深水海洋油气资源开发已逐渐成为世界油气资源发展的主战场。复杂的深水开采环境对海洋钻井装备提出了更高的要求,深水钻井隔水管是连接钻井平台和水下井口以及井下的咽喉通道,对深水钻完井的安全起到了至关重要的作用。深水钻井隔水管在复杂的海流环境中由于涡激振动可能产生疲劳破坏,严重影响到深水钻井隔水管的安全服役。因此开展深水钻井隔水管涡激振动机理及其抑制研究具有重大理论价值和实际工程意义。本文研究的主要内容及成果:(1)在大量调研海洋环境载荷资料基础上,利用CFD软件建立深水钻井隔水管的绕流模型,研究不同尺寸隔水管绕流流场分布、升阻力系数以及漩涡脱落频率的变化规律,得到了升力系数、阻力系数、漩涡脱落频率与流速、管径的关系,揭示了深水钻井隔水管涡激振动机理研究。(2)针对常用深水钻井隔水管结构系统,建立深水钻井隔水管系统固有频率模型,分析张力、平台偏移、浮力块、水深、管径、壁厚等对深水钻井隔水管固有频率的影响,研究结果对抑制隔水管涡激振动和避免涡激共振提供了理论支撑。(3)通过建立波浪、海流环境下深水钻井隔水管有限元力学模型,分析了一般海况和极值海况下隔水管的涡激振动响应,成功捕捉到了“锁定”现象。研究得到了深水钻井隔水管涡激响应的最大变形位置和受力位置。为现场隔水管的安全使用提供依据。(4)通对分析环境因素、平台偏移、顶部张力、浮力块对隔水管涡激振动的影响得到海面流速越大,隔水管的下部低速流区越易发涡激共振。平台偏移会加剧隔水管的涡激振动破坏。增大张力和使用浮力块能有效抑制隔水管流向上的振动,降低隔水管横向振动模态阶次和横向受力。(5)利用有限元软件建立1500m全尺寸(长径比为2800)的深水钻井隔水管与深水剪切流的三维流固耦合模型,开展不同张力下隔水管的涡激振动流固耦合研究,并从流场特征、隔水管的运动特性等方面分析张力大小对涡激振动的抑制作用,对隔水管强度设计、寿命预测以及现场应用具有重要意义。