封隔器是一种用于油气开采时封隔套管与井眼之间环形空间,并隔绝产层,以控制产(注)液,保护套管的井下工具。随着钻采工艺不断向高温、高压和更深地层方面发展,石油开采作业的工况越来越复杂,对试采过程中所使用的关键工具——封隔器提出了更高的要求,永久型封隔器在工作时不用考虑解封,因此在结构上能够承受更大的坐封力和工作载荷,更适合复杂工况下的深井作业。目前国内外针对封隔器的研究工作主要集中在可取式封隔器的系统受力分析、结构改进等方面,但是对永久型封隔器的各方面研究还较少。本文针对永久型封隔器的密封机构进行了较为深入的理论和仿真分析。其主要内容包括:(1)将封隔器坐封过程分成自由变形、单向约束变形、双向约束变形三个阶段,并利用弹性力学建立了每个阶段的力学方程,运用MATLAB对每个阶段的接触压力进行求解。(2)对永久型封隔器中使用到的橡胶及金属材料进行了单轴拉伸实验,使用实验数据拟合各本构模型,最终选取二阶完全积分模型,三阶Ogden模型分别作为SP-70,SP-90的本构方程,并分别计算本构模型中的参数。(3)分别建立了可取式封隔器与永久型封隔器的轴对称模型,运用ABAQUS对其坐封过程进行仿真分析。分析永久型封隔器的有限元计算结果,验证了分阶段描述坐封过程的数学模型的正确性。(4)通过有限元分析了套管内径、胶筒高度、摩擦因数、防突装置等因素对永久型封隔器坐封过程中接触压力、接触面积、轴向压缩距离的影响规律,对永久型封隔器的设计提供重要参考。本文对永久型封隔器的密封性能及影响因素作了较为系统、全面的研究,其成果可对永久型封隔器的设计、优化和提高封隔器整体密封性能提供理论指导,具有实际工程意义。