在同井注采推广应用的过程中,对于高产液量的油井面临着井下油水分离设备处理能力不足,致使分离效率降低,针对这一问题,提出一种井下高处理量多级并联水力旋流器结构形式,通过结构创新使旋流器在井下形成并联结构,串接不同的级数,拥有不同的处理能力。由于多级并联旋流器是由相同的单级并联旋流器串接而成,因此基于响应曲面法对单级并联旋流器进行结构优化,求出分离效率与入口槽长、旋流器入口直径、溢流管直径、中心管直径间的多元线性回归方程,并通过方差分析的方法对多元线性回归方程进行显著性检验,对比优化后与优化前的结果,优化后分离效率从88.8%提高至94.98%。对于单级并联旋流器而言,无论是速度场、压力场还是油相分布,每级内各旋流器的流场特性均一致,随着处理量的提高,径向速度、轴向速度以及轴线上的压力均逐渐提高。随着溢流分流比的变大,单级并联旋流器的分离效率先增加后减小,单级并联旋流器的最佳溢流分流比为0.3。随着入口油相体积分数的提高,单级并联旋流器的分离效率逐渐变低,但入口油相体积分数在1%～10%之间,分离效率均在90%以上。对多级并联旋流器而言,无论是二级并联还是三级并联,各级间的各个旋流器流场特性均一致,但各级间的速度场、压力场与油相分布均存在差异,对于每级同一位置的旋流器,二级并联每级径向速度差不超过0.5m/s,分析截面上的最大压力差不超过0.0005MPa,油相体积分数差不超过1%。三级并联每级径向速度差不超过0.2m/s,分析截面上的最大压差不超过0.03MPa,油相体积分数差不超过1.5%。且各级间的分离效率差均不超过1%。为了验证数值模拟结果的准确性,对单级并联旋流器进行室内实验,对比了处理量、分流比、入口油相体积分数对分离效率的影响,经实验测试得出结论:分离效率随处理量的增加而增大,随溢流分流比的增大先增大后减小,随入口油相体积分数的增大而减小,数值模拟结果与实验结果呈较好的一致性,室内实验验证了数值模拟结果的准确性。