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(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.陕西省陆相页岩气成藏与开发重点实验室(筹)，陕西西安 710075)

在固井过程中，顶替效率的高低对固井质量的好坏起到了至关重要的作用。对于顶替，大多数情况下紊流的顶替效率要比塞流和层流要好得多，但是因为水泥浆的黏度大，形成紊流需要的压降大，在许多情况下难以实现，比如低压易漏地层，不得不采用层流顶替。对于直井层流顶替，固井实验室室内试验和前人的数值模拟结果表明，在不同的偏心度、密度差、顶替速度和流体性能的影响下，环空中顶替界面会出现稳定或者失稳的情况[1-5]。但是从大多数现场施工结果来看，混浆段(界面)并不是一直存在的，最终会有纯水泥浆的返出，由此可以认为界面即使在顶替开始时失稳，其长度也不是无限拉长的，会在变化到一定程度后达到稳定。但这种变化过程并不是在瞬间完成的，而是在一定条件下顶替一段时间后才逐步形成的动态稳定界面。此过程中较长的流体流动距离使得实验室模拟试验无法对其进行直接观察，所以运用数值模拟软件进行长距离的顶替界面数值模拟研究是一种非常有效的方法。研究顶替界面达到稳定的流动时间、流动距离以及稳定界面长度对前置液的密度、用量设计和提高水泥浆顶替效率具有指导性意义。

1 顶替界面分析

在顶替过程中，当套管存在偏心时，顶替界面上宽间顶替隙速度大于窄间隙速度的顶替速度[6-8]，所以宽间隙的顶替界面会高于窄间隙的顶替界面[9]，如图1所示。……