轴向入口油水旋流分离器作为井下油水预分离装置的关键部件,因径向结构尺寸适用于油井细长管柱空间而在同井采注技术中占有重要地位。本文首先对目前水力旋流器研究进展进行了总结,包括旋流器的边壁腔体结构、导流叶片结构、计算机数值模拟技术和结构优化研究方法。分析了轴流导叶式旋流分离技术的应用前景。针对待分离混合液操作参数,结合现有水力旋流器结构形式,设计了一款采用轴向入口、中置贯通式稳流锥和变螺距螺旋导流叶片的轴流导叶式水力旋流器,分析了其分离机理,并利用三维建模软件UG对其进行了三维建模。采用数值模拟方法,分析轴流导叶式水力旋流器初始设计模型分离效果。利用流体力学软件Fluent对其进行了数值模拟,对比分析其内部油水两相体积分数、速度及压力降分布规律,模拟结果显示轴流导叶式水力旋流器轴心处形成了柱状油核,分离效率E=59.8%,压力损失约为0.18MPa。针对轴流导叶式水力旋流器初始设计模型的5个关键结构,各设置5个待优化参数,一一进行三维建模与数值模拟,对比分析不同优化参数下的旋流器分离效率及压力降,确定了分离效率及压力降综合效益最佳的结构参数。实现了分离效率由59.8%提高到75.9%、压力降由0.18MPa下降至0.16MPa的优化效果。