在海底浅部地层导管段和表层套管段的深水钻井过程中,由于没有隔水管的保护,裸露在海水中的送入管住承受各种复杂载荷,一旦发生失效,将会带来严重后果。针对深水钻井作业时出现的井口下沉和卡瓦挤毁等危险工况,本文从送入管柱载荷计算、极限拉伸载荷计算模型、卡瓦挤毁载荷模型和送入管柱强度设计与校核方法等方面开展研究,为深水钻井送入管柱设计选型和安全施工提供一定的理论依据。基于材料力学和Euler-Bernoulli梁理论,考虑海洋环境载荷、钻井船偏移运动及底部套管柱重力等因素的影响,建立了无隔水管环境下送入管柱的准静态载荷计算模型,应用加权余量法进行求解,得出了送入管柱横向变形、弯矩、导管下端倾角及应力水平的变化规律。针对井口下沉时的危险工况,建立了送入管柱极限拉伸载荷计算模型。根据土力学和桩基理论,重点考虑时间效应的影响,得到了实时侧向摩擦力随导管吸附时间的变化关系;通过建立送入管柱在海洋环境载荷中的有限元模型,计算得到了管柱弯曲变形产生的轴向力增量,采用非线性最小二乘法的思想拟合得到了轴向力增量的定量表征关系。通过对卡瓦卡紧管柱的受力分析,利用厚壁圆筒理论和第四强度理论建立了卡瓦挤毁载荷预测模型,采用ABAQUS有限元软件进行计算分析,验证了理论模型的准确性。基于理论分析和有限元分析的结果,考虑了管柱弯曲变形产生的弯曲正应力的影响,建立了一套较为完整的深水钻井送入管柱强度设计与校核方法。研究结果表明,海流速度对管柱横向变形作用显著,波浪载荷对其顶部弯矩有较大影响;管柱底部拉伸载荷越大,其横向变形、弯矩及下端倾角均减小,但应力水平随之增加;随着钻井船偏移量沿海流方向的负向减小和正向增加,管柱顶部弯矩和导管下端倾角均有先减小后增加的趋势。计算了送入管柱处理井口下沉时的极限拉伸载荷,为管柱强度设计提供了理论依据。通过对卡瓦挤毁管柱模型的有限元分析,在海洋环境载荷的作用下,所得结果与理论模型的误差在6.8~9.9%之间,说明理论模型的预测值是保守可行的。通过对南海某一口深水井进行实例分析,考虑井口下沉和卡瓦挤毁管柱的危险工况,基于管柱轴向复合应力和许用拉伸强度得出了不同类型送入管柱的安全余量、偏移范围和临界水深,提出了管柱优选方案,认为6-5/8in送入管柱更为安全。