随着石油勘探开发由陆地转向海洋,海洋深水成为重要油气勘探领域。但是在深水油气勘探开发过程中,由于深水浅部地层的特殊地质和温度环境,普遍存在固井质量差、作业风险高等问题,深水固井失效研究逐渐成为研究的重点。因此本文对深水浅层弱胶结地层水泥环封隔完整性进行研究。本文通过调研适应不同地质条件的弹塑性力学模型,结合深水弱胶结地层的特点,系统分析均质地层有限元模型和固液二相介质有限元模型,进而建立符合弱胶结地层的地质力学模型,通过地应力平衡评价了力学模型是符合实际固井工况的,为弱胶结地层套管环空密封完整性影响因素研究的理论依据和前提。应用扩展有限元(XFEM)并基于损伤力学演化的失效准则,将裂纹自一界面完全贯穿至二界面时作为水泥环封隔失效的判断标准。以最大主应力失效准则作为损伤起始的判据,研究了水泥环有无缺陷、套管内压、水泥石力学性能、地层力学性能等因素对水泥石失效影响规律。利用自主设计的固井界面胶结力测定装置,通过试验研究了温度、水泥浆体系对固井一、二界面径向胶结强度的影响规律。利用ABAQUS有限元软件模拟了固井水泥浆静液柱压力对弱胶结地层固结压实规律并实验验证了弱胶结地层压实程度与二界面径向胶结应力的关系。根据深水弱胶结地层油气井建井过程中套管环空密封系统的应力状态和弱胶结地层套管环空密封系统失效机理,通过数值模拟与室内试验相结合,依据弱胶结地层-水泥环-套管组合体封隔失效判断依据,评价了弱胶结地层油气井建井过程中水泥环本体结构完整性、固井一二界面密封完整性,并根据实际深水钻井工程实际,提出提高弱胶结地层套管环空密封完整性的措施建议。