根据API规范，隔水管的设计准则主要是：最大Mises应力不大于屈服应力的2／3，隔水管底部挠性接头转角不大于2°。最大Mises应力准则定义了海洋钻井隔水管的强度极限，隔水管底部柔性接头转角准则是为了避免隔水管与旋转钻杆之间发生摩擦而导致隔水管磨损、变薄，在内压作用下爆裂，从而引发更严重的钻井事故。

隔水管的最大Mises应力按照下式计算：

式中　σe——隔水管的Mises应力；

σr——隔水管的径向应力；

σh——隔水管的环向应力；

σl——隔水管的轴向应力；(www.daowen.com)

σ0——隔水管材料的屈服应力。

隔水管底部挠性接头的转角与隔水管所承受的最大应力密切相关。在本质上，隔水管底部挠性接头转角表明了所有外载荷对它的影响。在给定工况、给定隔水管配置和作业条件下，挠性接头转角与浮式钻井船的初始偏移、顶张力的大小有关。于是，如果能够连续监视隔水管底部挠性接头转角和方位，则可通过操作钻井船来控制初始偏移，并且可以调节张紧力的大小，使得隔水管应力疲劳和内部隔水管与钻杆的磨损能够减小到最低限度。换句话说，通过优化张力器的张紧力和控制钻井船的初始偏移，可以将隔水管底部挠性接头转角限制在容许范围之内。

图3-7　深水钻井隔水管系统设计过程

深水钻井隔水管系统设计过程如图3-7所示。首先进行脱离模式硬悬挂分析，考虑10年或者100年重现期波浪确定动态张力的安全裕量。如果安全裕量为负值，意味着隔水管可能会产生比较危险的动态屈曲，于是应适当降低浮力系数；如果安全裕量提高，则应适当增加浮力系数。

一旦依据脱离模式确定隔水管系统浮力系数，则应进行钻井作业模式分析。正常钻井作业模式下，隔水管系统每一部分的Mises应力都必须小于材料屈服强度的2／3，如果出现Mises应力大于材料屈服强度的2／3，则该部分隔水管的壁厚应当增加in。相反，如果Mises应力小于材料屈服强度的2／3，则壁厚应当减少in。隔水管壁厚调整以后，应根据新的隔水管参数进行脱离模式安全裕量的重新计算，然后调整浮力系数。

迭代进行上述过程，以得到最终的隔水管设计。然后考虑隔水管每一部分的名义（公称）壁厚，无腐蚀和浮力块重量增加3%等条件确定最大顶部张紧力。根据规范，最大张紧力必须小于张力器的极限能力，而且接头的等级也应与最大张紧力相匹配（考虑辅助管线中压力的影响），此外每一根隔水管单根还应进行挤毁校核。设计的最后阶段是进行动态计算，钻井船动态运动，海流、波浪对隔水管弯矩和底部挠性接头转角的影响都应当进行校核。