随着深层、超深层天然气勘探开采的快速发展,在喜获工业油气流的同时,对高温高压固井水泥浆防气窜能力提出了新的挑战,因此急需从水泥浆体系的角度出发,基于现阶段面临的高温高压固井工况提出提高水泥浆主动防窜能力的有效技术措施。本文通过大量的理论分析和实验研究,在现有油井水泥浆抗高温、防气窜能力评价方法的基础上,创新性地提出了适合于高温苛刻固井条件的液相聚合物外加剂分子量粘度抗高温能力评价方法以及初凝前渗透率和静胶凝强度过渡时间两大水泥浆防气窜能力关键性能指标,并据此评价了不同外加剂对水泥浆体系抗高温和防气窜能力的影响,优化了水泥浆体系的组分组成和搭配比例,显著改善了水泥浆的抗高温和防气窜能力,研制出了高温高压固井防气窜水泥浆体系,并在现场得到了成功应用,为国内外深井、超深井固井防气窜水泥浆体系设计、配方优化和关键性能控制等提供了宝贵的参考与借鉴。研究中主要形成的认识与结论如下所示:(1)分子量粘度测定法可有效评价有机聚合物液相外加剂的耐温能力并提高其筛选效率,筛选出的高温降失水剂J1及高温缓凝剂H3具有良好的耐150-180℃高温的能力,同时也使得水泥浆具有失水量小、直角稠化以及稠化时间线性可调的优点。(2)基于水泥浆在井下的顶替和自由沉降过程建立的高温高压沉降稳定性测试方法高效可靠。通过实验发现:高温降失水剂J1、微硅、液硅以及纳米Si02都能显著改善1.90～2.30g/cm3水泥浆的高温沉降失稳问题,提高水泥浆耐150-180℃高温的能力。(3)细硅砂使得水泥石早期强度表现更优,粗硅砂使得水泥石长期强度增加幅度更大;结合水泥浆流变性能,研究得到了 150-180℃温度情况下硅砂的最低加量以及粗细硅砂的最优实验配比;在此基础上,膨胀剂B1、胶乳、微硅、液硅、纳米SiO2及其复配都能进一步提高水泥石的高温抗压强度。(4)水泥浆初凝前内部孔渗特性良好且多为自由水,是水泥浆气窜的危险时间。井下处于“超临界流体”状态的天然气在水泥浆中运移机理主要包括:置换运移的渗流方式以及破坏水泥浆内部结构的运移方式。固井水泥浆需降低初凝前渗透率及缩短静胶凝强度过渡时间以提高水泥浆防止井下高温高压流体发生运移的能力。通过实验发现:高温降失水剂J1虽能有效降低水泥浆初凝前渗透率但同时也延长了静胶凝强度过渡时间;不同防窜剂改善水泥浆防气窜能力以及作用时期不同,因此复配使用效果更好,例如硅类防窜剂与膨胀剂B1的复配或者硅类防窜剂、膨胀剂B!与胶乳三者复配都能显著提高水泥浆防止井下高温高压流体发生运移的能力。(5)根据研究形成的水泥浆耐高温和防气窜的有效技术措施,设计形成了高温高压固井防气窜水泥浆体系,现场应用效果良好。