封隔器作为油田分层工艺的重要井下工具,被广泛使用在完井、注水、压裂、酸化、防砂、机械采油、气举等采油工艺技术中,而胶筒结构设计的合理性和密封性能的可靠性对于整个封隔器安全可靠密封有着决定性作用。目前封隔器胶筒密封性能有限元研究主要是简化成平面轴对称模型计算的,这对于放气孔,防突弹簧等结构,平面模型与实际存在较大误差。故研究建立含放气孔和防突弹簧的胶筒三维计算模型,优选胶筒结构,优化胶筒结构参数,对提高封隔器密封性能有重大意义。论文通过调研国内外封隔器胶筒现状,设计了含放气孔和弹簧防突结构的四种胶筒,根据橡胶大变形理论和弹性力学理论,理论上推导了忽略摩擦力和考虑摩擦力时,胶筒接触应力的计算公式,计算出了额定工作压差下所需坐封力及工作时接触应力;建立了带放气孔及防突弹簧的胶筒三维数值模型,通过试验结果修正确定了简化弹簧模型的参数,并得到了防突弹簧计算模型中弹簧修正弹性模量随载荷变化规律,并基于此模型,分析了四种胶筒的坐封性能和双向密封性能,得到65.5KN坐封载荷下,正向和反向载荷作用下压缩距和接触应力分布规律;设计加工了胶筒专用试验装置,完成了常温、60℃和120℃高温三种温度工况下胶筒双向密封性能试验,试验采用电测法测得了胶筒与套管壁接触应力,并测得了65.5KN坐封下四种胶筒反向极限破坏压差,破坏试验表明,密排防突弹簧对胶筒端部有较好保护作用,其中带放气孔双胶筒在额定21MPa工作压差时,其峰值接触应力是四种胶筒中最大的,但其缺少端部防突结构破坏最严重,建议增加端部保护装置。对比分析四种结构的接触应力和有效密封长度优选出带放气孔双胶筒和带弹簧防突三胶筒密封较优,从子厚度、倾角、总厚度和高度等结构参数研究单因素对带放气孔双胶筒密封系统接触应力影响规律,并确定其较优取值区间,结合正交试验理论考虑因素间交互作用,完成了组合胶筒四因素三水平正交优化,求解后推荐参数组合可使胶筒与套管峰值接触应力增大11%。