振动固井是在下套管、注灰、顶替和候凝的过程中,采用机械振动、液压或空气脉冲、水力冲击等手段,产生振动波作用于套管、钻井液和固井液来提高固井质量的一项新技术。振动技术最早应用于建筑行业的混凝土浇注过程。80年代初,这项技术被引用于固井作业。80年代末期,该技术得到迅速发展,其中美国和苏联已形成一定的生产能力。同时,人们对振动技术能够改善固井质量的认识也更加广泛和深刻。实践证明,振动可以提高水泥石强度,提高顶替效率,消除水泥中的气泡,形成完好的水泥环,还可以缩短候凝的时间,防止固井后的油、气、水混窜,有利于提高一、二界面的胶结强度。通过对国内外振动固井技术和振动装置的特点和工艺的综合分析,我们发现振动在从清洗到候凝的整个过程对提高固井质量都是有利的,表现在提高对钻井液的顶替效率和水泥石凝固强度,使水泥环界面胶结质量得到提高。国内外振动固井装置按作用原理可分为水力脉冲式、机械式、磁致伸缩式、压电陶瓷式、声频振动式、环空脉冲式等振动装置。目前,在设计和使用得最广泛的是水力脉冲振动装置。资料调研表明,现有振动固井装置在工作可靠性等方面还存在不足。该论文通过对振动固井装置机械结构设计、振动波在井眼介质中传递规律和振动沿套管传递规律等方面开展研究,在振动固井研究方面取得了以下几方面成果：(1)通过对国内外振动固井装置文献的调研分析,振动固井一般有置于套管柱浮箍以下的井下水力脉冲发生装置、地面机械敲击方式套管柱振动装置和地面井口环空候凝期间低频脉冲发生装置三种典型方式,结合井下涡轮钻具工作的基本原理,采用模块化设计的思想,首次提出了一种新型井下涡轮式振动固井装置方案。(2)从振动固井装置总体设计方案入手,通过建立理论分析模型,给出了振动固井装置振动单元的承托环、转子叶片和振动装置振动激励等内容的计算方法和流程,最终确定了振动固井装置各项设计参数,且可以用来指导实际施工。(3)振动对固井质量影响好坏的一个重要因素是振动沿着套管传播距离,在振动强度一定时,振动沿套管传播距离越长对固井质量越有利。在分析振动固井基本理论基础上,建立了井下压力脉冲在环形空间中传播的理论模型,并对脉冲波在水泥浆中的传播规律进行深入分析,给出了脉冲压力传播的规律。(4)振动装置产生的振动会引起套管横向振动、纵向振动和扭转振动,其中扭转振动模型的建立和分析较复杂,主要研究套管横向振动和纵向振动及传播。通过建立不同条件下套管在井眼中振动分析模型,对套管纵向、横向振动理论进行分析,推导出了不同频率下振动波沿套管传递(衰减)规律。(5)绘制了一套新型涡轮式振动固井装置设计图纸,并依据设计图纸,加工2套振动装置。在“沙19-68”等井现场应用表明,固井中采用该振动装置,声幅值均小于5%,第二界面胶结质量好于常规固井,固井质量为优。该论文是建立在对江苏油田井下振动固井相关技术研究项目的基础上,根据现场的条件的要求,结合现场实际情况设计出振动固井装置,所研制的新型涡轮式井下振动固井装置在现场得到成功应用,对提高固井质量效果明显。新型涡轮式井下振动固技术在国内属首创,为提高油田固井质量探索出了一条切实可行的技术途径。