高温高压井前期投入成本高,开发技术难度大,对套管强度全寿命设计提出更高的要求。而生产中储层流体携带高温能量,引起高温高压井环空压力异常,对套管安全造成威胁。因此,本文主要考虑储层流体携带能量对高温高压井井筒温度场及压力场的影响,分析套管强度安全性,并结合套管强度设计流程,给出高温高压井套管强度设计的推荐做法,主要的研究内容如下:考虑井筒温度、压力变化对井筒流体物性的影响和温度-压力耦合效应,结合能量守恒原理和半瞬态传热理论,分别建立高温高压油井和气井井筒温度模型,得到管柱及环空温度场矩阵。在环空温度场基础上,基于多尺度体积相容性原理,建立不同尺寸下多环空压力-体积双向耦合计算模型。应用编制的多尺度环空压力-体积耦合数值计算算法,分析产量和生产时间因素对环空压力的影响。依据计算的环空压力,参考API套管强度设计方法和API-RP-90(Annular Casing Pressure Management for Offshore Wells)套管强度设计推荐做法,给出考虑环空压力热冲击的自由段套管强度设计方法。考虑井眼曲率对非自由段套管强度削弱作用,建立套管截面总变形能方程。并应用最小势能原理,分析弹性范围内套管轴向弯曲曲率与套管截面不圆度的关系。应用应力等效原理,分析弯曲和外压作用下套管截面的三向应力分布和极值失稳载荷。综合以上环空温度、压力计算方法和套管强度设计准则及标准,结合油田高温高压井套管强度设计流程,分别给出环空温度场计算推荐做法、环空压力计算推荐做法及考虑环空压力的套管强度计算推荐做法。通过以上研究发现,高温储层流体携带的能量在自由段套管环空产生明显的热载荷作用,环空温度与环空压力两者耦合作用下呈现近似线性关系;对于非自由段套管,相对于弯曲曲率,径厚比对套管截面不圆度的影响更大;以常用的P110 5 1/2"×7.72套管为例,0.01/m曲率引起的套管截面不圆度,对套管抗挤强度的削弱值比API弯曲载荷作用下套管抗外挤强度值还要低7%左右。