在我国中原、江汉、华北、大庆等油田和地区由于盐岩或软泥岩流变,致使油水井套管挤毁失效,给油田勘探开发带来巨大经济损失。为此,本文以试验数据和现场测量数据为依据,以连续介质力学弹性、粘弹性、塑性理论为基础,从系统观点出发,对套管挤毁失效的力学机理进行了系统分析。首先对复杂工况下套管的抗挤强度进行了研究,然后对盐岩流变模型的辨识方法和力学参数反演的计算方法进行了研究,最后建立了地层、水泥环和套管在均匀地应力下的流变耦合和非均匀地应力下弹性耦合模型并对其力学特性进行了研究,具体内容包括: (1) 在套管抗挤强度方面:研究了均匀载荷下考虑残余应力时月牙形磨损套管抗挤强度的计算方法;建立并求解了套管受径向非均匀挤压、环向受非均匀剪切载荷的抗挤分析力学模型,分析了非均匀载荷下套管的应力分布规律,并提出了非均匀外载等效成均匀外载的方法,由此给出了非均匀载荷下套管抗挤裕度的计算方法,并编制了相关计算程序。 (2) 在流变地层力学性质方面:提出了基于井径测量信息的盐岩流变模型辨识方法,应用最小二乘法建立了本构模型辨识的目标函数,并针对具体测量数据提出消除粗大误差的反演计算方法。编制了盐岩流变模型辨识及力学参数反演、井眼缩径规律的计算程序。 (3) 地层、水泥环和套管弹性—粘弹性耦合方面:建立并求解了均匀地应力下考虑初始蠕变的地层水泥环套管粘弹性耦合力学模型和非均匀地应力下考虑地层水泥环套管边界接触状态的组合体系统弹性耦合力学模型,编制了相应的力学分析程序,系统分析了地层力学参数、水泥环几何及物理参数、套管几何参数对套管受力的影响。 本文的主要创新点: (1) 提出一种考虑残余应力的磨损套管抗挤强度计算方法和套管受径向非均匀挤压、周向受非均匀剪切载荷时套管抗挤裕度的计算方法。 (2) 提出一种基于井径测量信息的盐岩流变模型辨识方法,并针对具体测量数据提出了消除粗大误差的反演计算方法。 (3) 建立并求解了均匀地应力下考虑初始蠕变的地层、水泥环和套管粘弹性耦合力学模型和非均匀地应力下考虑边界接触状态的系统弹性耦合力学模型。