目前,随着国家基础地质调查的大力开展,封隔器越来越多地被用到分层抽水试验中去。经过一段时间的改进和完善,已能够完成单井几层到几十层的抽水试验,钻孔利用率大幅提高,获得的水文地质参数精度更高,不过依然存在胶筒易损坏、密封性能差、膨胀率低等问题。本文通过结构设计、理论计算和数值模拟方法对封隔器的结构进行了优化设计。结构设计以水环中心的充气膨胀封隔器为基础,增加保护套和双级密封单元。理论分析包括坐封压力计算和坐封过程分析。根据实际工作环境和氮气用量计算坐封所需压力;坐封过程分为接触井壁前和接触后两个阶段,坐封前由于橡胶材料的几何材料非线性特征,应力应变关系不能用弹性力学分析,因此采用三参数的Yeoh超弹性橡胶本构模型,结合有限元分析胶筒变形特性;接触后阶段由于变形量小,采用经典力学,通过受力分析推导坐封条件公式。数值模拟部分简化了胶筒模型,由于封隔器的轴对称结构,仅对四分之一弧段进行模拟。通过ANSYSworkbench的静力学模块分别对不同胶筒长度、厚度、摩擦系数、内压及结构进行模拟,坐封效果分析以胶筒表面接触压力为标准,以接触面变形量为辅。用于模拟的封隔器模型为:胶筒长度300mm、400mm、500mm;胶筒总厚度14mm、16mm、18mm;双层胶筒间摩擦系数0.5、0.6、0.7;给定内压5MPa、10MPa、15MPa、20MPa以及单双级密封单元的封隔器。优化得到胶筒长度500mm,胶筒总厚度16mm,双层胶筒间摩擦系数0.5,内压10MPa的具有双级封隔单元的封隔器坐封效果最好,坐封接触压力均值为8.0298MPa,比单级胶筒大0.03MPa,接触面径向滑动总距离2.824mm,比单级胶筒多0.429mm。