深水水下井口上部连接钻井隔水管,下部连接导管,是深水钻井不可或缺的关键装备之一,如果设计控制不当会造成井口失稳,给深水钻井作业带来重大经济损失。一般来讲,水下井口的稳定性主要由深水导管的承载能力保障,因此研究深水导管在海底土体中的承载能力对确保深水钻井安全进行具有重要意义。本文根据实际深水钻井工况建立了动态载荷作用下深水导管横向承载能力力学分析模型和静态载荷作用下深水导管竖向承载能力力学分析模型;分析了不同桩土接触模型在导管承载能力分析中的适用性,利用Fortran语言编制开发了Goodman接触单元本构模型的有限元代码,并实现了其在Abaqus有限元软件中的调用;在此基础上,分别采用接触面接触模型和Goodman接触单元模型对深水导管在动态载荷作用下的横向承载力和静态载荷作用下的竖向承载能力进行了数值模拟,并讨论了井口动态弯矩、竖向力、井口出泥高度、导管入泥深度、导管壁厚、导管直径以及土体参数等对深水导管承载能力的影响。结果表明:动态载荷作用下,Goodman接触单元模型计算所得深水导管的横向位移、偏转角度、剪力、弯矩的最值分别为:0.070 m、0.0131 rad、519 k N、3093 k N·m;接触面接触模型计算所得深水导管的横向位移、偏转角度、剪力、弯矩的最值分别为:0.066m、0.0127 rad、520 k N、3089 k N·m;即Goodman接触单元模型计算所得深水导管的横向承载能力要小于接触面接触模型计算所得结果。静态载荷作用下,接触面接触模型、Goodman接触单元模型计算所得的深水导管竖向承载能力为:6444.6k N和6941.7 k N;即Goodman接触单元模型下计算所得导管的竖向承载能力大于接触面接触模型计算所得结果。动态载荷作用下导管的横向承载能力随导管直径、导管壁厚、导管所处地层土体的内摩擦角以及粘聚力的增大而增强;随导管顶部动态弯矩以及井口出泥高度的增加,导管的承载能力下降;作用在导管上的竖向力以及导管所处的土体密度对导管在动态载荷作用下的横向承载能力影响较小;静态载荷作用下导管的竖向承载能力随直径和入泥深度的增加而增大。本文可为深水导管设计和工程施工提供参考。