目前投球式压裂技术,由于套管的尺寸是固定的,而投球和球座尺寸在有限的空间内从下到上按由小到大的顺序变动着,因此单趟管柱压裂层数极其有限,往往不能满足多层压裂的要求,同时施工操作程序严苛,投球顺序必须严格按照从小到大的顺序依次投放,否则会出现漏层现象,严重影响施工质量、施工效果,甚至出现压裂事故,造成严重损失。针对这个多年困扰施工单位的“老、大、难”问题,本文以投球式压裂工具为原型,研究出了一套真正意义上的多层(理论上可无限层)压裂技术——“多层压裂自动控制装置”。论文以传统的投球滑套式多层压裂工具为研究对象,分析了其自身存在的严重问题——压裂层数有限以及投球顺序严苛,在此基础之上,创新性地提出了本次设计的核心思想——以可变径球座代替原有的固定球座,开发研制出了多层压裂自动控制装置。在整套压裂管柱中,除分层压裂控制器外,其他辅助装置仍然采用原有的零部件。论文运用弹性力学、管柱力学和材料力学等学科知识对整套管柱进行了力学分析以及强度校核,并利用MATLAB编程功能自主编制了压裂管柱受力分析的程序。针对多层压裂管柱中的核心部件分层压裂控制器进行了分析,利用AutoCAD与SolidWorks软件的建模功能,对分层压裂控制器中的核心零部件进行了模型的建立,根据压裂管柱施工的实际工况,采用ANSYS有限元分析软件对分层压裂控制器中的核心零部件进行了有限元模型的建立,并分析了其在实际工况下的应力和强度等问题,保障了分层压裂控制器在压裂施工过程中的安全性与可靠性。考虑到可变径球座处是压裂管柱内通道直径最小处,容易受到冲蚀影响,因此运用ICEM CFD软件网格划分功能与FLUENT流体仿真计算功能对可变径球座处流体域的有限元模型进行了冲蚀分析,确保了可变径球座能够与压裂小球正常配合,完成压裂施工工作。同时论文根据分层压裂控制器工作环境要求,对控制系统中的核心零部件进行了选型;并基于分层压裂控制器工作原理,以C语言为编程语言,Keil uVision3软件为程序编写平台对分层压裂控制器的控制程序进行了编写,并利用Proteus软件的仿真功能对整个控制系统进行了程序控制仿真。根据设计的分层压裂控制器试制了样机模型,并进行了室内试验,试验效果良好,达到了预期要求,为后续的试验、推广应用打下了良好的基础。