我国稠油资源储量丰富,多采用热采方式进行开采。注热蒸汽过程中热量向周围管柱及其之间环空传递,引起管柱和环空中流体的温度升高,进而产生管柱轴向热应力,环空圈闭压力升高,对生产管柱完整性产生很大影响。因此,研究稠油热采井温度场,揭示环空圈闭压力形成机理,探究注蒸汽工况下生产管柱受力载荷变化规律,有利于实现对生产管柱完整性的有效保障。本文首先应用传热学相关理论,结合能量守恒定律,建立热采水平井各层管柱及环空流体温度场计算模型,对注蒸汽作业工况下的温度场进行预测。温度场实例计算发现,受地层温度影响,注蒸汽工况下C环空平均温度升高高于其他环空,井筒内流体温度下降速率不断降低。基于建立的温度场,综合考虑管柱轴向热应力、多环空耦合作用、封固段套管位移等因素对环空体积的影响,建立双封隔器多环空圈闭压力升高预测模型,对油管Mises应力和封隔器承受能力进行校核。通过实例计算发现,C环空圈闭压力随质量流量升高速率高于其他环空;油管Mises应力在屈服极限范围内,但安全系数较低,封隔器上下压差未达到其承受极限,无安全隐患;采取注入N2措施后,环空压力升高降低44%,油管安全性提高。结合生产管柱轴向温度的变化规律,设计热补偿器非等间距安装方法,优化热补偿器安装位置。案例分析发现,热补偿器非等间距安装法提高了生产管柱安全系数。为验证及修正建立的多环空圈闭压力升高预测模型,本文设计了环空圈闭压力升高模拟装置及实验方案。