本论文针对目前深水钻井隔水管耦合系统动力学有关问题,以国家重点基础研究发展计划(973计划)课题“深水海底井口-隔水管-平台动力学耦合机理与安全控制”、国家油气科技重大专项子课题“深水隔水管-水下井口全寿命完整性技术及工程应用”和国家自然科学基金资助项目“深水钻井隔水管多体系统动力学及反冲控制研究”为依托,结合我国南海自然环境和现场作业需求,以深水钻井隔水管耦合系统为研究对象,系统开展深水钻井隔水管耦合系统动力学特性分析及应用研究。在深水钻井隔水管耦合系统动力学分析模型、深水钻井隔水管系统流固耦合分析方法、深水钻井隔水管耦合系统动态性能实验等方面取得进展,完善并丰富了深水钻井隔水管耦合系统动力学理论,可为我国南海深水钻井隔水管耦合系统安全高效作业决策提供技术支持。主要研究进展总结如下:1深水钻井隔水管耦合系统动力学建模充分考虑平台、张紧器、隔水管等结构的耦合作用,重点解决隔水管系统模型边界处理问题,建立深水钻井隔水管耦合系统动力学分析模型;进一步将深水钻井平台的六自由度运动模型引入到隔水管系统的数值模型中,精准确定钻井隔水管系统的边界条件,更加准确地分析隔水管耦合系统在波浪、海流联合作用下的动力学特性;解决了传统分析方法中忽略张紧器系统耦合作用以及边界条件施加简化等问题,提高隔水管耦合系统的分析精度,揭示了平台运动传递规律;建立紧急脱离下的深水钻井隔水管耦合系统瞬间回弹动力学模型,分析不同因素对隔水管耦合系统紧急解脱后瞬间回弹的影响;通过对比隔水管耦合系统静态分析和动态分析结果,揭示了隔水管耦合系统相互作用规律,准确预测隔水管耦合系统的动力学响应。2深水钻井隔水管系统流固耦合分析建立深水钻井隔水管系统结构振子和尾流振子之间的耦合方程以及深水钻井隔水管耦合系统动力学分析有限元模型,考虑结构-流体耦合对隔水管系统涡激振动的影响,对耦合方程在时间和空间维度内进行动态求解;通过尾流振子模型计算每个时间段的隔水管系统涡激升力,迭代代入隔水管系统结构振子模型;采用Newmark法对隔水管系统结构振子模型进行动态求解,计算隔水管系统的位移、速度和加速度,将隔水管系统最新的加速度信息反馈给尾流振子模型;从而通过循环迭代完成隔水管系统涡激动力学分析,通过耦合方程解耦分析得到深水钻井隔水管涡激振动位移响应以及升力变化,形成深水钻井隔水管系统流固耦合分析方法。3深水钻井隔水管耦合系统动态性能实验研究依据相似准则,进行深水钻井隔水管耦合系统实验设计,搭建均匀流作用下的深水钻井隔水管耦合动力学实验系统,形成深水钻井隔水管耦合系统动态性能实验方法,探究深水钻井平台、隔水管系统、水下井口系统之间运动相互耦合作用规律;开展隔水管耦合系统在均匀流场作用下的模型实验以及隔水管耦合系统底部紧急解脱模型实验,验证深水钻井隔水管耦合系统数值分析模型的准确性和可靠性,揭示深水钻井隔水管耦合系统相互作用机理;通过数值分析和实验验证,完善隔水管耦合系统动力学分析模型和流固耦合分析方法,为深水钻井隔水管耦合系统的设计与分析和安全作业提供技术支撑。4深水钻井隔水管耦合系统作业可靠性评估采用贝叶斯正则化神经网络(BRNN)和最小二乘支持向量机(LSSVM)进行隔水管耦合系统动力响应预测分析,根据两种算法预测分析结果并采用相关评价标准选出适合预测隔水管耦合系统动力响应的最佳算法模型,用以提高隔水管耦合系统动力学响应预测精度和计算效率;根据海洋环境统计数据对相关环境分布参数进行拟合,充分考虑深水钻井隔水管耦合系统作业环境载荷参数(有效波高、跨零周期、海流流速等)的不确定性、相关性以及随机性,高效、精确预测隔水管耦合系统动态响应结果;以拉丁超立方抽样方法生成多组海况数据作为隔水管耦合系统作业海况模拟数据,根据各海况条件采用基于BRNN的深水钻井隔水管耦合系统动力响应预测模型进行分析,以预测结果作为分析数据,计算所得深水钻井隔水管耦合系统作业可靠性为99.99%。5深水钻井隔水管耦合系统动力学应用研究根据深水钻井隔水管耦合系统动力学模型,分别建立动力定位和锚泊定位两种模式下的隔水管耦合系统随机振动力学特性分析方法及疲劳损伤评估方法,开展隔水管耦合系统随机振动疲劳损伤评估,准确判别不同平台运动对隔水管耦合系统疲劳损伤的影响;研究筋腱断裂状态下张力腿平台钻井隔水管耦合系统瞬态响应分析方法,建立张力腿平台-筋腱-立管耦合系统动力学分析模型,分析TLP、筋腱和钻井隔水管耦合系统等的瞬态响应特性;建立内孤立波作用下的深水钻井隔水管耦合系统模型,依据作业安全界限和分析流程确立隔水管耦合系统的作业窗口。