随着陆上和浅海新发现的油田逐渐减少,深海油气资源逐渐成为国内外勘探开发的重点。对于深水油气井钻井工程而言,由于深水钻井作业所面临的海洋工程环境及地质条件比陆地和浅海更为复杂,造成海洋深水钻井作业的风险和成本远大于陆地和浅海作业。因此,提高钻井工程各阶段作业的安全性和作业时效,是节约钻井成本的重要措施。在海底浅部地层导管段和表层套管段的下套管作业过程中,套管送入管柱由于没有隔水管的保护,在海浪、海流等海洋环境载荷以及套管柱重力等联合作用下,其受力和变形会发生复杂变化,同时由于平台的升沉和偏移运动会导致管柱产生受迫振动及伴随运动,加剧送入管柱破坏的风险。此外,由于泥线附近浅部地层承压能力低,过快的套管下放速度可能产生较大的冲击载荷导致井口下沉。也可能产生较大的激动压力使得有效井底压力增加,压漏地层。为了降低浅部地层钻井下套管的作业风险,提高作业安全性,有必要对送入管柱及套管在上述作业工况下的受力变形特征以及安全下放速度进行研究。由于海洋环境载荷的作用及平台的运动,是造成送入管柱受载变形更为复杂的主要原因,为此,本文首先研究了平台在海洋环境载荷作用下的运动模型及其求解算法,并建立了深水波浪载荷、海流载荷对送入管柱作用的计算模型,分析对比了这两种主要海洋载荷的深水特性。为了研究送入管柱的受力变形情况,基于达朗贝尔原理建立了深水送入管柱力学模型和模型求解算法及强度校核方法,根据管柱轴向振动理论与深水表层套管下入工况,建立了作业管柱的轴向振动模型。为了评价套管下放时井口及井筒的安全承压条件,本文研究了井口承载力与井筒激动压力计算方法,建立了考虑升沉运动和作业管柱振动的套管安全下放速度模型。基于本文所建模型及其求解算法,结合安全下套管的工程应用需求,采用C#语言设计和开发了深水钻井下表层套管管柱载荷及安全下放速度分析软件。现场作业实例验证表明,本文模型和算法计算结果合理,软件功能稳定可靠。应用所编软件,分析了海流速度、下部套管柱重力、平台偏移量等因素对送入管柱受力与变形的影响。对比了不同的套管过提重量、钻井液参数、海浪波高、地层破裂压力等条件下的套管下放速度。结果表明:海流速度对送入管柱的受力与变形特征影响较大;下部套管柱重力越大,其变形与弯矩越小;适当的平台偏移有助于减小顶部弯矩与转角;随着导管入泥深度的增加,井口的轴向承载力逐渐增大,而随着套管过提重量的增大,套管安全下放速度也随之增大;随着钻井液密度、稠度系数的增加,井底产生的激动压力增大,对应的套管最大下放速度降低;当地层破裂压力增大时,套管最大下放速度增加;而随着海浪波高的增大,套管最大下放速度降低。本文工作成果可为深水钻井安全下表层套管设计和现场作业提供参考和辅助。