随着人类社会的快速发展和进步，社会对于自然资源和能源的依赖日益显著，特别是对工业基础能源——石油与天然气的消耗更加巨大。石油天然气为非可再生资源，随着陆上原油与燃气资源的过度开采和浅海油气的迅速枯竭，深海油气的开发已经成为人类社会再次获取大量宝贵油气资源的必要手段和必经之路。我国深海海洋油气资源勘探和开采整体处于初期阶段，但是海洋油气资源产业基础非常庞大且潜力较强，将是未来我国能源产业发展的战略重点。在海洋油气勘探和开采工程作业中，尤其是针对深水资源的开发，海洋钻井平台的架设、海底钻井和立管安装均需要较高水平工程技术和安装工艺，同时作业难度极高、工程风险性较大，投资与工程耗时比例很高。本文所研究的自由状态钻井立管的重入井安装对于深水油气资源开发而言非常重要，但是该工艺流程异常复杂、工程实施难度较大且风险性很高，容易遭受海况和气候变化的影响。国内外很多学者针对钻井立管的重入井过程开展了研究工作，建立了针对不同工况的多种水动力学仿真模型和对应的控制方法，如沿立管轴向加装推进器、根据工程经验调整控制参数或采用PID反馈控制策略等。以上方法由于诸多实际工程限制因素无法普遍应用，没有非常强的实际工程意义和应用。因此，为能够优化钻井立管在重入井中的运动和型态变化，特别是抑制立管底部自由端的晃荡，提高重入井作业效率和减少工程耗时与风险，本文拟开展相关的立管模型和运动策略优化研究：本文对自由状态的深海立管进行详细的水动力学建模分析并进行了对比验证；同时为使得自由立管重入井过程更加高效、便捷的完成，且降低工程作业的风险，研究中以自由立管动力学响应仿真分析结果为基础，通过搜索优化的方法寻找最佳的立管重入井运动策略，着重于抑制立管底部自由端的晃动运动。在具体研究内容上，本文针对自由钻井的重入井，首先建立了适用于自由深海钻井立管的水动力学模型，可对钻井立管的重入井安装过程进行数值仿真分析。作者以非线性Euler-Bernoulli梁力学模型为基础建立自由状态深海立管的连续微元体水动力学模型，采用有限差分法(FDA)对模型方程组进行化简，通过牛顿迭代法进行数值求解，对钻井立管的重入井安装作业过程进行时域分析，预测在顶端运动策略控制下自由立管的型态、位移、张力等参数沿时间的变化。其次在该模型的基础上，将在立管动力学响应特性的计算结果应用于立管重入井的运动策略研究中，对重入井中的立管运动优化。本文对基本蚁群优化算法进行了多方面改进，以离散化的立管顶端运动加速度为对象进行搜索优化，使得深海自由立管的重入井安装在优化的运动策略下更加便捷和高效。优化自由立管重入井运动的研究工作包括多项内容，如自由立管无晃移动、自由端晃动抑制和入井自适应控制等；本文着重研究抑制钻井立管自由端晃动的顶端优化策略，以优化运动策略对立管晃动的抑制验证了本文采用的改进型蚁群算法对立管重入井运动的优化效果，并通过实验结果的对比验证了优化运动策略对立管自由端晃动与振荡的抑制作用。本文针对自由钻井立管重入井安装的研究工作在国内海洋工程研究领域具有一定的创新性和探索性，其中采用连续微元体基础模型对底端自由无约束的深水钻井立管进行建模，可针对性的仿真预测钻井立管在重入井过程中的动力学响应特性。其次，本文改进了基本蚁群优化算法使其可以用于优化立管顶端运动策略，并且优化后的运动策略经过实验验证可应用于钻井立管重入井的实际工程作业中；相比于其它学者所做的立管重入井研究工作，本文优化的仅为立管顶端运动策略，控制方式更加简单方便，在实际工程作业中更切实可行，同时可以使深海自由立管重入井安装更加便捷、高效和安全，特别是在抑制立管底部自由端的晃动和振荡的工程应用中有明显的效果。