在油气钻井过程中,由于钻井设计不合理或施工操作不当,就可能会发生溢流,如果控制不及时或者控制失败就可能会形成钻具位于井底、钻井液被喷空的空井工况。在空井压井过程中,如果压井参数选择不准确或者井底压力控制措施不当就会引发井喷失控或者井漏等复杂井下事故,而目前主要根据经验来确定压井参数和压井工艺,压井成功率往往不高。因此,有必要对空井压井过程中井底压力的动态变化特征及压井过程中井底压力的控制方法进行研究,为空井压井工艺措施提供指导,提高压井成功率。针对钻具位于井底且钻井液被喷空的空井工况,本文基于井控理论、渗流理论及多相流理论,通过建立空井压井物理模型,推导了井底压力计算的数学模型和压井相关参数的计算模型,根据前人实验验证了本文井底压力数学模型。分析了压井液进入环空前,井口套压对井底压力和地层出气量的影响,同时分析了压井液进入环空后到气液两相混合物到达井口的过程中,不同压井参数(排量、密度、井口套压)下,井底压力、地层出气量以及气液两相混合物高度随压井时间的变化规律。根据井底压力的变化规律,提出了空井压井井底压力控制方法。在充分分析井底压力、地层出气量随压井时间变化的基础上,提出了先清水后正常密度压井液压井法和先重浆后正常密度压井液压井法,并分别研究了这两种方法下井底压力随压井时间的变化规律,对比分析了两种压井方法的适用条件及优缺点;最后根据理论模型编制了空井压井井底压力动态特征分析软件。利用编制的软件对空井压井过程进行了模拟分析,结果表明:在压井液进入环空之前,井底压力随着井口套压的增大而增大;地层出气量随着井口套压的增大而减小;井口套压越大,有助于后期对空井的控制;当压井液进入环空后,压井液密度越高,压井排量越大,井口套压越大,那么气液两相混合物到达井口时,井底压力越大,地层出气量越少,压井越容易成功;相同条件下,井口套压越大、压井液密度越大,气液混合物到达井口的时间越长,泵入的压井液越多,越有利于压井。在井底压力平衡地层压力前,为使井底压力尽快平衡地层压力,应通过调节节流阀控制井口套压维持在较大值不变,最好为最大许用井口套压;在井底压力平衡地层压力平衡后,应通过调节节流阀控制立管压力来维持井筒内压力平衡。采用先清水后正常密度压井液压井法,虽然泵入清水阶段井底压力很难平衡地层压力,但是可以增加正常密度压井液进入环空时的初始井底压力,减少了用于平衡地层压力的正常密度压井液用量,从而节省了成本;在井场配备有高密度压井液时,采用先重浆后正常密度压井液压井法,可以节省用于平衡地层压力的压井液量,但在压井液未进入环空阶段,由于井底压力较低,立管压力下降的幅度较大;最后结合对空井压井的特点,给出了空井压井的保障措施。本文所建立的空井压井井底压力计算模型不但可以预测不同压井参数下井底压力的变化规律,还可以指导压井过程中井底压力的控制工作,为成功压井提供理论依据。