，以及膨胀区向定径区过渡时的管体弯曲对轴向应力增量的影响。鉴于此，在已有模型的基础上，采用单一曲线假设和幂强化力学模型，建立了大膨胀率膨胀管膨胀载荷的力学模型，运用ANSYSWorkbenc

2、h14．5建立了膨胀管膨胀过程的三维轴对称模型，并进行了大膨胀率膨胀管膨胀载荷计算。研究结果表明，当膨胀率在15％～30％之间变化、膨胀力最优半锥角在12。～22。之间变化时，所需膨胀力最小；当其他参数恒定，摩擦因数、管半径、壁厚和膨胀率中任一个作为自变量时，膨胀力与该自变量呈线性递增关系。因此，选择合适的摩擦因数、膨胀率和壁厚对降低膨胀管施工难度相当重要；膨胀管应选择强化系数相对较小、硬化指数较大的管材，这样膨胀时所需膨胀力较小。关键词：大膨胀率；实体膨胀管；膨胀力；幂强化力学模型；最优膨胀锥角中图分类号：TE256文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2

3、014．07．001PlasticMechanicsCalculationsofExpansionLoadofLarge-expansion·rateExpandableSolidTubularZhangCongleiLiChunfuZhangFengchunShenWenzhuSongKaihongWangYanqun(1．StateKeyLaboratoryofOil&GasReservoirGeologyandExploitation．SouthwestPetroleumUniversity；2．PetroChinaDagangDldcompany；3．SchoolofMechanic

4、alEngineering，TianjinUnive~ity)Abstract：Theexistingexpansionmodelsofexpandablesolidtubularformechanicalanalysisandloadcalcula．tionsaremostlybasedontheelastic-plasticmechanics，whichignorethecasingstressstrengtheningeffectatplasticstageandthecasingbendingeffectontheaxialstressincrementwhereexpansiona

5、reatransitstosizingarea．Toad．dresstheseproblems，amechanicsmodelofexpansionloadoflarge-expansion-rateexpandablesolidtubularises-tablishedbasedonthesingle—curveassumptionandpowerhardeningmechanicalmode1．Athree．dimensionalaxisym．metricmodelofexpandablesolidtubularduringexpansionprocessisalsoestablishe

6、dbyusingANSYSWork-benchl4．5andtheexpansionforceiscalculated．Theresultsshowthatminimumexpansionforceisrequiredwhentheexpansionratevariesfrom15％to30％andtheoptimalexpansionforcehalfconeanglevariesfrom12。～22。．Whileotherparametersareconstant，withtheincrementoffrictionfactor，tubularradius，wallthicknessan

7、dexpansionrate，theexpansionforceincreaseslinearly．Therefore，appropriatefrictionfactor，expansionrateandwallthick-nessiscriticaltoreducetheexpansionoperationdificulty．Expandablesolidtubularshouldchoosetubular