本文对国内外的油水井套损及套损机理研究情况进行了调研,了解到在油田开发过程中,随着生产时间的延长和各种开发方案的不断实施,特别是注水、注聚等方案的实施,使油水井套管工作环境日益恶化。套管损坏已经成为一个国际性的普遍问题,并且套损速度有逐年上升的趋势。各大油田的累计套损比例低则百分之几,高则百分之二、三十,在某些局部区域内套损比例甚至高达百分之七、八十。截至2005年12月底,大庆油田发现套管问题井累积已达11188口,占已投产油水井的18.54%,平均每投产6口井就有1口损坏。多年以来,国内外油田、科研机构和高等院校在套损机理研究方面做了大量工作,研究总结出多项套损机理成果。例如地层沉降学说:石油大量采出,地下出现亏空,引起该地区较强的构造运动,造成油水井成片错断。泥岩膨胀学说:注入水沿微裂缝浸入泥岩层,使泥岩层发生蠕变,形成成片套损。但是这些机理研究多从定性和局部、单项技术角度开展的,在指导和解决油田套损问题上还远远不能满足油田需要,套管损坏呈现进一步加剧的趋势。为了能深化套管损坏机理和防护措施的研究,从全局、系统上考虑,进行流、固耦和的定量和数值模拟研究,将为从根本上解决套损防护问题提供理论依据。本文涉及到的学科有:岩石力学、渗流力学、弹塑性力学、油层物理、非线性有限元分析等,同时还需研究岩石的本构关系等,对套损机理数值模拟研究具有深刻的理论意义。本文通过对流固耦合作用、注采、作业、地质情况等主要因素对套损影响,建立数学模型,研究了饱和两相渗流与孔隙介质变形耦合理论,推导出了有效的求解格式,实现了该理论方程从理论研究到工程应用的突破。在此基础上,编制套损机理数值模拟分析软件,并对软件的正确性做了充分、细致的验证。本文通过对大庆采油一厂北一区断东中块某典型区块(包含27口井,9口水井和18口油井)进行了注采的历史拟合,计算套损井数与实际套损井数符合率达到83.3%。通过计算得出,水井提高注水压力1 MPa,套管Mises应力增加17～35 MPa;套管所受Mises应力达300 MPa情况就可能发生套损。油、水井提高或降低压力后套管所受应力随之发生相应变化。油水井套管所受Mises应力与本井的井底压力密切相关。本文首次提出并在研究中应用改进的组合网格法,这一先进技术的应用使得在微机上实现大规模的分析计算成为可能,计算的北一区断东中块的网格总数达到670,134,节点数713,416,软件还可以计算更多。