分级注水泥器作为分级固井过程中的关键部件,是实现一级固井与二级固井之间连续作业的重要保障。分级固井技术主要用在注水泥量过大、地层破裂压力系数低、封固段过长、地层渗透性漏失严重、井深过深、套管过长和一次性固井无法达到使用要求的井。通常情况下,分级注水泥器在热环境复杂、力作用多变的耦合场下运行,而且分级注水泥器本体与滑套之间有一定的配合间隙,因此,其结构刚度要满足一定的要求。然而分级注水泥器在实际使用过程中并不能完全达到固井需求,经常出现各种失效现象,严重影响施工质量和工作周期,带来了巨大的经济损失。本文依据某油井的实际固井工况,采用数值模拟的方法,研究分级注水泥器在实际工作中造成失效现象的主要原因,主要研究内容如下:（1）以某油井的固井过程为例,首先阐述了某油井的井身结构,管串数据以及固井时的流体参数,对实际固井时的注替流程进行了详细的描述,建立固井时泥浆流动过程中的流体力学模型。对固井过程中水泥浆流变特性和固井时产生的各种压力、阻力等进行归纳总结,最后依据实际固井工况分析了可能导致分级注水泥器发生失效的原因。（2）根据某油井实际使用的分级注水泥器建立三维有限元模型,使用ICEM软件划分网格,基于热流固耦合数值模拟的方法对其结构进行分析。研究不同固井工况下流体压力、速度和变形的分布情况,分析不同工况下结构变形对分级注水泥器循环孔打不开、关不上等失效形式的影响。（3）基于水击理论采用CFD数值模拟的方法,分析在固井过程中U型管效应下产生的水击压力,运用Fluent软件中的动网格功能实现边界的转换来模拟产生水击的条件。模拟了不同泵压不同密度下产生的水击压力对分级注水泥器循环孔提前打开、提前关闭等失效形式的影响。（4）对分级注水泥器本体进行流固耦合振动分析,分别考虑在空气作用下的干模态、流体附加质量作用下的湿模态以及预应力下的模态对结构固有频率的影响。采用多目标优化方法对分级注水泥器进行优化,选取对结构影响最重要的参数作为设计变量,以最小变形、最小质量等作为优化目标,使得分级注水泥器在同样工况下产生的变形最小,减少失效的概率,为实际的固井设计提供一定的理论指导。