目前关于水平井固井顶替钻井液滞留问题的研究主要采用室内实验、现场数据统计以及利用CFD软件进行模拟三类方法，但是对于水平井层流顶替时钻井液的滞留原理以及滞留层边界位置的定量描述还很少。本文依据壁面剪应力理论，结合顶替界面的平衡条件建立了水平井固井环空钻井液的力学平衡方程。通过分析钻井液发生滞留时的临界条件，结合建立的力学平衡方程，分别求解了套管壁以及井壁处钻井液发生滞留时的径向边界位置。建立了宾汉流变模式、幂律流变模式水泥浆驱替下的钻井液滞留层边界位置计算模型，求解了不同水泥浆流变模式下的钻井液在近套管壁一侧和近井壁一侧的滞留厚度分布方程，结合实际数据，对比了在不同流变模式水泥浆的顶替情况下，钻井液的滞留层厚度随偏心度的变化规律。通过以上的研究，给出了水平井固井顶替钻井液的滞留机理。求解了在水平环空中钻井液发生滞留时的径向边界位置以及对应的滞留层厚度。通过对钻井液滞留位置的细化，明确了水平环空中钻井液具体各角度下的滞留分布状况，使固井施工采取的措施更具针对性，为提高水平井的固井顶替效率和固井质量提供了有力保障。