波紋管膨脹過程的力學分析

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管壁的均布內壓使其膨脹; 再就是用尺寸為圓管內徑的脹管器對波紋管整形。內壓膨脹和脹管器的膨脹結果如圖7 和圖8 所示。經過脹管器整形定徑后波紋管的不圓度有很大改善，從而達到提高波紋管強度的目的。

在模擬波紋管的膨脹過程中，首先在波紋管的內表面施加16 MPa 左右的內壓，之后采用一定直徑的膨脹器進行膨脹。用直徑為245 mm 的脹管器膨脹后波紋管的Mises 應力云圖如圖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度。為此，在管外側采用彈簧單元和實體單元模擬井下實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 應力云圖如圖10 所示。

對成型后的波紋管內表面施加均布壓力，3 種材料的波紋管抗內壓強度見表3。

波紋管的抗外擠強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所對應的外擠壓力作為抗外擠強度。

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