随着石油资源日益匮乏,深井、超深井成为石油开采的主战场。等井径膨胀套管钻井技术可以实现内径无损失钻井,是钻井技术发展的终极目标。作为该技术中的关键环节,膨胀管螺纹接头结构完整性和选材是制约该技术发展的主要难点。等井径膨胀管螺纹接头在膨胀成形后易发生断裂和泄漏,具备高强度、低屈强比和大延伸率优点的孪生诱发塑性钢(TWIP钢)已经成为等井径膨胀管的选材趋势。以TWIP钢等井径膨胀套管螺纹接头为研究对象,通过数值分析,理论推导和现场试验相结合的方法,重点关注成形过程中的膨胀推力、成形后残余应力和力学性能问题,为工程实际提供理论参考。论文的主要研究工作和相关结论如下:(1)以TWIP钢膨胀管膨胀推力为研究对象,基于单一曲线假设和Mises流动准则,推导理想刚塑性材料和线性强化刚塑性材料力学简化模型下的膨胀推力公式,并把公式结果和有限元结果进行对比。结果表明,膨胀推力随膨胀锥角和摩擦系数的增大而增大,两种材料模型求得的膨胀推力差值与膨胀率呈线性正相关,且线性强化刚塑性材料膨胀推力公式在膨胀率为10%、15%、20%和25%的情况下,具有较高的可靠性。(2)以TWIP钢膨胀管螺纹接头为研究对象,利用试验数据拟合出不同强化模型参数,观察不同强化模型下螺纹接头膨胀成形过程中的力学行为。结果表明,在膨胀成形后螺纹接头内部有较大残余应力,且会在螺纹啮合处出现应力集中现象。相比随动强化模型,等向强化模型下壁厚减薄量较小,轴向减缩量较大,回弹量较小,残余应力较大,这是因为等向强化模型只考虑屈服面增大忽略屈服面位移。螺纹接头在膨胀成形之后会发生变形失调,接触状态恶化等现象,且随动强化模型中大膨胀率下螺纹接头变形失调的情况尤为严重。此外,考虑包辛格效应的混合强化模型和随动强化模型在极限载荷方面与等向强化模型呈现出不同的变化规律。(3)以TWIP钢膨胀管为研究对象,进行20%膨胀率下的膨胀成形试验。结果表明,成形过程中在膨胀锥经过螺纹接头时膨胀推力有小幅波动。膨胀管成形后内径扩大,壁厚减薄,显微硬度和强度显著增加,且仍保留较好的塑性和韧性,具有较好的力学性能。TWIP钢管微观组织为奥氏体,晶粒间有退火孪晶,膨胀成形之后奥氏体晶粒内部有大量形变孪晶出现,均匀变形能力变差,加工硬化速率下降。