随着我国油气井不断向高温高产超深井发展,生产过程中的温度压力、管内外密度差异以及管柱本身的力学性能会发生变化,从而导致管柱的受力状态和变形更加复杂,同时多种载荷的联合作用也可能会造成井筒胶结破坏和井口抬升现象,这对管柱和水泥环的性能提出了更高的要求,特别是地质环境复杂的高产超深井,其复杂的井况和受力情况将会影响井筒的完整性,鉴于此,本文对井筒的多管柱力学(多层套管和水泥环所受复合载荷的联合作用所导致的井筒整体受力状态)以及安全评价做了精细研究。本文首先基于文献调研,利用传热学以及能量守恒定律,建立了井筒温度场预测模型,同时研究了管柱力学性能与温度的关系,并根据不同产量下的各层套管和水泥环的温度场分布,进一步讨论了不同产量下各层套管的弹性模量及屈服强度随井深的变化关系、不同管材的弹性模量变化以及不同钢级碳钢管柱的屈服强度变化。然后基于温度效应、液体粘滞作用、内压力和外挤力作用、浮力效应及台阶力效应,建立了管柱有效下深与钻柱下深差异分析模型以及预应力计算模型,探讨了尺寸(径厚比)、套管材料、水泥浆密度和钻井液密度在不同井深下对管柱有效下深与钻柱长度差异以及固井后套管柱的预应力的影响。综合考虑管柱性能参数分析模型、管柱力学分析模型、井筒胶结力计算模型以及环空压力的影响,建立了井口抬升的判定和计算模型,并对井口抬升计算模型进行了验证,进一步讨论了表层套管是否水泥封固、套管固结质量不好的比例、生产参数(产量、环空压力)、固井参数(水泥环弹性模量、水泥环热膨胀系数)对井口抬升高度的影响;同时研究了生产过程中套管柱强度设计的取值以及安全系数的变化规律,为现场固井参数的选择、生产参数的选择、强度设计和安全评价提供依据。最后结合管柱力学参数分析模型、井筒环境预测模型、管柱力学计算模型、井筒热应力及胶结力计算模型、井口抬升计算模型,利用VB语言编制高温高产超深井多管柱力学分析软件,包括力学参数分析、井筒环境预测、管柱力学分析、井筒胶结力及热应力、井口抬升等功能模块,该软件可根据现场工况以及生产动态数据,对油田管柱的安全性和施工参数的合理选择提供理论依据。