不压井作业具有高效、环保等特点，目前在油田得到了广泛的推广使用。承载结构是不压井设备的关键部件之一，合理描述其受力状态及安全评定对不压井作业是至关重要的工作。同时，环形防喷器是保证带压作业顺利进行，防止井喷事故发生的关键设备，其密封过程主要由球形胶芯实现，球形胶芯密封性能直接影响环形防喷器的可靠性，球形胶芯与油管、球形胶芯与防喷器外壳之间具有接触特性，而且橡胶材料具有大变形、材料非线性特性，可见球形胶芯密封性质研究具有一定难度。因此，本文开展对不压井设备承载结构安全评定及球形胶芯密封油管数值模拟的研究具有重要的理论意义及工程应用价值。本文根据BYJ70/21不压井设备承载结构设计尺寸，考虑其工作状态，建立了有支腿和无支腿两种承载结构三维有限元模型，在最大上提力(660kN)工况和最大下压力(430kN)工况下对承载结构进行了力学分析，得到了在不同工况下的应力分布情况和危险截面。通过引入分析设计中应力分类的方法，对危险截面进行了线性化处理，得到沿厚度方向各向应力、薄膜应力、薄膜+弯曲应力的分布情况，按JB4732-95标准对各线性化应力结果进行评定，评定结果表明两种承载结构均符合强度要求。以FH18-21环形防喷器为研究对象，考虑球形胶芯与油管、防喷器外壳之间的接触非线性特性，以及橡胶材料的非线性特性，采用Mooney-Rivililn橡胶模型建立了球形胶芯密封油管的三维有限元模型，并通过ANSYS Workbench软件实现了球形胶芯密封油管过程的数值模拟，得到了胶芯在密封油管过程中的运动规律和应力、应变的分布情况，得出了径向位移是密封的主要因素，橡胶与骨架结合处应力较集中，是设计中应重点考虑的地方，分析了密封油管过程中密封部位接触压力的变化规律和分布情况，得出了密封完成后在橡胶中上部形成了8cm左右的压力平台，是密封压力的主要来源。本文通过对不压井设备承载结构的强度分析和安全评定，为不压井设备设计提供理论依据，为不压井设备安全作业提供了保障；对球形胶芯密封油管过程的数值模拟，为球形胶芯的设计和使用提供了理论参考依据。