伴随着国内多个大型油气田进入油气开发的中晚期,油气井环空带压的问题也愈发严重。油气井的环空带压现象,不仅严重威胁油气井的井筒安全,同时也会影响油气藏的最终采收率。本文针对由井下密封失效诱发的气井A环空压力恢复、泄放规律进行了实验研究,同时深入研究了 A环空压力恢复过程中窜流气体在环空保护液中的动态浮升行为,为工程实践中油气井的环空带压预防和治理以及环空井筒多相流问题的理论和实验研究提供参考。本文综述了国内外关于环空带压问题、气液两相流问题、环空井筒气液两相流问题和气泡在静水中浮升现象的研究现状;在此基础上分析了环空带压现象机理和环空压力恢复与泄放的经典模式。根据环空带压机理,设计了一套模拟环空井筒的实验装置,制定了环空压力恢复、泄放以及环空气泡浮升测试实验方案。进行了环空压力恢复与泄放实验,通过改变气穴高度、气窜流量以及井筒尺寸,探究环空压力恢复与泄放的实验规律。在环空压力恢复的同时,利用高速摄像机捕捉窜流气泡在环空保护液中的运动轨迹,探讨了其动态浮升特性。根据环空带压机理和实验条件,分别建立窜流气体在泄漏点处的流动模型、井筒多相流模型和气穴压力恢复模型,进行耦合计算,由实验结果验证了其可靠性。本文的研究结果表明:(1)环空压力恢复与泄放过程与气窜流量、气穴高度、地层压力以及井筒尺寸有关。气窜流量越大、气穴体积越小,环空压力恢复所需时间越短;泄漏点地层压力越高,环空最终平衡压力越高;气穴体积越大、压力越高,泄放时间越长。(2)环空压力恢复过程中的环空井筒多相流是一个瞬态的过程,随着泄漏点两端压差的逐渐减小,进入环空井筒中的窜流气体也越来越少。(3)窜流气泡在环空保护液浮升过程中,环空压力直接影响了气泡尺寸与运动速度。(4)窜流体泄漏点-环空保护液-环空气穴的耦合模型可以用于描述环空压力恢复过程、计算环空压力恢复过程中的环空井筒多相流以及预测环空压力平衡时间、最终平衡压力,并具有良好的精度。