本课题是根据国内的油田的需求，受西安的某石油公司的委托，对大膨胀量封隔器进行设计与研究。课题以增大封隔器的膨胀量，达到密封油田中油井套管的目的，结合现代的设计方法和CAE技术，对封隔器进行了整体的设计，对复合结构中钢带和橡胶以及橡胶的不同区域分别进行了力学计算，对钢带和复合结构分别进行了结构静力学分析。随着油田的不断开发，我国可进行高产的油田越来越少，面临的工况环境越来越差。在采油过程中一些工程技术因素或是地质环境的破坏等原因，都会造成油井套管的损坏，必须对套管进行修补，这样就产生了一个缩径，造成传统的封隔器不适合这种变形油井的使用。为了更加合理开发油田，提高油田采油效率，本课题进行了大膨胀量封隔器的研究。国内现在的小直径封隔器的研究重点都是在胶筒新材料的开发上，本课题提出了一种新的密封设备，对胶筒的结构进行改进，采用钢带与橡胶相结合的复合结构膨胀体。对封隔器进行了整体结构的设计，并应用了三维实体建模技术和有限元分析技术，对封隔器进行实体建模和数值模拟。由于复合结构中含有钢带和橡胶两种材料，所以要对他们分别进行计算，本课题对钢带进行了受力分析计算，建立出钢带尺寸与径向压力之间的关系式，优化了钢带的结构和尺寸，使钢带更加容易弯曲，并且轴向压力更大。对橡胶的被支撑部分和悬空部分分别进行了计算，分别建立了受钢带压力的橡胶和套管的接触应力之间的关系式，对以后的大膨胀量封隔器的研究提供了一定的参考。根据对大膨胀量封隔器的需求特点，确定了大膨胀量封隔器的总体设计方案，包括大膨胀量封隔器的总体结构设计和复合结构的结构设计。通过对橡胶的不同区域进行计算，证明了复合结构是可行的。本课题利用Pro/E、ANSYS软件，建立了封隔器的三维模型，并对其进行了静力学有限元数值模拟分析，通过有限元计算方法对复合结构以及大膨胀量封隔器的关键部分进行了力学性能分析研究。在封隔器的设计中，使用了有限元分析技术，采用ANSYS软件对钢带和整个复合结构进行了有限元分析研究，分析了钢带与复合结构的最大变形量以及它们的应力分布，对封隔器密封部分的膨胀量提供了一定的参考价值。对于缩短封隔器的研发周期、降低封隔器的研发成本，具有重要的意义，也为封隔器的设计提供了先进的技术支持。