套管井损坏问题是世界范围内亟待解决的难题,世界各油田不同程度地发生了套管损坏。我国油田套管损坏严重地区有大庆油田、吉林油田、中原油田和胜利油田。近年来套损井数仍在较高的水平,套损问题还相当严重。通过套损机理的研究,可以看出套损问题的发生与岩体和流体的相互作用有着密切的联系,所以研究地下流固耦合的理论模型显得非常重要。本文选择应用弹塑性流固耦合模型研究套损的影响因素地应力及流体压力作为研究内容,采用循序渐进的办法逐渐深入计算分析地下流固耦合问题,从二维到三维,从线性到非线性。通过计算分析得到油田注水开发时的地下流体压力,固体变形和应力,特别是套管和水泥环的变形和应力,为减少套损的发生进行相应的机理研究提供经验和软件支持。本文综合了地下流体和固体耦合的理论,综合了数学力学模型和软件实现,综合了线性和非线性的模型。 论文在对已取得的资料进一步分析的基础上,结合对油田开发中流固耦合问题的认识,通过建立这种流固耦合的数学-力学模型,在一定的条件下对数学模型进行适当的简化,推导出弹性和弹塑性流固耦合的有限元弱解积分形式,编制有限元程序对弹性和弹塑性流固耦合模型进行了计算;通过分析指明,油田在注水开采过程中套管的错断、弯曲变形等破坏因素是和套管受到地层固体-流体耦合作用有着密切的关系,流体压力和地应力是通过水泥环直接作用在套管上的,因此研究储层的流体压力和地应力在油田注水开采过程中对解决套损问题尤为重要;同时流固耦合模型的建立为油田在注水开采过程中模拟储层的流体压力及地应力,对油田调整注采工艺、监控套管状态,防止套损,确保油田安全生产提供必要的参考。