固井施工中,注入的水泥浆最终形成水泥环,主要起到封隔地层和套管的功能。储层改造过程中井筒压力的变化会导致水泥环发生本体或胶结破坏,失去封隔地层和套管的作用。因此,研究水泥环力学性能可以指导固井施工及后期储层改造工程的完成。针对水泥环完整性失效问题,本论文进行以下内容:(1)制定相关实验方案,完成水泥石三轴强度、拉伸强度测试实验,为后续计算模拟提供基础数据,得到水泥石抗压强度为30~45MPa,其弹性模量为5~8GPa,而泊松比为0.101~0.171;(2)建立复合体在原位地应力条件下的力学模型,经过计算得到均匀地应力下水泥环径、周向应力与半径呈反比关系,由一界面向二界面逐渐减小;(3)针对非均匀地应力条件下应力、应变分布情况,利用FLAC3D软件完成复合体有限元程序开发。分别对影响水泥环完整性的地层、水泥环因素进行单因素分析,得到选用低弹性模量、高泊松比的水泥进行固井对于后期改造工程更加有利;(4)为了验证水泥环完整性有限元程序的准确性,分别对XXX井H4层压裂工程以及龙岗001井固井工程失败进行模拟计算分析,得到XXX井H4层和龙岗001井中施加的极限井筒压力分别为105MPa、90MPa,结果与实际工况一致。