为了适应海洋石油开发的需要,寻找新的开发技术与开发模式,本文提出了由海底井口、储油装置、小型浮式系泊装置以及穿梭油轮组成的水下储油开采模式。海底井口将生产的原油直接储存到水下储油装置中,通过小型浮式系泊装置将原油输送到海面,再由穿梭油轮实现原油转运。水下储油的优点是能够避开风浪的冲击,在天气恶劣的情况下,油井可以继续生产;海水能够保护油罐不因失火、雷电而发生危险。水下储罐有多种方式,其中油水置换方式经济高效。但在油水置换过程中会有少量原油随水排放到海水中,累积造成环境污染。如果采取措施避免油水直接接触,污染问题可迎刃而解。为此,本文提出了油水隔层的新设计,介于油水之间,避免油水接触。既保留了油水置换储油的主要优点,又避免了环境污染等缺点。根据水下储油开采模式的设计以及油水隔层的使用要求,本文中设计了三种不同型式储量为20000方的储油装置,其外形分别为规整立方体,细长立方体,圆柱体。同时,选用了三种海域环境条件,分别为40米、100米、1000米水深海域环境。将三种不同形式储油装置在每一种环境下进行整体性能计算,并对比结果,最终选择每种条件下的最优型式。此外,根据胜利海域环境条件,设计了一种储量为1000方的储油装置,主要用于前期实验,为此种新型水下储油开采模式的可行性进行验证。参照结构设计与优选结果,建立了三种储油装置的有限元模型,进行整体结构的静力分析及强度校核。校核过程中,按照实际工作情况,考虑了满油工况、满水工况以及吊装工况。依据三种工况下载荷组合进行加载,求解,提取数据,得到结构各构件的有效应力。最后,根据屈服强度校核方法进行结构强度校核。通过上述工作验证,四种水下储油装置既满足规范关于完整稳性与坐底稳性的性能要求,又满足规范关于结构强度的要求,同时满足水下储油开发模式与油水隔层的使用要求,验证了此种水下储油开发模式的可行性。综上,本论文为我国海洋石油开发提供了一种全新的开发模式。