振动固井技术是在常规的固井作业中通过振动波作用于井内套管壁上的水泥浆来提升固井质量,其中最常用的装备是固井胶塞,但传统的固井胶塞自身不能产生振动,需要在井内装入固定的振动源或下放振动装置进行振动固井,存在振动源固定、作用距离短以及无法实时振动的缺陷。论文研制了能够在固井过程中自发产生振动,且能够在全井段带动套管产生共振的随行振动固井胶塞,在传统固井胶塞的内部增加偏心式振动转子组件,完成了四种振动组件的结构设计、强度校核以及振动转子的最佳性能参数计算;利用Solidworks软件对胶塞、套管以及振动转子进行三维建模,利用Abaqus软件对偏心转子进行静力学分析、模态分析以及热力学分析,验证设计的振动胶塞符合设计及安全要求;利用Adams软件建立了振动胶塞的虚拟样机,并进行了运动学分析,模拟井下工作状态进行仿真试验,测量振动转子响应速度,振幅变化规律,接触力的大小等相关参数,并对转子性能进行综合排序;根据仿真结果与最优解原则对设计的四款转子进行优化设计,根据变参原则对转子参数进行更改,并通过有限元分析及虚拟样机仿真得出最适宜的转子优化参数;研制了振动胶塞及七款转子的物理样机进行实验验证,根据测量的实验结果对转子的性能进行排序得到最适合偏心转子,得到最优解的随行振动固井胶塞。实验证明研制的随行振动固井胶塞,可以自发的产生振动并且可以根据井内套管固有频率自动调整振动频率产生共振,解决了振动源固定、实时振动以及作用距离短的缺点,很大程度上的提升了固井质量。