为了追求最大产能,低渗油气田通常会选择水平井压裂完井的方式进行开发,由于完井方式的特殊性,导致固井作业中存在套管下入及居中困难、水泥浆对水平段难以形成致密有效封固、钻井液泥饼难于彻底清除、水平段水泥石收缩难于控制、水泥浆滤失及自由液控制要求难于满足、射孔及压裂后水泥石易于破碎等问题。因此,要求水泥浆具有良好的流体运移控制性能、优异的稠化凝固性能、牢固的胶结性能、适度的微膨胀性能、良好的滤失控制与自由液控制性能,尤其是要求具有优良的柔韧性能。为了有效的保证低渗油气田完井工作的顺利进行,提高固井作业水泥浆的沉降稳定性,消除水平井钻屑床和水泥浆自由液槽的影响,降低水泥浆滤失和漏失污染储层的风险,保证水泥浆形成有效的管柱与地层封固,有效的地层与地层分隔,控制和消除水平井储层流体对固井质量的影响,提高水泥石在射孔和压裂过程中的高冲击作用下的完整性,降低低渗油气田综合开发成本,提高油气田开发效率,开展了低渗油气田固井水泥浆技术的研究。通过充分调研国内外由于增产作业,特别是压裂作业,导致的水泥环损坏事件,从所用水泥浆体系存在的缺陷和施工作业程序等角度分析损坏原因,为低渗油田压裂井固井设计提供依据；以此为基础,提出了提高水泥石韧性的方法：1.采用的科学、有效的评价方法。除了常规的力学性能评价之外,我们还创新性的将现场射孔试验引入到室内评价的范畴。通过高度模拟现场射孔试验,从定性与定性不同的角度来评价水泥石的韧性。2.在水泥浆体系中加入胶乳。胶乳是一种弹性颗粒,它能在水泥浆体系中均匀分散,充填水泥石的微孔隙与裂缝,胶乳颗粒和水泥粘结的同时,胶乳颗粒之间也相互粘结,在整个基体结构中形成了一个弹性网状体,避免了水泥石在高能冲击下的应力集中,有效保证了水泥石的完整性；与此同时胶乳形成的网状结构能降低体系的滤失性能。3.在水泥浆体系中加入纤维。普通的水泥石基体是脆性材料,其抗拉强度低,且因存在内部缺陷而往往难于保证抗拉强度,加入纤维可使其抗拉强度有充分保证；当水泥石受外力冲击产生裂缝时,裂缝处的纤维可能被拉伸、拔出或断裂,此时可能会消耗大量的能量,对于阻止裂缝的延展起到非常积极的作用,因而能大幅度提高水泥石抗裂碎的韧性,使水泥石在外力的作用下表现出良好的柔韧性能。4.有效地降低水泥石渗透率,提高水泥石强度。抗冲击低滤失无自由液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。通过降低水泥浆的渗透率来提高水泥石的强度,需要在抗冲击低滤失无自由液水泥浆体系中加入一定量性能良好的填充剂。这种增强剂应包括活性填充剂材料与惰性填充剂材料,活性填充材料是一类具有水化活性的超细颗粒,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。将这两种增强剂复配后使用,能够有效地提高水泥石的致密性与早期强度。在上述水泥浆设计思路的指导下,参照API以及参考建筑规范标准中关于韧性水泥浆的实验方法,结合自主研发的室内模拟现场射孔防护装置,成功地对现场射孔过程进行了模拟。经过大量的试验筛选,最终确定了抗冲击低滤失无自由液水泥浆体系的主要添加剂：CG88L降失水剂、CGR66L胶乳、CF44L分散剂、H21L-M缓凝剂、CJ56L胶乳稳定剂、MCSEAL孔隙支撑剂、5.5mm杜拉纤维以及PF-2增强剂。水平井在固井过程中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1.50-1.90g/cm3的水泥浆配方。1.5g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+22%减轻剂+12%PF-2增强剂+0.5%EXP-1膨胀剂+45%淡水+6.0%CG88L降滤失剂+0.4%CF44L分散剂+0.7%H21L-M缓凝剂+1.0%CJ56L胶乳稳定剂+0.8%CX601L消泡剂+5.0%CGR66L胶乳+0.2%5.5mm杜拉纤维+6%MCSEAL孔隙支撑剂；1.6g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+13%减轻剂+10%PF-2增强剂+0.5%EXP-1膨胀剂+42%淡水+6.0%CG88L降滤失剂+0.4%CF44L分散剂+0.6%H21L-M缓凝剂+1.0%CJ56L胶乳稳定剂+0.8%CX601L消泡剂+5.0%CGR66L胶乳+0.2%5.5mm杜拉纤维+6%MCSEAL孔隙支撑剂；1.7g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+6.0%减轻剂+6.0%PF-2增强剂+0.5%EXP-1膨胀剂+38%淡水+6.0%CG88L降滤失剂+0.4%CF44L分散剂+0.5%H21L-M缓凝剂+1.0%CJ56L胶乳稳定剂+0.8%CX601L消泡剂+5.0%CGR66L胶乳+0.2%5.5mm杜拉纤维+6.0%MCSEAL孔隙支撑剂；1.8g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+0.5%EXP-1膨胀剂+36%淡水+6.0%CG88L降滤失剂+0.4%CF44L分散剂+0.45%H21L-M缓凝剂+1.0%CJ56L稳定剂+0.8%CX601L消泡剂+5.0%CGR66L胶乳+0.2%5.5mm杜拉纤维+6%MCSEAL孔隙支撑剂；1.9g/cm3水泥浆配方：100%G级水泥+0.5%EXP-1膨胀剂+31%淡水+6%CG88L降滤失剂+0.4%CF44L分散剂+0.45%H21L-M缓凝剂+1.0%CJ56L稳定剂+0.8%CX601L消泡剂+5%CGR66L胶乳+0.2%5.5mm杜拉纤维+6%MCSEAL孔隙支撑剂；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：抗冲击低滤失无自由液水泥浆体系在60℃条件下具有高早期抗压强度、低滤失量、良好的流变和稠化性能及冲击韧性；水泥浆60℃的失水≤30ml,60℃/24hr养护强度≥19MPa；与聚合物水泥浆体系水泥石相比,抗冲击低滤失无自由液体系水泥石的抗冲击韧性提高达40%以上、界面胶结能力提高了60%以上,同时体系的抗窜能力得到了大幅度的提升；为了验证该体系的韧性,采用现场射孔用射孔弹射孔后测试渗透率,聚合物水泥石射孔前后的渗透率为0.0132mD/632mD；抗冲击低滤失无自由液体系水泥石射孔前后渗透率为：0.0084mD/76mD。结果表明抗冲击低滤失无自由液体系具有良好的抗外力破坏的韧性,满足低渗油气田水平井压裂完井作业的要求。