膨胀管技术是80年代末新兴的一种多能技术，它能够不牺牲或少牺牲井眼尺寸，以解决油气井打到一定深度无法继续往下打的重大技术难题；同时，它可以大幅度降低钻完井成本、开发过去不经济的油田、恢复老油田的活力，因此，膨胀管技术被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。国外已成功地将其应用于钻井、完井、修井等石油工程作业中，国内对膨胀管技术的研究还处在基础研究和试验阶段。因此，对这一技术进行深入的研究，尽快掌握这一技术并将其应用于生产，对我国石油工业的发展具有重要的意义。 膨胀管塑性变形力对膨胀工具的设计、膨胀工艺的制订及膨胀施工过程控制等具有重要意义，本文应用塑性力学工程法研究了膨胀管的塑性变形机理，推导出了计算膨胀管塑性变形力的解析式，研究了各参数对变形力的影响规律。该方法简单明了，求解迅速，便于在实际工程上推广应用。将该方法的计算结果与采用有限元方法的求解结果及实验结果进行了对比，结果表明该方法具有良好的求解精度，能够满足工程的实际需要。 由于膨胀管膨胀过程的复杂性，很难用解析法对其进行精确、完整的分析，为此，本文建立了实体膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型，通过对所建模型的求解，对膨胀管膨胀过程中膨胀变形力、套管膨胀后的残余应力与轴向位移和膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究，找出了膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、膨胀管在不同的内径膨胀率和不同的壁厚条件下，各参数之间相互制约的变化规律，为膨胀工具的设计及膨胀工艺的制订提供了依据。 膨胀方法是膨胀管技术的重要组成部分，而膨胀工具是膨胀方法的关键。早期的膨胀锥在应用于实体管膨胀时，不但需要较大的轴向力，而且套管膨胀后的轴向尺寸会有较大的减小。为了解决上述问题，本文设计了旋转膨胀系统。旋转膨胀系统主要由旋转膨胀主体和限压阀组成。文中根据工程实际，提出了力学分析模型，对主要零件和主要参数进行了设计，并给出了设计实例和主要零部件三维实体图。 为了验证上述理论和数值模拟结果的正确性及套管膨胀后的力学和机械性能的变化规律，本文设计了一组试验，比较系统地对膨胀管的膨胀过程进行了试验和分析研究。