膨胀管技术中膨胀芯头锥角设计

膨胀套管技术是 2 0世纪 90年代才兴起的一门节约井眼直径的钻井技术 ,在我国还处于理论探索阶段。用ADINA软件中的弹塑性有限元接触问题建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型 ,通过对膨胀芯头锥角α的不同取值 ,在相同工况下对N 80钢级材料的 2 4 4 .5mm(95/ 8″)套管膨胀至 2 98.4mm(113 / 4 ″)的膨胀过程进行详细的计算机模拟分析 ,并且在定性和定量地比较套管膨胀后的等效应力、接触压力、残余应力、膨胀芯头所需的推动力以及套管轴向收缩量的基础上 ,得出了膨胀芯头的锥角α取值为 12 .3°时更有利于膨胀套管的膨胀 。

膨胀芯头的结构设计

本文针对膨胀芯头的结构设计进行讨论。首先分析了膨胀芯头的结构组成,然后根据有限元理论进行力学模型的建模并进行膨胀模拟,最后对模拟结果进行详细分析。

膨胀套管膨胀力的理论计算

根据弹塑性的理论,推导了膨胀套管在弹性变形区和塑性变形区的周向应力和径向应力计算模型,确定了膨胀套管膨胀时在膨胀芯头与套管之间所需的最小接触载荷。对膨胀芯头的受力进行了分析,考虑了膨胀芯头几何参数和金属间摩擦系数等影响因素,建立了作用在膨胀芯头上膨胀套管所需膨胀力的计算方法,对相关参数对膨胀芯头拉力的影响进行了讨论,并用实验数据对理论计算结果进行了验证,结果表明,采用本文推导的计算模型所得到的芯头膨胀拉力的计算精度满足工程应用的需要。