海底管道作为海底石油和天然气开采系统的重要组成部分,时刻受到复杂的海底环境和人为等因素影响。海底管道遭受到各种形式的损失和破坏已经成为不可忽视的问题。及时快速的对损伤进行检维修,不仅可以保证正常生产,减少经济损失,还会避免环境污染和生态破坏。海底管道智能封堵器是无系缆、利用超低频电磁控制的海底高压管道定点封堵工具,通过管内控制实施锚定密封功能,可实现管道快速封堵,实施维修作业。为研发具有高效、安全、可靠封堵能力的智能封堵器,解决无线通信控制封堵过程中遇到的关键技术问题。本文针对封堵器锚定、密封、液压和通信控制进行了深入的研究,并最终完成对12吋海底双层管道内智能封堵器的设计测试工作,本文主要的研究内容和结论如下:依据海底管道智能封堵工艺要求,结合模块化设计概念,将海底管道智能封堵器分为锚定密封模块、液压动力模块、动力电池模块和通讯控制模块四大模块,并对四大模块进行了总体设计。分别从理论和数值模拟角度分析了封堵器的锚定和密封性能。建立锁定滑块锚定状态静力学模型,基于锚定功能要求,推导出锁定滑块卡齿的齿前角、齿后角和摩擦角之间的关系式。并通过Ansys有限元模拟研究了卡齿的结构参数对锁定滑块锚定性能的影响并获得最佳参数组合。通过厚壁筒理论分析了封隔圈的密封性能,分析了锚定和密封过程联动受力,理论研究了初封状态和坐封状态下锚定性能和密封性能,能够满足海底管道智能封堵器前后压差10 MPa的封堵要求。结合有限元模拟方法确定氢化丁腈材料封隔圈硬度、厚度、高度和倾角对密封性能的影响并获得最优方案。通过对封堵过程中液压动力单元和通信控制单元进行原理研究。液压动力单元可实现管内封堵液压动力要求,满足初封和坐封状态下系统的稳定性能要求。采用超低频电磁波作为管内外通信手段,研究了复杂屏蔽效应对双层金属管内外通信控制的影响,实现双层金属管内封堵器智能定位和通信控制。经过试验研究发现,管内外信号传输距离在3.5 m之内几乎无衰减,并可实现2 m以内的定位精度。试验研究了封堵器锚定密封性能,并获得可靠的试验结果。试验结果表明:锚定密封性能满足管道10 MPa压差要求。另外,对管壁和锁定滑块进行了损伤分析。对内嵌弹簧圈封隔圈和未内嵌弹簧圈封隔圈进行对比试验,内嵌弹簧圈封隔圈相比未内嵌弹簧圈封隔圈在坐封状态下密封性能更好。