随着钻井技术的不断进步，小间隙井的发展越来越受到重视，具有大斜度的小间隙井的应用也越来越多，而套管难以下入、顶替效率低、固井过程中易发生井漏等问题也显得尤为突出。本文从理论和现场工艺的角度出发，对小间隙定向井套管柱力学，小间隙井固井顶替效率进行了系统的研究，并基于颗粒级配理论开发了低密高强水泥体系。 从理论和工艺方面分析了小间隙定向井套管柱力学完整性和水力完整性的机理，对小间隙定向井套管的可下入性进行了分析，指出了小间隙定向井井套管下入过程中存在的问题，提出了运用总摩阻、弯曲应力等条件进行套管可下入性的判断方法。应用间隙接触单元法对管柱力学特征进行了研究，提出了通过综合分析套管抗拉强度和抗弯强度确定最大井眼曲率的方法。 系统分析和模拟研究了小间隙井顶替效率的影响因素，利用平板流模型和流体单元受力分析法，建立了小间隙井偏心环空一维层流宾汉流体顶替的数学模型；FLUNT数值模拟结果表明，在宾汉模式条件下，水泥浆塑性粘度和动切力对于顶替效率影响不大，而钻井液的塑性粘度小于0.03Pa·s、动切力在6Pa左右时有利于水泥浆的顶替。在幂律模式条件下，水泥浆的稠度系数和流性指数分别保持在0.5～0.6Pa·s<,n>和0.4～0.5之间，这既有利于提高顶替效率，又能够降低流动摩阻；钻井液的稠度系数和流性指数分别保持在低于0.3Pa·s<11>和0.4时有利于提高顶替效率。小间隙井的井壁越不规则顶替效率越低，采用较小的流速(小于0.5m/s)有利于顶替效率的提高，注水泥顶替效率随套管偏心程度的增加基本呈现出线性降低的趋势。 旋流的产生使得固井过程中的紊流特性增加，而合理的旋流扶正器结构既可以保证旋流的产生，又不至于形成过多的流动压降。本文通过ANSYS数值模拟研究建立了旋流扶正器旋流衰减压降方程，得出了肋片截面面积、肋片长度、肋片高度及偏心距的变化、肋片升角对顶替效率影响的规律，优化了旋流扶正器的结构。并且考虑到雷诺数表达式与流体性能参数、流体密度ρ以及固井工作参数的环空返速u<,0>有关，把流体性能参数与固井工作参数对旋流长度的影响归结为雷诺数对旋流长度的影响，建立了旋流扶正器的最佳安放间距模型。 基于优化颗粒级配模型和外掺料粒径分析结果确定了漂珠、微硅及水泥等外掺料的加量配比，实验确定了降失水剂及分散剂的最佳加量范围，从而得到最终低密水泥基本配方：针对低密水泥基本配方进行了水泥石高温抗压强度和长期力学性能实验评价，对低密水泥石的抗高温机理进行了探讨。通过现场多口井的试验，候凝24小时后经CBL声幅和VDL检测，界面胶结良好，固井质量优质率达到70％，射孔后无窜流现象。表明采用高强低密度水泥浆体系结合旋流扶正器套管居中技术进行小间隙井固井具有良好的效果，同时也为小间隙定向井的生产寿命提供了重要的保证。