我国海洋浅水探井一般采用自升式钻井平台作业,水深跨度为20-120米。探井隔水导管从井口到泥线无横向扶正,自由段长度最大超过100米,不同于导管架生产平台有多层扶正孔,钻井过程中隔水导管稳定性控制十分困难。随着海洋勘探开发进程的深入,大量小型、边际油气藏陆续被发现,这样的储量在渤海就高达8.8亿吨,为更准确地对这些油气藏进行评价,精准获取产能,探井延长测试成为一项十分有效的手段。探井延长测试周期一般为数月,甚至超过一年,作业期间隔水导管会受到极端海况的影响,在渤海海域要跨越冰期,而在南海和东海海域,可能会遭遇恶劣的台风,一般常规探井设计都不会考虑这些极端工况。一旦常规探井需要开展延长测试作业,会对井口及隔水导管的稳定性带来更加严峻的挑战。为降低作业风险,亟需开展浅水探井钻井隔水导管力学行为理论研究,为浅水探井延长测试的方案设计和作业安全提供可靠依据。针对自升式钻井平台、井口、隔水导管、海底土基础的相互作用特征,基于简支梁理论,建立了探井隔水导管挠曲变形方程及隔水导管嵌固端深度计算模型;基于实际作业环境和作业载荷的边界条件,采用有限差分法对上述模型进行了求解,得到了隔水导管参数、载荷、海底土参数对嵌固端位置的影响规律,为隔水导管的设计和下入深度提供了理论依据。延长测试作业周期长,对井口的强度和稳定性要求很高,要求在钻井作业后井口保留足够的剩余强度来应对后期的测试作业,所以钻井作业过程中应尽可能减少或避免对井口的损伤和破坏。以地层极限承载力、隔水导管与环板强度、隔水导管稳定性和底部地层破裂压力等因素为约束条件,建立了套管下放速度和坐挂速度的计算模型,揭示了下放速度对井口冲击载荷的影响规律,推荐了套管下放速度的安全范围。考虑隔水导管与水泥环、水泥环与土层两种胶结面的强度差异,基于水泥环高度、隔水导管尺寸对隔水导管承载力的影响规律,建立了钻入法下入隔水导管入泥深度的计算模型,为井身结构设计提供科学依据。针对浅水探井延长测试作业工况特点,提出了海上探井延长测试作业井口稳定性力学分析方法,分别从环境载荷、海底土性质、井身结构、套管悬挂点位置展开了隔水导管力学行为的敏感性分析,揭示了各个因素对井口稳定性的影响规律。针对延长测试可能遭遇的恶劣冰载荷的影响,分析了隔水导管在冰期的整体受力情况并建立了冰期工况下隔水导管力学模型;基于隔水导管在冰载荷下的受力特征,对不同隔水导管尺寸、水泥环返高、风流重现期和冰重现期多因素组合下的隔水导管强度进行了校核;根据渤海冰期分布特征,得出基于典型探井井身结构和自升式钻井平台条件下的延长测试安全作业时间窗口。本文建立了一套海洋浅水探井钻井隔水导管设计和作业安全控制方法,揭示了不同作业工况下浅水探井钻井隔水导管力学行为,研究成果经过现场应用,取得了良好的效果,能够为探井钻井设计和延长测试安全提供理论依据。