井筒弃置是海上油气井生命周期的最后一个作业环节,涉及到弃置井井筒密封完整性,关乎海洋环境和海洋生态的可持续健康发展。随着社会经济的发展,国际国内对海洋环境保护的要求越来越严苛,对海洋环境安全的重视程度越来越高。因此,通过优化弃置作业施工设计方法、完善弃置井筒密封性评估手段确保井筒弃置后的长久安全显得尤为重要。针对上述背景,本论文主要开展了以下研究工作:首先,基于海上井筒弃置施工设计的工程实际,深入调研了国内外井筒弃置封固技术发展现状,分析了当前海上井筒弃置技术面临的技术难点和待解决的关键问题;其次,为反映不同应力状态下水泥石的力学行为特征,进行了水泥石力学参数、强度参数和渗透率实验,获取了描述水泥石力学行为特征的参数;借鉴了土木工程中的灌浆锚杆理论,考虑了水泥塞材料力学参数、几何参数等的影响,建立了弃置井井筒屏障力学模型,研究了在不同材料力学参数、几何参数下水泥塞-地层界面处的应力、位移分布及界面失效规律;最后,基于热-固耦合的理论,建立了海上弃置井井筒屏障有限元数值模型,研究了水泥塞力学参数、几何参数和邻井工况对水泥塞界面失效长度的影响规律,并以JZ20-2-9D井为例,分析了弃置后的井筒密封完整性。通过上述研究工作,可得到以下结论:适当降低水泥塞弹性模量,会降低水泥塞-套管界面处的压应力,从而减小界面发生力学失效的风险;泊松比对于水泥塞失效长度的影响规律不明显;随水泥塞胶结强度增加,水泥塞-套管界面的失效长度显著降低;随水泥塞半径增大,水泥塞-岩石界面的失效长度显著增加;随水泥塞底部压力增大,水泥塞-套管界面的失效长度显著增大;由邻井注水或热采导致的温度变化对于水泥塞-套管界面的失效长度基本无影响;JZ20-2-9D井弃置后,4#水泥塞和6#水泥塞界面完整性程度很高,界面发生密封失效的风险较小。上述研究可为海上井筒弃置施工设计提供一定理论借鉴,推动海上井筒安全高效弃置。