一、成果简介

大力开发深地油气是保障国家能源安全重大战略需求，固井技术是深地油气井高效开发的关键，在深地高温、高压、高酸性等极端环境下固井，水泥环破损、气窜、井口带压等工程问题频发，已成为制约勘探开发的重大技术瓶颈。针对水泥环密封失效机制不清、高性能水泥材料缺乏、水泥环易损伤、固井控制不精准等重大技术问题，历经10年持续攻关，在固井基础理论、助剂材料、水泥浆体系和工艺技术领域取得了重大突破，实现了技术升级迭代和产业化应用。

二、技术创新

创新一：揭示了极端复杂环境水泥环密封失效机理，制定了水泥石性能控制准则。

介绍：创建了全尺寸水泥环密封评价装置与方法；揭示了压裂动载下水泥环脆性开裂和压密损伤致密封失效机理，提出了“低弹性模量、低渗透”防损伤控制准则；阐释了CO2主导，H2S加剧膨胀开裂耦合腐蚀机理，提出了“低碱度、低渗透”防腐蚀准则；明确了水泥环—地层界面晶体聚集、溶蚀机理，界面胶结强度劣化是气窜的主因，提出了“强胶结、低渗透”界面气窜控制准则。为水泥浆新材料的研制明确了方向。

创新二：发明了防窜、防腐、防损伤新材料，攻克了高性能纳米功能材料合成难题。

介绍：发明了温度广谱型水泥浆流变调节新材料，设计了新型梳状结构，突破了助剂高温稳定难题，实现了超深井上下温差150℃水泥浆流变性一致、同步凝固，保障了深地固井施工安全；基于水泥石性能控制准则，研发了防窜苯丙胶乳、自修复胶乳、防腐材料、纳米液硅等功能新材料，攻克了纳米乳液易破乳、纳米液硅易团聚等合成难题，实现了阻气侵、防损伤、界面强胶结、裂缝自修复、防腐蚀的功能。为深地油气固井水泥浆新体系的开发奠定了基础。

    创新三：研发了持久密封水泥浆新体系，实现了水泥“液-固”态性能迭代升级。

介绍：以流型调节材料为基础，以高性能纳米功能材料为核心，通过功能化优化组合，发明了高压气井防气窜、酸性气井防腐蚀、页岩气井防损伤水泥浆新体系，水泥环特性由高渗透、高脆性升级为高致密、弹韧性，耐温220℃、密度3.0g/cm3、弹性模量5.5GPa、强度42MPa/48h、腐蚀速率0.072mm/a、渗透率0.0015mD，胶结强度2.75MPa。满足了9000m高压油气井、4500m页岩气固井要求。

创新四：构建了提高固井质量优化设计新方法与工艺，实现了从经验主导到精准控制的重大跨越。

    介绍：建立了水泥胶态环空压力计算新模型，提出了环空压力实时调控技术；建立了多重流体真三维超算数值模型，定量评价了顶替效率影响机制，建立了粘度差、密度差、居中度、排量为关键参数的顶替设计模型；开发了云端智能优化设计及远程决策平台，实现了优化设计、实时监测、动态调整全过程控制。大幅提高了固井设计和作业控制水平（施工成功率100%，顶替效率≥95%）。

三、应用示范

授权发明专利43件，登记软件著作权2件，制订国家标准1项、行业标准3项，发表论文85篇，出版专著2部。