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针对蒸汽热采井套管屈曲失稳，从材料、套管服役特征角度，采用室内试验和数值模拟，研究了轴向约束非均匀载荷下套管屈曲机理。四十臂井径仪、水泥胶结/密度仪测井结果表明：3轮次注-采作业后，固井质量合格的套管柱结构完整，固井质量不合格的套管柱局部屈曲变形。室内试验表明：注-采作业过程套管材料表现出应变强化、应力松弛及低周疲劳，服役套管处于热弹-塑性应力状态。基于能量原理的有限元数值模拟结果证实，套管-水泥环第一界面横向位移是套管屈曲变形的主要原因。