油气井固井注水泥作业主要目的就是对套管外环空进行有效封隔，防止油气井钻井、增产作业和生产过程中的地层流体窜流；并形成完整的水泥环，有效支撑和保护套管。在油气井钻井及油气开发过程中，固井水泥环要受到诸如套管内压力、地层岩石围压、温度应力等的作用，这些载荷常常会对水泥环的封隔作用产生不利影响。本文在调研前人对水泥环力学问题研究的基础上，针对水泥环胶结面的微间隙和水泥环破坏问题，建立了不同类型水泥环的力学分析模型，从水泥环应力角度对套管内压力和地应力作用下的水泥环微间隙和水泥环破坏问题进行了分析计算。 对于套管居中条件下的均匀水泥环力学分析，本文运用弹性力学基本理论建立了套管-水泥环-地层系统的静力学分析模型；对套管内压力变化情况下的水泥环胶结界面径向接触力进行了分析计算；在进行了水泥与钢板界面径向胶结力试验的基础上，提出了判断水泥环胶结面是否产生微间隙的准则；分析了井径扩大率、水泥石弹性参数、套管壁厚等因素对水泥环胶结面应力的影响；探讨了静态载荷作用下的理想弹性水泥环破坏条件。 对套管偏心情况下的偏心水泥环力学问题，本文首先分析了系统的物理模型，在此基础上，建立了套管-水泥环-地层系统的耦合分析模型，运用有限元分析软件对偏心水泥环力学问题进行了计算，着重研究水泥环胶结面是否产生微间隙以及产生微间隙的条件和水泥环发生破坏的条件，分析了地层和水泥石弹性参数对水泥环产生微间隙条件和水泥环破坏条件的影响。 本文还建立了椭圆形井眼中水泥环力学分析模型，对非均匀地应力和套管内压力作用下的椭圆形水泥环应力分布进行了计算，分析了椭圆度对水泥环应力分布的影响，并对水泥石弹性参数对椭圆形井眼中水泥环应力分布的影响和水泥环胶结面产生微间隙的条件进行了分析，探讨了该类型水泥环在静态载荷作用下的破坏条件。