目前,钻井新技术中的膨胀管技术在膨胀率为15%左右的小膨胀率套损井修井的套管补贴作业中已经取得了很大的成功,但对膨胀管的关键技术—等井径井技术和复杂钻井技术中所需要的大膨胀率(20%-30%)应用领域的发展却一直处于停滞状态。究其原因,除了受到膨胀管材料的限制外,恰当的大膨胀率膨胀管膨胀的弹塑性力学模型建立以及与之相应的膨胀工具设计就成了研究大膨胀率下的可膨胀管技术关键。因目前大多数膨胀管力学模型采用刚塑性力学模型和简化的米泽斯屈服条件,未考虑材料超过屈服点后应力增加以及膨胀过程中套管局部弯曲胀形对膨胀力的影响,误差较大。因此,本文在幂强化材料力学模型和单一曲线假设的基础上,采用等效应力应变在真应力应变的基础上建立起了大膨胀率实体膨胀管的弹塑性膨胀力学模型,并通过与膨胀实验结果和有限元模拟结果对比,验证了该模型的准确性。利用本文大膨胀率实体膨胀管的弹塑性膨胀力学模型和有限元模拟,对现在的膨胀锥设计进行了卓有成效的改进,得出的主要结论如下：(1)膨胀锥膨胀区采用锥形时,所需膨胀力最小,应力分布较均匀；(2)膨胀锥膨胀区末端的倒角半径R0≤R≤R1时,所需膨胀力较小,膨胀锥表面等效应力较小且分布较为均匀,在施工膨胀过程中不易产生划痕；(3)通过对膨胀力函数的分析以及对膨胀管膨胀过程的有限元模拟,得出最优膨胀锥半锥角主要受膨胀率影响,而其他因素的影响较小。膨胀率在15%-30%时,最优半锥角为12。-20。左右；(4)通过对力学模型的分析以及膨胀管膨胀过程的有限元模拟可知,当t、If、φ中任一个作为自变量,其他参数恒定时,该自变量与膨胀液压呈线性递增关系,且变化幅度较大；而膨胀管外径与液压呈递减关系。因此,选择合适的摩擦系数、膨胀率以及套管壁厚对降低膨胀管施工难度是相当重要的；(5)通过对力学模型的分析可知,膨胀套管管材应选择强化系数相对较小,硬化指数较大的管材,如此以来,膨胀时所需膨胀载荷则会较小。另外,管材加工硬化指数越大,在膨胀过程中变形应力分布越均匀,成型极限越高,进而膨胀性能也就越好。