油气田生产过程中,井筒温度场在高温地层流体的影响下会重新分布引起环空压力上升,严重威胁管柱的安全及井筒完整性。本文为准确计算开采过程中井筒温度场与环空压力,考虑密闭环空液固相沉降的因素,分析固相沉降对井筒温度场与环空压力的影响规律,并结合所得出的影响规律,给出控制环空压力的推荐做法。主要研究内容如下:考虑井筒温度、压力变化对井筒流体物性的影响和温度-压力耦合效应,结合能量守恒原理和半瞬态传热理论,建立不考虑固相沉降的井筒温度场的计算模型,得到井筒温度场计算函数。在此基础上运用多套管环空压力体积耦合机理,分析井筒温度场引起的环空压力变化。基于流变学及沉降浓缩理论等相关知识,建立了环空液的一维沉降模型,并运用MATLAB编制出相应的计算程序,分析了环空液的沉降规律,重点分析了环空液沉降后热物性参数随井深的变化。在不考虑固相沉降的井筒温度场与环空压力计算模型的基础上,结合环空液的沉降规律及其导热系数与井深的关系,建立了考虑固相沉降的井筒温度场函数,分析固相沉降对井筒温度场和环空压力的影响。通过以上研究发现,沉降临界面平均每年下降约环空总高度的6%,而压缩临界面平均每年上升约环空总高度的3.3%。考虑固相沉降的情况下,随着井深的增加,环空液的导热系数在增大。环空液固相沉降会使井筒温度场和环空压力增大,当环空液沉降时间为10年时,环空的平均温度最大可增高6.8℃,环空压力最大可升高6.5MPa。为了避免环空压力过高对井筒安全性造成的破坏,提出了安装隔热管柱来降低环空压力的具体设计思路,设计出可以满足API RP 90作业要求的环空压力监测及控制装置,研究结果可以为国内环空压力控制及井筒安全评价提供理论参考,也为生产前管柱的安装以及生产参数的设计提供依据。