波紋管膨脹過程的力學(xué)分析

在波紋管放置到井下的固定位置后，波紋管的膨脹分2 個步驟，首先是完全作用于內(nèi)管壁的均布內(nèi)壓使其膨脹; 再就是用尺寸為圓管內(nèi)徑的脹管器對波紋管整形。內(nèi)壓膨脹和脹管器的膨脹結(jié)果如圖7 和圖8 所示。經(jīng)過脹管器整形定徑后波紋管的不圓度有很大改善，從而達(dá)到提高波紋管強(qiáng)度的目的。

在模擬波紋管的膨脹過程中，首先在波紋管的內(nèi)表面施加16 MPa 左右的內(nèi)壓，之后采用一定直徑的膨脹器進(jìn)行膨脹。用直徑為245 mm 的脹管器膨脹后波紋管的Mises 應(yīng)力云圖如圖9 所示。膨脹后的最大直徑為271. 4 mm，最小直徑為261. 1mm，不圓度為3. 8%。

因井下波紋管外有巖層存在，相對于光管而言，巖層的彈性約束有助于波紋管在膨脹過程中的整形，即膨脹整形后波紋管將具有更小的不圓度和更高的抗外擠強(qiáng)度。為此，在管外側(cè)采用彈簧單元和實(shí)體單元模擬井下實(shí)際膨脹過程中巖石層對波紋管膨脹時的整形作用。膨脹后的Mises 應(yīng)力云圖如圖10 所示。

對成型后的波紋管內(nèi)表面施加均布壓力，3 種材料的波紋管抗內(nèi)壓強(qiáng)度見表3。

波紋管的抗外擠強(qiáng)度通過在管外表面施加均布外擠力得出。將波紋管在外擠壓力作用下，截面尺寸變化曲線的曲率突變點(diǎn)所對應(yīng)的外擠壓力作為抗外擠強(qiáng)度。

波紋管的抗外擠強(qiáng)度與管材強(qiáng)度及其包辛格效應(yīng)、管體中存在的殘余應(yīng)力［3］、管體的不圓度和壁厚不均度等有關(guān)。對于一定的管材，經(jīng)模具和成型工藝優(yōu)化后的波紋管在膨脹后的抗外擠強(qiáng)度主要與此時管體的不圓度有關(guān)。水力膨脹后采用機(jī)械脹管器整形，可提高其圓度以及使其與井眼更好地貼合。