套管在钻井和采油过程中起着保护井眼、加固井壁、隔绝油气水层及封固各种复杂地层的作用,保证钻井、完井和采油正常运行,同时在建井费用上占有很高比例,所以套管的安全非常重要。在深井套管柱强度设计时,套管所处环境和受力比较复杂,而现行套管柱设计标准考虑因素比较简单,因此,很多情况下设计的套管安全性存在风险。导致这种问题主要有三个原因:(1)对套管柱载荷和影响套管强度的因素考虑不全面;(2)对套管柱载荷和强度的随机性没有考虑;(3)由于安全系数的随机性,用它作为指标评价套管的安全性不是很合理。因此本文基于现行套管柱强度设计标准做了四方面工作。首先,研究了高温下的气柱压力、均匀地应力和非均匀地应力条件下蠕变层套管外挤力,并建立了套管柱有效外载荷计算方法。其次,在套管单轴和三轴应力基础上,研究了非均匀外挤载荷对套管抗挤强度的影响,得到套管抗外挤强度随外挤载荷不均匀系数减小而呈非线性减小;根据“磨损一效率”模型,预测套管的磨损量并研究磨损后套管的剩余强度;研究了通过温度影响套管材料对套管强度的影响和有温差时套管的热应力;研究了均匀腐蚀下和局部腐蚀下套管的剩余强度,得到腐蚀深度小于壁厚一半时,局部腐蚀对套管抗挤强度的影响大于均匀腐蚀对套管抗挤强度的影响,腐蚀深度大于壁厚一半时,局部腐蚀对套管抗挤强度的影响小于均匀腐蚀对套管抗挤强度的影响;根据弹性力学知识研究了射孔后套管强度,并分析了孔径、孔密和相位对套管强度的影响。再次,根据区间数学理论、套管载荷和强度计算方法,建立了套管载荷和强度区间计算方法,并分析了载荷和强度的随机性:基于椭球凸型非概率可靠性理论,建立了套管椭球凸型非概率可靠性模型;将套管的可靠性与安全系数联系起来,得到了可靠性与安全系数的关系,并研究了载荷变异系数、强度的变异系数和安全系数对可靠性的影响。最后,用DX井对软件进行了测试,得到本文方法计算的套管安全系数小于现行标准计算的安全系数,特别在蠕变层段。计算结果还表明,用安全系数评价套管安全性时,能够满足要求,但用可靠性评价套管时,套管安全却存在风险。因此套管可靠性评价可以作为安全系数法的一种辅助评价手段。