目前,为提高油田采油率,通过建立注水井向油层分层注水来实现。在注水之前需要借助井下用电工具获取井下油层的工况数据,进而决定注水量,但如何为井下用电工具合理供电是目前有待完善的难题。如今采用最多的供电方式是投放电池组,但该方式需要定期取井更换电池,并且还存在电池污染环境的风险;另一种供电方式是电缆供电,但注水井周围大多数没有供电源,需要架高架或是电缆输送电能,增大了石油的开采成本。在随钻测量的工艺中,采用泥浆涡轮发电机为井下用电工具供电,但是该方式适用于大流量的液体介质以及较大的井下空间。因此本文基于先前学者的研究,设计了一套磁悬浮式井下发电装置。针对上述问题,本文依据水力机械、计算流体力学等原理设计出装置初始结构。然后采用CFD仿真模拟软件对结构流场进行模拟分析,并结合正交试验设计及响应面分析法来完成装置的结构优化。其次,设计出发电模块来完成电能的转化及运用,保障井下存储电池正常充电。最后,通过模拟实验完成对磁悬浮式井下发电装置的发电能力评估。研究结果表明,通过正交试验设计和响应面分析法优化得到了水力性能较高的磁悬浮式井下发电装置结构,显著结构参数为:一级转子叶片角度为90°,入口直径为5mm,二级转子叶片高为12mm,二级转子叶片层间距为15mm;还获得显著影响结构参数与装置旋转体转速的变化规律关系;通过分析操作参数与旋转体转速的变化关系得出,在5m~3/d-25m~3/d范围内,装置旋转体受流体的轴向力范围为7N-127N,磁极对对旋转体提供的轴向支撑力的范围为8.435N-128.435N;通过改变不同负载对比分析了两级转子的相互作用关系,并确定了当负载大于2.5×10-3N·m时二级转子对一级转子呈现出促进的作用,体现出装置良好的水力性能;通过模拟实验测量的数据得出在电阻为200Ω时,装置的发电功率呈现出最大值为447.46m W,此条件下对额定电压为3.7V的900m Ah容量的锂电池进行充电,需要7.4h可以充满电池。