能源是人类社会发展进步的动力支持,石油产品是当今社会使用最多的能源之一。我国陆地石油产量逐年减少,因此我们不得不向海洋进发,致力于海洋油气的开发。我国南海探明油气含量相当可观,但由于水深较深,我国现有石油钻井设备发展相对滞后,因此,对海洋深水、超深水钻井设备的研发刻不容缓。本文即是对深水钻井设备中最重要的装置——钻井隔水管开展的研究。首先,介绍了深海钻井隔水管力学及VIV(Vortex Induced Vibration)国内外研究进展及现状的基础上,阐明并总结了顶端张紧式钻井隔水管力学特性及VIV疲劳机理。同时,还介绍了顶部张紧式钻井隔水管所处的海洋环境及所受的海洋载荷及其计算方法,为隔水管强度计算打下了基础。其次,基于强度理论,运用大型非线性有限元软件ABAQUS开展了超深水顶端张紧式钻井隔水管强度计算。工况为操作工况和悬挂工况,海况为墨西哥湾十年一遇冬季风暴,海流分别为墨西哥湾一年一遇的顶部流与底部流叠加流、十年一遇顶部流与一年一遇底部流叠加流、百年一遇顶部流与一年一遇底部流叠加流。计算表明,操作工况隔水管强度不满足要求,而悬挂工况通过修改模型探讨得到了经济合理的隔水管构型。本文还定义了钻井船相对于钻井井口的运动包络线,并计算得到了一定张力比情况,三种海流情况下的钻井船运动包络线。再次,本文通过ABAQUS、Shear7及参考文献理论值的对比,分别计算了前述两种工况、三种海流作用下隔水管的VIV振动频率,得出了隔水管VIV疲劳计算频率最佳计算方法,并计算了隔水管的VIV疲劳寿命。结果表明,悬挂工况隔水管VIV疲劳寿命不需要着重考虑,操作工况隔水管疲劳寿命很小,且受流强度的影响作用明显。最后,开展了隔水管顶部张力与钻井船运动包络线关系研究,通过改变隔水管系统顶部张力比来观察钻井船运动包络线的变化,寻求他们之间的关系。通过本文的强度研究表明,深水、超深水海洋环境恶劣,钻井隔水管系统极易受到损伤,不同的工况,隔水管的强度需要不同对待。操作工况是隔水管系统使用时最危险的工况,需要区别对待。本文钻井隔水管强度研究工作为海上油气开发装置研究打下了一定的基础,提供了一定的理论及实践依据,可供工程参考使用。