当前我国主力油田分注采工艺朝细分层和小卡距发展,而封隔器是油水井实现油层封隔的关键元件,其胶筒在井下不同工况条件下的力学行为直接影响分层注采的效果,因此对封隔器胶筒的有限变形力学行为进行研究一直是人们关注的课题。本文针对封隔器胶筒的国内外研究现状及发展历史,明确整体研究内容、方向及手段,在对封隔器胶筒力学行为的超弹性理论、胶筒与套管之间的接触和摩擦机制以及为保证其密封的基本原理进行分析的基础上,采用有限单元法,建立了封隔器胶筒几何、材料、接触高度非线性条件下的数值分析模型,确定了动力显式的求解方案,并给出了针对性的密封失效准则。使用高温高压反应釜对封隔器胶筒常用胶料(NBR-S、NBR-C、HNBR-S、HNBR-C)进行油浸试验,采用高低温拉压试验机进行了大变形范围内不同温度下的单轴拉伸试验,得到了油浸后不同温度下四种胶料的应力-应变关系曲线,揭示了不同胶料油浸后的应力-应变关系随着温度的变化趋势。参考八链模型在较大及大变形范围内对橡胶超弹性性能的表征能力并考虑Van der Waals在描述橡胶应力-应变曲线形状方面的优势,对八链模型进行修正,推导出了能够充分考虑油浸、高温及大变形相关的显式表达式:M_AB本构模型,对Treloar经典数据及封隔器胶筒材料试验所得曲线进行拟合及对其他变形进行预报,验证了修正八链模型在表征封隔器胶筒井下力学行为方面的优势。针对压缩式封隔器胶筒,采用M_AB本构模型开展了封隔器胶筒在不同的工况条件、不同胶筒及套管有变形误差条件下的力学行为有限元分析,得到摩擦系数、轴向坐封载荷、工作压力、流体介质温度、胶筒结构及套管变形对摩擦力、接触应力及等效应力的影响规律。结合现有试验条件,对干摩擦状态和润滑状态下胶筒与套管之间的摩擦力和接触应力进行了室内试验,并与有限元分析结果进行对比,验证了M_AB本构模型的表征能力和有限元分析方法的可靠性。本文的研究成果可为压缩式封隔器胶筒在不同工况下的应用提供理论依据,拓宽其应用范围,同时也可作为橡胶类材料大变形力学行为分析的基础研究。