水泥环完整性是保证全生命周期下井筒完整性的关键。水泥环完整性失效不仅会造成严重的经济损失与环境问题,并且会威胁人员的安全。通常来讲,对于水泥环完整性问题的研究主要涉及非常规油气井的生产作业措施,如高温高压开采、注水注气、压裂提高采收率等。随着生产过程的推进,井筒内温度与压力的变化在很大程度上影响着套管与水泥环的力学完整性,主要影响表现包括在固井界面形成油气流通通道、影响水泥石与套管的力学性能等。为了更好的理解水泥环完整性的影响因素,以及确保在复杂地层工况下的井筒完整性,本文针对水泥环与套管之间的密封失效问题开展了研究。本文开展固井水泥环一界面胶结强度室内实验,结合基础理论,建立了约束条件下井筒抬升预测模型、固井一界面微环隙预测模型。研究内容主要包括:1.研究固井水泥环一界面纵向胶结与径向胶结的失效机理,并开展针对上述两种界面胶结强度室内实验研究,得到不同因素对固井一界面胶结强度的影响规律,结果表明,实验所测得径向胶结强度均小于0.16MPa,纵向胶结强度均小于1.8Mpa。2.针对套管内压力加载-卸载过程中水泥环屈服状态的不同,结合套管-水泥环-地层组合体力学模型,建立了套管与水泥环脱粘后固井一界面处的微环隙大小预测模型。采用现场数据进行分析,结果显示该井在进行60MPa加-卸载后,产生最大4.8μm的环空微间隙。3.阐释了井口抬升机理,建立了井筒的温度场分布计算模型与井口抬升计算模型。使用现场数据对温度场分布以及井口抬升高度计算结果进行校核检验,并分析了各因素对井口抬升高度的影响规律。