随着油田开发进入中后期，油层含水量上升，层间矛盾加剧，堵水层与采油层之间的压差不断增大；新开发的油井也不断加深，地质环境越来越差。面对复杂的井况环境和日益增长的油气需求，压裂技术在油田增产中得到了广泛应用。但由于深井压裂施工温度高、压差大，封隔器的安全作业与密封可靠性成为了目前必须解决的问题。因此，有必要开展封隔器力学分析与结构优化设计。本文考虑压缩式封隔器胶筒材料非线性、几何非线性及内外表面接触非线性，采用微元法和载荷增量法，推导了多级不同硬度不同高度胶筒组合变形公式，得出胶筒在不同变形阶段下与套管的接触压力和压缩量，并与有限元计算结果对比，平均误差在5%以内，从而为深井压裂封隔器设计和力学分析提供了理论依据。运用材料力学与有限元软件，研究封隔器承载件的受力状态，计算出各承载件及其危险截面处的应力，并采用JB4732应力分类标准对其进行强度评价。采用ANSYS软件对胶筒高度、子厚度和倒角三个参数进行优化，得到不同座封压力下胶筒的最优结构尺寸。分析减少胶筒肩部突出的各种办法，得出采用两端硬中间软的胶筒结构更加合理。通过模拟井下实验，验证了优化后封隔器的密封性和承载强度，为油田压裂作业封隔器设计和应用提供了技术支撑。