随着陆地资源的不断消耗,海洋矿物资源逐渐成为了各国研究与开发的方向。在海洋当中蕴藏着大量的矿物资源,且大部分矿物资源存在于海洋底部地质土壤之中,环境复杂,开发难度较大。为了准确勘探出海底矿物资源的含有量与分布情况,以及对采集到的矿物样品作进一步的研究与分析,取样设备上的密封装置需具有良好的密封保压性能,保证样品从采集完毕至运输到海面调查船上整个工作过程中一直处于与海底压力条件相同的保存环境下,避免因为压力变化对样品的物理、化学特性造成影响。本文结合国内外对密封方式的研究成果,对海底保压取样设备中的保压管和快卡保压钻具上的密封装置进行了设计与研究。本文对保压管上应用锥面密封方式进行了研究,确定了锥面密封的原理与条件。通过建立保压管三维仿真模型,运用ABAQUS有限元软件对保压管锥面密封金属接触面在设计参数条件下产生的接触应力和应变进行了数值模拟计算,分析了两个主要参数:接触锥面金属材料和锥面倾斜角度对其密封性能的影响。根据仿真结果可得:在锥面倾斜角度范围为60°90°条件下,密封接触锥面上产生的最大接触应力随锥面角度的增加而减小,密封性能逐渐减弱,所以锥角取60°最为合适;另外,堵头与岩心管材料分别选用:铜和普通碳钢,两种不同材料的强度和力学性能不同可以提升锥面密封的密封效果。本文通过分别建立快卡保压钻具两端局部密封结构体三维模型,运用ABAQUS有限元软件对密封圈上产生的应力进行数值模拟计算,得出岩心管管内工作压力在25MPa以内,两端密封圈都能对钻具进行有效的密封。另外,对钻具上主要零部件:下保压端盖、销轴与轴套的结构强度进行了校核,并提出了改进措施。综合上述的理论设计与分析,完成了对保压管和快卡保压钻具上密封装置的设计与改进。根据设计所得结果进行加工与制造,通过逐步加压试验、保压时长试验和沉积物环境模拟保压试验三个试验分析装置的密封性能,根据试验结果数据可得保压管试验装置与快卡保压钻具试验装置都具有良好的密封保压能力,进一步证实了模拟仿真结果的可靠性和密封装置的实用可行性。