随着世界各国对能源需求的不断增长,陆上和海洋浅水区油气勘探程度稳步提高,海洋深水已经成为全球油气资源接替的重要领域。受海洋环境的影响,深水钻井面临的主要钻井风险是井控风险。为提高深水井控的安全性,需要更真实地描述关井期间井筒压力变化,保证关井期间井筒安全。因此,对深水钻井关井过程井底压力进行研究具有重要意义。本文对环空气泡在膨胀和脱离阶段进行了受力分析,建立了膨胀阶段和脱离阶段的气泡体积数学模型,分别计算了孔喉大小、井底压差、钻井液密度以及表面张力对气泡生成尺寸的影响;以热力学为依据,研究流体与地层和海水之间的热交换机制,根据热力学第一定律,建立了井筒静止温度场模型,并用解析法求解静止传热模型,分析了静止后任意时刻的井筒温度分布规律;对脱离井壁进入环空的气泡进行受力分析,结合真实气体状态方程以及井筒静止温度场,建立了气泡在环空上升过程中体积随时间变化的控制方程组,分析了关井条件下气体沿井筒上升的膨胀规律;根据连续性方程及气体体积随时间变化的控制方程组,考虑关井期间井筒内气体和钻井液的压缩性,建立关井期间井筒续流压力模型;考虑关井气体滑脱上升期间气体的膨胀、气体和钻井液压缩性及钻井液滤失等因素,建立了关井期间气体滑脱井底压力预测模型;然后综合考虑续流和气体滑脱的影响,建立关井期间井底压力计算模型。在理论研究的基础上,分析了溢流体积、地层渗透率、气体滑脱速度以及泥饼渗透率对井底压力的影响;在考虑含气量的情况下,根据动量方程和连续性方程,推导了气、液、固三相水击波速方程,分析了气相含量、固相含量、套管壁厚与套管内径的比值对水击波速的影响;根据牛顿第二定理推导出环形空间水击运动的基本方程,根据质量守恒定律推导出环形空间水击的连续性方程,计算了不同阀门关闭时间及不同气侵量情况下,水击压力随时间的变化规律。模拟计算结果表明:气泡初始生成体积随着孔喉直径、井底压差、以及表面张力的增加而增加,随着钻井液密度的增加而减小;在地层段,气体膨胀缓慢,进入节流管内气体迅速膨胀,越接近井口,体积膨胀越厉害;随着静止时间的增加,节流管段流体和地层段井筒流体的温度变化趋势相反;关井期间,井底压力恢复到地层压力的时间随着溢流体积增加而增加,随着地层渗透和气体滑脱速度的增加而减小;泥饼渗透对井底压力的影响是从井底压力大于地层压力开始的,考虑泥饼渗透的影响更有利于准确描述井底压力的变化;气相含量是影响水击波速的重要因素,少量的气体含量就能使水击波速大幅度减小,但当气相含量超过某一临界值后,随着气相含量的增加,水击波速变化很小;在防喷器处产生的最大水击压力要大于井底套管鞋处的最大水击压力;水击压力随着阀门关闭时间的增加而减小,水击压力会随着气相含量的增加而减小。