深海油气资源勘探与开发已经逐步成为国内外油气工业发展的主趋向。海上钻井相对陆地钻井难度更大、花费更高,复杂、恶劣的深水环境对海洋石油钻井装备提出了更高的要求。深水钻井隔水管是连接海上钻井平台和海底井口装置的关键设备,起着隔离海水、形成钻井液循环通道的作用,并为钻具的下入和收回提供导向。随着海洋石油钻井作业水深的增加,隔水管的受力形式也因整体长度增长变得更加复杂,由波流作用导致的疲劳破坏问题日益突出,严重影响隔水管的国产化研究与应用。为此,本文开展了深水钻井隔水管力学特性与涡激振动研究,主要完成了以下几方面的研究工作:(1)完成了国内外钻井隔水管系统组成、环境载荷、工况参数、力学性能、涡激振动及其涡激振动抑制装置等研究资料的收集与分析,提出了本文的研究方案和思路。(2)分析了深水钻井隔水管单元力学模型,建立了平衡微分方程。通过OrcaFlex软件建立了1200m水深隔水管系统的分析模型,进行了隔水管静力与动力响应对比分析,为后文参数条件选取提供了理论依据。研究了隔水管壁厚、顶张力、钻井液密度等参数变化对隔水管固有频率的影响,为涡旋脱落频率的分析研究提供了对比依据,得到了涡激诱发振动是研究隔水管疲劳损坏的重要因素,为本文的研究指明了研究方向。(3)开展了深水钻井隔水管受环境因素和作业因素影响的参数敏感性分析,得到了不同因素变化对隔水管动态响应的作用规律。在此基础上,对关键性影响因素进行了多敏感性参数的正交分析,得到了各关键性因素对深水钻井隔水管系统刚度和强度的影响规律,为隔水管涡激振动及其抑制装置研究提供了理论依据。(4)利用Fluent软件建立了深水钻井隔水管二维绕流数值模型,研究了不同流速下隔水管的绕流流场特点、升阻力系数和涡旋脱落频率的变化规律,得到了涡激振动对隔水管不同深度下的影响情况,为隔水管涡激抑制装置的研究提供了理论依据。(5)研究设计了一种新型涡激抑制装置。在充分研究现有涡激抑制装置的基础上,结合涡激诱发振动机理设计了一种带弧形尾翼的涡激抑制装置,并进行了结构分析与优化,提高了新型涡激抑制装置的抑制效率,使该涡激抑制装置具有良好的工程应用价值及广阔的应用前景。总之,本文的研究工作对深水钻井隔水管的力学特性、涡激振动及涡激振动抑制装置研究提供了技术支持与理论指导,对隔水管设计和安全运行具有重要指导意义,将进一步推动深水钻井隔水管的国产化研究与工业应用。因此,本文的研究工作不仅具有重要的理论意义和学术价值,而且具有广泛的应用前景。