工程实践表明,节流压井技术对于压力安全窗口较大的渗透性储层(如砂岩储层)应用效果良好。但是,近年来节流压井技术对于压力安全窗口较小的压力敏感性储层(如裂缝性储层高压气井)多有压井失败的案例,成为严重影响井控安全的重大难题。另外,随着压井失败案例的增加,在实施放喷泄压时,由于高速含砂气流长时间冲刷对井口装置的冲蚀损伤案例也在增加,成为严重影响井控安全的潜在风险。调研分析表明,必须提高节流压井井筒压力控制精度,才能满足压力敏感性储层的要求,提高压井成功率;必须对井口装置冲蚀损伤情况进行实时评价,才能有效规避井控安全潜在风险。但目前还没有成熟的解决方案。解决上述问题的难点在于:1)溢流条件下井筒环空初始状态未知,既没有完善的数学模型,也没有求解数学模型相应的计算方法;2)节流压井工况下井筒压力动态变化规律未知,既没有完善的数学模型,也没有求解数学模型非常规动态待定边界问题的计算方法;3)放喷泄压工况下井口装置冲蚀损伤情况未知,既没有完善的数学模型,也没有求解数学模型所需有限元数值模拟计算方法。因此,本文针对节流压井和放喷泄压特定工况,系统地开展了井筒环空初始状态反演、井筒压力动态响应计算、井口装置冲蚀损伤模拟等研究。依据气液两相流动原理,建立了溢流条件下井筒环空初始状态物理模型和数学模型,提出了求解数学模型的反演方法,能够准确掌握溢流关井井筒环空初始状态,成功解决了井筒环空初始状态计算难题。计算结果表明,数学模型及反演方法计算结果更加接近工程实际情况。依据气液两相流动理论,针对节流压井过程(溢流物混相段沿井筒环空向井口的运移或排出),建立了井筒状态物理模型和井筒压力动态响应数学模型,并确定了数学模型定解条件的非常规动态待定边界问题。针对非常规的动态待定边界问题,提出了求解节流压井井筒压力动态响应数学模型的计算方法,依据有限差分原理,采用合理的网格划分、计算过程的逐步迭代进行求解,确定节流压井井口套压动态响应规律,成功解决了非常规动态待定边界的计算难题。基于节流压井过程井筒压力动态响应计算方法,通过计算井口套压的动态响应规律,对比实验井实测数据,证明了数学模型及计算方法的可靠性,可以用于实施精准的井筒压力控制。基于节流压井过程井筒压力动态响应计算方法,对影响因素进行了分析,结果表明:压井排量的变化对最大井口套压出现的时间影响非常明显;溢流物的组分变化对最大井口套压有一定影响,施加合理的井口套压能够有效抑制溢流物在近井口位置处的相态突变行为,避免由相态突变而引起的井控安全问题。依据气固两相冲蚀理论,建立了放喷泄压工况井口装置冲蚀数学模型,利用Fluent软件对井口装置冲蚀损伤进行了数值模拟计算,结合室内台架实验数据进行对比分析,结果证明了冲蚀损伤数学模型的可靠性。本文采用系统论的观点与方法,构建了完整的井控安全技术保障体系,以期实现确保节流压井作业安全与成功的研究目的,这对于解决严重影响井控安全的重大难题具有重要的实际意义。