油气井注水泥简称“固井”工程，钻井工程的主要作用是建立储层油气流向地面的无损通道，固井是钻井的最后一道工序，其主要目的是确保压井安全控制、实现地下油、气、水层严密的层间分隔和支撑与保护套管；其重要功用是构建油气井生产安全屏障、提高储层酸化压裂改造效能、延长油气井生产寿命。因此，固井工程在油气钻井工程与油气田开发工程中具有承上启下的重要作用。由于固井工程主要材料水泥的水硬性特点，其作业具有时间短、耗材多、成本高、质量结果难于更改的地下隐蔽性工程特征，属于典型的高投入、高技术、高风险一次性施工，故石油工程中又常将固井工程形象地称为“临门一脚”。固井水泥环不可替代、不可更换，必须在整个油气井寿命周期为井筒提供优质、有效的层间封隔， 确保井筒完整性及后期高效安全开发。

2006年四川“罗家2井”天然气泄漏、2010年墨西哥湾“深水地平线”事件均表明：固井质量差造成的水泥环不连续、层间封隔不良，会严重危及井筒寿命，并诱发严重的安全事故。

固井后环空气窜会带来严重的生产安全问题，甚至导致井筒报废。如何准确预测环空气窜，并为固井施工防气窜工艺设计和水泥浆防气窜性能设计提供参考依据，已成为国内外多年来研究的一项关键技术。为此建立了实际气体气窜渗流物理模型，探明了水泥浆气侵渗流规律，提出了水泥浆静胶凝强度过渡时间测试方法、水泥浆体积收缩率测试方法、气侵危险时间内渗透率的计算方法。

针对深井超深井固井作业过程中，钻井液与水泥浆接触污染严重影响固井水泥环完整性，甚至导致固井作业安全事故的情况，在开展钻井液、水泥浆接触污染规律的基础上，探明了接触污染机理。（1）电解质离子破坏水泥水化双电层结构，破坏水泥表面水化膜，使水泥浆早期水化速度较快，从而水泥浆的稠化时间缩短，流变性能恶化；（2）钻井液中无机组分缩短水泥稠化时间；（3）聚合物促进水泥矿物早期水化，影响稠化时间和流变性；（4）聚合物组分吸附包裹，抑制水泥矿物后期的水化深度。石油工程领域早已将水泥环力学完整性视为井筒完整性的重要组成部分。API RP90和挪威NORSOK标准D-010《钻井作业期间油气井筒完整性》将水泥环完整性定义为：通过科学设计水泥浆体系并采取有效的技术措施，防止水泥环力学完整性和水力密封性失效，减少地层流体在井眼整个寿命期间无控制流动的风险，保证油气井安全钻进与开采。目前皇家永利水泥环完整性的研究主要是通过建立套管、水泥环、地层围岩组合体模型，结合有限元软件进行理论推导或设计简易模拟装置进行实验研究。但在实际复杂的井下环境（地层温度、压力）及恶劣工况（套管内压）下水泥环是如何承载失效的国内外均鲜有研究。为此，根据弹性力学理论，通过分析水泥环在井下所受实际工况，建立了适用于高压气井水泥环完整性力学模型，并据此自主研发、升级和完善了水泥环力学完整性评价装置，形成了水泥环等效物理实验评价方法。结合工业CT扫描等材料分析技术，揭示了水泥环力学损伤方式和机理。根据水泥环不同失效方式和失效机理，提出水泥石降脆增韧机理和技术措施，选用和制备水泥石力学改性材料，形成了不同材料改性方法，在提高韧性的同时不损失水泥石强度，为采用大型酸化压裂增产技术提供了技术保障。并自主研发了遇水、遇油气自膨胀材料，形成了新型自修复水泥体系及评价方法。