水平井压裂技术是改进油气藏高效开采的重要手段之一,水平井压裂过程中,高压液体注入使地层结构发生变化产生复杂的地应力,套管在地应力作用下承受多种载荷的作用,发生安全失效的风险加大,而套管失效破坏多发生水平井套管的射孔段和弯曲段。为此,本文对水平压裂井射孔段和弯曲段套管的安全性进行了分析。对于水平压裂井射孔段套管的安全性分析,本文建立了水平压裂井射孔孔道表面的应力分布模型,得出了射孔孔道表面应力分布。综合考虑射孔套管的孔边应力集中和断裂力学性能,将射孔套管三维力学模型简化为平面孔板模型分析射孔段套管的剩余强度,并结合实例分析孔径、孔密及相位角变化对射孔套管剩余强度的影响规律。此外,为得到射孔套管强度的影响规律,采用有限元方法建立射孔套管-水泥石环-围岩三维有限元模型,研究地层参数、水泥环性质参数和套管钢级、壁厚对射孔套管强度安全性的影响。结果表明水泥石环弹性模量对射孔套管强度有着较大的影响,为确保射孔套管的安全性,水泥石环的弹性模量范围为7.8~9.4GPa。水平井弯曲段套管受弯曲、剪切、挤压等载荷共同作用,受力条件复杂多变,常发生扁化、错断、挤毁等安全事故。考虑水平井弯曲段套管的受力特点,建立了弯曲套管弹塑性力学模型,导出了弹性区、塑性区套管弯矩计算公式,得到了弯矩、最大转角与弹塑性边界角之间的关系。通过实例计算发现高钢级套管在具有较大弯曲载荷的工况下工作具有明显优势,故在具有较大弯矩载荷的情况下宜尽量选用高钢级套管。考虑弯曲、剪切、挤压联合作用,建立弯曲段套管力学模型,应用拉梅厚壁筒理论和第四强度理论,导出水平井弯曲段套管抗挤强度公式。以Ф139.7mm×9.17mm、10.54mm、12.7mm P110和Ф114.3mm×8.56mm、9.65mm TP140V套管为例,应用公式计算了不同弯曲度下的抗挤强度,结合有限元方法,对公式进行了验证。随着套管弯曲度的增加,套管的抗挤强度降低明显,在进行井身结构设计时应予以考虑。