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塑性钢实体膨胀管的有限元分析

发布于:2016-04-07 20:59
有限元分析

      膨胀管技术是荷兰皇家壳牌石油企业于年提出的技术设想。经过多年的开发与研究。于年转向工程应用的一项新技术实体膨胀管技术是膨胀管技术的一个重要分支。是18世纪80年代末发展起来的一项新的石油工程技术。在钻井、修井、完井等诸多领域具有非常广阔的应用前景。
      实体膨胀管技术基本原理是基于井筒内的金属管材冷扩径技术。通过机械胀挤的方法对下入井筒内的管材进行径向膨胀。使其发生永久塑性机械变形,从而达到增大套管内径,节省井径的目的、近些年来。国内围绕实体可膨胀管技术作了大量的理论和有限元分析研究,其主要集中于实体膨胀管的材料,选择膨胀螺纹的设计及制造实体膨胀管内涂层的研制、膨胀工具的研制、膨胀套管的润滑措施、套管塑性理论膨胀管力学性能分析等方面,这些研究主要是以现场试验为主,而结合数值模拟技术研究实体可膨胀管技术将是以后发展的重要方向,它可以提高研究的效率,同时也可以降低研究成本。
      实体膨胀管的膨胀过程是一种高度非线性行为,难以用解析方法求得精确值,研究利用拉伸试验数据,考虑到实际膨胀过程的非线性大形变问题。采用有限元模拟分析技术,建立井下膨胀套管膨胀过程的有限元模型,分析了膨胀套管壁厚、膨胀率和实体管中残余应力、最大等效应力之间的关系。虽然国内外已进行了一些膨胀管的有限元分析,但是对于TWIP钢膨胀管的膨胀力学有限元分析迄今尚未见到。本研究旨在获得TWIP钢膨胀管的膨胀过程及膨胀后的力学状态、壁厚TWIP钢膨胀套管的理论膨胀极限及壁厚对其膨胀的影响。以此证明TWIP钢作为一种先进钢铁材料,较其他传统膨胀管用钢具有较大的优势,其在石油工业用钢可膨胀管上的应用具有无限前景。
      为不同壁TWIP钢套管在井下温度的膨胀率,工作状态下膨胀的等效应力云图。从图中可以看到,不同壁厚的套管膨胀过程中并没有出现沟状等效应力集中区,说明TWIP钢在膨胀过程中,其应力分布均匀,并不会出现某一区域发生应力集中的现象。这与TWIP钢的高强度和高塑性是有关联的,从图中可以看出TWIP钢套管在膨胀过程中的最大等效应力产生于膨胀过程中膨胀锥所在区域,其有一个等效应力最大的区域,膨胀后套管的弹性变形和塑性变形较严重,其残余应力得到很好的释放,从而造成残余的等效应力大幅度下降。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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