由于西南油气田分公司所属区块地质情况复杂,经常会钻遇低压易渗漏、漏失层或浅表裂缝性等地层,容易发生严重的井漏或井涌事故。在现阶段,国内外油田采用欠平衡、空气/雾化/泡沫等钻井技术已成功有效地解决了钻进过程中的井漏问题,然而对固井中的井漏问题还没有根本解决,迫切需对与此系列钻井技术相配套的固井水泥浆及施工技术进行研究。分析资料可知,在解决固井井漏问题过程中主要有两种方法:双级或多级注水泥和降低水泥浆密度,其中都无法满足地层破裂压力系数小于1.08的固井密度要求,由此提出并采用了超低密水泥—泡沫水泥浆进行固井施工。本文在此主要对机械充气泡沫水泥浆固井工艺及施工技术进行研究,其研究工作和创新点如下:1.主要研究内容1)泡沫水泥固井施工技术调研分析:其中包括泡沫水泥基本性能、实验研究方法结果和现场应用实例分析;2)泡沫水泥固井施工工艺技术研究:包括机械充气和化学发气法两种配制方法,分别对应有各自的施工方法、装备、工艺流程等内容;3)泡沫水泥固井施工参数计算方法研究:建立了泡沫水泥固井施工数学模型,详细推导了模型中的环空密度、压力等参数计算过程;同时优化了泡沫水泥固井施工参数的计算方法,并研发了相对应的泡沫水泥固井施工参数计算软件;4)泡沫水泥固井过程动态分析研究:建立了泡沫水泥固井动态过程数学模型,分类推导了单相和气液两相流动中不同流态所对应的计算模型;完成了泡沫水泥固井施工动态过程计算方法,并研发了泡沫水泥固井过程动态分析软件;5)泡沫水泥固井工艺技术实际应用:通过在广安102井中泡沫水泥固井工艺技术的实际应用,为施工单位提供了泡沫水泥固井施工参数和动态过程分析结果,并得到采纳。实践证明,确定的固井施工参数是合理的,动态过程分析结果与现场也是吻合的。2.主要创新点1)本论文全面系统地对泡沫水泥固井工艺技术的历史、现状及发展进行了调研分析,详尽介绍了泡沫水泥基本性能、实验方法及应用实例;实践确定了泡沫水泥固井施工方法及工艺流程,为组织现场施工提供了相关技术参考依据;2)本论文在充分考虑现场施工工艺基础上,建立了泡沫水泥固井理论模型,利用有限元方法对模型进行了数值求解,形成了一套适用于现场的泡沫水泥固井施工参数计算方法,并编制了泡沫水泥施工参数计算软件,为确定合理的泡沫水泥固井施工参数提供了基本手段;3)本论文结合泡沫水泥固井施工过程,建立了泡沫水泥固井动态分析模型,利用两相流方法对整个固井施工过程进行了流动分析,并编制了泡沫水泥固井过程动态分析软件,利用该软件可对泡沫水泥固井过程井下流动状态进行实时仿真模拟分析,为全面掌握固井过程实时动态提供了理想的平台;4)本论文的研究成果已全面应用在生产实践中,利用泡沫水泥固井施工参数计算软件,确定了合理的施工参数;利用泡沫水泥固井过程动态分析软件,实时地跟踪了固井过程井下流动状态,有效地验证了研究成果的合理性和实用型,为推广应用泡沫水泥固井技术奠定了良好的基础。