油气水多相流普遍存在于油田开发中后期的油井中,油气水三相流的参数检测一直是现代石油工业关注的热门问题之一,其中分相含率测量是油气水三相流参数检测中一个重要的研究内容,油气水三相流的流动特性十分复杂,致使油气水三相流分相含率的测量难度较大。为满足油田生产的实际需要,本文以大庆油田的实际开发策略为背景,开展基于光纤探针的油气水三相流分相含率测量技术研究。首先针对当前持气率光纤探针传感器测量参数单一的缺陷,提出单光纤测量油气水三相流分相含率的研究思想,对蓝宝石锥形光纤探针敏感头进行三维数学建模理论分析,在此理论分析基础上重新设计耦合光路并对蓝宝石光纤探针传感器结构模型进行优化设计,从而最终确定一种基于多特征的油气水三相流分相含率测量的新型双接收端光纤探针传感器。在此基础上使用ZEMAX光学分析软件建立仿真模型,分别对光源和探测器位置参数进行优化设计研究。其次针对垂直上升管内油气水三相流分相含率的估计问题,研究一种基于小波变换的信号去噪算法和基于自组织竞争神经网络的K-means聚类算法相结合的信号处理方法。一方面解决本新型双接收端光纤探针传感器输出响应信号易受噪声干扰的问题,另一方面为本新型双接收端光纤探针传感器提供相应的信号处理方法,解决油气水三相流分相含率测量问题。最后结合本新型双接收端光纤探针传感器结构和光纤输出信号软处理,实现单光纤油气水三相流分相含率测量的预期目标,设计并研制用于油井井下油气水三相流分相含率测量的新型双接收端光纤探针传感器,同时搭建油气水三相流模拟实验装置平台,利用油气水三相流不同流量、不同工况下测量数据对光纤探针传感器分相含率估计方法进行实验验证及结果对比分析。