中文摘要：

深水海底油气开采是未来能源接替的战略方向，高额开发费用是制约生产的瓶颈。在海底直接将产出水分离回注，不仅能够极大减轻深海平台水处理负担，节约上千米的举升能耗，还能实现水驱二次开发提高原油采收率。本课题预采用数值模拟结合室内实验的方法，对深水海底分离器进行研究。拟从液滴的聚并、液膜破裂、液滴变形率和破裂形式等机理出发，考虑流场、流速，电场类型、场强等因素对相间相互作用机制的影响，结合深水条件下低温、高压、变油气比的特殊环境，对海底分离器油水分离效果的影响因素进行综合研究。利用COMSOL软件对各物理参数场进行耦合，建立深水海底油水分离模型，以此为基础对不同结构的深水海底油水分离器进行仿真建模, 流场分析，模拟深海采油工况下分离器的运行情况，总结其分离效果、特点规律及适用范围条件，优化各个构件和运行参数，目标是设计开发出适用于实际生产的高效深水海底油水分离设备。

结论摘要：

（1）通过调研，总结了深水海底油水分离的影响因素，深水海底管道及流动安全保障现状，并且进行了综合分析。深水海底为高静压、低温环境（通常4℃左右），这对海底管道提出了更为严格的要求，在深水油气混输管道中，由多相流自身组分、海底地势起伏、运行操作等带来的问题，如段塞流、析蜡、水化物、腐蚀、固体颗粒冲蚀等，对生产的正常进行和海底集输系统的安全运行造成严重威胁。（2）对深水分离系统油水分离原理进行了深入研究，采用微观观测和数值模拟相结合的方法，研究深水分离系统中油水两相的流动规律，确定相间、单个分散相液滴、液滴间的相互作用以及受力模型。此外研究了表面活性剂对液-液相界面膜的影响，建立了相关的理论体系。系统研究深水海底多场作用下，油水两相的相界面性质，分析分散相液滴的聚并，沉降，分离等运动特性，描述油水两相的流动特性，压力变化规律，相间分布形态等，总结深水海底多场耦合下油水分离的机理。（3）参考国内外水下分离器最新技术，在此基础上设计了卧式以及重力分离器以及部分内部构件。（4）建立了水下分离器模型并且对其分离效果进行了数值模拟，总结深海分离器分离效果及特性。研究结果表明，为更好适应深海水下环境，分离器应具备以下几点，深海分离器应采用卧式结构，以增大沉降面积；深海分离器应该有入口构件，以初步缓冲液体流速，稳定流场；深海分离器应有流场整流构件，并排竖挡板效果较好；深海分离器应有液滴聚结装置，以增强沉降效果，静电聚结设备效果较好，深海分离器应有出口油水分离挡板，从而防止油水窜流，提高分离效率。已发表文章7篇(含录用)，被SCI，EI或ISTP检索3篇。获得国家发明专利授权两项，另有两项受理中。