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油井水泥环因井下工况变化发生碎裂致使层间密封性能失效诱发环空窜流，对油气井特别是高含酸性气体井后期增产措施及开发生产具有潜在安全隐患;本文针对油井水泥环井下易脆裂特点，分析了脆性水泥环破坏的根本原因，指出化学键断裂及内部裂缝的扩展是水泥环脆裂的主要原因，实验研究探讨了外加剂及外掺料对油井水泥石脆性改善的微观作用机制，建立了包括结晶相、凝胶相、粒间充填粒间搭桥在内的基质塑化设计模型，利用此设计思想指导油井水泥环降脆增韧的特种功能材料的开发，通过材料研究可提高水泥环适应井下工况环境变化的能力和长期层间密封特性，确保水泥环整体完整性满足油气井后期安全开发生产的需要及延长油气井生产寿命。