在世界范围内,随着油田的不断开采,套损现象日趋严重,直接影响着油田的原油生产。国内外经过十几年的研究,在套损井的治理方面,已经形成了一系列套损井修复工艺和检测技术,但套损井修复后的再生产周期并不能达到预期的效果,特别是经过机械整形后套管,还没有进行压裂改造方面的理论研究和工程先例。为此,本文在全面分析套损井现状、套损原因和机理、套损类型、套损井检测技术的基础上,着重研究了套损井修复压裂过程中套管、水泥环和地层的力学特性,为套损井修复压裂设计和现场实验提供了理论依据,最终建立了一套适合于大庆油田套损井修压联作工艺,突破了套损井修复后不能实施压裂的技术禁区。本文从以下5个方面开展了研究:第一,针对套损前套管与水泥环的工作状态,建立了套管水泥环应力应变模型,确立了套管和水泥环破坏准则,推导了套管在轴向拉伸和外挤双轴应力下的极限外压计算公式,为套管强度和水泥环破坏评价提供了计算方法。第二,针对套变后的井下工作状态,根据有限元理论,应用功能强大的ABAQUS工程模拟软件,研究了套变后水泥环及地层的破坏范围,当套管错断时水泥环在套变处大约上下1.0m范围内完全破坏,而地层滑移变形时水泥环在套变处大约上下0.5～0.8m范围内完全破坏,水泥环周围大约1.0m～1.5m的岩层也将出现破坏。第三,针对碾压整形过程中工作状态,建立了碾压整形的力学模型,提出了最小钻压的概念,并推导了计算公式;根据应变协调条件建立了第一胶结面、第二胶结面的损伤破坏判据;根据水泥材料的损伤力学理论,计算了第一胶结面和第二胶结面损伤破坏后的残余承载力;通过算例验证了理论方法的正确性。第四,针对冲击整形工作状态,根据冲击动力学和应力波传播理论,建立了冲击整形系统力学模型,推导了应力波在套管、水泥环及地层中传播的衰减系数,较为准确地描述了水泥环中的应力分布;通过应力波在套管与水泥环胶结面上的折反射定律,结合损伤理论,建立了水泥环的损伤判据,推导了冲击力作用下套管的塑性变形计算公式;5口井的计算结果和实测结果平均相对误差为2.45%,验证了冲击整形力学模型的正确性。第五,建立了套损点到压裂层的受力分析的有限元模型,在不采取保护工艺措施的情况下,保证层间不窜的理论最小套损点到压裂层距离为3.5m,为成功实施压裂和防止二次套变提供了理论依据。上述研究成果通过7口井的小规模实验后,又进行了55口井现场试验,通过压前与压后井径对比测试、冲胀整形前后水泥胶结对比测试、压裂前后水泥胶结对比测试,表明了研究成果的正确性和实用性,同时也取得了6461万元的经济效益和良好的社会效益,具有广泛的推广和应用前景。