天然气的粘度远低于油和水，通过水泥环和环空界面向井口运移的速度也更快，因此在天然气井中更容易出现环空气窜问题。辽河油田沈阳采油厂大明屯凹陷、茨榆坨采油厂牛居构造等含气构造天然气井固井质量调查结果表明固井优质率刚刚达到50%。导致优质率低的主要原因是环空气窜，为此本文进行了辽河油田天然气井固井防气窜技术研究。本文开展了尾管扶正器的安放设计，并优化冲洗液和隔离液性能以及水泥浆柱设计，提高注水泥顶替效率；研究了不同套管偏心度、不同尺寸套管和不同表面状况条件下水泥胶结界面强度、渗透率，保证了水泥石的密封性能；分析了水泥浆静态特性与动态特性关系，基于此对水泥浆防气窜性能进行预测，并对动态参数测量方法进行了优化，完善了预测防气窜性能的方法；研究了添加剂对水泥浆性能的影响，开发了防气窜固井水泥浆基础配方；分析了现有井径扩大工具存在的缺点并进行改进优化，并对开发的防气窜水泥浆体系及改进后的工具进行了现场试验，最终形成一套辽河油田天然气井固井技术。研究表明，根据纵横弯曲、均布载荷绞支梁的挠度变形关系，可计算套管扶正器的间距；清洗5min后，胶结强度已接近未附泥糊管壁的胶结强度，管壁粘结20目的砂粒的套管与水泥环的胶结强度最高，套管偏心度在30%以下，水泥环的密封性能较好；采用稠化时间差可以较准确的评价水泥浆的防气窜能力，水泥浆稠化时间随转速的增加而缩短，按照高于或低于API标准规定的150rpm的转速所测得的稠化时间，其最大可缩短100min或延长60min，检测水泥浆稠化时间的模拟转速应根据水泥浆在环空的注替速度及流变性能进行确定；QA增塑剂的加入可以显著改善水泥石的韧性，LT-1降失水剂、SW-3早强剂和SXY分散剂与QA增塑剂具有很好的配伍性，开发的防气窜水泥浆基础配方可以用于天然气固井；采用聚晶金刚石材料提高扩孔刀片的强度和耐磨性，采用了加长工具提高整体稳定性，设计具有燕尾槽形的安全防脱结构提高了扩孔工具的安全性；防气窜水泥浆体系及改进后的工具现场试验效果显著。