海洋石油天然气资源储量巨大,而且大量埋藏在海洋深水区,在国内外备受关注。由于深水条件的限制,水下井口难以安装常规的泄压装置,无法释放生产过程中由于环空液体受热膨胀产生的环空压力,严重时可能导致套管挤毁事故。本文结合深水油气井井身结构特点,考虑套管以及地层之间的热量传递,建立了多层环空温度预测计算模型,利用半稳态法求解了环空温度分布,并讨论了产量、生产时间、地温梯度、水泥环及环空液体导热系数对环空温度的影响。结果表明:在生产初期,环空温度迅速上升,经过长时间的生产后,环空温度逐渐稳定;当油气井产量较小时,环空温度受产量变化的影响较大;随着产量逐渐增大,温度分布受产量变化的影响逐渐变小。利用弹性力学建立了受内外压作用下的套管位移计算公式,考虑套管和环空温压耦合作用以及环空非线性热膨胀系数和等温压缩系数的影响,建立了水下井口多层环空增压分析模型,并采用迭代法求解了环空压力;在此基础上分析了产量、生产时间、地温梯度、水泥环及环空液体导热系数对环空压力的影响。结果表明:环空压力会随产量上升逐渐增加,但增加趋势逐渐平缓;流体热膨胀系数和环空流体导热系数越大,环空压力越高;水泥环导热性能越强,环空温度平均温度变化越小,环空压力越低;地温梯度越大,B环空和C环空压力越高,但A环空压力会出现小幅度下降。对目前常用的保温油管和注氮气法控制环空增压进行了理论分析,证明了这两种方法的可靠性。