随着油田开采的不断深入,油田水油比不断上升,造成开采难度和成本逐渐增大。如何在高含水的情况下,增大油水混合物的分离效率,提高开采收益,成为目前油田亟需突破的技术难题。以水力旋流器为核心的井下油水分离及同井回注技术应运而生,该技术可实现井下油水分离后将富油相举升到地面,富水相回注至地下水层,从而降低无效水循环及地面污水处理压力。本文在传统井下单级旋流分离技术的基础上,开展底流净化型二次分离旋流器研究,可实现旋流分离器底水的进一步净化,减少回注对底层的影响,对同井注采技术的推广应用提供技术支撑。论文对轴向入口旋流器中表现突出的倒锥式和导锥式旋流器进行选型对比分析,分析了入口流量、分流比参数对两种旋流器结构的速度场、压力场和浓度场及分离效率的影响规律,结果表明:入口进液速度在0.3m/s～1.5m/s范围内时,导锥式旋流器表现较优,此时压降比不高于1.5,溢流口油更加集中,效率随入口进液速度增大由96.8%上升到98.3%;入口进液速度在1.5m/s～3.5m/s范围内时,倒锥式旋流器较优,此时压降比不高于1.5,溢流口油相相对集中,效率随入口进液速度增大由97.0%上升到98.4%。因此,选用倒锥式旋流器作为一级浓缩器,导锥式旋流器为二级净化器。基于结构相似性原理,在适用的结构形式的基础上,对两种形式的旋流器分别在一级浓缩和二级净化使用时,开展结构参数的数值模拟优选工作。明确了一级浓缩器的最佳参数为:主直径为35mm、总长为344mm和倒锥角度为4°;二级净化器的最佳参数为:主直径为42mm,总长为815mm,等等。对获得的一级浓缩器及二级净化器内部的速度特性、压力特性及分离性能进行分析,对两种单体结构的可行性及高效性进行数值模拟验证。针对一级浓缩的底流结构形式及二级净化器的入口结构形式,考虑同井注采井筒径向空间尺寸的限制,完成了两级串联的蛙式、蝶式、筷式过渡段结构设计。对这三种过渡段开展了流场稳定性对比研究,确定筷式过渡段为最优结构,采用该形式将一级浓缩器和二级净化器连接。对串联连接形成的底流净化二次分离旋流器在流量为2m~3/h～7m~3/h、一级分流比10%～30%、二级分流比3%～20%条件下的流场特性和分离性能进行操作参数优选和分析,结果表明,两级串联状态下,入口流量为5m~3/h,分流比按一级分流比20%、二级分流比10%配比时,分离效率最高可达99.9%,选做本研究的最佳结构形式。