本发明提供一种天然气井固井水泥环有效密封段长设计方法，包括1)确定目标天然气井井身参数、开发工况及对应的工况载荷、生产压力、地下天然气的物理化学参数；2)以目标天然气井最恶劣的开发工况载荷为依据，开展目标天然气井固井水泥环损伤分析，分析井筒水泥环应力增量是否会使水泥环产生微裂缝扩展行为；3)采用目标天然气井水泥体系养护水泥石，确定水泥石三轴压缩实验条件并开展测试；4)以三轴压缩实验后的水泥石开展损伤水泥石渗透率测试；5)开展生产压力下地下天然气在微裂缝内渗流分析。本发明考虑了井筒载荷下的水泥环损伤行为，并基于损伤水泥环的密封能力设计了水泥环有效密封段长，结果更精确。