一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法

1.一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S101：根据井下安全阀零部件设计图纸或者采用测量的井下安全阀零部件几何尺寸，使用三维建模软件，建立井下安全阀所有零部件的三维模型，制备井下安全阀所有零部件材料的标准拉伸/压缩试样，确保试样表面光滑，无明显缺陷，选择拉伸/压缩试验机，并确保其校准和正常运行，安装试样夹具，确保试样能够正确夹持，根据零部件材料特性与试验要求，设置试验载荷加载方式，将试样正确安装在试验机上，确保试样轴线与加载方向一致，紧固试样夹具，以防止试样在试验过程中滑动或脱落，在正式加载前，进行预加载，以消除试样与夹具之间的间隙，根据试验要求，在试样发生破坏时终止试验，对试验数据进行处理和分析，计算井下安全阀零部件材料的弹性模量、抗拉/抗压强度；S102：故障模式、影响和危害性分析，对井下安全阀所有零部件可能出现的所有故障模式、故障原因及故障后果进行分析，得到影响井下安全阀性能的主要失效零部件；S103：工作原理及受力分析，根据井下安全阀工作原理及各类生产工况，分析井下安全阀工作时的受力情况，得到井下安全阀所有承受载荷的零部件；S104：井下安全阀仿真模型建立及极限工况下失效点确定，根据影响井下安全阀性能的主要失效零部件和井下安全阀所有承受载荷的零部件，简化井下安全阀三维模型，得到仿真模型；使用数值模拟方法，得到井下安全阀在极限工况下的失效点；S105：井下安全阀性能信封曲线绘制，根据API 14A和GB/T 28259-2012标准，结合井下安全阀在极限工况下的失效点，绘制井下安全阀性能信封曲线；S106：井下安全阀性能信封曲线试验验证与修正，对井下安全阀进行单独与组合载荷试验，根据试验结果验证与修正井下安全阀性能信封曲线。 2.如权利要求1所述的一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法，其特征在于，步骤S102中，故障模式、影响和危害性分析的步骤如下：S201：对井下安全阀所有零部件进行故障模式、影响和危害性分析，确定分析的边界和层次；S202：通过了解井下安全阀的功能、结构和工作原理，识别可能出现的故障模式；S203：评估每个故障模式对井下安全阀的直接和间接影响，包括对功能、性能、安全性、可靠性等方面的影响；S204：根据故障影响的严重程度、发生概率和检测难度，评估每个故障模式的危害性程度；S205：根据故障模式、影响和危害性分析结果，得到影响井下安全阀性能的主要失效零部件。 3.如权利要求1所述的一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法，其特征在于，步骤S103中，工作原理及受力分析的方法如下：S301：井下安全阀的工作原理是基于弹簧的弹性力和井筒内的压力之间的平衡关系；当井口压力超过设定值时，弹簧会被压缩，从而使阀芯向下移动，关闭井口；当井口压力恢复到正常范围时，弹簧会恢复原状，从而使阀芯向上移动，打开井口；S302：采用静力学和动力学分析方法，对井下安全阀在极限工况下进行受力分析，得到井下安全阀所有承受载荷的零部件。 4.如权利要求1所述的一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法，其特征在于，步骤S104中，井下安全阀仿真模型建立及极限工况下失效点确定的方法步骤如下：S401：根据影响井下安全阀性能的主要失效零部件和井下安全阀所有承受载荷的零部件，建立简化后的井下安全阀仿真模型；S402：根据材料拉伸/压缩试验结果，设置井下安全阀仿真模型的材料属性参数；S403：对井下安全阀仿真模型进行网格划分；S404：根据井下安全阀工作原理及受力分析结果，确定井下安全阀仿真模型的边界条件和载荷施加；S405：对下接头下端面设置固定约束，上端面建立耦合约束，对井下安全阀仿真模型施加拉伸载荷，当内压/外压同时为零时，计算得到井下安全阀仿真模型出现失效时的极限拉伸载荷F T-Max ，记作A(F T-Max ，0)；S406：对下接头下端面设置固定约束，上端面建立耦合约束，对井下安全阀仿真模型施加压缩载荷，当内压/外压同时为零时，计算得到井下安全阀仿真模型出现失效时的极限压缩载荷F