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随着油气田勘探开发的深入，固井作业中出现的问题也越来越复杂，其中主要存在的问题有水泥石高脆性，二界面胶结不良和水泥浆漏失。水泥浆漏失是国内外油田普遍存在且尚未解决的难题之一，尤其在低压易漏地层固井中。采用常规密度(1.89g/cm3)水泥浆固井时，经常造成水泥浆漏失低返的事故，主要危害在于不能按照设计要求封隔地层，影响顶替效率和水泥环胶结质量，造成地下流体层间互窜，水泥浆漏失到产层和污染油气层，造成巨大经济损失。
针对水泥浆漏失低返的问题，目前各油田主要采用分级注水泥技术和低密度水泥浆固井。由于分级注水泥技术对现场施工要求较高，一般应用较少。应用最广的是采用低密度水泥浆固井。利用低密度水泥浆固井可降低套管外液柱压力，从而降低水泥浆液柱压力与地层孔隙压力差，实行合理压差固井。虽然国内外研发了不同类型的低密度水泥浆体系，但均存在水泥浆性能单一，其密度降低不显著，水泥石力学性能通常达不到固井施工要求。我国存在大量的低压易漏井，急需开发一种性能优越的超低密度水泥浆体系。
本文运用紧密堆积和颗粒级配原理增强，纤维增韧原理提高水泥石的韧性。优选不同粒径的球形颗粒外掺料，相互填充，提高体系的堆积率。选择相应的外掺料，包括漂珠、新型减轻材料3M玻璃微球(WQ)、微硅、增强材料(HJ)等。对不同减轻材料筛选和复配是本课题研究的核心，分别研究了不同减轻材料单掺及复配时对水泥浆、水泥石性能和纤维对水泥石力学性能的影响。首次将3M玻璃微球与漂珠、微硅复配制备低密度水泥浆体系。使用矿纤(KX)提高水泥石的韧性，利用增强材料(HJ)作稳定剂提高水泥石强度，降滤失剂F17B控制水泥浆失水量，减阻剂USZ调节水泥浆流动性能，膨胀剂F17D补偿水泥石体积收缩，改善二界面胶结质量，提高水泥石早期强度。
最终得到综合性能优异的多元复配低密度水泥浆体系：微硅与漂珠复配体系，微硅、漂珠与WQ复配体系，微硅与WQ复配体系。室内评价了水泥浆体系整体性能，水泥浆密度为0.85～1.25g/cm3，水泥石早期强度高，抗压强度为6.5～14.2MPa(80℃、48h)，API失水为48～94ml，水泥浆流动性能好，析水率为零，水泥石体积收缩小，水泥浆沉降稳定性能优越，水泥石上下密度差最大仅为0.011g/cm3(80℃、24h)。