固井过程中需要提高水泥浆顶替效率。传统顶替方式为轴向一维顶替，该理论较为完善，但很难将近壁泥浆、虚泥饼驱替干净。螺旋流顶替理论可以克服这一缺点，提高顶替效率。

1986年美国阿莫柯石油公司首先在井下成功使用了套管刚性旋流扶正器，提高了固井质量。1994年中国实验研究发现旋流强度与导叶角、流量、流程等有关，提出了套管装有旋流扶正器的环空流场理论与实验研究。

当流体达到紊流，流体流速剖面分布平缓时，有利于顶替液对被顶替液的轴向均匀顶替，而不发生顶替液的舌进现象。该顶替方式一度被认为是最有效的顶替，因此设计者通常首先按紊流顶替进行设计。但水泥浆的黏度大，形成紊流时的压降大，还受地层的承压能力和机泵能力的限制，紊流边界层流速很低、驱动能力弱，尤其是不规则井眼局部易形成回流，造成泥浆滞留，使第二界面水泥胶结质量差。

塞流运动的一大特点是流体流速剖面非常平缓，顶替液对被顶替液进行塞流运动时，二者间不发生相互掺混，有利于提高顶替效率。这项技术多应用于井壁疏松地层和井下压力安全窗口窄的封固段固井。但顶替液往往受其流变性能的可调性限制，要形成宽流核、高流速的塞流顶替难度很大。低速塞流顶替通常造成驱动力弱，无法清除边壁高黏附的泥浆、虚泥饼。小流核、高流速的塞流顶替往往造成顶替液舌进，不利于顶替。

因层流顶替技术易造成顶替液舌进现象，使顶替液与被顶替液之间相互掺混，为此提出使用有效层流顶替技术克服这一缺点。有效层流顶替是指利用顶替液与被顶替液的流变形差异和密度级差，使顶替液与被顶替液之间互不掺混，而形成均匀顶替。这种顶替理论逐渐被更多的设计者和作业者接受和采用。但是达到有效层流顶替套管居中度必须要高，而且存在与一维顶替同样的缺点，即对边壁的高黏附泥浆及虚泥饼清除效果差，也无法解决变径、不规则井眼造成的回流。

顶替液螺旋运动的周向流速对井壁增加周向剪切驱动力，易于携带近井壁的泥浆和冲刷井壁上的泥饼。特别是在变径处及对因套管偏心造成的窄边的泥浆顶替，这种效果会更加明显，再结合轴向流的轴向驱替，形成周向流携带与冲刷和轴向流的轴向驱替联动作用，可提高顶替效率。因增加了主流对井壁的接触面积，故有利于在较低流速下有效清除钻屑和泥浆。

螺旋流顶替理论对泥浆的完全顶替提供了理论依据和现实可能。在固井技术中，提高对泥浆的顶替效率是至关重要的。只有充分替净，才能保证水泥环与地层和套管的良好胶结。