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近年来,随着塔里木油田天然气勘探开发业务的发展,天然气井的勘探开发难度也越来越大。资料显示,库车坳陷90多口天然气井在固井后出现了技术套管和生产套管环空带压情况。固井第二界面胶结质量差是导致层间封隔失效,环空带压的主要原因之一。而钻井液和滤饼不具备固结能力是造成固井二界面封固系统失效的关键因素。目前多采用多功能钻井液（UF）和泥浆转化水泥浆技术（MTC）实现滤饼和钻井液的固化。但这些研究最终都昙花一现,其原因在于:（1）UF技术只用于低温浅井中,井深不超过2000m,温度在70℃以下,UF密度1.30g/cm3以下,适用范围窄;（2）矿渣对钻井液的性能所产生的影响并未见较细致研究,这关系到该技术的适用范围;（3）MTC技术目的在于替代水泥浆作为固井液使用,但由于开裂的缺陷导致其适用范围受到严格限制。针对此问题,本文以塔里木油田库车坳陷高压气井二开井段（平均深度5000m）为主要研究对象,借鉴UF和MTC技术的原理,通过滤饼可固化钻井液和可固化隔离液技术形成适用于该井段的环空一体化胶结技术,解决二界面胶结质量问题。根据KS8井在用钻井液配方配制出了用于室内实验的聚磺钻井液。在此基础上优选出矿加入钻井液,考察其在70℃、95℃、108℃和120℃条件下连续老化10～15天的性能变化。结果显示,70℃和95℃条件下,矿渣加入后随着老化时间的延长,钻井液流变性变差,108℃和120℃条件下的性能基本正常,通过调整方法能有效控制钻井液的性能。采用剪切法评价了滤饼固化的条件下,不同固井液（可固化隔离液、水泥浆、混浆）与滤饼构成的二界面模型的胶结强度。当滤饼厚度小于1mm时,界面胶结强度能达到0.75～1.35MPa,明显高于滤饼不固化条件下的胶结强度（0.28～0.53MPa）。采用XRD和SEM对滤饼进行物相和微观形貌分析。含有矿渣的未固化滤饼中有C3S、C3A,其在长时间高温和弱碱环境下,矿渣颗粒表面发生了轻微水化,但未发现明显的水化产物,只有少量Ca（OH）2碳化成的文石CaCO3。矿渣中C3S、C3A的水化是造成钻井液在长期老化过程中流变性变差和滤失量得到改善的原因。固化后的滤饼则出现了明显的物相变化。生成的产物包括水化硅酸钙C-S-H、水化铝酸四钙C4AH13、钙铝黄长石C2ASH8和极少量的钙矾石3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O。放大1000倍的SEM图像显示,未固化滤饼中加重剂和粘土颗粒以层状堆叠,固相颗粒均匀地分散开,颗粒间无胶结物并存在空隙;放大5000倍的图像显示,加重剂颗粒呈现比较清晰的棱角边缘。固化后的滤饼中,固相颗粒之间相互连接,空隙被胶结物填充。层与层间有明显的连接和过渡,呈现云层状。5000倍图像中出现了大量的三维网络结构的水化产物,这种水化产物即是C-S-H凝胶。随着C-S-H凝胶逐渐硬化,形成强度,实现了滤饼的固化。当滤饼与可固化隔离液或水泥浆接触时,两者同时发生水化,C-S-H所形成的这种网络结构就能将水泥或可固化隔离液中与滤饼中的固相相互连接,实现一体化胶结,改善界面的胶结质量。在以上研究基础上,本文在室内形成了一套适用于5000m以内技术套管固井,温度范围30～120℃的一体化胶结技术。滤饼可固化钻井液密度范围1.20～1.70g/cm3,可固化隔离液密度范围1.30～2.00g/cm3。可固化隔离液不用作固井,可根据水泥浆返高要求选择是否留在井内。与传统UF和MTC技术相比,克服了其局限性和存在的的缺陷。