细分注水能够有效提高油田开发采收率,是保证油田稳产的重要开发方式之一,在一定程度上满足了不同油藏地质的开采需求。多级多段注水管柱处于三维弯曲井筒中,受力形式相对复杂,在现场作业过程中,由于不合理的管柱结构,且没有准确分析多级多段注水管柱的三维力学行为,导致作业工具产生严重磨损,缩短了作业有效期,降低了细分层注水成功率。因此,需要全面考虑多级多段注水管柱的三维井筒及作业工具的影响,科学地建立多级多段注水管柱三维力学模型,准确研究多级多段注水管柱的力学性能,进而合理优化设计多级多段注水管柱结构,提高注水作业成功率及油田开发采收率。本文在注水管柱力学研究及注水工艺技术研究现状的基础上,综合考虑多级多段注水管柱在井下所受到的浮力、接触力、摩擦力、内外压力、井眼曲率以及作业工具的影响,建立了多级多段注水管柱三维力学分析模型及封隔器蠕动模型,研究了多级多段注水管柱蠕动现象的蠕动机理,分析了注水管柱在蠕动状态下的力学行为,建立了封隔器处蠕动模型,提出了多级多段注水管柱蠕动距离的计算方法。针对胜利油田现场实例井,结合注水参数及不同工况转换,计算了实际作业工况条件下注水管柱的蠕动变化,并研究了注水压力,节流压差及注水温度等参数对多级多段注水管柱蠕动距离的影响规律。在多级多段注水管柱三维力学模型研究的基础上,运用C#语言,开发了一套集井筒管柱三维仿真、分注工具仿真模拟及优化设计、管柱力学动态分析及数据管理于一体的多级多段注水管柱力学仿真模拟软件,并针对胜利油田实例井开展管柱力学行为分析,为现场科研人员优化设计多级多段注水管柱、合理应用多级多段注水管柱防蠕动措施提供了有力的技术支持。