超高压压裂由于压力调节窗口大,压裂施工成功率高,目前各大油气田在页岩气压裂过程中逐渐推广应用,但由于对超高压压裂工况下套管的强度行为认识不足,导致现场施工过程中套管的变形和坍塌事故频频发生。本文针对上述问题,基于虚功原理建立地层-水泥环-套管互作用的三维有限元计算模型,对不同壁厚套管、不同钢级套管、不同地层载荷及各向载荷差、不同水泥环厚度、不同缺陷类型及射孔段套管的强度进行计算,提出在各工况下的套管强度评价方法及施工推荐要求,为现场施工选择和强度评估提供依据,进而减少超高压压裂情况下套管的失效事故。本文的研究主要分为以下几个方面:1)考虑地层和水泥环对套管强度影响,建立地层-水泥环-套管互作用情况下的套管强度行为分析计算模型,并通过与现有仅采用套管进行强度评价的方法做对比,证实地层-水泥环-套管互作用模型计算结果更接近实际工况。2)对套管在超高压压裂情况下不同套管厚度、不同地层载荷及不同水泥环壁厚情况下的强度行为进行分析,研究了各工况条件对套管强度的影响规律。3)针对套管及水泥环含缺陷情况,研究套管整体磨损、偏磨、缺陷形状、缺陷深度、多缺陷复合、水泥环缺陷及水泥环缺失、套管缺陷存在尖端等情况下套管的强度行为,为超高压压裂工况下井筒套管选型及安全评估科学方法。4)针对射孔段套管的强度问题,以两孔间连线最大应力值满足许用强度要求为评判依据,对不同壁厚套管射孔后强度、射孔密度、射孔孔眼直径、射孔孔眼相位角等因素下的强度行为进行分析,为超高压压裂的射孔工艺设计及套管强度评估提供依据。