随着油气井的开发，环空带压问题越来越突出，油气井环空带压对生产安全十分不利，是石油工业面临的共同安全生产难题。造成环空带压的原因较多，有温度效应诱发、井下管串密封失效诱发、固井时顶替效率不佳、钻井液体系及配方设计不合理、水泥环完整性破坏以及气体运移等诱发因素。地质因素、工程技术因素、油气井开发方式以及套管本身的质量也有可能造成套管的损坏。
 
应用套管 - 水泥环 - 地层一体化技术可预防油气井环空带压问题，研究人员通过研究得出了井口允许最大带压值的计算公式及预防环空带压的技术措施。研究油气井环空带压意义重大油气井环空带压导致水泥环失效，发生气体泄漏，影响安全生产作业、危害环境，甚至导致整口井报废。美国墨西哥湾（图1）加拿大油田环空带压问题同样严重，每年发生大量修井费用。
 
国内川渝地区、西气东输源头塔里木油田（图 2）山前构造环空带压问题严重。水泥环因套损及压力变化而损坏套管的损坏基本上由地质因素、工程技术因素、油气井开发方式以及套管本身的质量造成 （图3） 。 套管损坏的方式主要有磨损、变形、破裂、错断、挤毁、腐蚀、脱扣、漏失等，其中由地质因素造成的套管损坏有变形、错断、挤毁、腐蚀等，由工程技术因素造成的套管损坏有磨损、破裂、脱扣等，由油气田开发方式造成的套管损坏有变形、腐蚀、漏失。
 
例如，江汉固井所 2016 年统计数据显示，固井中共有 99 口井环空带压，其中表层带压 79 口、技套带压 81 口、技套和表层同时带压 61 口。井内钻井液密度变化、 试压、酸压、采气引起井内压力变化，水泥环在高应力作用下可能发生塑性变形。当井内压力降低时，水泥石与套管壁变形不协调，形成微环隙；当井内持续高压时，水泥石塑性变形超过极限变形，破坏了水泥石力学完整性。图 2 塔木里部分气田生产套管带压图 1 墨西哥湾 OCS 地区不同套管层次带压图 3 水泥环完整性破坏因素52套管 - 水泥环- 地层一体化技术套管 - 水泥环 - 地层弹性组合模型包括固井液体、 井筒管柱、地层。
 
该模型可进行套管与水泥环界面胶结失效的理论分析，还可以分析不同因素对环空带压的建立时间与稳定值的影响。环空带压一体化技术模型见图 4。一体化技术方案（图 5）包括勘探开发、钻井工程及水泥环的完整性。水泥浆凝固后，套管、水泥环和地层可视为一个复合圆柱体。由于套管、水泥环和地层的物性参数差异较大，当套管内压、地层压力作用和复合圆柱体温度变化时，套管与水泥环之间的胶结面及水泥环和地层之间的胶结面会产生接触压力或拉应力。考虑两界面完全胶结，根据界面处的位移连续条件计算水泥环界面接触压力，最终计算出水泥环径向和切向的应力场。
 
水泥环力学模型基本假设：套管无几何缺陷，水泥环结构完整，水泥环第一、第二胶结面胶结良好，三者均视为厚壁圆柱体；套管、水泥环、地层岩石都为均质各向同性材料，且水泥环无残余内应力；将复合圆柱体受力简化。 以上假设便于理论分析计算，确定影响气体漏失的主要影响因素。同时理论与现场施工结合，才能更好地解决环空带压问题。固井的界面问题（图 6）是固井质量的关键， 对钻井液改性，加入潜在活性成分，使泥饼在激活剂作用下实现固化胶结。
 
加入激活剂及潜在活性成分，对固化工作液体系改性，使水化反应过程中产生的水溶性离子的种类和数量满足泥饼固化作用。在压差作用下激发水化反应的可溶性离子，扩散渗透进入泥饼，激活其中活性成分，使泥饼固化。采取技术应用 Technology & Equipment·Technology Application 技术·装备图 4 环空带压一体化技术模型图 6 固井二界面问题的危害图 5 一体化技术方案53技术应用 Technology & Equipment·Technology Application 技术·装备界面整体固化胶结技术，使工作液与泥饼形成有效胶结，无明显界面。
 
胶结区域形成大量的凝胶，泥饼基本被固化，胶结区域致密性好。环空压力允许值及测量井 口 允 许 最 大 带 压 值（MAWOP）计算。井口允许最大带压值（MAWOP）是针对某一特定环空的最大允许工作压力值，反映环空能够承受的压力级别。Pscp =min{0.5P bcur，0.8Pcout，0.75Pcin }式中：P scp 为井口允许最大带压值，MPa；P bcur 为待评价环空套管考虑腐蚀、磨损后的抗内压强度，MPa；P cout 为上一层（外面）套管考虑腐蚀、磨损后的抗挤强度，MPa；P cin 为下一层（里面）套管考虑腐蚀、磨损后的抗挤强度。
 
对于高压气井生产套管，一般取其抗内压强度的 50%；对于高压气井的技术套管，取其套管抗内压强度的 80%。环空带压的监测和诊断包括泄压测试、压力恢复测试、环空带压监测、环空带压诊断。尽管某些高压高产气井有环空带压现象，但当带压值在标准允许的范围内，可以正常开采，这种情况必须加强环空带压的日常监测和诊断，以便找到环空带压的真正原因并制定相应的解决措施。
 
降低温度效应引起环空带压的措施：固井水泥顶液面低于上层套管鞋环空，并且完全充满水泥；设计排泄口；提高套管强度；环空内添加可破裂泡沫球，注入可压缩液体密封环空。预防流体窜流引起环空带压的措施：提高固井时的顶替效率；保证固井前、固井中和候凝过程中水泥浆失重时的压稳；设计满足封固要求的水泥浆体系；水泥石力学性能可承受井下温度、压力的变化。油气井环空带压造成油井套管变形损坏的因素十分复杂。由于地应力及地下岩层各种物理化学作用的综合效应，最终导致油井套管的变形和损坏。
 
所以只有在深入分析各种影响套管变形因素的基础上，综合考虑各种因素的效应，才能有效地防止套管损坏，延长套管寿命。表层、技套固井保证反挤水泥浆与正注水泥浆的对接质量，防止浅层气溢出；提高固井顶替效率、切实做到“三压稳”，固井前压稳、固井过程中压稳和候凝过程中压稳；在表层、技套固井中领浆采用微膨胀弹韧性水泥浆、自愈合水泥浆体系解决环空带压问题。