本文以水泥面控制工具的关闭球在套管内二次顶替液中的运动情况为研究对象，通过对水泥面控制工具的关闭球在二次顶替液中运动的力学分析，建立任意流固密度条件下工具关闭球的运动极限末速模型。通过计算水泥面控制工具关闭球的运动时间，减小设计注入量与实际注入量的误差，达到彻底顶替套管内残留的钻井液的目的，进而预防声变测井遇阻的发生。本文主要研究直井在套管在居中以及偏心的条件下，二次顶替液分别作塞流流动、层流流动以及紊流流动三种顶替时，水泥面控制工具的关闭球与二次顶替液在任意固液密度条件下，水泥面控制工具的关闭球在套管内的运动模型，最终计算水泥面控制工具关闭球在套管中运动的时间。研究取得以下成果：一、讨论并建立了套管居中以及套管偏心时，塞流、层流、紊流三种不同顶替流态下，任意流固密度条件下，水泥面控制工具关闭球套管中的运动模型。二、计算关闭球运动的极限末速以及运动时间，经现场数据验证，证明计算结果与实际数值误差较小，对实际生产有指导意义。三、定义二次顶替效率，讨论套管偏心度、顶替液粘度、钻井液粘度、环空间隙大小对二次顶替效率的影响，优化使用水泥面控制工具的顶替参数。