2.低密度高强水泥浆体系研究
2.1低密高强水泥浆性能特点
低密度高强度水泥浆的组成确定于物料间的物理化学作用。

在油气井钻探行业，为了使得低密度水泥浆性能能够有效发挥，需要选择一种合适的矿物活性材料，通过相关研究发现，如果这种矿物活性材料具有表面光滑致密、颗粒分布填充性好以及比表面积小的特点，那就可以作为发挥低密度水泥浆性的活性材料，除此之外，活性材料本身要具有高强度化学性能。

而活性矿物材料具有以上特性，有两处优点：第一，由于其化学性高可以发生自身凝硬性反应；第二，提高水泥浆整体性能。

在进行低密度水泥浆的组合配制时，不仅仅要注意矿物活性材料，还要注意减轻材料所占的比重，一般情况下，减轻材料在用于配合低密度水泥浆时往往用量比较大，这样会导致主体胶凝材料水泥所占比重降低，不利于实现水泥浆体系的稳定堆积。

而另一方面，为了降低水泥石渗透率，要求水泥浆体系在设计时需要提高固含量，目的是进行紧密堆积以便提高水泥体系强度。

不仅如此，减轻材料的选择上，需要达到在球形度好的基础之上挑选表面吸附水量少的要求。

但是，减轻材料往往为惰性材料，而水泥石的强度需要强烈的化学反应，单单靠水泥材料中的活性物质无法支撑，因此，需要选择具有上文所述特性的矿物质活性材料，以便参与水泥水化反应以增加水泥石强度。

但是不同类型的减轻剂，大多有两处不同，第一是降低水泥浆密度的原理以及方式不同，第二是与水泥作用的能量不同，两处不同导致减轻剂在参与水化硬化过程中表现出的流动性、稠化性能及强度性能不同。

因此，根据上文所述的减轻剂选择表现的不同结果，在油田具体的生产作业过程中，选择减轻剂时，依照现场实际施工所需参数进行选择，选择属性依据分别为“品种”以及“加量”，而本文针对渤海SZ36-1油田海洋地质特点，根据所需参数选择漂珠为减轻剂中最理想的材料。

2.2低密度高强水泥浆体系设计原则
①水泥密实性原则，此原则主要凸显“密实”，即按照紧密堆积理论，以及颗粒级配原理，根据漂珠和水泥的不同粒径，选择合适加强剂堆积与颗粒之间增加密实感。

②充分发生水化反应原则，充分发生水化反应的优点在于提升体系活化能，提高体系强度，主要措施为利用水硬性材料使得水泥中活性材料充分反应。

③提升水泥石的综合性能原则，综合性不仅仅体现为水泥体系强度，防窜能力以及防腐蚀能力都是综合性能的一部分，此时应该添加特殊潜在活性材料与水机碱性物质反应。

2.3水泥浆体系的组成
前面讲到，根据渤海SZ36-1油田实际地质情况，低密度高强度水泥浆体系可由油井水泥、漂珠、降失水剂、缓凝剂、增强剂、分散剂等组成。

漂珠作为减轻剂主要作用是提升水泥体系的水化反应以及体系强度，而增强剂的作用主要是实现物料颗粒之间的紧密堆积。

但是现有油井的增强剂大多含有硅质，有利于发生自身凝硬性反应。

（1）增强剂
低密度高强度水泥浆的组成与常规水泥浆体系不同，除了水泥之外还有另外两种成分为分别为漂珠和增强剂。

但是在有关增强剂的选择中，需要具有针对性，因为目前常用的增强剂在提高低密度水泥浆中主要物质的水化速度时效果不佳，不利于促进体系形成胶凝结构。

针对这一情况，大量学者经过实验研究出一种PC-BT1的增强剂，它不仅仅适应低密度高强度水泥浆体系，而且还可以提升体系中主要物质的水化速度以便提高该体系强度。

（2）降失水剂
与选择增强剂的标准不同，降失水剂的选择主要针对于低密度高强度水泥浆合理的颗粒级配分布选择降失水剂，泥浆失水的根本在于颗粒之间空隙大于水分子直径，因此，为了形成致密滤饼保护水分，采用降失水剂PC—G80L使用于低密度水泥浆体系中。

降失水剂PC-G80L 加入水泥浆后，其中的高分子量化合物可以吸附在水泥颗粒中，其通过释放自身的化学能改变水泥颗粒表面的物理化学能，使得水泥颗粒均匀分散，同时辅助材料中的一些基团与高分子材料中基团发生配位反应，在分散颗粒的基础上形成网状聚集体，此聚集体在分散均匀的颗粒表面迅速覆盖孔道，并形成致密滤饼，以达到失水量小于50ml的目的。

（3）缓凝剂
酮醛缩合物类缓凝剂PC-H21L的作用效果在大量的实验中得以展示，但是其在使用时，温度不可超过110°C，不仅如此，此类缓凝剂与其他缓凝剂相比，在相同温度下，其稠化曲线趋向完美，有利于提升低密度水泥浆体系防窜能力。

（4）分散剂
醛酮缩合物PC-F40L分散剂的选择基于大量的实验之上，其优点为对低密度高强度水泥浆具有良好分散效果，适用条件为：适用温度为27～9O℃，加量一般为0.2%-2.0%(BWOC)。