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摘要
套管偏心是决定注水泥环空流速与流态演化的关键因素，进而制约了顶替效率的提升；优化浆柱结构是改善顶替效率的重要途径，而关于相关的理论机理未见报道。借助于计算流体力学Fluent软件，建立了不同套管偏心下水平环空3D模型，探讨了不同套管偏心下的顶替效率变化特性，结合套管偏心0.4时顶替效率差的案例，通过探究不同浆柱结构下的环空流体滞留体积分数，以推荐最佳注水泥浆柱结构。研究表明：(1)套管偏心0.1时，偏心效应与浮力作用下顶替效率优于居中工况；偏心度大于0.1后，在套管偏心与质量扩散效应耦合作用下，顶替效率逐渐降低；(2)先注入隔离液后注入冲洗液有利于充分发挥隔离液在正密度差下的顶替效果，再利用低密度冲洗液的冲刷作用，进而提高了顶替效率；(3)套管偏心时，宽边流速高于窄边，引起水泥浆从宽边提前返出，而窄边滞留大量钻井液的问题。模拟成果为偏心环空下浆柱结构设计与优化提供了重要理论依据。
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单位西南石油大学; 油气藏地质及开发工程国家重点实验室
