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水泥环微裂缝会造成层间封隔失效,严重影响油气田的安全勘探开发。固井水泥环自修复材料是解决水泥环微裂缝的一项新技术,有重大的理论研究和工程应用价值。为量化评价自修复材料的自修复效果,首先建立基于水泥石力学性能恢复率的评价固井水泥石自修复性能的方法,结合水泥石抗折和劈裂抗拉强度的恢复情况进行综合评价,当抗折强度修复率≥50%且劈裂抗拉强度修复率≥30%时,则认为该水泥石具有自修复性能；其次建立了基于水泥石渗透率的固井水泥环自修复性能评价方法,水泥石自修复率为[(K前—K后)／K前]×100%。研究了井下烃激活型、井下气体触发型以及热修复材料对水泥浆应用性能的影响,结果表明：1)XJ水泥石受温度影响较大,低温下有良好的力学性能,高温时强度下降明显；2)BX-1在低加量下,水泥石的力学性能较纯水泥石均有所提高,高加量时对水泥石影响较大,且对温度敏感；3)乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)在低温少加量情况下,水泥石力学强度变化不大,高加量时强度下降显著。论文研究了井下烃激活型修复材料的自修复性能,主要通过渗透率评价方法对其水泥浆的自修复性能进行了评价：1)XJ水泥石的自修复性能均随着XJ加量增加而提高,渗透率较空白水泥石均下降40%以上；2)其作用机理在于自修复材料通过毛细扩散、表面吸附、官能团协同、分子链溶胀伸展等作用,改变水泥石内部环境致使其具有自修复功能。通过渗透率评价方法对井下气体触发型固井自修复水泥浆自修复性能进行了评价：1)BX-1水泥石实时渗透率均下降了30%以上,自修复率达到50%以上；2)其作用机理在于化学沉淀反应,应用生成物填充水泥石内部空隙和裂缝,保证了水泥环的完整性。以水泥石力学强度评价了热修复固井水泥浆的自修复性能。研究结果表明：1)EVA含量增加,抗折强度及劈裂抗拉强度的修复率越高,且满足“抗折强度平均修复率≥50%且劈裂抗拉强度平均修复率≥30%”的条件；2)其作用机理在于温度高于熔点,EVA呈流动状态,填补了空隙和裂缝以达到自修复功能,同时改变了水泥材料和EVA的界面结构和性能,提高了水泥石的抗折强度、劈裂抗拉强度和韧性。在研究中,对3种自修复材料进行了制备及优选,并研究了自修复材料对水泥浆应用性能的影响,初步探明了3种自修复材料的自修复性能及其作用机理,为科学设计和使用自修复水泥浆进行了有益的探索。研究结果将为自修复材料选材、自修复水泥浆开发提供理论指导,还可直接应用于油气井环空窜流防控,具有重要的应用价值。