深水油气开发正在成为世界石油工业的主要增长点和科技创新的前沿。海洋油气田的可采规模随水深增大而大幅增加。全球范围内,海上油气资源有一半分布在300米以深的水域,走向深水也成为我国海洋石油开发的战略选择。水下卡爪式连接器是一种新型、快速的水下管道回接方式,在深水油气管道的回接作业中具有广泛的应用前景。然而,由于我国以往的油气开发工作主要集中于近海浅水海域,且受到材料、机械加工精度及水下作业方面的限制,我国在深水海域应用ROV进行水下卡爪连接器的连接作业及研究仍处于起步阶段。本文基于对国内外卡爪连接器的深入调研,重点研究了卡爪连接器的总体方案设计和结构设计,并对卡爪连接器的作业流程进行了深入研究。首先通过对卡爪连接器各部件的结构组成进行了分析,并根据结构组成,针对卡爪连接器各个部件的制造技术和工艺进行了研究,掌握了卡爪连接器的制造和装配技术。然后,针对卡爪连接器的实验室内测试以及陆地集成测试(SIT)技术分别进行了研究,提出了卡爪连接器的试验验证方案,研究了卡爪连接器的拉、压、弯、扭四项试验,及连接器的连接试验、使用水下清洁工具对HUB进行清洁以及更换密封环试验等SIT试验。其次,对卡爪连接器、基盘及跨接管的吊装及下放进行了安装分析研究。分别基于SACS软件和OrcaFlex软件对基盘和跨接管的下放作业进行了吊装分析,校核了结构的强度,并确定了吊装作业的索具配置方案。在此基础上,针对使用ROV进行与卡爪连接器的水下安装流程进行了深入研究,对卡爪连接器的水下着陆及锁紧过程进行了分析。最后,结合工程项目实例,形成使用ROV操作卡爪连接器进行水下连接的工程应用方法,解决了卡爪连接器的吊装作业、ROV水下操作以及卡爪连接难题,并在实际工程中进行应用。本文研究成果可为我国卡爪连接器的设计以及水下应用提供可借鉴的经验。