由于目前我国经济的高速发展,对石油、天然气资源产生了巨大需求和依赖,为了保证国家经济和能源安全的需要,石油勘探开发力度加大,使得勘探开发转向更深地层,深井数量不断增加。深井目的层埋藏深,地质条件复杂,钻井勘探深度的加大,井下情况更趋复杂,固井难度不断增加。深井井眼条件复杂,裸眼井段长,地层压力系统不统一；地层压力高,一般下技术套管和油层套管前,泥浆密度都要加重,而且许多井对地层压力平衡关系敏感,泥浆密度稍高则发生井漏,低则发生井喷；泥页岩水敏性强,易坍塌,井眼极不规则,井径扩大严重,大肚子井眼和糖葫芦井眼普遍存在；根据国内外固井经验,各层套管水泥均要求返至地面,导致固井封固段长。综上所述,在通常情况下将面临下述复杂问题：长封固段固井技术难题；小井眼、小间隙固井难题；窄安全压力窗口、固井漏失及防气窜问题；复杂井固井难题；不规则井眼条件下固井质量问题。因此,在注水泥施工设计时要针对以上难题充分考虑小间隙、偏心环空、高温度差等影响因素,设计合理的固井流体浆柱结构、注水泥顶替排量及顶替泵压等,实现平衡压力固井；并对整个注水泥过程实施动态模拟计算,以达到安全、合理、高效的固井目的。根据固井流体在环空中的封固长度,采用积分法计算封固段环空容积,从而使计算的水泥浆用量更加准确；采用多种流变模式(牛顿模式、宾汉模式、幂律模式、H-B模式)对固井流体的流变模式进行描述,使固井流体的流变模式实现最优化。通过理论结合实际的方法,根据不同温度下测得的水泥浆六速粘度计读数,建立了包含所有六速粘度计读数的含温方程式,拟合了不同温度下的流变参数；提出了按循环温度对环空进行分段的计算模式,建立了不同温度下环空流体的流动计算模型；考虑小间隙环空对固井流体流变参数计算的影响,引入偏心效应系数的概念及计算公式,提出了小间隙环空流态判别标准以及修正雷诺数的计算公式。综合考虑环空循环温度、小间隙及偏心环空等因素,合理划分了固井环空井段,运用相应的流变模式、流变参数以及不同条件下环空摩阻压降的计算模型计算全井段的摩阻压降,从而建立深井超深井注水泥流变学计算模型,得到顶替泵压及顶替排量；考虑注替过程中可能出现的“U”型管效应,建立了注水泥动态过程的计算模型,计算了井口压力、井内实际流量、各流体的液面位置、各流体的液柱长度、真空段长度、关注点流态以及任一关注点处的环空动压力等固井动态参数,为固井施工工艺的优化提供技术支持。以上研究是作者在从事“固井质量智能化控制系统”科研课题中完成的,根据文中所述的所有理论及设计方法,基于SQL Server2008数据库,采用Visual C#程序开发语言,开发了“固井注水泥设计软件”。系统软件运行于Windows操作系统,包括流体结构与用量设计功能模块、注水泥流变学设计功能模块、注水泥施工工艺设计功能模块。系统界面简洁、操作简便、计算准确、图文并茂,能将计算结果以word的形式输出。本系统已经就辽河高古区块的多口井进行了调试,通过对固井设计数据与施工后的数据对比分析,可以看出,理论模型合理,设计结果与施工结果吻合,误差较小,满足固井工程需要。