南海是我国深水油气钻采的重要目标海域,因其环境特殊,台风、内波等工况频发,我国深海作业技术和装备面临新的挑战。本论文结合国家科技重大专项“张力腿平台钻完井丛式立管系统设计与安全作业技术研究(2016ZX05057011)”,针对南海的台风和内波工况,借鉴国外张力腿平台相关作业经验,以南海某海域张力腿平台立管耦合系统为研究对象,运用专业水动力分析软件SESAM开展极端环境下张力腿平台立管耦合系统承载能力研究,为我国南海油气资源的开发提供技术支持和工程指导。本论文主要研究进展和成果总结如下:(1)采用水动力分析软件SESAM建立张力腿平台立管耦合系统有限元模型,形成耦合系泊系统。基于SESAM的建模过程,对耦合系泊系统的相关配置和研究现状进行调研,重点调研系泊系统耦合机理、平台水动力学分析流程、立管系统分析流程以及环境载荷的计算方法,得到张力腿平台和立管系统在自存工况下运动和受力情况。(2)研究张力腿平台在南海台风工况下的力学特性,结合国内外研究进展,分析得到张力腿平台在台风、内波工况下的运动情况,研究风浪流联合交互作用对张力腿平台运动及筋腱的影响。分析得出,风浪流作用对于平台的运动和筋腱轴向张力有较大影响,平台在竖直方向的运动表现出一定的刚性,但存在明显的升沉运动,张力腿的约束作用能有效的制约平台的摇晃,对平台摇摆运动的约束相对较小。(3)研究耦合系泊系统中,立管系统在台风工况下的运动和受力情况,同时考虑了平台运动和风浪流的联合作用,重点研究了风浪流交互作用对立管系统静态特性的影响。分析表明,风浪流对立管系统的运动和受力有较大影响,当海流重现期增大时,立管系统轴向张力的波动明显,振荡幅值加大;结合响应面方程,确定极限状态方程,以台风5年一遇工况为例,计算台风工况下系统的可靠性指标,分析得出:平台在Y方向偏移超出水深10%的可能性较大,钻井立管张力短节轴向有效张力超过极限强度的可能性相对较小。(4)结合南海内孤立波的特点,采用不同的内孤立波理论进行数值模拟,模拟结果表明,KdV、mKdV和eKdV理论模拟得到的波形较陡,持续时间较短,而Gardner理论模拟得到的波形较为平缓,波长和持续时间相对较长,比较符合南海内波实际特征;简化内孤立波,设计内波工况下的分析工况,对耦合系泊系统的运动和受力情况进行研究,研究结果表明,内波存在时,海流作用明显增大,立管在X、Y方向的偏移明显加剧,在近海面处,立管的弯矩加大,变形加大,破坏风险增大。