本发明公开了一种沥青改性水泥基复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：以氧化石墨烯对水泥进行改性，制得氧化石墨烯改性水泥，然后使乳化沥青、消泡剂和所述氧化石墨烯改性水泥混合均匀，制得沥青改性水泥基复合材料。本发明以氧化石墨烯、油井水泥和乳化沥青为主要原材料，通过复合改性处理制备得到的沥青改性水泥基复合材料，大幅提升了体系的强度、韧性和耐久性，具有优异的韧性和变形能力，其抗压强度、抗拉强度和抗折强度也都得到了提高，所述沥青改性水泥基复合材料可以有效提高油气井的安全生产寿命和油气开采效率。