本书根据作者近年来在深层超深层固井方面的研究成果，全面论述了复杂工况下水泥环密封失效机理、套管损坏机理及控制方法。全书包括固井水泥石力学特性演化规律、周期动载下水泥环密封失效机理与控制方法、酸性环境下水泥环密封失效机理与控制方法、水泥环界面密封能力控制方法、复杂油气井套管损坏控制方法、复杂油气井环空水泥环持久密封新方法、提高复杂油气井水泥胶结质量技术，以及研究成果的典型应用等内容。

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获国家科技进步二等奖3项，省部级科技进步一等奖3项，二等奖6项、三等奖6 项，局级一等奖多项，并获得中国地质科技青年奖---银锤奖，山东省科技青年奖， 享受国务院政府津贴，国家百千万人才工程人选。

目录
序
前言
第1章 固井水泥石力学特性演化规律 1
1.1 水泥石力学性能测试方法 2
1.1.1 页岩气井水泥环温压、荷载环境 2
1.1.2 水泥石力学性能试验设计 3
1.1.3 水泥石试验装置 3
1.2 复杂温压下水泥石力学特征 4
1.2.1 水泥石单轴压缩试验特性 4
1.2.2 水泥石三轴压缩试验特性 8
1.2.3 水泥石力学参数对比分析 13
1.3 周期交变荷载下水泥石力学响应机制 14
1.3.1 水泥石周期交变荷载曲线特征 15
1.3.2 塑性/残余应变累积规律 16
1.3.3 水泥石刚度退化规律 19
1.4 水泥石-页岩组合体变形破坏机理 24
1.4.1 水泥石-页岩组合体三轴压缩试验特性 24
1.4.2 水泥石-页岩组合体界面直剪试验 24
1.4.3 水泥石-页岩组合体界面SEM特征及破坏机理 29
1.5 水泥石细观损伤机理及分析模型 31
1.5.1 水泥石试验前后CT扫描分析 31
1.5.2 水泥石试验前后核磁共振测试 33
1.5.3 水泥石损伤塑性本构模型 35
1.6 小结 41
第2章 周期动载下水泥环密封失效机理与控制方法 42
2.1 动载下水泥环密封能力评价方法 42
2.1.1 水泥环密封能力评价装置 42
2.1.2 水泥环密封能力评价方法 45
2.2 周期动载下水泥环密封完整性失效机理 45
2.2.1 交变温度下水泥环密封失效 45
2.2.2 交变应力下水泥环密封失效 46
2.2.3 温压耦合下水泥环密封失效 48
2.2.4 水泥环拉伸破坏 49
2.3 套管-水泥环-围岩弹塑性有限元分析 49
2.3.1 弹塑性有限元分步计算模型 49
2.3.2 典型环空带压井计算分析 51
2.4 周期动载下水泥环密封失效控制方法 66
2.4.1 水泥环密封完整性影响因素分析 66
2.4.2 水泥环最大压裂段数预测 71
2.4.3 水泥环密封失效防控力学设计图版 75
2.5 小结 76
第3章 酸性环境下水泥环密封失效机理与控制方法 77
3.1 国内外研究现状 77
3.1.1 油井水泥特征 77
3.1.2 油井水泥石的腐蚀 78
3.2 CO2和H2S腐蚀水泥石实验方法 81
3.2.1 腐蚀实验装置 81
3.2.2 CO2、H2S腐蚀水泥石评价实验方法 83
3.3 温度和压力条件下CO2腐蚀水泥石机理 84
3.3.1 实验材料 85
3.3.2 CO2腐蚀水泥石物理性能分析 85
3.3.3 水泥石CO2腐蚀前后腐蚀产物分析及变化规律 88
3.3.4 CO2腐蚀水泥石机理分析 92
3.4 温度和压力条件下H2S腐蚀水泥石机理 93
3.4.1 实验材料 93
3.4.2 H2S腐蚀水泥石实验结果分析 93
3.4.3 温度对H2S腐蚀水泥石的影响 100
3.4.4 H2S腐蚀水泥石机理探讨 100
3.5 CO2与H2S共存条件下腐蚀水泥石机理 102
3.5.1 CO2/H2S混合气体腐蚀实验参数与水泥浆组成 102
3.5.2 混合气体腐蚀后物理性能变化 103
3.5.3 H2S/CO2混合气体腐蚀产物及微观分析 106
