随着水平井压裂技术的发展与应用,页岩气开发过程中压裂导致的套管变形损坏问题也显现出来。压裂施工中套管的载荷变化、固井质量问题与压裂诱发的地层滑移是导致页岩气套管变形损坏问题的主要原因。本文从上述三个方面研究了压裂工况下页岩气水平井套管的载荷与强度问题,主要研究内容如下:考虑压裂工况下套管内压与温度变化,研究了适用于该工况的套管载荷计算方法与强度理论,分析了温度变化对套管应力及强度的影响。根据水泥环缺失形态,利用有限元分析软件建立二维模型,模拟水平井中水泥环缺失段套管的应力分布情况,分析水泥环缺失位置、厚度及缺失角度对套管应力的影响,利用材料力学与流体热力学理论,研究压裂过程中环空高压束缚流体压力随井筒温度降低对套管强度安全性的影响。考虑页岩储层的物理力学特性,分析了页岩地层因压裂施工影响发生滑移的机理,并应用有限元分析软件建立三维模型,模拟分析了地层滑移量、滑移面倾角与固井水泥性能不同条件下的套管应力与变形情况。以泥页岩为试样,利用高低温高压电液伺服岩石三轴测试系统,测试不同含水率状态下的泥页岩在不同围压下的抗压强度,分析泥页岩强度在不同含水率条件下的变化规律。研究与分析发现:压裂过程中套管内压升高与井筒温度降低会使套管的强度安全性降低;水泥环缺失问题影响套管的强度安全性,缺失位置、厚度以及缺失角度对套管应力有不同影响;压裂施工与页岩地层滑移有着密切的关联,地层滑移严重威胁套管的安全性,在一定条件下,少量的地层滑移就会导致套管变形损坏;含水率变化影响泥页岩的物理力学性质,含水率升高会导致泥页岩脆性、强度降低。研究结果对未来页岩气水平井套损问题的研究、套管的设计以及压裂过程中井筒完整性控制具有一定的参考价值。