纳米材料自身具有优异的理化特性,被誉为“21世纪最有前途的新型材料”。本文从现有纳米材料中筛选确定纳米SiO₂为研究对象,探究水泥浆中纳米材料分散方式、分散行为及掺加量,对固井水泥综合性能的影响与作用机理。研究表明,固井水泥中掺加纳米材料可显著提高其强度及耐久性。主要研究成果如下。1、实验确定了纳米SiO₂在油井水泥中的分散方法,采用加入高效分散剂及高速机械搅拌与超声分散方式,将纳米SiO₂均匀分散于油井水泥中。2、研究测试新拌固井水泥浆综合性能,发现纳米SiO₂对水泥浆流动度影响很大,能缩短水泥凝结时间,且该纳米SiO₂掺量增加凝结时间减少及流动度下降。3、掺加纳米SiO₂后,固井水泥石早期抗压强度、抗折强度均有所提高、渗透率下降,且存在优化掺量范围0.5%¹.5%,最优掺量为1.5%,此时3d抗压强度显著提高了104%。4、采用SEM等分析表征方法,分析硬化后油井水泥材料的亚微观组织结构及水化产物,表明纳米SiO₂改性油井水泥主要为填充和成核作用机理。5、实验还发现,纳米SiO₂硅溶胶掺加量0.5%时,油井水泥综合性能表现良好,得到高强度低渗透及施工性能良好的水泥浆,其在不同密度水泥浆体系中均可增加水泥石强度和耐久性;纳米SiO₂与各种外加剂有良好配伍性,适于多种水泥浆体系,由此,提供纳米材料油井水泥实际应用重要基础。