油氣井注水泥簡稱“固井”工程，鉆井工程的主要作用是建立儲層油氣流向地面的無損通道，固井是鉆井的最后一道工序，其主要目的是確保壓井安全控制、實現地下油、氣、水層嚴密的層間分隔和支撐與保護套管；其重要功用是構建油氣井生產安全屏障、提高儲層酸化壓裂改造效能、延長油氣井生產壽命。因此，固井工程在油氣鉆井工程與油氣田開發工程中具有承上啟下的重要作用。由于固井工程主要材料水泥的水硬性特點，其作業具有時間短、耗材多、成本高、質量結果難于更改的地下隱蔽性工程特征，屬于典型的高投入、高技術、高風險一次性施工，故石油工程中又常將固井工程形象地稱為“臨門一腳”。固井水泥環不可替代、不可更換，必須在整個油氣井壽命周期為井筒提供優質、有效的層間封隔， 確保井筒完整性及后期高效安全開發。
2006年四川“羅家2井”天然氣泄漏、2010年墨西哥灣“深水地平線”事件均表明：固井質量差造成的水泥環不連續、層間封隔不良，會嚴重危及井筒壽命，并誘發嚴重的安全事故。
固井后環空氣竄會帶來嚴重的生產安全問題，甚至導致井筒報廢。如何準確預測環空氣竄，并為固井施工防氣竄工藝設計和水泥漿防氣竄性能設計提供參考依據，已成為國內外多年來研究的一項關鍵技術。為此建立了實際氣體氣竄滲流物理模型，探明了水泥漿氣侵滲流規律，提出了水泥漿靜膠凝強度過渡時間測試方法、水泥漿體積收縮率測試方法、氣侵危險時間內滲透率的計算方法。
針對深井超深井固井作業過程中，鉆井液與水泥漿接觸污染嚴重影響固井水泥環完整性，甚至導致固井作業安全事故的情況，在開展鉆井液、水泥漿接觸污染規律的基礎上，探明了接觸污染機理。（1）電解質離子破壞水泥水化雙電層結構，破壞水泥表面水化膜，使水泥漿早期水化速度較快，從而水泥漿的稠化時間縮短，流變性能惡化；（2）鉆井液中無機組分縮短水泥稠化時間；（3）聚合物促進水泥礦物早期水化，影響稠化時間和流變性；（4）聚合物組分吸附包裹，抑制水泥礦物后期的水化深度。石油工程領域早已將水泥環力學完整性視為井筒完整性的重要組成部分。API RP90和挪威NORSOK標準D-010《鉆井作業期間油氣井筒完整性》將水泥環完整性定義為：通過科學設計水泥漿體系并采取有效的技術措施，防止水泥環力學完整性和水力密封性失效，減少地層流體在井眼整個壽命期間無控制流動的風險，保證油氣井安全鉆進與開采。目前關于水泥環完整性的研究主要是通過建立套管、水泥環、地層圍巖組合體模型，結合有限元軟件進行理論推導或設計簡易模擬裝置進行實驗研究。但在實際復雜的井下環境（地層溫度、壓力）及惡劣工況（套管內壓）下水泥環是如何承載失效的國內外均鮮有研究。為此，根據彈性力學理論，通過分析水泥環在井下所受實際工況，建立了適用于高壓氣井水泥環完整性力學模型，并據此自主研發、升級和完善了水泥環力學完整性評價裝置，形成了水泥環等效物理實驗評價方法。結合工業CT掃描等材料分析技術，揭示了水泥環力學損傷方式和機理。根據水泥環不同失效方式和失效機理，提出水泥石降脆增韌機理和技術措施，選用和制備水泥石力學改性材料，形成了不同材料改性方法，在提高韌性的同時不損失水泥石強度，為采用大型酸化壓裂增產技術提供了技術保障。并自主研發了遇水、遇油氣自膨脹材料，形成了新型自修復水泥體系及評價方法。
