表层导管是深水钻井安装的第一层管柱,是重要的持力结构和循环通道。表层导管失稳是深水喷射钻井面临的主要风险。表层导管喷射安装到位后如果出现下沉、倾斜等现象,将对后续安装水下防喷器组(BOP)、采油树等作业带来巨大困难,甚至造成井口报废。为防止表层导管失稳,降低深水钻井作业风险,亟需对深水油气井表层导管稳定机理开展研究。基于水射流理论,分析了喷射安装表层导管过程淹没水射流特征,结合海底黏性土体破坏准则,建立了喷射水射流最小破土排量计算模型;针对喷射安装表层导管过程水力扩孔直径小于导管直径和水力扩孔直径大于导管直径两种情况,分别建立了基于小孔扩张理论的表层导管稳定分析模型和基于小孔收缩理论的表层导管稳定分析模型。基于岩土工程理论,分析了表层导管与海底土相互作用特征,建立了表层导管与海底土相互作用挠曲微分方程;基于桩基理论,确定了表层导管极限竖向承载力计算方法及软黏土、砂性土极限侧向抗力计算方法;提出了喷射排量、钻头伸出量与表层导管承载力降低系数之间的函数关系,建立了考虑喷射排量、钻头尺寸和时间效应影响的表层导管实时承载力计算模型。通过开展喷射模拟实验,分析了喷射安装表层导管过程表层导管周围土体应力变化规律及喷射参数(喷射排量、钻头伸出量)对表层导管承载力和表层导管下入效率的影响规律,对表层导管稳定分析模型、表层导管实时承载力计算模型进行了验证。喷射安装表层导管过程,表层导管周围土体受水射流扰动发生侧阻软化现象,表层导管承载力急剧降低。表层导管承载力随着喷射排量、钻头伸出量的增加呈指数关系降低,当喷射排量值超过1.2倍最小破土排量时,表层导管承载力降低幅度达到最大,钻头喷嘴完全伸出表层导管外部后,钻头伸出量变化对表层导管承载力影响减小,表层导管下入速度随喷射排量、钻头伸出量增大呈幂函数增大;表层导管喷射安装到位后,表层导管承载力随静置时间呈对数关系恢复。利用有限元方法,建立了表层导管与海底土相互作用的有限元模型,利用有限元COMBIN39单元实现了土体p-y曲线描述,实现了表层导管与周围土体相互作用过程土体弹塑性特征的准确表征;基于材料力学、虚功原理建立了表层导管刚度矩阵;利用ANSYS有限元分析软件对表层导管尺寸、井口倾斜角度、出泥高度、顶张力等表层导管稳定性的影响因素进行了敏感性分析。根据理论模型和模拟实验结果,综合考虑“喷射水力破土能力、表层导管承载力”双因素约束,建立了的喷射排量、钻头伸出量设计方法和表层导管安装深度与静置时间窗口设计方法。该设计方法在南海自营深水井得到成功应用,有效保证了表层导管稳定,提高表层导管喷射下入效率。以南海某深水井为例,介绍了设计方法在喷射安装表层导管中的现场应用。