水平油水两相流广泛存在于石油开采过程中。水平井筒内油水两相层状流界面现象非常复杂，如层状流界面失稳波动，复杂界面形态，界面双侧导电相及不导电相中的非均匀液滴夹带等，这些界面现象严重影响水平油水两相流传感器优化设计及流动参数准确测量，从实验测量角度揭示水平油水两相流层状界面特性具有重要学术价值，对提高水平井产液剖面测井技术水平具有重要的实际应用意义。研究过程中，针对层状油水两相流持水率测量问题，优化设计了同轴式及对壁式电容传感器及其测量系统；针对油水层状界面形态预测问题，基于平行线电导阵列传感器实验测量结果，提出了基于动态接触角的油水界面形态修正模型，进而提出了油水两相流压力降修正模型；针对层状油水两相流界面失稳问题，基于激光诱导荧光实验测量结果，进行了层状油水两相流界面失稳模型分析及边界预测。论文研究工作取得了如下创新性成果：
　　1.建立了层状非均匀油水两相流持水率同轴电容传感器测量模型，分析了油水分层界面形态及位置对同轴电容传感器响应特性影响，实验发现同轴电容传感器对油水层状流持水率具有较好的测量分辨率；此外，优化设计了对壁电容传感器相移检测系统，实验发现相移式对壁电容传感器对存在剧烈波动且夹带大量液滴的油水界面流动具有理想的持水率测量线性度和灵敏度。
　　2.采用平行线电导阵列传感器实验测量结果重建了油水层状流界面形态，揭示了油水界面形态随流动参数变化的演化特性，发现油水界面波动特征显著时油水接触角呈动态变化，为此，引入了动态接触角概念，修正了预测层状油水界面形态的Young-Laplace模型及最小能量模型，通过实验验证了基于动态接触角的油水层状流界面形态模型具有更高的预测精度。
　　3.根据层状油水两相流界面形态及界面波动特征，建立了新的管道径向截面几何关系及油水剪切应力闭合关系，修正了水平油水两相流一维双流体模型，进而建立了层状油水两相流压力降模型，实验发现基于动态接触角修正的油水界面形态预测结果可显著提高油水两相流层状流压降预测精度。
　　4.基于激光诱导荧光可视化实验测量法探测了层状油水界面流动结构细节，分析了油水界面失稳及液滴析出的动力学机制。基于动态接触角修正的油水界面几何闭合关系及Kelvin-Helmholtz稳定性分析，对层状油水两相流失稳的边界进行了模型预测，发现修正的Kelvin-Helmholtz模型可更好地预测油水层状流向非层状流转化边界。