石油与天然气的采出是一个复杂过程,在这个过程中需要经历勘探、钻井、完井、射孔、压裂、注水、采油等一系列环节。随着科学发展和现场经验的积累,石油勘探开发的各种新技术不断应用和成熟,但仍有一些直接影响油气产量和油气井生产能力的技术问题急需解决,其中就包括固井后的层间窜问题。一口井固井质量的好坏,不仅影响该井能否顺利进行后续钻井、完井还将影响到以后的油气开发、提高采收率及油井的使用寿命等。所以,一旦出现固井后层间窜问题,将使固井的作用难以体现,钻采作业无法继续进行,甚至可能造成全井报废的严重后果。据资料显示,全世界约有25%左右的钻完井都存在不同程度的环空气窜问题,造成巨大损失。在我国,很多油田都步入了注水开发阶段,加上能源需求的加剧,对薄差难采储层的开发势在必行,因酸化、压裂液等高压流体作业引发的固井界面层间窜问题也就更为严重。目前,国内外许多学者已经认识到层间窜流的主要原因是界面封隔失效。由于现场固井条件的复杂性,要想保证固井质量和固井工艺的顺利实施,纯水泥净浆已很难满足施工要求。现场施工时经常需要在注入水泥浆前对井壁进行处理或向水泥浆中加入部分化学药品用以改善水泥浆与泥饼界面的性能,从而提高固井质量。于是,高分子聚合物作为固井材料在油田固井工程中的应用地位日益突出,为提高固井质量发挥了重大作用。本项目研究了一种新型高分子前置液的特性、使用效果和作用机理,描述了该前置液作用下固井二界面处形成胶结网络结构的过程及意义,挖掘胶结网络结构改善水泥-泥饼界面性质,修饰两相结合面、增强固井二界面各相亲和性并促进固井二界面胶结系统内活性离子交换、产生新矿物、提高胶结强度的作用机理,并依托热分析、XRD、红外测试、显微结构分析,XPS分析和离子测试等检测手段,从微观角度剖析了胶结网络结构与固井二界面各活性成分的协同作用过程,探求了固井二界面胶结网络结构对胶结体系整体强度影响的深层机制,阐述了水泥浆与泥饼层间的固井二界面胶结网络结构的作用过程与模式,总结了各组分在固井二界面胶结网络结构作用下的存在状态及对固井二界面胶结强度的影响形式,为该高分子前置液在固井工程中发挥更大的应用价值提供理论依据和指导。本论文得出结论如下：1.模拟现场固井工艺与环境,在样品固井二界面处形成胶结网络结构并研究胶结网络结构对提高固井二界面胶结强度的作用效果与变化规律,结果发现胶结网络结构使样品固井二界面胶结强度平均提高三倍以上,且强度数据均匀稳定,后期增长明显。2.对固井二界面成分进行了多项现代测试技术测试,从微观角度研究了胶结网络结构促使样品固井二界面处发生的变化与反应,结果发现：(1)固井二界面胶结网络结构使样品固井二界面处的O、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe、等元素含量大幅增多且多为活性态,可以在特定环境下发生重组反应。(2)胶结网络结构使固井二界面处出现了多种形式和结构的胶凝性或高强度矿物(3)SEM测试发现高分子前置液的作用下水泥石与泥饼层的过渡区域已形成胶结网络结构,该结构一部分已经牢固的附结于泥饼之上,另一部分与水泥石结合,将水泥水化物和泥饼层的矿物单位相互“铰”结,使泥饼与水泥环的过渡区域结构致密,界限模糊,促进了水泥环和泥饼层的同步固化。3.研究了固井二界面胶结网络结构的形成过程和结构特性,描述了胶结网络结构的作用过程与模式：(1)GJ-Ⅱ型泥饼固化剂使泥饼无机矿物的成分发生解聚反应,产生金属离子断键点,溶蚀出离子进入的通道,并将小颗粒无机矿物分解成活性较高的单元和离子,为后续反应提供了固化反应结合点及反应原料。(2)GJ-Ⅰ型泥饼固化剂高分子团聚物通过与金属离子生成蛰合物、氢键、非定性吸附、阴离子交换和聚合物阳离子层间复合等方式与泥饼无机矿物和水泥颗粒结合,将分散的泥饼矿物颗粒-泥饼矿物颗粒、泥饼矿物颗粒-水泥水化产物颗粒连接起来。(3)GJ-Ⅰ型泥饼固化剂吸附和捕获了各种活性离子和矿物单元,并使其在其表面反应,生成水化硅酸钙、碳酸钙等高强度矿物,进而形成了固井二界面胶结网络结构。固井二界面胶结网络结构表层生成矿物是高强度的主要保障,内芯的高分子团聚物是高韧性的主要保障。4.研究了网络结构对固井二界面处物相组成与结构的影响,描述该结构与石膏、氢氧化铁、高铝胶凝凝物质等物质协同作用,共同提高固井二界面胶结强度的作用模式。5.在界面胶结网络结构的形成与相关成分协同作用过程的研究中发现高分子前置液中的高聚物聚合体的主要效用基团为-OH、COO-等集团。这些基团可与泥饼矿物和水泥浆水化产物作用,提高了固化反应程度,在分散的各相间产生胶凝性物质和高强度矿物,提高了固井二界面胶结强度。