膨胀管钻井技术是近年来钻井领域出现的一项重大的新兴技术,已于2006年被国家列为“863”计划。本文重点研究膨胀管关键技术中的膨胀管残余应力及抗外挤强度问题,其在套管设计及工程领域应用中体现出研究的必要性和亟需性。首先系统分析影响膨胀管抗挤强度的各种因素,并利用ANSYS有限元软件对壁厚不均度、椭圆度以及其他非均匀几何变形现象、残余应力等因素对抗挤强度的影响作了定性、定量分析,分析结果揭示了各因素对抗挤强度影响的规律,对指导膨胀管的设计、施工及膨胀管选材具有重要的意义;修正、完善了理想套管抗挤强度的理论公式,大大提高了公式的计算精度。套管的抗挤强度与机械性能指标密切相关。通过管体材料和管体的机械性能试验,对膨胀管的机械性能指标进行分析研究。在管体材料试验研究中,测取了膨胀管膨胀前后的最小屈服强度、延伸率等重要性能参数,验证了采用物理方法提高套管强度的可行性,确定了常温下套管发生膨胀时,周向与轴向最小屈服强度指标无差异,并作了定量分析,为管体的试验打下基础;在管体试验研究中,测取了膨胀管纵横向弹性模量及抗内外压指标,表明膨胀管不仅具有提高套管抗内压外挤的能力,而且具有增大套管的内径,提高通径的能力。膨胀管残余应力是影响膨胀管抗外挤、内压强度的重要因素之一。应用盲孔法测试J55、K55两种规格膨胀管的残余应力,并采用应变释放系数分级法对试验结果进行修正,试验结果揭示了膨胀管膨胀后的残余应力分布及大小;将试验与仿真结果对比,误差满足工程要求,表明盲孔法测试膨胀管残余应力方便、快捷、准确、有效。膨胀管的膨胀过程非常复杂,属于刚体-柔体的接触问题,且存在摩擦,是一种高度非线性行为,研究中用ANSYS软件完成模拟分析。主要针对膨胀管的残余应力(膨胀后的等效应力)及轴向位移进行模拟分析,为合理确定活塞与套管之间的摩擦系数以及膨胀机构的设计提供了理论数据。同时使用DEFORM有限元软件模拟残余应力形成的动态过程,也为膨胀管的关键技术的研究提供了一个更有效、简捷的平台。