随着石油、天然气需求的不断增加,世界油气资源开发的逐步深入。对薄储层和非常规油气资源、页岩油气等的开采越来越多,开采难度变得越来越大。在开采过程中,由于封隔器密封系统结构不合理、胶筒锚定能力差、容易滑动,尤其是密封元件失效、封隔器两端胶筒被挤出。封隔器密封失效给开采作业带来了极大的危害,如不能有效防止胶筒肩部突出一系列失效问题,这些不仅增加了总开采时间,还会造成昂贵井下工具丧失工作性能,并可能引发工程事故,甚至使油井报废,从而给油公司和服务公司造成极大经济损失。因此,必须采取措施减轻乃至消除封隔器失效的危害,而在封隔器胶筒之间安装软金属紫铜护肩是减少封隔器失效最有效的措施之一。本文在现有压裂封隔器的基础上,研究了分段压裂封隔器的工作原理,并对其进行了结构设计,基于接触非线性理论,利用ABAQUS有限元分析软件,建立了压裂封隔器上缸筒、锁套、下缸筒三维有限元模型,提出了基于缸体设计的结构优化方法,分析了缸体内壁过渡台阶、液压受力面积、密封圈两端的距离结构参数对封隔器上缸筒、锁套、下缸筒工作性能的影响。以压裂封隔器密封胶筒为研究对象,基于橡胶Yeoh模型理论,拟合了150度下胶筒的本构关系曲线,分析了密封性能的影响因素,建立了轴对称非线性接触模型,提出了基于封隔器胶筒设计的结构优化方法,分析了坐封压力、软金属护肩厚度、套管壁厚对压裂封隔器密封系统的影响。根据压裂工况要求,基于金属损伤理论,建立了三维剪切销钉有限元模型,对投球滑套所需剪切销钉进行模拟计算,对不同开启压力对投球滑套剪切销钉力学性能的影响进行了初步探索。本文开展对压裂工具封隔器-投球滑套工具数值仿真的工作,对于指导压裂封隔器与投球滑套的设计,推动压裂工具失效预防具有重要意义。