随着世界各国石油消费的快速上升,以及水平井钻井技术的成熟和对低渗透油气藏的深入研究,利用水平井分段压裂等井下作业技术有效开发低渗、特低渗透以及致密性油气藏已成为国内外共识。封隔器作为分段压裂等井下作业的关键工具,其密封性能好坏关系到施工成败。封隔器的密封功能主要通过由胶筒,隔环、背圈等部件组成的密封机构实现。由于各油田地质条件的差异、井眼尺寸、规则度等各不相同,造成的密封机构密封失效时有发生。本文针对中海油某区块应用的Y443封隔器新产品的密封机构做了坐封阶段工作性能仿真分析,为产品设计者提供优化方向。论文主要做了如下工作:(1)开展了三种胶筒材料的应力—应变实验,并利用ABAQUS软件进行本构模型拟合,优选出了相应拟合度最高的本构模型。利用得到的本构模型进行非轴对称密封机构准静态模型研究发现:采用位移加载,加载速度为1.6m/s时,模型获得了较好的准静态响应,并规定了胶筒有效接触压力与有效接触长度的乘积K作为密封性能的评判标准。(2)基于密封机构准静态分析模型开展了 E65、A70、B75三种材料的胶筒在三种密封间隙、五种坐封压力下的密封性能对比分析。所有工况下的结果都显示:E65材料的密封性能系数K值最大,但由于本身强度低,极易破坏;B75材料K值略小,材料强度较高,A70材料K值最小,所以B75作为最终优选结果。(3)开展了封隔器应用时,五种可能的坐封间隙对胶筒密封性能的影响分析。发现两种大间隙不适合坐封,其他三种结果显示:相同坐封压力下,K随着密封间隙的增大而增大、胶筒最大Mises应力变化不大;相同压缩量下,K随着密封间隙的增大而降低、胶筒最大Mises增大。同时开展了胶筒与井壁摩擦系数在0.2～0.7之间变化时的胶筒密封性能分析,结果显示:相同坐封压力下,K随着摩擦系数的增加而降低、最大Mises应力增大;相同压缩量下,K随着摩擦系数的增加而增强、最大Mises应力增大。(4)开展了封隔器密封机构中胶筒、内衬套的优化改进分析,发现:在胶筒内部设置内衬套,且内衬套未将胶筒分段时,可以提高K值,将原内衬套改为等腰梯形结构时,可以进一步提高K值,通过优选梯形底角β,发现在β = 55。时密封性能较好。(5)开展了端部有凸台的胶筒E、无凸台且端部被隔环覆盖的胶筒F、背圈与胶筒直接接触的胶筒G,三种结构的有限元对比分析,发现三种胶筒K值排序为:胶筒F>胶筒E>胶筒G;对胶筒F的端部锥角γ进行优选分析发现:胶筒F在γ = 20°时,胶筒的密封性能参数K值最大;将原有背圈的截面改进设计成直角梯形,并进行有限元分析发现:改进后的背圈可以减小胶筒20.37%肩突量,胶筒的K值也有所增加。通过本文的研究,揭示了不同加载方式下密封间隙、胶筒与井壁之间摩擦系数对胶筒密封性能的影响规律。优化了胶筒端部结构、内衬套、活动式背圈等结构,对封隔器设计优化提供了参考依据。准静态的分析建模方法为其他复杂封隔器有限元分析提供了指导。因此本文的研究成果对封隔器的设计和降低开发成本具有非常重要的指导意义。