膨脹管盲孔法殘余應(yīng)力測試分析

膨脹管技術(shù)是一種新興膨脹管鉆井技術(shù)。在膨脹管鉆井技術(shù)研究領(lǐng)域中，眾多資料都提到膨脹管殘余應(yīng)力問題，而且一致認為殘余應(yīng)力的存在，對膨脹管的抗外擠、內(nèi)壓強度有很大的影響，甚至造成膨脹管的失效。因此，確定膨脹管膨脹后的殘余應(yīng)力對分析膨脹管的抗外擠、內(nèi)壓強度十分有必要。實際上，膨脹管膨脹過程非常復(fù)雜，很難用理論計算的方法來確定膨脹管殘余應(yīng)力，試驗方法是確定殘余應(yīng)力大小和分布的有效方法。殘余應(yīng)力測試方法有很多，盲孔法方便、快捷、準確、有效。

試件及測試設(shè)備

為了說明盲孔法測試膨脹管殘余應(yīng)力的有效性，基于膨脹管膨脹具有可重復(fù)性的特點，沒有必要現(xiàn)場測量工作狀態(tài)的膨脹管，而是用與實際膨脹管相同幾何尺寸、材質(zhì)、膨脹量的管材作為試件進行測試。

試件規(guī)格

基管1:Φ108*7mm，膨脹后Φ120mm。材料：符合API標準的J55管。

基管2:Φ139.7*7.72mm，膨脹后Φ154mm。材質(zhì)：符合API標準K55管。

彈性模量：E=2*10⁵MPa，泊松比ν=0.29。

兩種規(guī)格試件軸向尺寸分別為：190mm、210mm；

實驗測試結(jié)果的準確性與設(shè)備儀器密切相關(guān)。測試儀器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多點殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK精密殘余應(yīng)力鉆孔裝置組成，儀器精度高，測量結(jié)果準確。

在測試過程中，使用JHZK精密殘余應(yīng)力鉆孔裝置，其中采用光學(xué)裝置使鉆孔夾具定心，通過塞塊來控制孔深。同時，此裝置不僅適用于膨脹管曲面測試，更重要的是可以滿足測量標準，提高測量精度。應(yīng)變花的選擇關(guān)系著釋放系數(shù)的試驗標定，同時對殘余應(yīng)力測試精度也有一定的影響。

盲孔法殘余應(yīng)力測試過程

根據(jù)測量原理，在粘貼應(yīng)變花之前對膨脹管外表面進行研磨和擦拭，按照測試要求粘貼應(yīng)變花及接線端子，采用待測應(yīng)變花做補償以提高補償效果，注意端子的導(dǎo)線應(yīng)盡可能短，且采用三線補償線路。利用接線端子連接應(yīng)力測量儀，然后進行鉆孔，使小孔孔徑1.5mm，孔深2.0mm。首先，采用平底端銑刀將標志孔部分的基底劃去，再依次采用Φ1.0mm及Φ1.50mm的短柄麻花鉆分別完成鉆孔與擴孔過程。鉆孔完畢后，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄其應(yīng)變數(shù)值。

結(jié)論

1. 采用JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)及殘余應(yīng)力專用應(yīng)變花，一定程度上避免或降低了實驗誤差，達到了提高數(shù)據(jù)可靠性的效果，對工程或教學(xué)測試有可借鑒之處。

2. 盲孔法測量膨脹管殘余應(yīng)力方便、快捷、準確、有效。易于推廣。