海上油气资源是全球石油资源组成的重要部分之一,由于深水钻探开发油气资源相比陆上开采条件更为严苛,技术也更为复杂,其中井底流至井口的高温流体通过井壁多层传热至密闭环空中导致的环空圈闭压力上升问题是深水油气井生产测试过程中面临的主要问题之一。针对深水开发油气田过程中遇到的圈闭压力问题,国外形成了较为成熟的治理方法,由于国内研究起步较晚,尚未形成完全自主的综合治理措施。因此,为快速打破国外技术垄断,研究深水油气井环空圈闭压力的预测与控制技术对形成国内圈闭压力综合治理措施的迫切需求有着十分重要的意义。结合井筒温度压力计算及评价方法,建立深水油气井井筒温度预测的瞬态和拟稳态模型;通过调研国内外深水井井身结构以及生产现状,推荐采用瞬态传热模型对环空温度进行求解,瞬态传热模型由于整个传热过程都与时间有关,且同时考虑径向和轴向的热传导。根据产出天然气的温度分布可以看出,瞬态传热模型计算结果与实测结果更为接近,其最大误差约为3%,而拟稳态传热模型的最大误差超过了 7.5%;由于考虑了轴向传热的影响,瞬态传热模型计算结果并不会出现拟稳态传热模型计算结果中的分段不连续曲线,与深水油气井实际温度分布更加一致。针对深水油气井井筒环空圈闭压力问题,建立了耦合环空体积-温度的密闭环空压力预测模型,并推导出连通环空的压力预测模型。并从生产措施、环空液物性参数和不可控因素三个方面研究了环空圈闭压力的影响因素。环空圈闭压力随生产时间增加而增加,特别是在生产初期环空压力迅速上升,并超过环空最大许可压力;环空圈闭压力也随产量增加而增加,在产量较低时(低于100万方/天),控制产量可有效缓解环空圈闭压力,但考虑到经济效益,产量应保持在较高水平,则需采取环空圈闭压力治理措施对环空压力进行控制;环空液的膨胀系数越高,压缩系数越小,导热系数越高,环空圈闭压力越大;地温梯度越高,环空圈闭压力影响越大;环空圈闭压力随着环空长度增加而上升,而其他环空的压力变化影响较小。以环空圈闭压力预测模型为基础,结合套管强度分析和环空最大许可压力计算方法确定环空泄压工具工作阀值,并以此建立环空圈闭压力控制模型。以南海LS某井为例,对不同工况下的环空压力控制过程进行模拟。在生产测试初期,各环空圈闭压力快速上升,且各环空均在数小时内超过环空最大许可压力;关井后温度恢复至地温梯度,环空圈闭压力消除;当再次开井生产后环空圈闭压力迅速升高并超过环空最大许可压力,应用环空泄压工具结合生产管柱和生产套管之间的A环空相连的井口环空泄压阀将膨胀液体排出,缓解环空圈闭压力;在生产测试、关井恢复和开井生产的过程中,环空压力始终保持在环空最大许可压力之内。