新中国成立以来,陆相生油理论的建立及陆相油气的成功勘探使我国完成了石油工业的第一次创业,1978年原油年产量突破亿吨大关,基本实现了我国当时原油的自给自足。随着国民经济的快速发展,我国对油气资源的需求日益增大,1993年起,我国进入原油净进口国行列,且缺口逐年增大,2015年对外依存度已突破60%。在陆相油气产量和储量难以大幅增加、油气消费量迅猛增长的严峻形势下,2002年起我国展开了以南方碳酸盐岩海相储层为主要勘探目标的石油工业的二次创业。随着石油工业二次创业的提出,海相油气勘探呈现出快速发展的大好势头,特别是普光和安岳(龙王庙组)特大型海相碳酸盐岩整装气藏的重大发现,初步展示出中国海相天然气巨大的勘探潜力,这无疑是改善国内能源消费结构、降低国外依存度的有效举措。然而,由于中国海相层系地质构造的特殊性,海相天然气的开采也面临着前所未有的挑战,钻井和开发过程中,作为保护井壁、封隔油、气、水层、维持钻井液循环通道的套管,在服役过程中极易发生损坏,严重时可引起井下事故、甚至安全事故,给海相气藏的勘探开发带来巨大的经济损失、环境破坏甚至人员伤亡,因此,海相气藏井服役套管的安全可靠性研究必将成为长远、高效开采海相气藏资源过程中一个不可回避的难点。本文就是针对海相气藏开采的特殊性,通过调研大量国内外文献,在基于弹塑性力学、岩石力学以及有限单元法和可靠性理论的基础上,通过理论分析、仿真模拟和试验数据对比首次系统研究了蠕变地层、腐蚀环境和随机因素下套管的安全性变化规律,具体的分析过程和研究方法如下:(1)调研国内外主要石油公司和企业内部使用的有关酸性腐蚀环境下油套管的选材标准和规范,通过分析研究,给出了海相气藏井含硫套管的选材方法,建立了套管的腐蚀模型,并基于应力集中理论研究了腐蚀对套管强度的影响规律;(2)根据川东海相气田深部盐岩的蠕变试验,建立了盐岩的蠕变模型,采用耦合有限元方法,耦合应力场、温度场及非线性蠕变,系统研究了深部海相气田盐岩夹层服役套管的安全性变化规律;(3)提出了采用随钻扩眼技术提高海相气田盐岩夹层服役套管安全性的新思路和基于附加载荷和等效抵抗强度的扩眼尺寸设计方法;(4)在ISO/TR 10400抗挤模型的基础上,基于双剪强度理论建立了高抗挤强度套管的抗挤新模型,给出了海相气藏井常用的两类套管(API普通套管和非API抗腐蚀高强度合金套管)的抗挤强度公式;(5)分析了海相气藏井传统套管设计方法的缺陷,建立了套管的可靠性设计方法,可在前期设计阶段将服役套管的失效概率控制在预定水平,避免了传统设计无法控制的风险和不经济等缺点。本文的研究可为海相气藏井套管的选材、设计及安全可靠性评价提供科学的依据。