本论文针对我国南海深水油气田开发钻探的需要,以国家973项目“海洋深水油气安全高效钻完井基础研究”子课题“深水海底井口-隔水管-平台动力耦合响应特征及隔水管系统失效机理”为依据,以深水钻井隔水管系统为研究对象,开展复杂海况条件下系统极值响应预测研究、分析不同时空尺度下海洋环境复杂载荷与海底隔水管的联合作用,结合南海不同海洋状况数据建立和优化深水钻井隔水管有限元模型,进而开展长期极值响应的预测研究,利用预测结果获得整个使用寿命内可承受的最大弯矩负荷,为南海油气开发,钻井隔水管系统的设计和进一步安全使用提供一定的参考借鉴,具有良好的研究价值和工程应用前景。主要研究进展和成果总结如下:(1)隔水管系统结构极限载荷响应预测方法研究:通过对比极限载荷结构响应的不同预测方法及原理,结合现实条件以及目标平台结构工作受力状态分析,提出对深水钻井隔水管系统进行长期极值响应估计的概率环境等值线法。探究和确定概率环境等值线方法的原理及相应公式手段,梳理方法流程,再结合目标结构海洋环境分布相应参数和有限元软件,编写程序绘制给出可用的概率等值线图,为后续极值响应预测研究做准备。(2)隔水管系统极值响应模型时域动态分析研究:研究深水钻井隔水管系统时域响应分析方法理论,研究目标结构工作状态下的环境载荷条件,结合有限元软件,基于波浪谱提出有效波高和谱峰周期两参数定义的波浪和平台运动环境载荷模拟方法,并通过算例验证分析。研究深水钻井隔水管-井口系统的整体结构、性能、各部件之间的相对物体关系及原理,建立和简化深水钻井隔水管系统极值响应预测有限元模型,进行时域动态响应算例分析,对比规则波和不规则波作用下的隔水管系统时域动态响应结果,验证和确定随机波浪下的时域动态响应分析法。(3)基于概率等值线法的隔水管系统长期极值响应预测研究:基于概率等值线区域上的不同波浪参数条件,进行3-h非线性时域仿真生成弯矩极值响应数据,寻找确定最差海况的波高及周期数据。在最差海况的随机波浪载荷条件下进而多组时域动态仿真,获得多组的弯矩响应数据样本。建立Gumbel极值分布函数模型,采用概率坐标纸对模型进行检验,并结合蒙特卡洛模拟法进行Gumbel参数的不确定性研究,完成长期极值响应的预测。完善整理和提出了应用于钻井隔水管系统的概率环境等直线法,供工程参考。(4)深水钻井隔水管系统动态响应参数敏感性研究:综合考虑了不同种参数对钻井隔水管的时域动态响应结果的存在的不同影响,结合正交试验法和对应的极差方差分析,对包括钻井平台初始偏移量、张力器系统所提供的顶部张力、海流流速以及立管自身的外径和壁厚在内的可能影响时域动态响应结果的参数条件,以弯矩、应力、横向变形三个极值响应作为参考结果,进行敏感性分析。