随着勘探开发的不断深入,定向井、水平井、大位移井的数量越来越多,特别是大位移井,由于井斜角大,裸眼井段长,套管也越下越深,套管的受力与变形更为复杂。套管设计过程中不但要考虑摩阻的影响,还要考虑套管弯曲产生的附加轴向力、套管磨损、套管动载荷的影响。在目前使用的石油天然气套管强度设计行业标准(SY/T5322-2000)中,套管的轴向力只考虑了浮重的作用,没有考虑摩阻和动载的影响,因此,有必要研究适合于大位移井的套管柱强度设计理论和方法。本文采用弹性力学理论,推导了套管柱在三维井眼中考虑套管刚度的刚杆摩阻分析模型。借助于该模型,可以计算出套管与井壁之间的侧向载荷,从而可以模拟套管在井筒内上下活动过程中轴向力沿井深的分布。套管柱摩阻分析计算为套管柱强度设计提供了准确的套管柱轴向载荷分布。通过建立空间斜平面内套管与钻柱之间接触力的计算模型,模拟了套管柱在起下过程中套管与钻柱之间的接触力,并根据磨损效率模型,预测了在钻井过程中套管的磨损厚度随着钻井时间变化的趋势,提出了磨损后套管的抗挤强度和抗内压强度计算模型,计算结果对选择水平井、大位移井套管的钢级和壁厚有重要的参考意义。推导了套管强度的三轴应力计算模型,根据不同井型和套管类型,计算出了轴向力、外挤压力和内压力沿井深的分布,根据改进的等安全系数法,构建出适合于大位移井套管柱强度设计的理论与方法。在套管轴向力设计过程中,考虑了摩阻、弯曲应力和冲击载荷的影响。在理论研究的基础上,结合QHD-A25井实钻轨迹,模拟了起、下套管工况下套管柱的轴向力分布,通过与实测数据的对比,井口大钩载荷模拟误差均在10%以内,说明本文研究的摩阻分析模型是可靠的。考虑套管的月牙形磨损形式,计算出了磨损后套管的抗挤强度,理论计算值与试验值之间的相对误差在5%之内。同时,根据侧向载荷分布及钻井时间的延续,对P32H井的套管磨损厚度进行了预测,在此基础上,对P32H大位移井套管柱的强度进行了设计和校核。