油田采出液量剧增,采出液含水量升高致使依据中低含水期设计的油田地面工艺系统面临处理系统负荷大、能耗和运行成本增加以及联合站库扩建困难等诸多生产问题。采用高含水采出液井口就近分水,就地回注技术可有效解决以上问题,但分水装置需要简单高效以达到占地少、无人值守的要求。为满足以上要求,本文提出了以紧凑高效的油水分离设备（柱状旋流分水器和水力旋流分离器）为核心的高含水采出液旋流一体化分水技术。本文通过数值模拟和室内实验分别研究了两单体设备的分水性能规律,得到了尺寸设计准则和边界操作参数图。基于此,构建了一体化分水装置,对一体化装置的分水特性进行了研究,验证了旋流一体化装置分水可行性并进行装置适应性分析,最后提出完整的一体化装置的设计方法。研究结果对于提高油田地面工艺系统生产能力,加快一体化装置在各大油田的推广使用具有重要意义。主要研究内容和结论如下:本文首先研究了柱状旋流分水器的分水性能。使用PBM（群体平衡）模型模拟并优化了关键结构参数,得到了分水器的无量纲尺寸;模拟研究了操作参数和物性参数对分水器底流口含油浓度和油滴粒径分布的影响规律,揭示了入口混合流速、分水比、入口含油率、油品粘度和油品密度影响分水效果的机理,并绘制了物性参数操作边界图。搭建了室内柱状旋流分水器性能评价系统,研究了操作参数和物性参数对分水器底流口含油浓度的影响规律,绘制了操作参数边界图。以上研究结果表明:分水器最佳入口倾斜角度为0°,最佳入口渐缩百分数为15%,最佳出入口直径Du/D=0.5,最佳长径比H/D=20;而高入口混合流速、高分水比以及高入口含油率均不利于分水操作。基于以上研究,制定了柱状旋流分水器尺寸设计准则。进一步地,研究了20 mm名义直径水力旋流分离器的污水除油性能。使用DPM多相流模型模拟分析了操作参数与物性参数对分离器效率的影响规律,验证该结构水力旋流分离器高效污水除油的可行性;搭建了室内水力旋流分离器性能评价系统,进一步评价入口含油率和油滴粒径分布对底流口含油浓度的影响规律,并绘制操作参数边界图,确定尺寸设计准则。以上研究结果表明:入口处理量和分流比均可明显提高分离效率,但当入口处理量超过2.0 m~3/h,分流比超过7%时,分离效率提高不明显;降低油品密度均可加快油滴向心运动,增加油滴碰撞频率,提高分离效率;增加油滴粒径可有效降低底流口含油浓度,提高分离效率;在综合考虑油滴碰撞频率和分离器负荷的条件下,入口含油浓度存在最佳区间1000 mg/L～2000 mg/L。最后,基于柱状旋流分水器和水力旋流分离器的尺寸设计准则与操作参数边界图,搭建一体化旋流分水装置室内实验系统,开展一体化装置分水性能实验研究。分析入口混合流速、入口含油率与油滴粒径分布对装置性能的影响规律,评价装置能耗损失,进而确定一体化装置适用工作范围。研究结果表明:柱状旋流分水器和水力旋流分离器组成的一体化旋流预分水装置在入口混合流速为0.20 m/s、分水比为0.5、油滴中值粒径大于40μm,入口含油率为0.1时,可实现分水含油浓度低于50 mg/L,此时系统整体压降低于350 k Pa;当入口含油率在0.05～0.15之间波动或者入口混合流速在0.15 m/s～0.25m/s之间波动时,装置底流口含油浓度都可以实现低于50 mg/L的分水指标,具有较强的适应性。通过本文的研究,可最终在已知来液量和来液性质的条件下,确定柱状旋流分水器和水力旋流分水器的结构,并通过组装成撬达到陆上油田以及海上油田高含水采出液的分水要求。