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井下水泥环的主要作用是为油气井在整个寿命期内提供层间封隔，水泥水化过程中的体积收缩以及井内压力的变化等均可能使水泥环的完整性受到破坏，发生油气窜流，进而导致层间封隔失效。目前国内针对层间封隔失效问题的研究主要立足于防窜水泥浆体系，而在水泥环自修复技术方面，仅有相关的综述研究报道。本文拟研究一种油气触发性自修复水泥浆体系，旨在保证井下水泥环完整且具有良好防窜能力的同时，又能在水泥环完整性出现问题、发生油气窜时，不中断油气井正常生产，迅速恢复层间封隔。 本文首先考察了所制备的自修复材料CL被用作固井材料的可行性，结果显示CL材料在柴油、煤油和汽油中均有较高的吸油膨胀倍率，且吸油速率快，吸油稳定性及热稳定性好。然后实验评价了CL材料对水泥浆基本性能，水泥石力学性能、膨胀性能、内部裂缝修复性能、界面胶结性能的影响。结果表明:自修复材料CL的最佳掺量为7％，80℃水养1d后的水泥石在60℃、7 MPa下煤油养护2h后，线膨胀率达3.17％，体积膨胀率为48.7％;在5 MPa驱替压力下用煤油驱替10 min后，通过水泥石人造贯通裂缝的煤油流量从8.3×10-3 ml·s-1降至零;以油基钻井液制备仿地层泥饼，80℃水养1d后，水泥环一、二界面胶结强度分别是净浆水泥环的2.8倍和1.7倍。最后优选了配套的增强材料、增韧材料、降失水剂、膨胀剂及缓凝剂等外加剂和外掺料，得出了油气触发性自修复水泥浆体系(SHC)的最佳配方为:G级油井水泥+7％自修复材料CL+5％早强剂KW-1+0.1％化纤KX+3％膨胀剂KW+2％降失水剂KW-4+0.4％减阻剂USZ，水灰比为0.44。 本文重点对油气触发性自修复水泥浆体系的浆体性能、力学性能、膨胀性能等进行了综合评价。结果表明:SHC水泥浆的密度为1.72 g/cm3，流动度为23.5 cm，API失水为34 ml，流变性能与净浆相近，稠化曲线接近直角稠化;80℃和50℃水养1d后，水泥石的抗压强度分别是14.6 MPa、13.2 MPa，长期力学性能稳定且无体积收缩，能够满足固井需求。 本文尝试提出了油气触发性自修复水泥浆体系自修复性能的评价方法，通过对油气触发性自修复水泥石的膨胀密封机制、内部裂缝修复机制和二界面胶结增强机制进行初步探讨来评价其自修复性能。 80℃水养1d后的自修复水泥石在煤油中高温高压养护6h后，线膨胀率为2.5％，取膨胀后试样进行微观分析，水泥石内的自修复材料CL与煤油发生膨胀反应，该产物与水泥石基体胶结良好，使水泥石发生膨胀，从而密封窜流通道。80℃水养1d后的油气触发性修复水泥石，使用煤油驱替30 min(驱替压力为5MPa)，通过水泥石内部人造贯通裂缝的流量从3.2×10-3 ml/s降至4.0×10-5 ml/s，裂缝部分修复，取裂缝修复处试样进行微观形貌分析，在裂缝附近出现凝胶膜状材料，将裂缝两侧粘结起来，裂缝修复痕迹明显。油气触发性自修复水泥环水养1d、3d后，其二界面胶结强度分别是净浆的2.3倍，12.2倍，取二界面处试样表面进行微观分析，二界面处出现凝胶状物质，与水泥石基体胶结良好，说明自修复材料CL能够与油基钻井液发生反应，水泥环-产物-井壁胶结良好，从而使固井二界面的胶结强度增加。 根据以上分析，初步得出油气触发性自修复水泥石自修复作用机制。在水泥环完整性受到破坏时，发生油气窜时，油气触发性自修复水泥石内的自修复材料CL能够被迅速激活、膨胀，生成具有一定强度的膜状材料，修复微环隙-微裂缝，在不中断油气生产的情况下，恢复层间封隔。