為了提高油田分層開采特別是非常規油氣完井技術中使用的封隔器常規膠筒的密封性能，使其應力分布更均勻，通過在膠筒與中心管接觸一側的中間開設小圓槽，設計出幾種具有不同半徑小圓槽的異型膠筒。采用非線性有限元方法，利用ANSYS 分析軟件建立封隔器膠筒有限元模型，對比分析常規膠筒和異型膠筒的密封性能，并研究圓槽半徑對封隔器密封性能的影響。結果表明：異型膠筒最大接觸應力明顯高于常規膠筒，且接觸應力分布均勻，因此其密封性能高于常規膠筒; 在一定范圍內，圓槽半徑對接觸應力影響不大，但圓槽半徑過大會降低封隔器的密封性，應根據現場實際情況來確定圓槽半徑。

　　隨著油田勘探開發的深入，越來越多的深井、超深井、裸眼井開發，以及高壓注水管柱技術、稠油熱采管柱技術、水平井采油及增產管柱技術、機械防沙管柱技術等深入應用，對油田井下工具的性能要求也越來越高。作為石油勘探開發的主要井下工具之一，封隔器被廣泛地應用于石油開采技術的各個領域，封隔器的主要作用是實現封隔產層或施工目的層，防止層間流體和壓力相互干擾等。真空技術網(http://www.jnannai.com/)認為封隔器的好壞，密封是關鍵。

　　目前封隔器的膠筒仍使用橡膠材料，在工作中靠管柱壓重或借助水力載荷壓縮膠筒實現密封，這種密封屬于接觸密封，其密封質量的好壞關鍵取決于井壁與橡膠筒之間接觸應力的大小。膠筒密封元件在承載變形時，要求應力分布均勻，盡量避免和減少膠筒上的應力集中現象。為此，本文作者對常規封隔器膠筒進行改進，以減少膠筒上的應力集中，利用ANSYS 軟件對改進后的膠筒結構參數進行了模擬，分析了封隔器膠筒與套管之間的接觸應力。改進后的膠筒具有較好的密封性能，為封隔器膠筒的設計提出了一種新的思路。

　　1、新型封隔器膠筒的設計

　　根據封隔器膠筒的的變形規律、接觸應力和密封原理，膠筒密封元件在承載變形時，其應力分布越均勻，密封效果越好。但是通過對常規膠筒的模擬計算發現，在膠筒受力坐封之后，膠筒與套管壁的接觸應力分布不均勻，在靠近加載端，接觸應力比較大，在膠筒中部和下部，接觸應力明顯減小。并且在分析膠筒變形規律發現，膠筒內側( 也就是膠筒靠近中心管的一側) 中間部分最先向外彎曲變形，膠筒內側中間部分材料離開中心管，由此定性地認為膠筒內側中間部分的橡膠對變形影響不大。

　　觀察膠筒實際變形，其變形形式和模擬計算類似，由此定性分析認為，如果在膠筒內側中間部位設計小圓槽結構，可能會使膠筒在受力之后變形更加容易，使膠筒更加緊密地貼在套管壁上，增大接觸應力，且使接觸應力均勻分布。根據以上分析，在圖1 所示的常規膠筒內側中間部分開出一個半徑為1 ～5 mm 小圓槽( 其他結構尺寸均不變) ，從而設計出幾種異型膠筒，如圖2 所示。

圖1 常規單膠筒封隔器示意圖

圖2 異型單膠筒封隔器示意圖

　　4、結論

　　(1) 改進的封隔器異型膠筒接觸應力比較均勻，且最大接觸應力比常規膠筒的提高了23%，因而具有更好的密封性能。

　　(2) 研究的封隔器膠筒的圓槽半徑在1 ～4 mm范圍內對密封性能的影響不大。但當圓槽半徑尺寸過大時，會大大降低封隔器的密封性。因此圓槽的尺寸可以根據現場實際情況來選擇。