针对水平井偏心环空固井的动态顶替问题，建立了考虑流态耦合与质量扩散的水平井偏心环空两相流体力学数值实验模型。应用Fluent软件对水泥浆顶替隔离液的两相非稳态流动过程进行了系统的数值模拟，得到偏心度耦合密度差的环空顶替界面形态变化规律。偏心环空宽边流速比窄边快，同时密度差造成的浮力效应使得顶替液从宽边向窄边补充，在小密度差顶替时，随着偏心度减小，顶替界面长度减小，固井顶替效率得到提高；在大密度差顶替时，套管适度偏心反而有助于获得较为稳定的顶替界面和较高的顶替效率。通过进一步分析揭示出偏心效应与浮力效应相互制约，当两种效应在力学上未达到平衡状态时，顶替界面不稳定，出现高边或者低边的指进现象；当平衡时顶替界面也趋于稳定，界面长度最短，顶替效率最高，这种界面特征正是水平井顶替施工所追求的目标，分析成果对水平井顶替施工和设计具有重要的指导意义。