3.5.4 CO2/H2S混合气体腐蚀水泥石机理与腐蚀动力学模型 110
3.6 抗酸性气体腐蚀方法 116
3.6.1 降低水泥石中Ca(OH)2含量与腐蚀的关系 116
3.6.2 提高水泥石密实度与腐蚀的关系 117
3.6.3 增加水化产物惰性与腐蚀的关系 118
3.7 小结 119
第4章 水泥环界面密封能力控制方法 121
4.1 水泥环界面密封试验方法 121
4.1.1 水泥环胶结界面密封能力评价装置 122
4.1.2 水泥环胶结界面密封能力评价方法 130
4.2 地层流体对水泥环胶结界面产物影响规律 134
4.2.1 动/静态养护条件下界面产物及微观结构演化规律 134
4.2.2 动/静态养护条件下水泥石密封能力演化规律 146
4.3 水泥环-地层第二界面胶结能力评价 153
4.3.1 固井第二界面声波响应特征分析 153
4.3.2 不同水泥浆体系与页岩胶结能力定量评价 155
4.3.3 不同水泥浆体系与高渗砂岩胶结能力定量评价 159
4.3.4 水泥浆体系在特殊地层适应性综合分析 163
4.4 水泥环界面胶结增强方法 167
第5章 复杂油气井套管损坏控制方法 170
5.1 盐膏层套管损坏机理与设计方法 171
5.1.1 盐膏层套管蠕动压力模型 171
5.1.2 深部盐膏层套管蠕变压力分析 176
5.1.3 非均匀外载作用下套管抗挤强度分析 182
5.1.4 盐膏层套管强度设计 186
5.2 酸性气井套管腐蚀机理与设计方法 189
5.2.1 酸性气体对套管腐蚀机理及腐蚀程度判据 189
5.2.2 酸性气井套管钢材料性能及选用 197
5.2.3 酸性气井套管强度设计方法 201
5.3 页岩气井套管损坏机理与控制方法 204
5.3.1 页岩气井压裂套管变形的地质工程因素 204
5.3.2 页岩气井套管变形力学分析 208
5.3.3 页岩气井套管损坏控制技术 222
5.4 小结 225
第6章 复杂油气井环空水泥环持久密封新方法 226
6.1 提升水泥石物性力学性能的新材料 226
6.1.1 防窜苯丙胶乳 226
6.1.2 增强界面胶结强度的纳米液硅 233
6.1.3 遇烃自修复乳液 238
6.2 防气窜致密型水泥浆体系 241
6.2.1 纳米液硅防气窜水泥浆体系 241
6.2.2 胶乳液硅防窜水泥浆体系 245
6.3 防损伤自修复型水泥浆体系 248
6.3.1 水泥浆常规性能评价 248
6.3.2 水泥石防损伤性能评价 249
6.3.3 水泥石自修复性能评价 252
6.4 防腐增强型水泥浆体系 256
6.4.1 抗CO2腐蚀水泥浆体系 257
6.4.2 抗H2S腐蚀水泥浆体系 262
6.4.3 抗CO2/H2S腐蚀水泥浆体系优化设计 268
6.5 小结 270
第7章 提高复杂油气井水泥胶结质量技术 271
7.1 固井作业参数对顶替效率的影响 271
7.1.1 顶替效率数值模拟 271
7.1.2 隔离液顶替钻井液规律 271
7.1.3 顶替效率优化设计 276
7.2 界面胶结增强前置液技术 277
7.2.1 界面胶结增强隔离液设计原理 277
7.2.2 渗透固化剂研发 277
7.2.3 渗透固化剂性能评价 278
7.2.4 界面胶结增强隔离液体系 279
7.2.5 胶结增强隔离液应用 283
7.3 高压气井侯凝环空加压技术 285
7.3.1 环空加压水泥环密封能力计算方法 285
7.3.2 环空加压提高环空密封能力分析 289
7.3.3 环空加压提高环空密封能力实验验证 294
7.4 高压气井气窜预测技术 295
7.4.1 水泥浆精确压力气窜模拟测试装置 295
7.4.2 建立水泥浆液柱压力(失重)预测模型 296
7.5 固井新技术新方法应用 299
7.5.1 在页岩气固井中的应用 299
7.5.2 在高温高压油气井中的应用 303
7.5.3 在酸性气井中的应用 318
7.5.4 在储气库井中的应用 322
参考文献 330