套管悬挂器作为各层套管之间以及井口设备的重要连接装置,其稳定性直接关系到井口安全,而现有套管悬挂器由于无法避免采用橡胶密封结构,使得其在遇到强腐蚀性环境时极易发生老化腐蚀失效现象,给油田造成了巨大的经济损失和安全隐患。因此,研究设计一种芯轴式套管悬挂器全金属密封结构对于提高井筒完整性,防止井口安全事故的发生,大幅降低生产后期成本具有重要现实意义。本文以现有的卡瓦式和芯轴式套管悬挂器为研究对象,结合金属密封机理和密封结构,设计了一种芯轴式套管悬挂器全金属密封系统,并对其进行仿真研究,主要研究内容和取得成果如下:(1)本文对国内外套管悬挂器的发展现状进行了综合分析,并详细分析了现有卡瓦式和芯轴式套管悬挂器的工作原理和结构,总结了套管悬挂器在使用过程密封失效的原因。(2)基于现有的卡瓦式和芯轴式套管悬挂器存在的问题,结合金属密封机理及密封结构,提出了芯轴式套管悬挂器全金属密封的设计概念。密封系统采用全金属装置,避免了因橡胶件老化腐蚀导致的密封失效问题,完成了芯轴式套管悬挂器密封系统的概念设计。(3)基于芯轴式套管悬挂器全金属密封的概念设计,确定了芯轴式套管悬挂器的装置组成,芯轴式套管悬挂器主要包括四通本体、芯轴、上部锥形金属密封组件和下部楔形金属密封组件,基于SolidWorks软件,完成了芯轴式套管悬挂器全金属密封结构的全部零件的三维实体模型建模。(4)建立了芯轴式套管悬挂器全金属密封系统的力学模型,基于有限元理论和ANSYS软件,在实际工况下,开展了芯轴式套管悬挂器全金属密封结构的强度分析以及不同顶丝推力作用下全金属密封结构线性、正弦、椭圆以及抛物线锥面的密封性能研究,得出线性锥面和椭圆锥面的密封性能更稳定。(5)基于全金属线性和椭圆密封锥面结构,开展了不同内外锥度、不同锥面间距下密封锥的密封性能研究,并提出结构改进意见和建议。