煤层气开采多采用“U型水平井”的开采方式,而玻璃钢作为新型完井管材正被广泛应用于煤层气井水平段完井施工。与常规的钢制套管相比,非金属材质的玻璃钢套管既能保证自身强度满足施工要求,且在采煤过程中不会产生电火花和摩擦火花,提高了后期采煤的安全性。但由于玻璃钢套管自身密度较小,在固井不同顶替阶段管柱内外流体密度差的作用将会使得玻璃钢套管产生不同程度的偏心,从而影响注水泥过程的顶替效率,并最终对固井质量产生危害。通过建立考虑注替阶段套管内外流体密度差作用的玻璃钢套管居中度计算模型,从而定量评价了不同顶替阶段时玻璃钢套管的居中度。结果表明,玻璃钢管单独下入时的居中度无法满足注水泥施工要求,因此需要安放套管扶正器以改善水平段玻璃钢套管的居中度。通过对水平井段玻璃钢套管进行力学分析,建立了安放扶正器条件下的管柱居中度计算模型,明确了扶正器安放间距及安放位置对居中度的影响,并以此为依据实现了扶正器安放方式的优选。同时,为保证玻璃钢套管下入后水平段的顶替效果,在环空流体顶替力学模型的基础上,通过分析环空顶替流态对顶替效率的影响,并结合不同顶替流态下的数值模拟结果,明确了套管不同居中度及顶替流速对顶替效率的影响。考虑到紊流顶替时,环空动液柱压力过大易使环空流体漏失甚至压漏煤层,而塞流顶替将使得注水泥顶替施工耗时过长从而使得水泥浆流动性能无法保证,因此建立了保证环空流体不向煤层漏失的最大临界顶替排量的计算方法——“摩阻-排量反算法”,实现了层流流态下注水泥临界顶替排量的优选,从而为采用玻璃钢套管时煤气水平井的固井方案设计提供了理论依据。