近年来随着海洋石油事业不断发展,海上生产设施逐渐由浅水走向深水。连续油管技术引起了油气工业界的高度重视,在陆上得到广泛应用,如利用连续油管进行钻磨、侧钻开窗、打捞、冲砂等修井作业。连续油管优势明显,若能将连续油管应用到海上,将是一个极具应用前景的作业技术。但连续油管缺点也显而易见,其刚度小,下入作业时易导致正弦、螺旋屈曲等现象,进而引发事故。随着水深的增加,风、浪、流等的扰动,极有可能引发管柱耦合振动从而导致作业失败,甚至诱发作业事故,因此有必要系统地研究海洋环境下的管中管系统力学行为特性。论文利用微元法,基于达朗贝尔原理,分别对隔水管微元和连续油管微元进行分析,考虑接触力和摩擦力,建立耦合系统动力学模型,从理论上分析产生耦合效应的原因。利用Abaqus提供的管中管接触单元模拟内外管之间的接触,使用有限元的方法对耦合模型进行建模和求解。同时建立了管中管系统中隔水管的横向振动模型,利用共振法和差分法求解隔水管的频率特征和振动响应,并利用Abaqus仿真结果进行验证。将隔水管系统与管中管系统进行对比,发现连续油管对系统有很大影响。在计算模型基础上,研究了顶张力、附加质量、钻井液密度、管道壁厚和长度对管中管系统频率特性的影响;分析了CT顶端注入力、隔水管顶张力、系统顶部偏移、内外管之间的环空间隙、内外管的摩擦系数、钻井液密度和浮体参数激励频率等可调节的因素对管中管系统作业效率和作业安全性的影响;研究了海洋深度、海流速度、波浪周期和波浪高度等不可控环境因素对管中管系统的影响。最后,针对南海近些年平均海况,设计实验数据并计算,结合神经网络和遗传算法对作业效率进行了优化,为实际作业提供了一定的参考。