随着世界能源消耗的增加,人们对石油资源有着迫切的需求,深海油气资源的开发已经成为全球能源战略的重点,海底管道作为油气输送的主要方式,在深海油气资源开采中被广泛地使用。卷管式铺管法作为一种新兴的海底管道铺设方法与传统铺管方式比较具有诸多优势,但其相关技术及装备被国外少数公司垄断。本论文来源于中国海洋石油工程股份有限公司南海深水油气开发示范工程“南海北部陆坡(荔湾3-1及周边)深水油气田工程设计、建造、安装”的子课题——“卷轴安装系统关键部件研制”。本论文的目的是通过对国外相关技术的深入分析和研究,在了解卷管式铺设法的基础上对上卷过程中海管受力变形进行分析,研制满足卷管式铺管法作业各项基本需求的卷轴安装系统装置。论文介绍了国内外卷管式铺管法的发展概况与现状。分析了不同类型卷管式铺管法的差异,通过与传统“S”型和“J”型铺管法比较得出了卷管式铺管法的技术特点和应用范围并设计了卷轴安装系统作业流程,通过弹塑性力学理论对海管上卷过程进行力学分析,计算出预弯矫直器参数及试验卷筒设计参数。在理论计算的基础上,论文对卷轴安装系统预弯矫直器及试验卷筒进行了详细的结构设计。主要包括预弯矫直器承载部件与传动导向部件设计及试验卷筒支持单元和驱动单元等。在对矫直器及卷筒关键部件的工况和受力分析的基础上利用有限元分析软件对所设计关键部件进行有限元分析。最后,论文设计了卷轴安装系统原理验证试验,对所需试验设备进行了选型。从管道角度对关键参数进行了仿真分析,得出了管道曲率变形与受力的关系及数据,从而验证了理论原理的准确性、结构设计的合理性及试验方案的可行性。通过本论文的研究,掌握了卷管上卷过程中的海管受力状态,得出了预弯矫直过程最大弯矩、预弯力、下压量等试验参数和试验卷筒的结构参数,并完整地设计了卷轴安装系统关键部件预弯矫直器及试验卷筒,并且为了模拟卷轴安装系统作业过程,利用所设计装置搭建了卷轴安装系统试验平台。对试验受力状况及下压量参数进行了仿真,并分析了仿真结果与理论计算产生差异的原因。