随着海洋油气的迅猛发展,给海洋石油钻完井与施工过程的各个环节提出了更加苛刻的要求。至此,在实验室的条件下模拟深水浅层地址灾害和为待测工具提供深水的高压实验环境显得尤为重要。由于水下试验费用昂贵且实验危险性较高,使水下实验变得无法进行。因此,根据深水环境特点,结合所要实现的实验内容,急需设计一套深水浅层钻井安全评价综合模拟实验装置,在实验室的条件下模拟深水浅层气、浅层流和天然气水合物的同时为深水工具的检测性实验提供高压环境。本文结合高压腔体的设计准则与所要实现的实验内容,首先确定了最高压强、温度范围、腔体内部有效空间和入口直径等各项参数指标,其次从材料优选、制作方法、密封方式、安装方式,几何尺寸等方面进行优选设计,推导分析了模拟实验装置在内压和温差同时作用下的应力随腔体壁厚的分布规律。再根据模拟实验需求,分别设计并优选了加压系统、温度控制系统、数据采集及控制系统以及包括可旋转支架、吊臂等其他附属系统。通过数值模拟软件,分别模拟分析了模拟实验装置整体部分、腔体部分、上顶盖部分和剪切块部分的受力特点,通过数值模拟得到了装置整体应力集中区域并验证了该装置在最危险工况下的安全可靠性。结合腔体材料S-N曲线理论分析了腔体在交变应力下的理论寿命计算,数值模拟进行验证。再根据装置特点给出了相应的预防疲劳破坏措施。