油、气能源的开发与耗竭导致石油勘探开发不断地向复杂、深部油气藏拓展。随之而遇的固井难度也不断加大,传统的钻完井技术正面临着严峻的挑战。对于复杂固井中遇到的低压易漏地层、长封固段固井等问题,低密度水泥浆技术是目前最有效的解决方法。但常用的低密度水泥浆存在体系密度不稳定,与钻井液相容性差,外加剂成分复杂、加量大等缺点,导致固井质量不理想且固井成本高。针对以上问题,本文以矿渣MTC技术、多功能钻井液技术以及可固化隔离液技术等为背景,选用矿渣为无机胶凝材料,开发一种新型的低密度固井液,用于解决低压易漏地层、长封固段以及自由套管等非目的层的封固、填充作业。并对矿渣固化体高温下强度衰退甚至开裂的问题进行了探究,考察了纤维材料对固化体力学性能的影响。本文通过大量实验对低密度固井液的配方材料进行了优选。确定选用潜在活性高,具有独特水化性质、价格低廉的SS95矿渣作为胶凝材料。对配套的外加剂材料进行优选和论证实验,最终确定以CMC为悬浮剂,JHQ为激活剂,HX-31L为缓凝剂。并对体系的工程性能进行评价,包括:流变性、稳定性、可泵性、相容性和固化性。结果表明:低密度固井液的密度在1.3g/cm3～1.6g/cm3范围可调、体系稳定、稠化时间可控,与钻井液相容性好,纯浆及混浆固化性能好,固化体强度高,满足固井施工要求。不仅能达到封固、填充井段的目的,还能提高顶替效率,改善二界面胶结质量,提高固井质量。以抗压强度、抗拉强度评价了矿渣固化体的力学性能,并结合XRD、SEM、EDS等测试方法对高低温下矿渣水化产物进行分析。综合得出:高温下,矿渣水化速度快,水化产物丰富,固化体强度高。温度超过90℃时,其水化产物主要为呈蜂窝状和球状的C-S-H凝胶和沸石类矿物。产物间接触面积少、胶结差,结构受力易被破坏。高C/S比的C-S-H凝胶脱水多,稳定性差,在水化后期易发生晶型转变,在固化体内部产生较大的内应力,导致固化体结构被破坏,产生裂纹。同时,碱矿渣材料的水化产物中晶体含量少,晶胶比小,固化体易发生干燥收缩、开裂的现象。针对矿渣固化体在90℃及以上条件下力学性能衰退的缺陷,实验考察了碳化硅晶须和水镁石纤维对固化体力学性能的影响。研究表明,两种纤维的加入均能提高矿渣固化体的强度,使其获得更优的力学性能。结合XRD、SEM、TG、IR分析可知,两种材料的加入,对矿渣的水化几乎无影响,仅是作为物理掺料对矿渣固化体起增强增韧的作用。在矿渣固化体受力阶段,纤维主要通过桥联、拔出、充填等效应,控制微裂纹的产生和继续发展,使其能够保持较高、较持久的力学完整性。