本文属CNPC石油科技中青年创新基金项目“膨胀套管固井—完井新技术研究”(03ZQ026-044)和CNPC管材研究所合作项目“单根膨胀套管技术研究”资助下完成的研究内容。 本文在国内外学者研究的基础上，对实体膨胀套管的膨胀机理和膨胀工艺进行了研究。研究内容包括：膨胀过程所需膨胀力的理论推导；第二代旋转膨胀管技术研究；摩擦系数对膨胀套管膨胀的影响；膨胀套管初始几何缺陷对膨胀套管膨胀的影响；膨胀套管膨胀工艺的讨论等。 本文以弹塑性力学理论为基础，结合金属塑性成形加工理论，以计算机有限元模拟为研究手段，对膨胀管的膨胀过程进行有限元数值模拟研究，将模拟结果与现场应用实例和试验结果进行对比、验证，得出了一系列重要认识和结论：(1)推导出了膨胀管膨胀过程中所需膨胀力的解析计算公式；(2)第二代旋转膨胀管能够大大降低膨胀过程中所需的膨胀力；(3)膨胀套管的初始几何缺陷(椭圆度和壁厚不均度)在膨胀前后的定性、定量变化规律。(4)各膨胀参数在不同膨胀工艺下对膨胀效果的定性、定量影响。本文的研究结果，为膨胀管设计和工艺选择提供了理论依据和现实指导，希望能对我国膨胀技术的进一步深入研究奠定一些基础。 本文的主要创新点：(1)在膨胀管膨胀所需膨胀力的解析计算公式推导中，利用功能原理进行了求解；(2)针对国外最新开发的第二代旋转膨胀管系统，建立了其简化的有限元分析模型，进行了膨胀过程模拟，分析了其膨胀特性，得出了其相对于第一代膨胀芯头不旋转的膨胀管的技术优势；(3)考虑了膨胀套管的初始几何缺陷，建立了有限元分析模型，分析了套管的初始几何缺陷对膨胀套管膨胀的影响；(4)对膨胀管的不同膨胀工艺进行了有限元仿真模拟研究，得出了各膨胀参数在不同膨胀工艺下对膨胀效果的定性、定量影响。