海底输油管道一直是受世界各国水下油气运输最为青睐的输送方式之一,输油管道的老化和损坏事件时有发生,深水管道封堵等水下管道维修设备的设计研究有助于摆脱国外在管道封堵维修的技术限制,提高我国水下输油管道封堵维修及快速控油转接等海底管道维修技术,早日实现我国从浅蓝向深蓝的海洋强国的重要战略目标。本文针对深水管道内封堵器部分装置现有成果中存在的问题并结合相关技术要求,对深水管道内封堵器进行了相应的结构改进,在现有研究成果的基础上对装置的施力系统、锚定与密封系统、自锁与解封系统、快速转接系统和导向系统等进行结构分析改进设计。对封堵器的核心密封装置和锚定装置进行深入研究,根据拉梅方程圆筒受力的平衡方程等理论研究硬度分别为70、75、80、85和90密封胶筒封堵力学性能和压缩变形规律。根据锚定力学模型建立计算得到相切式直线牙型锚定块与圆形牙型锚定块所受载荷和锚定深度之间的变化关系,并在此基础上对初锚定和深度锚定过程中锚定滑脱失败现象进行分析。根据五种硬度胶筒试件的单轴拉伸试验和数据处理,利用Abaqus软件的非线性有限元仿真对五种硬度胶筒进行力学性能仿真分析,通过仿真分析得到五种硬度胶筒在封堵压缩过程中的变形规律和接触应力分布等结果证明了理论分析中五种硬度胶筒硬度越软封堵性能结论的正确性。设计并利用深水管道内封堵器多功能实验台进行五种硬度胶筒的封堵压缩实验、密封性能打压等实验,通过实验验证了每种硬度胶筒在对应理论和仿真轴向载荷时所能达到的封堵压力和变形规律结论的正确性。综合实验结果和理论、仿真分析内容为实际应用时封堵器密封胶筒的选择提供指导。通过锚定实验得到锚定装置相切式直线牙型锚定块与相切式圆形牙型锚定块在初锚定和深度锚定过程中载荷与锚定深度的关系,在此基础上得到锚定滑脱失败时极限载荷大小,本文研究内容可为深水管道内封堵器设计提供参考。