目前,海洋油气资源的开发已成为世界石油工业发展的趋势,而深海油气井的开发尚有大量技术难题待攻克,其中含天然气水合物地层中的井筒完整性是亟需攻克的技术难题之一,基于此,本文针对含天然气水合物地层不稳定的问题对井筒中套管稳定性和井筒完整性力学进行深入研究,并对井筒的安全性通过正交试验分析法进行了讨论。本文主要完成了以下工作:(1)应用多层组合厚壁圆筒理论建立了含天然气水合物地层套管-水泥环-地层组合体力学模型,对井筒中套管应力进行了数值计算分析,通过与现有实验结果对比分析,验证该数值模型是可行的,为后期数值计算奠定了基础。(2)基于已验证的数值计算模型,计算了含天然气水合物地层中完整井筒的温度场和应力场,通过数值计算获得了套管壁厚变化时的套管应力变化规律。(3)计算了在不考虑孔隙压力和温度耦合作用下,水泥环缺陷形状(扇形、矩形、半圆形)对套管应力的影响,以及缺陷深度、缺失开度和缺陷数量对套管应力的影响。对比计算了水泥环缺陷处不含地层流体、缺陷处所含地层流体为水,以及缺陷处所含地层流体为湿泥土三种情况下的井筒温度场和套管应力,研究了缺陷处的地层流体特性对井筒温度场和套管应力的影响规律。(4)建立了含天然气水合物地层井筒孔隙压力和温度耦合的数值计算模型,对比分析套管应力场与未考虑耦合情况时的不同,同时研究了钻井液温度、水泥材料传热特性对套管应力的影响。并对水泥环缺陷处不含水与含水两种情况进行相应的对比分析。(5)运用正交试验分析的方法,对影响套管应力场因素的敏感性进行对比分析,并基于MATLAB计算平台对套管应力的定量表达函数关系进行了计算,运用Design-Expert对相应的关系云图进行了分析。进而得到了极限工况下各因素的安全组合,可为现场施工中的套管安全使用提供理论指导。本文的研究内容为深海油气井开发中遇到含天然气水合物地层时井筒完整性评估提供了方法,从而减小深海油气井的开发成本;为套管的安全性评价提供了理论依据,对预防含天然气水合物地层中井筒的套损具有指导意义。