固井是油气井开发过程中至关重要的一步,固井质量的好坏直接关系到油气井的使用寿命。目前很多油气井都存在环空气窜及带压现象,增加了油气井安全生产的风险,提高顶替效率是保证固井质量的主要措施之一。因此,本文对注水泥顶替效率及泥饼冲刷进行了研究,具体内容如下:(1)选取赫巴流变模式进行研究,利用环空流体流动特征,对钻井液微元体进行受力分析,建立钻井液滞留模型,通过因素分析得出套管偏心度是造成钻井液局部滞留的主要原因,降低顶替流体屈服应力或提高施工压力梯度可防止钻井液的整体滞留。(2)利用一维平板流顶替模型,分析偏心环空中顶替界面的动态变化规律;利用Hele-Shaw模型推导偏心环空稳定顶替界面形状描述模型;通过Fluent软件模拟顶替界面的演化过程,得出顶替界面的变化规律。(3)利用壁面剪应力理论,得到偏心环空井壁剪应力的分布规律;对单个泥饼颗粒进行受力分析,得到泥饼颗粒临界起动剪应力,从而建立泥饼冲刷模型,并分析各因素对泥饼可冲刷性的影响,通过影响因素分析得出泥饼粒径小于0.1mm,减小泥饼上压差,增大施工排量有助于提高泥饼可冲刷性。(4)将钻井液滞留模型、顶替界面模型以及泥饼冲刷模型相结合,利用C#软件进行编程,对封固井段顶替效率进行综合评价。通过注水泥顶替效率及泥饼冲刷研究,完善了固井水泥浆顶替理论,有助于提高井筒完整性,改善固井质量,可望为现场顶替效率及固井质量预测提供参考。