分层注水是目前我国应用最为广泛的提高石油采收率的方法,对我国的石油增产稳产具有重要意义,其中分层流量控制是分层注水方法的核心技术之一。随着中老油田开发过程中注采不平衡问题的积累和非均质复杂断块油层的开发,使得油田井层间渗透率和压力产生不平衡,这要求分层注水方法的分层更加细化,而传统固定水嘴堵塞器存在测调工作量大和流量受地层和注水压力影响的缺点,因此急需新的替代技术以适应当前注采工艺的要求。恒流堵塞器具有测调工作量小、结构简单及成本低等优点,是一种理想的分层注水流量调节方法。但现有恒流堵塞器存在流量调节精度较低和使用可靠性较差的缺点。针对这一问题,本文结合黑龙江省科学技术攻关项目“分层注水恒流堵塞器的研制”(编号:GC05A508),利用机械、电子和材料等学科的理论,并采取计算机模拟、地面和井下试验等分析手段,研制出一种新型分层注水恒流堵塞器。本文提出了先减压式恒流堵塞器结构,分析了其在内泄漏和振动特性等方面的优点。充分考虑了内泄漏、阻尼力、液压卡紧力及局部流场分布等因素的影响,采用键合图理论,建立了先减压式恒流堵塞器的动力学模型,为分析其静动态特性提供了基础。建立了先减压式恒流堵塞器的计算流体力学与键合图理论相结合的混合仿真方法,对先减压式恒流堵塞器的静态特性和稳定性进行了分析。试验表明,仿真结果准确可靠。同时还对该恒流堵塞器的结构进行了优化与改进,在控制好加工成本的基础上,使其静动态特性满足了实际应用要求。对恒流堵塞器的主要失效形式进行了研究,在流体-颗粒两相流理论、颗粒动力学、三体磨损与污染卡紧理论的基础上,建立了污染磨损和卡紧的数值模拟方法。在Matlab平台上对先减压式恒流堵塞器的污染磨损和卡紧进行了计算,比较了配合间隙、阀芯振动的影响。同时,还研究了该恒流堵塞器的阀口冲蚀和阀内气蚀,采用Fluent软件对冲蚀和气蚀进行了数值模拟,分析了二者对该恒流堵塞器流量特性的影响。模拟结果与实际相符,可为结构优化提供依据。搭建了恒流堵塞器地面试验台,对先减压式恒流堵塞器的流量特性和可靠性进行了试验。在综合分析、计算和试验的基础上确定了恒流堵塞器的结构、材料和关键部位表面处理方法。结果表明所采用的理论和数值模拟方法可有效地对恒流堵塞器的流量特性和可靠性指标进行分析,所研制的恒流堵塞器在流量调节精度和可靠工作寿命等方面都可以满足油田分层注水技术的要求。本文还提出了将恒流堵塞器和井下分层测调仪结合使用的分层注水流量调配方式,分析了该方案的可行性,对具体实施方案、机械结构、电路组成和软件结构进行研究。