典型工况下完井管柱井下安全阀力学性能分析

井下安全阀作为油气井完整性的重要屏障,其工作性能和力学行为对安全生产至关重要。以西部油田深井常用井下安全阀为例,建立安全阀三维有限元分析模型,根据模型各几何体的结构特点在前处理阶段对模型网格作细部处理,应用有限元分析软件的弹簧仿真功能对模型中的弹簧作等效替换,考虑坐封、压裂、开井、关井4种典型工况,分析安全阀体和关键部件的工作程序和力学性能。结果表明,压裂工况下安全阀应力值最高,为最不利工况,其最大应力与大部分部件应力差值超过250 MPa,虽整体应力强度安全系数在1.41以上,但关键零部件应力分布不均。其中,中心管大部分部位应力差值超过200 MPa,导致应力分布的折线图呈现出“山峰”式变化,其端部附近几毫米位置处应力差值超过70 MPa,导致应力分布呈现出从一点迅速上升的变化趋势;下部接头大部分部位应力差值超过300 MPa,边角附近的应力差值超过150 MPa;传力筒整体应力较为均匀,但端面局部应力有突变情况,突变值超过200 MPa。研究结果对安全阀及类似井下工具改进设计及使用具有借鉴意义。