C-Max ，记作C(F C-Max ，0)；S407：由于井下安全阀性能信封曲线是指100％额定性能下的曲线，因此，极限内压即为额定内压P I-Max ，记作B(0，P I-Max )；S408：对上接头和下接头端面设置固定约束，仅对井下安全阀仿真模型施加外部压力，轴向载荷保持为零，计算得到井下安全阀仿真模型出现失效时的极限外压P E-Max ，记作D(0，P E-Max )；S409：当井下安全阀仿真模型同时承受拉伸载荷和内压载荷时，通过数值模拟方法，计算得到A和B之间的失效点，记作A1(F T1 ，P I1 )、A2(F T2 ，P I2 )；S410：当井下安全阀仿真模型同时承受压缩载荷和内压载荷时，通过数值模拟方法，计算得到B和C之间的失效点，记作B1(F C3 ，P I3 )、B2(F C4 ，P I4 )；S411：当井下安全阀仿真模型同时承受压缩载荷和外压载荷时，通过数值模拟方法，计算得到C和D之间的失效点，记作C1(F C5 ，P E5 )、C2(F C6 ，P E6 )、C3(F C7 ，P E7 )；S412：当井下安全阀仿真模型同时承受拉伸载荷和外压载荷时，通过数值模拟方法，计算得到D和A之间的失效点，记作D1(F T8 ，P E8 )、D2(F T9 ，P E9 )、D3(F T10 ，P E10 )、D4(F T11 ，P E11 )。 5.如权利要求1所述的一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法，其特征在于，步骤S105中，井下安全阀性能信封曲线绘制的方法步骤如下：S501：井下安全阀性能信封曲线的四个象限，从第一象限至第四象限按照笛卡尔直角坐标系的象限规定依次表示的载荷工况为：井下安全阀内部压力和轴向拉力、井下安全阀内部压力和轴向压力、井下安全阀外部压力和轴向压力、井下安全阀外部压力和轴向拉力，并以曲线图解的方式表示井下安全阀在合理的内外压和拉压力下的承载极限；X轴正半轴表示拉伸载荷，X轴负半轴表示压缩载荷，Y轴正半轴表示内压，Y轴负半轴表示外压；应在每个象限中至少测试一个失效点；S502：在直角坐标系内将X轴按500KN间隔划分区间、Y轴按50MPa间隔划分区间，根据已计算出的失效点确定最大拉伸/压缩载荷、最大内压/外压载荷，绘制井下安全阀性能信封曲线的失效点A、A1、A2、B、B1、B2、C、C1、C2、C3、D、D1、D2、D3、D4；S503：采用直线逆时针依次连接A、A1、A2、B、B1、B2、C、C1、C2、C3、D、D1、D2、D3、D4失效点，得到井下安全阀性能信封曲线，信封曲线内属于井下安全阀的安全操作区域，信封曲线外属于井下安全阀的非安全操作区域，信封曲线上属于井下安全阀的临界工作状态。 6.如权利要求1所述的一种井下安全阀性能信封曲线绘制方法，其特征在于，步骤S106中，井下安全阀性能信封曲线试验验证与修正的方法步骤如下：S601：将井下安全阀实物试验样机安装在井下安全阀性能试验装置上，并确保其连接和密封良好；检查设备压力表、记录仪、管路、阀门、泵、油缸、电机等是否处于正常工作状态；S602：在井下安全阀内部不承受任何压力的前提下，循环打开和闭合井下安全阀5次，检查和验证井下安全阀的操作性能，记录试验前5次循环打开和闭合的液压控制压力；S603：对仿真绘制的井下安全阀性能信封曲线的边界包络线极限值设置安全系数，进行抗内压、抗外挤、抗拉和抗压的单独与组合载荷试验，在失效点A、A1、A2、B、B1、B2、C、C1、C2、C3、D、D1、D2、D3、D4的载荷工况下打开和闭合井下安全阀，并且对井下安全阀采用逐步递减的方式施加载荷，记录每个载荷加载下打开和闭合井下安全阀的液压控制压力；S604：再次在井下安全阀内部不承受任何压力的前提下循环打开和闭合井下安全阀5次，确定井下安全阀在进行抗内压、抗外挤、抗拉和抗压的单独与组合载荷试验时，井下安全阀性能是否受到影响，记录试验后5次循环打开和闭合的液压控制压力，若试验前和试验后得到的液压控制压力平均值相差在±10％或0.7MPa(±100psi)之内，则井下安全阀通过试验；S605：通过单独与组合载荷试验得到的井下安全阀极限载荷修正仿真获得的井下安全阀性能信封曲线。