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随着油气田开发向复杂油气藏不断深入,华北油田牛东区块的高温高压、易气窜、压力安全窗口窄等难题日益凸显,低压、易漏深井超深井所占的比重越来越大。固井过程中易出现漏失,高温下水泥石抗压强度衰退,严重影响固井质量。因此,研制一套适宜牛东区块特点的低密度水泥浆体系对提高固井质量,保证油气井安全具有重要意义。对于深井、超深井固井施工作业,稳定性差的低密度水泥浆体系会出现分层现象,所形成的水泥石柱的致密性出现不均匀现象,影响封固质量；稳定性不好的水泥浆体系在候凝过程中析出自由水,形成窜槽通道,导致环空封固失效。因此,本文从研究材料的物理化学特性出发,以颗粒级配理论为基础,开发了一种低密度水泥浆配套的增强填充材料,并与优选出的高性能漂珠作为外掺料,针对不同密度的水泥浆进行了基本配比研究。不仅获得了较低的水泥浆密度,还提高了浆体中胶凝组分含量,对水泥浆体系的稳定性、抗压强度以及水泥石的致密性均有改善。优选出悬浮稳定剂解决了低密度水泥浆体系沉降稳定性的难题。选择胶乳增韧剂XT-1L作为水泥石力学性能改造的外加剂,通过评价不同加量对各密度水泥石力学性能的影响,得到了胶乳增韧剂XT-1L的最优加量。通过优选对抗压强度发展影响较小的缓凝剂、降失水剂,保证了水泥浆在满足稠化时间要求的条件下具有较高的早期抗压强度。论文还对水泥浆的工程性能以及水泥石后期抗压强度、渗透率及微观结构特点等进行了研究。最后,高温低密度胶乳水泥浆体系在牛东区块进行了现场固井实践。论文成功研制出了一套密度范围1.35-1.55g/cm3的高温低密度胶乳水泥浆体系。该低密度水泥浆体系在高温条件下表现出优良的流变性和稳定性,通过掺加外掺料保证了低密度水泥石在高温环境下的抗压强度稳中有升,并且论文对该水泥石从长期抗压强度、界面胶结强度等方面进行力学性能评价。高温低密度胶乳水泥浆体系已在华北油田牛东101井、束探1H井、牛东102井等井成功应用,国井质量优良率达90%。该体系有效避免了固井施工作业中发生漏失和油气水窜现象,提高了低压、易漏长封固段深井固井质量,有效保障了油气田安全、有效地开发。