随着国内主要油田逐渐进入开发中后期，油气田勘探开发不断向高温、高压和复杂的深部地层发展，老的油井油层含水量上升，层间矛盾加剧，使得分层采油、注水、压裂酸化等作业面临了更多的问题，而目前封隔器性能难以满足生产的要求。主要是目前封隔器的承压能力低、坐封复杂、密封性能差、胶筒不耐高温、使用寿命短、维护投资过大等方面，严重影响了油田正常生产和经济效益的提高。而国内目前在封隔器的研发工作方面比较零散，没有形成一定的规范，大多数设计都是参考国外结构进行仿制，在理论研究方面没有取得突破性的进展，从而大大限制了我国封隔器设计、制造、使用的水平。因此，迫切需要对封隔器的工作机理开展系统研究工作，找到提高封隔器工作性能的理论基础和方法。本文即是在国内外封隔器系统研究成果的基础上，结合江汉采油工艺研究院多年在井下封隔器研究方面的实际情况，从系统的角度出发，通过建立封隔器系统线性及非线性接触有限元分析模型，采用计算机仿真技术与生产实际相结合的方法开展了封隔器系统工作行为仿真研究，从而为分析封隔器在井下的工作性能、设计新型的封隔器提供了新的理论依据和方法。本论文的研究工作是中国石化集团江汉油田分公司采油工艺研究院与西南石油学院合作开发的科研课题“井下封隔器结构优化及工作行为仿真研究”的主要内容。本论文主要开展了以下几方面的研究工作： 1、在收集国内外封隔器研究现状的基础上，分析了封隔器的基本结构、工作机理及其在使用过程中存在的问题，结合江汉采油工艺研究院在井下封隔器方面的研究实际提出了井下封隔器工作行为仿真的具体研究方案； 2、完成了井下封隔器坐封、密封、解封工作过程的静力学分析，在此基础上，利用机械现代设计分析软件Pro／E建立了Y341-148型封隔器三维实体模型，并对其进行运动学分析及干涉检验，验证了该封隔器结构的合理性； 3、在建立封隔器实体模型的基础上，利用Pro／E的有限元分析模块Pro／Mechanica对封隔器主要受力零部件进行了有限元分析，并对其结构进行优化设计； 4、利用中国燃气涡轮研究院SB802热、机综合疲劳试验器完成了江汉采油工艺研究院提供的4种封隔器胶筒橡胶材料的力学性能试验，测定了四种橡胶材料在不同载荷、不同温度下的力学性能，从而得到这几种橡胶材料的本构关系模型，为建立封隔器系统有限元仿真计算模型提供了必须的材料参数； 5、为了建立科学合理的有限元分析模型，完成了对封隔器系统的合理简化，并对简化后的22个零部件按有限元分析要求进行离散化，确定了有限单元的形状、数目及其划分方案，建立了所有零部件结构、单元及节点划分规律的数据库，并通过自摘要己开发的有限元程序实现网格的自动划分; 6、利用接触问题线性及非线性有限元方法的原理，结合封隔器的工作机理及结构特点，建立了封隔器系统坐封、密封、解封工作过程的有限元分析模型及工作行为仿真模型，对封隔器系统内的摩擦接触问题采用虚拟接触载荷法进行研究，更加准确地模拟了封隔器的工作过程; 7、针对密封胶筒这一非线性大变形问题，其大变形特征和运动规律直接体现了封隔器的坐封和解封过程。本文采用几何、材料非线性接触问题的方法建立其有限元模型及仿真模型，并进行求解。找到了封隔器在不同工作情况下胶筒变形规律及应力变化状况，为分析胶筒的工作性能提供了理论依据; 8、开展了封隔器有限元仿真模型求解方法研究，采用增量载荷法实现了对封隔器有限元仿真模型的求解。对于线性方程组，采用直接求解方式(波前法)求解每一迭代步下增量形式的有限元方程，对于非线性有限元方程，采用了增量迭代法(修正的Lagrange u.L.法)进行求解，将N一R法用于每一增量步(切线刚度法)。对于接触区也采用增量形式迭代求解，在瞬时构形中讨论待定的接触边界; 9、利用visual Fortran 6.5和visual Basie 6.0开发了井下封隔器工作行为仿真分析软件，并对封隔器坐封、密封、解封工作过程进行仿真分析计算，求解出封隔器在每个载荷增量条件下的所有工作性能参数，真实的模拟了封隔器的整个工作过程; 10、设计了封隔器工作行为仿真软件验证试验方案，并指导现场进行试验，通过试验数据验证了仿真模型及仿真软件的正确性与可靠性。 总之，通过本论文的研究工作，首次采用计算机仿真的方法，将封隔器作为一个整体系统来进行研究，在建立了三维实体模型并进行静力学、运动学仿真分析的基础上，采用几何、材料非线性接触问题的方法建立了封隔器整体有限元分析模型及仿真模型，开发了具有自主知识产权的仿真软件。利用该软件可以计算出封隔器在坐封、密封、解封工作过程所有零部件的工作性能参数，为分析现有封隔器的工作性能和设计新型的封隔器提供了新的理论和方法，为进一步提高封隔器的理论研究水平，减少井下事故，提高油气勘探开发效率，降低生产成本等方面具有十分重要的意义。 关键词:封隔器工作机理有限元模型仿真软件