油气井完整性是实现深水油气资源安全高效开发的重要前提。由于井身结构和固井技术的限制,深水油气井中存在多层次的含液密闭环形空间,产生由环空液体热膨胀导致的密闭环空压力,严重危害深水油气井的安全,引发了一系列的重大安全事故。为有效控制密闭环空压力所带来的风险,本文开展了深水油气井密闭环空压力的预测分析、风险评价和调控研究。基于对深水油气井结构特点和井筒内传热过程的分析,建立了用于计算多层次密闭环空压力的体积平衡矩阵和基于井筒-地层耦合传热的环空温度计算模型,分析了环空液体性质、地层性质和生产参数等因素的影响,引入了全新的无因次评价指数,比较了可控影响因素的敏感性。在预测密闭环空压力的基础上,开展了环空带压条件下井筒完整性评价。建立了基于摩尔-库伦准则和位移连续性原则的水泥环-套管-地层系统应力与位移计算模型,评价了环空压力波动情况下的水泥环-套管界面完整性。考虑密闭环空压力对套管三轴应力和强度的影响,建立了基于安全系数的套管柱强度可靠性评价方法,分析了密闭环空压力对套管完整性的影响。基于影响因素敏感性的评价结果,对调控措施进行了归类和对比,对三种典型控制措施的调控效果和关键参数进行了优化分析。建立了隔热管材控制密闭环空压力的设计方法,分析了隔热管材下入深度、隔热性能及地层性质和产量等因素对调控效果的影响。设计了一种具有双层管壁结构内置泄压空间的套管,分析了该套管调控密闭环空压力的机理和可行性,评价了其调控效果,建立了优化设计方法和流程。建立了基于体积平衡和质量守恒的氮气控制密闭环空压力计算方法,研究了氮气注入量、地层性质、产量和水深等因素对调控效果的影响。基于对水泥环密封完整性破坏机理和高压气体窜流过程的分析,建立了含液环空持续环空压力计算模型,分析了持续环空压力的变化规律,在分析影响因素的基础上提出了防控措施。研究表明,密闭环空的有限体积和热膨胀的环空液体之间的矛盾是产生密闭环空压力的根本原因。深水油气井环空温度的上升和压力的累积主要集中在投产初期,随着生产时间的增加逐渐趋于平缓。井筒内流体作为传热介质和压力载体对密闭环空压力有着显著的影响。密闭环空压力的波动致使水泥环发生不可逆的塑性变形,在水泥环-套管界面产生微环隙,致使水泥环的密封完整性失效。套管管柱的挤毁薄弱点和屈服薄弱点出现在井口附近,随着密闭环空压力的上升,套管柱由上而下逐渐进入危险区域。现有的调控措施主要是通过控制环空液体温度、释放环空热膨胀液体和提高环空液体的压缩性来降低密闭环空压力,在调控成本、效果、施工难度和可靠性等方面存在差异。分析表明,隔热管材、双层管壁套管和环空注氮能够有效降低密闭环空压力。其中,隔热管材存在最佳下入深度,双层管壁套管能够彻底消除密闭环空压力,环空注氮对密闭环空压力的调控存在极限值。以上措施的调控效果均受到地层性质、产液量和相关措施参数的影响,氮气调控效果还受到水深的影响,通过优化设计可以降低调控成本。持续环空压力的变化可分为快速上升期和平稳上升期两个阶段。通过优化环空液体参数和水泥环性质可有效控制持续环空压力的上升速度及最大值。