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井周初始应力的确定在井壁稳定性和水泥环密封性分析中是非常重要的。在页岩气开发中，水平井和水力压裂技术的应用使得在井周初始应力的计算中需要面临不同于常规油气开发的新问题，比如需要考虑井斜角、页岩力学性能和套管内温度压力波动的影响等。在井周初始应力计算中需要考虑的重要方面有：(1)地层相对于井眼为无限大介质，研究模拟无限大地层的方法；(2)地应力为钻井前已经存在的应力状态，研究合适的方法模拟地应力的作用；(3)应力-渗流场耦合；(4)水泥凝固过程对初始应力状态的影响。目前文献中计算井周初始应力的方法有多种，对上述方面做了近似处理或忽略其中某些因素的影响，这使得计算结果存在一定误差，尚未看到深入分析各类误差大小的文献，另一方面，当近似处理方法不理想时，还会导致计算量过大。本研究基于对钻井、固井和水力压裂等实际物理过程的分析，提出采用分步有限元模拟计算井周应力的方法。在具体计算过程中，开发应力-渗流耦合的有限单元和无限单元模拟无限大地层，用预定义初始应力场的方法模拟三个方向的地应力，采用周期性边界确定垂直于井眼轴线方向两个断面的边界条件，只用一层单元模拟三维应力状态，使得计算量大大减小。此方法因准确考虑实际物理过程而具有精度高的特点，因只采用一层单元而具有计算量小的优点，三维单元的应用使得可以方便地考虑不同地应力和不同井眼方向下的井周初始应力。用某些理想情况下的解析解验证所开发方法计算结果的准确性，并将其与文献中已有方法的计算结果做比较，分析其优缺点，从理论上和数值计算方法上分析不同方法产生不同计算结果的原因。应用所开发的计算方法分析不同井斜角、方位角的井周初始应力，研究页岩力学性能对井周初始应力的影响，研究固井过程和固井水泥性能对井周初始应力的影响，研究水力压裂过程中套管内温度和压力波动对地层-水泥环-套管之间界面粘结完整性的影响。所开发的方法对于精确和高效地计算井周初始应力有重要意义，为井壁稳定性和水泥环密封性分析工作提供了一种新的思路。