欠平衡钻井具有降低钻井成本、保护油气储层和提高油气层产能等优点,目前已经在各大油田中广泛使用,而井下隔离法是实现欠平衡钻井的有效途径之一。井下套管阀技术已经成为井下隔离法的关键技术,井下套管阀是一种安装于套管上的井内全井筒的截止阀,可作为技术套管的组成部分随其下入并固定于井中,通过阀板的开启与关闭来实现井下“隔离”作用,使得钻具能够在不压井的情况下进行起下钻,大大提高了钻井效率。目前,各大油田普遍采用的是液压式套管阀,是通过地面的控制系统提供液压驱动力,通过与工具连接的液压控制管线,实现阀板的开启或关闭的动作,其由于下入管线过长,投入成本较高,因此,未来油田的井下隔离技术发展的方向是机械式套管阀技术。本文对9-5/8 "机械式套管阀的整体进行了设计与分析,首先对机械式套管阀的阀体各零部件进行了设计,通过AutoCad完成了各零部件的工程图纸的绘制,并对套管阀的下入深度进行了理论计算,结合不同深度对阀体的强度影响不同,通过了 workbench软件的静力学分析,对阀体进行了抗内外压和抗拉强度仿真,并对其进行了强度校核,且通过屈曲分析对阀体最大抗压强度进行了预测。其次,钻井过程中,针对机械式套管阀在井下的气体钻井工况,会由于岩屑的上返造成阀体内壁的磨损,本文利用Fluent软件对其磨损的区域进行了冲蚀磨损分析,得出了在气体钻井过程中,岩屑粒径、岩屑个数、岩屑冲蚀速度对阀体内壁的磨损率影响,并通过理论计算对阀体的抗压强度进行了强度预测。然后针对机械式套管阀的核心工作部件阀芯进行了设计,对阀板的各个参数进行了多组仿真实验并作出了响应曲面优化设计,对其应力和质量作为响应值进行了优选,得出较优的阀板设计参数,并通过理论计算对负责开启阀板的扭簧进行了选型。最后,对阀芯的密封性能进行了仿真分析,利用ABAQUS对密封橡胶圈的结构参数进行响应曲面优化,并得到了不同参数对密封圈接触应力变化规律的影响,对密封圈和阀座的接触压力及其应力作为响应值进行了优选。本文最终设计了 9-5/8"整体结构参数,并列出了关键的性能参数,为设计该尺寸的机械式套管阀提供了有价值的参考。