水泥环是页岩气井井筒完整性的重要屏障之一,水泥环的失效会使环空带压,并直接导致套管的承载能力降低,甚至引发井筒完整性的失效。现有水泥环承载能力的研究大都仅考虑非均匀地应力和圆形井眼中的偏心环空的影响。在定向井和水平井中,因地应力和地层岩石的各向异性形成非规则圆形井眼(或椭圆井眼)。在非均匀地应力、椭圆井眼和偏心环空等因素的共同作用下会使得水泥环的受力情况变得极为复杂。为了明确水泥环在非均匀地应力、椭圆井眼和环空偏心等WY页岩气田复杂工程地质条件共同作用下的承载能力,本文在弹性力学和有限元分析理论的基础上,建立了考虑非均匀地应力、椭圆井眼和环空偏心多因素作用下的地层-水泥环-套管组合体应力预测数值模型;其次,利用单因素作用下的理论模型预测结果对组合体模型进行了验证;最后,利用有限元软件ANSYS Mechanical APDL开展了仿真模拟,系统分析了多因素作用下的水泥环承载能力,明确了不同因素对水泥环承载能力的影响规律。通过本论文研究得到的主要认识有:(1)非均匀地应力系数、井眼长短轴比和套管偏心度单独作用时均会使水泥环承载能力降低,但在小井眼条件下井眼长短轴比为1.1-1.2时有利于水泥环承载;(2)椭圆井眼和套管偏心同时存在于水泥环上时,随着长短轴比的增加水泥环的承载能力会先提高后降低,当井眼长短轴比为1.2-1.3时有利于提高水泥环的承载能力;随着套管偏心度的增加水泥环的承载能力会降低,同时套管向着椭圆井眼短轴方向偏心有利于提高水泥环承载能力;(3)非均匀地应力分别与井眼长短轴比或套管偏心双重作用时非均匀地应力对水泥环的承载能力影响最大,其增大会显著降低水泥环的承载能力;井眼长短轴比和套管偏心度对水泥环承载能力的影响度小于非均匀地应力,它们的增大也不利于水泥环承载能力;(4)对非均匀地应力下水泥环同时考虑井眼长短轴比和套管偏心的复杂几何形状水泥环的计算结果表明,井眼长短轴比和套管偏心程度的增大均对水泥环的承载能力有不利影响。当套管偏心度较小时,套管向椭圆井眼短轴方向偏心有利于提高水泥环承载能力。