油氣井注水泥簡(jiǎn)稱(chēng)“固井”工程，鉆井工程的主要作用是建立儲(chǔ)層油氣流向地面的無(wú)損通道，固井是鉆井的最后一道工序，其主要目的是確保壓井安全控制、實(shí)現(xiàn)地下油、氣、水層嚴(yán)密的層間分隔和支撐與保護(hù)套管；其重要功用是構(gòu)建油氣井生產(chǎn)安全屏障、提高儲(chǔ)層酸化壓裂改造效能、延長(zhǎng)油氣井生產(chǎn)壽命。因此，固井工程在油氣鉆井工程與油氣田開(kāi)發(fā)工程中具有承上啟下的重要作用。由于固井工程主要材料水泥的水硬性特點(diǎn)，其作業(yè)具有時(shí)間短、耗材多、成本高、質(zhì)量結(jié)果難于更改的地下隱蔽性工程特征，屬于典型的高投入、高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)一次性施工，故石油工程中又常將固井工程形象地稱(chēng)為“臨門(mén)一腳”。固井水泥環(huán)不可替代、不可更換，必須在整個(gè)油氣井壽命周期為井筒提供優(yōu)質(zhì)、有效的層間封隔， 確保井筒完整性及后期高效安全開(kāi)發(fā)。
2006年四川“羅家2井”天然氣泄漏、2010年墨西哥灣“深水地平線(xiàn)”事件均表明：固井質(zhì)量差造成的水泥環(huán)不連續(xù)、層間封隔不良，會(huì)嚴(yán)重危及井筒壽命，并誘發(fā)嚴(yán)重的安全事故。
固井后環(huán)空氣竄會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的生產(chǎn)安全問(wèn)題，甚至導(dǎo)致井筒報(bào)廢。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)環(huán)空氣竄，并為固井施工防氣竄工藝設(shè)計(jì)和水泥漿防氣竄性能設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，已成為國(guó)內(nèi)外多年來(lái)研究的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為此建立了實(shí)際氣體氣竄滲流物理模型，探明了水泥漿氣侵滲流規(guī)律，提出了水泥漿靜膠凝強(qiáng)度過(guò)渡時(shí)間測(cè)試方法、水泥漿體積收縮率測(cè)試方法、氣侵危險(xiǎn)時(shí)間內(nèi)滲透率的計(jì)算方法。
針對(duì)深井超深井固井作業(yè)過(guò)程中，鉆井液與水泥漿接觸污染嚴(yán)重影響固井水泥環(huán)完整性，甚至導(dǎo)致固井作業(yè)安全事故的情況，在開(kāi)展鉆井液、水泥漿接觸污染規(guī)律的基礎(chǔ)上，探明了接觸污染機(jī)理。（1）電解質(zhì)離子破壞水泥水化雙電層結(jié)構(gòu)，破壞水泥表面水化膜，使水泥漿早期水化速度較快，從而水泥漿的稠化時(shí)間縮短，流變性能惡化；（2）鉆井液中無(wú)機(jī)組分縮短水泥稠化時(shí)間；（3）聚合物促進(jìn)水泥礦物早期水化，影響稠化時(shí)間和流變性；（4）聚合物組分吸附包裹，抑制水泥礦物后期的水化深度。石油工程領(lǐng)域早已將水泥環(huán)力學(xué)完整性視為井筒完整性的重要組成部分。API RP90和挪威NORSOK標(biāo)準(zhǔn)D-010《鉆井作業(yè)期間油氣井筒完整性》將水泥環(huán)完整性定義為：通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)水泥漿體系并采取有效的技術(shù)措施，防止水泥環(huán)力學(xué)完整性和水力密封性失效，減少地層流體在井眼整個(gè)壽命期間無(wú)控制流動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，保證油氣井安全鉆進(jìn)與開(kāi)采。目前關(guān)于水泥環(huán)完整性的研究主要是通過(guò)建立套管、水泥環(huán)、地層圍巖組合體模型，結(jié)合有限元軟件進(jìn)行理論推導(dǎo)或設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易模擬裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。但在實(shí)際復(fù)雜的井下環(huán)境（地層溫度、壓力）及惡劣工況（套管內(nèi)壓）下水泥環(huán)是如何承載失效的國(guó)內(nèi)外均鮮有研究。為此，根據(jù)彈性力學(xué)理論，通過(guò)分析水泥環(huán)在井下所受實(shí)際工況，建立了適用于高壓氣井水泥環(huán)完整性力學(xué)模型，并據(jù)此自主研發(fā)、升級(jí)和完善了水泥環(huán)力學(xué)完整性評(píng)價(jià)裝置，形成了水泥環(huán)等效物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。結(jié)合工業(yè)CT掃描等材料分析技術(shù)，揭示了水泥環(huán)力學(xué)損傷方式和機(jī)理。根據(jù)水泥環(huán)不同失效方式和失效機(jī)理，提出水泥石降脆增韌機(jī)理和技術(shù)措施，選用和制備水泥石力學(xué)改性材料，形成了不同材料改性方法，在提高韌性的同時(shí)不損失水泥石強(qiáng)度，為采用大型酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù)提供了技術(shù)保障。并自主研發(fā)了遇水、遇油氣自膨脹材料，形成了新型自修復(fù)水泥體系及評(píng)價(jià)方法。
