在深部油气开发井中,需要高密度的水泥浆才能有效地平衡高压地层。通过添加不同的重质材料,可以提高矿浆密度。在本研究中,评估了加重材料(重晶石、赤铁矿和钛铁矿)对沙特G级水泥基质的垂直均匀性、抗压强度、孔隙率和渗透性的影响。用重晶石、赤铁矿和钛铁矿对三种水泥浆进行加重,并在294华氏度和3000psi压力下固化24小时。除加重材料外,所有水泥浆都具有相同浓度的不同添加剂。每种水泥浆中使用加重材料的量由18lbm/gal的目标密度所决定。研究结果表明,最垂直均匀的水泥基质是钛铁矿加重样品,其垂直变化为17.6%,相比之下赤铁矿和重晶石加重样品的垂直变化分别为20.2%以及24.8%。这是因为钛铁矿的粒度很小。医学计算机断层扫描(CT)证实,钛铁矿加重样品是最均匀的,沿样品垂直方向的密度变化范围很窄。赤铁矿加重水泥的抗压强度最高,为55.3MPa,重晶石和钛铁矿加重水泥的抗压强度分别比赤铁矿加重水泥的抗压强度低18.4%和36.7%。重晶石加重水泥的孔隙率和渗透率最低,分别为6.1%和18.9md。本研究中使用的钛铁矿的最大粒径小于42μm,以确保钻井系统不受磨损,并在保持抗压强度高于最小可接受强度的同时,将固体偏析降至最低,它也是沙特G级水泥的推荐加重材料。