海洋蕴藏了全球70%以上的油气资源,近年全球油气新发现储量中,深水油气储量占一半以上。我国海洋油气资源非常丰富,仅南海就占中国油气资源的1/3,但其中70%储藏于深水区。相对于陆上和浅海油气井,深水井面临着特殊的海洋环境和地层条件,深水井环空压力一旦超过控制值将使井筒完整性面临失效风险并可能导致重大安全事故的发生。因此,开展深水井环空带压风险评价研究对保障深水井安全高效开采具有重要意义。通过充分调研国内外相关文献,建立了单向流和气液两相流压力场模型,实现了对油管流体压力的准确求解。在能量守恒定律和多层圆筒壁传热原理的基础上建立深水井井筒温度场预测模型。在井筒温度场的基础上,遵照体积相容性原则建立环空热膨胀压力预测模型。对于现场实际钻井和生产工况,考虑钻杆对套管的磨损和CO2气体对生产管柱的腐蚀,建立了考虑磨损和腐蚀情况下油套管剩余壁厚和剩余强度计算模型,最终为精确计算深水井合理环空压力范围提供了基础参数支持。结合相关标准和推荐做法,建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水井合理环空压力范围计算模型。其中,管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;关键节点校核主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等。而对于深水高压气井,部分工况下需要对环空预留一定压力来保证井下管柱和工具的安全运行,因此建立了环空最小预留压力计算模型,最终确定了深水井合理环空压力范围,形成了一套环空压力管理图版,并进行了实例计算与分析,得到了不考虑壁厚减薄情况下和考虑壁厚减薄情况下的各环空合理压力范围和相应的环空压力管理图版。开展了降低深水井环空带压风险措施研究,主要从降低环空温度和降低环空刚度两类降低环空带压风险的措施着手。对于通过降低环空温度降低环空带压风险的措施,重点研究真空隔热管柱和隔热液;对于通过降低环空刚度降低环空带压风险的措施,重点研究附加腔室套管和破裂盘。给出了上述降低环空带压风险措施的适用条件以及工作压力范围,并评估了上述措施单独作用和部分措施迭加作用降低环空压力的效果。研究结果可为降低深水井环空带压风险提供参考。在以上理论研究的基础上,编制一套深水井合理环空压力计算软件,该软件包含深水井井筒温度场和油管压力计算模块、深水井环空热膨胀压力预测模块、管柱抗内压抗挤强度计算模块、深水井环空带压控制值计算模块以及环空压力管理图版输出界面。通过运用该软件可以更好地管控深水井环空带压风险,保障深水井的井筒完整性。