水泥环封固系统质量的好坏直接决定井筒长期完整性和油气藏的开发效益。水泥环和地层岩石构成的固井二界面是水泥环封固系统的重要组成单元。但钻井过程中井壁上形成的滤饼使得二界面成为水泥环封固系统的薄弱环节。如何在注水泥过程中有效破坏滤饼,减少或清除滤饼,是提高二界面层间封隔能力的关键。本文针对这一工程问题,围绕滤饼结构、组成、固相颗粒的受力状态及影响因素开展研究,并结合固井前作业特点和要求,提出了基于高级氧化技术（Advanced Oxidation Process,AOPs）的滤饼破坏清除方法,取得了以下研究成果:1、在前人建立的模型基础上,通过分析滤饼孔隙度、渗透率、比阻、可压缩系数等特征参数,明确了不同压缩系数下的滤饼骨架有效应力分布。将滤饼的破坏视为多颗粒在环空流体作用下的运移过程。根据滤饼颗粒的受力状态,建立了考虑颗粒间范德华引力、静电斥力和水合作用力的颗粒起动力矩平衡方程。任意颗粒起动都存在临界流速,颗粒处实际流速>临界流速,即可起动。2、在建立的力矩平衡方程基础上,开展了环空参数（流体流态、压差等）、滤饼特征参数、颗粒间相互作用及聚合物吸附作用对颗粒起动的影响研究。明确了主要影响因素及作用机制。（1）小颗粒（DP≤10μm）受颗粒间相互作用力主导,大颗粒（DP>10μm）受外界因素（流体作用、压差、滤饼性能等）主导。符合宾汉模式的流体,动切力越高,“可起动颗粒”粒径范围越窄。适当增加流体塑性粘度,可增大“可起动颗粒”粒径范围。符合幂律模式的流体,增加K值能降低颗粒临界起动速度,但“可起动颗粒”粒径范围不变;增加流体n值,能显著降低临界起动速度,“可起动颗粒”粒径范围变大。静液柱压差增加,“可起动颗粒”粒径范围减小;环空流速增加,动压差增大,但可扩大“可起动颗粒”粒径范围;环空流速不变,流体流变性改变引起的动压增加会降低“可起动颗粒”粒径范围。滤饼厚度越薄,表面颗粒临界起动速度越高,清除难度越大。压缩系数越高,滤饼大颗粒越容易起动,小颗粒影响不显著。颗粒半径rp<5μm时,相对暴露度期望值与临界起动速度呈二次函数关系。（2）颗粒起动需要克服颗粒间相互作用势能曲线上势阱处对应的引力。短程范围内主要为范德华力和水合作用力（A-B力）。重晶石Hamaker常数大于膨润土,其颗粒间范德华引力引力更大。膨润土、重晶石颗粒水合自由能均为正值,颗粒间为吸引力,膨润土 A-B力大于重晶石颗粒。pH和盐离子（Na+、K+、Cl-）浓度的增加会导致双电层被压缩,静电斥力作用范围骤减,颗粒间引力增加。固井前保证环空流体9<pH<11,并降低颗粒周围的离子浓度能降低颗粒临界起动速度。范德华力和静电斥力是颗粒间相互作用力中的主导。（3）颗粒吸附聚合物后,颗粒间范德华作用力和水合作用力减小,颗粒间引力总体上降低,但程度有限。聚合物分子架桥作用引力和耗尽力远高于颗粒间相互作用力。分子链越长,架桥引力越大,可高达范德华作用力的100倍以上。相对分子量越大,耗尽力作用距离越大（可到20nm以上）,作用范围内耗尽力可达范德华引力的37.88倍。聚合物含量与耗尽力大小成线性正相关关系。降低聚合物的分子量,破坏聚合物的架桥作用力与耗尽作用引力是降低颗粒起动临界条件的重要途径。3、提出了以过硫酸盐（PS）为氧化剂,碱/热复合活化方式和螯合Fe2+/碱/热复合方式降解聚合物的滤饼清除方法。以大分子量聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）和羧甲基纤维素钠（CMC）为降解对象,开展了降解实验研究。碱/热复合活化体系C（OH-）/C（PS）=4具有较好的降解效果和PS利用率。螯合Fe2+/碱/热复合活化PS体系,C（螯合剂）/C（Fe2+）/C（PS）=2/1/10能减缓PS在初期的快速分解及Fe2+的水解,可在在初始pH=10条件下进行降解,不会出现Fe（OH）2和Fe（OH）3沉淀,体系pH在反应后稳定在7-9。螯合剂螯合能力依次为DTPA>EDTA-2Na>>CIA。PS氧化体系预制50min后仍有较好的滤饼清除效率（≥80%）。滤饼分解后,部分岩心能与水泥石直接接触,胶结质量显著提高。采用峰值力纳米力学模量成像技术评价了氧化体系处理后的近界面水泥石弹性模量。碱/热活化体系处理后水泥石的弹性模量峰值提高约25%;DTPA/Fe2+/碱活化体系处理后弹性模量峰值小幅提高。4、采用多种分析测试手段对PS氧化体系降解聚合物处理剂结构变化进行了分析,明确了其作用机制。PS氧化体系通过大量生成的HO·、SO4·-及少量O2·-进攻聚合物分子量,通过夺氢、吸电子反应使得聚合物分子主链及侧基发生断裂,碱性条件使聚合物发生水解或剥皮反应,PAM及KPAM类处理剂表现为网架结构大量断裂、收缩;Na-CMC表现为堆叠层状聚合物膜上大量连通孔洞的形成,致使整体结构的破坏和分子量的大幅下降（仅为原有分子量0.05-3%）,吸附基团水解或氧化降低了聚合物对颗粒的吸附,削弱了聚合物的架桥作用和耗尽作用力。本文研究成果表明基于AOPs技术的滤饼清除方法和氧化体系在清除滤饼,改善二界面封隔质量上具有较好的潜力和应用前景。同时,也能为固井前循环洗井参数设计、滤饼清除冲洗液设计开发及固井施工设计提供理论依据和技术支撑,具有一定参考价值。