深水是指水深大于350m的海域。海洋深水表层固井作业环境具有低温、低地层破裂压力以及存在天然气水合物等突出问题。如此环境固井对水泥浆具有较大的挑战性。其主要的技术难度重点体现在以下几个方面：1)海水深度大于1000m后温度低于4℃,常规固井水泥的水化凝固性能难于满足低温水化的要求；2)海底泥线下地层破裂压力低,需要有低密度的水泥浆匹配地层破裂压力的变化；3)泥线下一定深度内可能存在水合物,固井水泥浆水化放热会使水合物分解,为固井作业造成很大困难。开发低热水泥浆,形成一套能够在水合物层的低温环境下高效封固表层的硅酸盐水泥浆体系,是保证海洋深水勘探开发有效开展的关键。在国内,开发深水表层固井硅酸盐水泥浆是一个全新的尝试。若使G级硅酸盐水泥应用于深水环境首先必要解决水泥浆低温低密度条件下强度发展缓慢的问题。笔者对硅酸盐水泥水化特点与规律进行了研究分析并在此基础上,提出了解决硅酸盐水泥浆低温强度发展缓慢的方法。1)使用有机早强剂与无机早强剂组合而成的高效早强剂,使水泥浆在较短时间有效凝固。若使硅酸盐水泥在低温下具有强度,首先要保证水泥浆在低温下能够在相对短的时间内有效地凝固。对于深水低热水泥浆体系,使用高效低温早强剂,提高硅酸盐水泥低温下的水化速率,促使低温强度快速发展；2)使用低密度高性能减轻剂,有效地增加水泥等凝胶材料在水泥浆中所占比重。深水表层固井水泥浆受低地层破裂压力限制,需要使用密度减轻剂。故在设计水泥浆时,需选用耐高压低密度减轻剂,以增强密度减轻效果,提高水泥等凝胶材料在水泥浆中所占比重,促进水泥石强度发展,另外,耐高压减轻剂能够为水泥石贡献有效的支撑强度,相对提高低密度水泥浆的早期强度；3)有效地降低水泥石渗透率,提高水泥石强度。低温低密度硅酸盐水泥浆中存在多种固体颗粒,颗粒之间存在有空隙,在水泥浆固化后,这些空隙影响着水泥石的渗透率和水泥石的强度。为提高水泥石的强度降低水泥浆的渗透率,在低温低密度硅酸盐水泥浆体系中,需加入性能良好的填充剂。这种增强剂应包括活性填充剂材料与惰性填充剂材料,活性填充材料为具有水化活性超细颗粒,能够促进水泥颗粒水化,有效填充颗粒空隙；而惰性填充材料要能够更有效地填充空隙,在这两种增强剂的复配使用下,水泥石的致密性与早期强度能够获得有效地提高。在上述水泥浆设计思路下指导下,参照API以及ISO10426(2003)标准中关于深水水泥浆的实验方法,在结合我国深水钻井实际井场特点的基础上,总结设计出适合我国室内深水表层固井的水泥浆评价方法。结合自主研发的深水水泥浆评价装置高压低温养护釜和稠化仪,成功地对深水低温环境进行了模拟。经过大量的试验筛选,最终确定了硅酸盐水泥浆体系主要添加剂：CG88L降失水剂、DWR-6000微珠减轻剂、CF415L分散剂、放热平衡抑制材料C16以及PF增强剂。海洋深水表层海底沉积岩层形成时间较短,缺乏足够的上覆岩层,地层结构疏松使得海底地层具有低破裂压力的特点。针对不同破裂压力地层需设计相应密度的水泥浆以期在稳定井壁情况下,达到最佳封固效果。在设计水泥浆体系时水泥浆密度调节的简单方便性需着重考虑。室内通过一系列的实验摸索,通过适当调节水泥浆中减轻剂、增强剂以及混合水所占比例,构建了1.30-1.60g/cm3的水泥浆配方。1.30g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+90%海水+10%PF增强剂+6%超细水泥+28%DWR-6000玻璃微珠+1.6%ACC促凝剂+4%CG88L降失水剂+3%CF415L分散剂+1%CX66L消泡剂+12%放热平衡抑制材料C16；1.40g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+82%海水+10%PF增强剂+6%超细水泥+20%DWR-6000玻璃微珠+1.6%ACC促凝剂+4%CG88L降失水剂+3%CF415L分散剂+1%CX66L消泡剂+12%放热平衡抑制材料C16；1.50g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+77%海水+10%PF增强剂+6%超细水泥+13%DWR-6000玻璃微珠+1.6%ACC促凝剂+4%CG88L降失水剂+3%CF415L分散剂+1%CX66L消泡剂+12%放热平衡抑制材料C16；1.60g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+64%海水+10%PF增强剂+6%超细水泥+10%DWR-6000玻璃微珠+1.6%ACC促凝剂+4%CG88L降失水剂+3%CF415L分散剂+1%CX66L消泡剂+12%放热平衡抑制材料C16。水泥浆配方中所使用G级水泥为葛洲坝水泥厂生产的普通G级油井水泥；CG88L降失水剂是AMPS类聚合物降失水剂；DWR-6000减轻剂为中空硅硼酸钙盐类微珠,呈低碱性,密度为0.42g/cm3,在70MPa压力微珠的残活率在90%以上；CF415L分散剂是聚苯乙烯磺酸盐溶液和APS的混合物；PF增强剂能够极大的促进硅酸盐水泥在低温下的水化；C16放热平衡抑制材料能很好的吸收水泥水化放出的热量,并能将温度控制在一定的温度以下；配浆用海水为中国南海深海海水。室内对上述水泥浆配方的性能进行了系统地研究评价。由既得实验数据看：低热水泥浆体系在低温环境下具有高早期强度、低滤失量以及良好的流变和稠化性能；ACC促凝剂能很好的提高水泥石的早期强度,促凝剂和PF增强剂的共同作用能更好的提高强度,能够满足海洋深水表层套管固井作业要求。