本文通过分析深水表层无隔水管段钻井工艺流程、作业面临的风险和挑战,找出包括土力学、送入管柱静力学和动力学在内的深水表层无隔水管段钻井的关键力学问题。针对导管下沉和送入管柱极限拉伸载荷计算问题,本文基于相似理论,在国内首次开展了喷射法下表层套管的施工过程模拟实验,通过大量试验数据的回归处理建立了喷射表层导管侧向摩擦力影响关系理论模型,模型较好的反映了现场实际情况。针对深水钻井中容易发生卡瓦挤毁送入管柱的问题,对深水钻井中送入管柱的负载特性进行了分析,且通过研究发现常规Reihold-Spiri模型不适用于深水送入管柱。通过管柱-卡瓦相互作用的机理,利用厚壁圆筒理论和梁柱理论建立了计算卡瓦挤毁载荷的新模型,并用实例加以验证。模型可作为深水钻井送入管柱设计校核的依据,同时可以计算出送入管柱的作业窗口,为现场应急事故处理提供指导,从而保障深水钻井作业的安全。针对海洋环境和平台运动对送入管柱的动载影响问题,基于转子浮体和细长杆件动力学理论,分别建立了平台运动方程和送入管柱静动力学方程,在此基础上建立了海洋环境条件下平台与送入管柱相互耦合作用动态分析方法。由此建立了一套考虑海洋环境和平台运动作用条件下的无隔水管钻井静力学和动力问题的分析方法,可很好的用于分析表层无隔水管段钻井关键作业的作业窗口、安全余量,为制定合理技术措施提供了科学指导。同时本文的研究为深水钻井管柱力学分析提出了新的思路和方法,为进一步开展深水钻井管柱力学问题(包括隔水管、立管等)奠定了一定的理论基础和指导思想。通过对我国南海地区海洋石油981深水平台自主作业的第一口深水井Lw6-1-1井表层无隔水管作业涉及的关键力学问题进行详尽的计算和分析,得出了很多有意义的结论,对制定现场作业技术措施提供了良好的指导,确保了现场作业顺利安全实施。