全球深水区存在着巨大的油气资源已是公认的事实。目前,深水钻井采用的常规隔水管钻井技术在井筒压力控制等方面存在着很大挑战,严重限制了深水油气资源的勘探开发进程。无隔水管钻井技术通过控制海底泵入口压力与海水静压相当,模拟双梯度效应,避免了常规隔水管钻井中隔水管中的压耗也作用于井底,从而可减小井底压力,有利于深水窄密度窗口地层安全钻进。同时,无隔水管钻井还可通过调节海底泵泵速对井底压力进行有效控制,因此在深水钻井中存在着一些明显优势。但目前有关无隔水管钻井的水力学基础理论还不够完善,需要进一步加以研究。对井底压力的准确计算需要更为准确的环空压耗计算模型。传统环空压耗计算模型略去了核隙比的高阶小量,这在流量较大或钻井液屈服值较小时具有较高的精度,但当流量较小或钻井液屈服值较大时则存在较大误差。建立了平板通用流量方程,通过与环空通用流量方程进行等价类比,得到了保证流量和压耗都相等的平板几何条件,并推导了不同流变模型的平板通用流量方程的具体形式。由于平板通用流量方程没有略去核隙比,因此较传统环空压耗计算模型更为准确。建立了无隔水管钻井U型管效应的微元分析法和整体分析法计算模型。微元分析法从流体微元受力出发分别推导了钻柱内和环空流体的运动微分方程,考虑一元流动可得到U型管效应总流的运动方程。整体分析法则应用不可压缩流体一元不稳定流总流的能量方程对U型管效应进行计算求解。通过建立的U型管效应分析模型研究了返出流量、钻杆内液面下降高度、泥浆池增量、持续时间和井底压力的变化规律,并对影响持续时间和井底压力的因素进行了敏感性分析。深水井高温高压窄密度窗口特点要求在计算井底压力时考虑温度的影响。建立了有钻柱阀工况下的瞬态温度计算模型以及无钻柱阀未充满工况下的拟稳态温度计算模型。在考虑温度和压力对钻井液密度影响规律的基础上,建立了无隔水管钻井ECD计算模型,为准确计算井底压力提供了理论依据。基于窄槽流动模型,考虑起下钻管柱运动速度的作为移动边界条件分别建立了卡森和罗-斯流变模型的直井稳态同心环空新的波动压力计算模型。对比现场应用的Burkhardt模型,验证了新模型的准确性。应用新的波动压力计算模型分别计算了无隔水管钻井基于卡森和罗-斯流变模型的波动压力。