隨著油氣井的開發，環空帶壓問題越來越突出，油氣井環空帶壓對生產安全十分不利，是石油工業面臨的共同安全生產難題。造成環空帶壓的原因較多，有溫度效應誘發、井下管串密封失效誘發、固井時頂替效率不佳、鉆井液體系及配方設計不合理、水泥環完整性破壞以及氣體運移等誘發因素。地質因素、工程技術因素、油氣井開發方式以及套管本身的質量也有可能造成套管的損壞。
 
應用套管 - 水泥環 - 地層一體化技術可預防油氣井環空帶壓問題，研究人員通過研究得出了井口允許最大帶壓值的計算公式及預防環空帶壓的技術措施。研究油氣井環空帶壓意義重大油氣井環空帶壓導致水泥環失效，發生氣體泄漏，影響安全生產作業、危害環境，甚至導致整口井報廢。美國墨西哥灣（圖1）加拿大油田環空帶壓問題同樣嚴重，每年發生大量修井費用。
 
國內川渝地區、西氣東輸源頭塔里木油田（圖 2）山前構造環空帶壓問題嚴重。水泥環因套損及壓力變化而損壞套管的損壞基本上由地質因素、工程技術因素、油氣井開發方式以及套管本身的質量造成 （圖3） 。 套管損壞的方式主要有磨損、變形、破裂、錯斷、擠毀、腐蝕、脫扣、漏失等，其中由地質因素造成的套管損壞有變形、錯斷、擠毀、腐蝕等，由工程技術因素造成的套管損壞有磨損、破裂、脫扣等，由油氣田開發方式造成的套管損壞有變形、腐蝕、漏失。
 
例如，江漢固井所 2016 年統計數據顯示，固井中共有 99 口井環空帶壓，其中表層帶壓 79 口、技套帶壓 81 口、技套和表層同時帶壓 61 口。井內鉆井液密度變化、 試壓、酸壓、采氣引起井內壓力變化，水泥環在高應力作用下可能發生塑性變形。當井內壓力降低時，水泥石與套管壁變形不協調，形成微環隙；當井內持續高壓時，水泥石塑性變形超過極限變形，破壞了水泥石力學完整性。圖 2 塔木里部分氣田生產套管帶壓圖 1 墨西哥灣 OCS 地區不同套管層次帶壓圖 3 水泥環完整性破壞因素52套管 - 水泥環- 地層一體化技術套管 - 水泥環 - 地層彈性組合模型包括固井液體、 井筒管柱、地層。
 
該模型可進行套管與水泥環界面膠結失效的理論分析，還可以分析不同因素對環空帶壓的建立時間與穩定值的影響。環空帶壓一體化技術模型見圖 4。一體化技術方案（圖 5）包括勘探開發、鉆井工程及水泥環的完整性。水泥漿凝固后，套管、水泥環和地層可視為一個復合圓柱體。由于套管、水泥環和地層的物性參數差異較大，當套管內壓、地層壓力作用和復合圓柱體溫度變化時，套管與水泥環之間的膠結面及水泥環和地層之間的膠結面會產生接觸壓力或拉應力。考慮兩界面完全膠結，根據界面處的位移連續條件計算水泥環界面接觸壓力，最終計算出水泥環徑向和切向的應力場。
 
水泥環力學模型基本假設：套管無幾何缺陷，水泥環結構完整，水泥環第一、第二膠結面膠結良好，三者均視為厚壁圓柱體；套管、水泥環、地層巖石都為均質各向同性材料，且水泥環無殘余內應力；將復合圓柱體受力簡化。 以上假設便于理論分析計算，確定影響氣體漏失的主要影響因素。同時理論與現場施工結合，才能更好地解決環空帶壓問題。固井的界面問題（圖 6）是固井質量的關鍵， 對鉆井液改性，加入潛在活性成分，使泥餅在激活劑作用下實現固化膠結。
 
加入激活劑及潛在活性成分，對固化工作液體系改性，使水化反應過程中產生的水溶性離子的種類和數量滿足泥餅固化作用。在壓差作用下激發水化反應的可溶性離子，擴散滲透進入泥餅，激活其中活性成分，使泥餅固化。采取技術應用 Technology & Equipment·Technology Application 技術·裝備圖 4 環空帶壓一體化技術模型圖 6 固井二界面問題的危害圖 5 一體化技術方案53技術應用 Technology & Equipment·Technology Application 技術·裝備界面整體固化膠結技術，使工作液與泥餅形成有效膠結，無明顯界面。
 
膠結區域形成大量的凝膠，泥餅基本被固化，膠結區域致密性好。環空壓力允許值及測量井 口 允 許 最 大 帶 壓 值（MAWOP）計算。井口允許最大帶壓值（MAWOP）是針對某一特定環空的最大允許工作壓力值，反映環空能夠承受的壓力級別。Pscp =min{0.5P bcur，0.8Pcout，0.75Pcin }式中：P scp 為井口允許最大帶壓值，MPa；P bcur 為待評價環空套管考慮腐蝕、磨損后的抗內壓強度，MPa；P cout 為上一層（外面）套管考慮腐蝕、磨損后的抗擠強度，MPa；P cin 為下一層（里面）套管考慮腐蝕、磨損后的抗擠強度。
 
對于高壓氣井生產套管，一般取其抗內壓強度的 50%；對于高壓氣井的技術套管，取其套管抗內壓強度的 80%。環空帶壓的監測和診斷包括泄壓測試、壓力恢復測試、環空帶壓監測、環空帶壓診斷。盡管某些高壓高產氣井有環空帶壓現象，但當帶壓值在標準允許的范圍內，可以正常開采，這種情況必須加強環空帶壓的日常監測和診斷，以便找到環空帶壓的真正原因并制定相應的解決措施。
 
降低溫度效應引起環空帶壓的措施：固井水泥頂液面低于上層套管鞋環空，并且完全充滿水泥；設計排泄口；提高套管強度；環空內添加可破裂泡沫球，注入可壓縮液體密封環空。預防流體竄流引起環空帶壓的措施：提高固井時的頂替效率；保證固井前、固井中和候凝過程中水泥漿失重時的壓穩；設計滿足封固要求的水泥漿體系；水泥石力學性能可承受井下溫度、壓力的變化。油氣井環空帶壓造成油井套管變形損壞的因素十分復雜。由于地應力及地下巖層各種物理化學作用的綜合效應，最終導致油井套管的變形和損壞。
 
所以只有在深入分析各種影響套管變形因素的基礎上，綜合考慮各種因素的效應，才能有效地防止套管損壞，延長套管壽命。表層、技套固井保證反擠水泥漿與正注水泥漿的對接質量，防止淺層氣溢出；提高固井頂替效率、切實做到“三壓穩”，固井前壓穩、固井過程中壓穩和候凝過程中壓穩；在表層、技套固井中領漿采用微膨脹彈韌性水泥漿、自愈合水泥漿體系解決環空帶壓問題。