本文针对水平井固井顶替的特点,基于实验基本假设和相似原理,确定了顶替实验装置的设计参数,根据实验液体不同的密度差和流变性的需求配制出性能稳定的相似液,采用流动显示的方法建立观测水平段顶替过程的实验系统。物理实验采用控制单因素变量的研究方法,参数设置包括顶替密度差、套管居中度、n值、k值和顶替排量,通过流动显示观测出顶替界面的发展过程,得出不同居中度、密度差、被顶替液流变性条件下顶替界面长度和顶替效率随顶替时间的变化规律,以及不同顶替排量下顶替界面和顶替效率随顶替长度的变化规律。借助计算流体力学软件Fluent进行数值实验,模拟了幂律流体的顶替界面在长尺寸水平段中固井顶替的发展过程,通过计算获得了不同居中度、密度差、水泥浆流变性和隔离液流变性条件下顶替界面长度和顶替效率随顶替时间的变化规律,以及不同排量下顶替界面和顶替效率随顶替长度的变化规律。