大庆油田进入特高含水期开发后，所开采的薄差油层渗透率低，储采失衡的矛盾日益突出。针对薄差储层在改造过程中需要多层压裂而且层间跨距大的问题，研究了桥塞压裂技术。它可以明显提高油层渗透率，增加油井产液量。但在应用过程中，会出现桥塞坐封不稳、卡瓦锚爪易损坏及套管受损等问题。其主要原因是卡瓦锚爪的结构设计不尽合理，桥塞的耐温、耐压等性能无法满足开采深度不断增加的需要。因此迫切需要弄清压裂桥塞卡瓦锚爪和套管的应力分布规律，利用计算机优化算法设计出压裂桥塞的最佳结构。目前在工程领域内常用的数值模拟分析方法有：有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法。就其广泛性和应用的效果来看，有限元法在结构分析中的地位是其它方法不可替代的。其中最流行的有限元软件是ANSYS，它融结构、热、流体、电、磁、声学于一体，功能强大，使用方便、计算速度快，能够进行结构高度非线形分析、设计优化、接触分析、参数设计扩展宏、耦合场运算等功能，在许多工业及科学研究领域得到大量应用。ANSYS技术在石油工业中多领域应用也及其广泛，在石油勘探开发，采油工程，油田地面工程建设，石油机械与压力容器设计等领域应用ANSYS进行了大量的应力分析和优化设计，本文通过计算机建立压裂桥塞的力学模型及有限元模型并对其进行力学分析，找出了卡瓦与套管的受力状况及咬合力分布规律，为卡瓦锚爪的优化设计奠定了基础。在对卡瓦锚爪的优化设计中，首先确定了卡瓦锚爪每个相关结构参数变化时，计算结果的变化规律。然后比较每个结构参数对应结果，如卡瓦和套管的当量摩擦系数、最大Von Miese应力、接触径向压力等，找出每个结构参数较好的水平。最后把需要优化结构参数的较好水平进行组合，确定出卡瓦锚爪的最优结构参数组合。这为优化压裂桥塞及类似的设备提供了新的思路、新的方法，所得出的结果为压裂桥塞的设计提供了理论基础。为保证压裂桥塞的正常作业、延长作业周期、提高原油产量和降低生产成本提供了保证，对提高油田经济效益具有一定的现实意义和实用价值。为了检验计算结果的正确性，本文采用光弹性实验模拟桥塞构件模型。将实验结果与计算结果相对比后，两模型中卡瓦和套管的应力分布规律比较一致。