气田开采应用井下气水分离技术可将气井的产出水直接回注到地层中,该项技术具有良好的经济效益和环保效果。本文提出采用管柱式旋流气液分离器进行井下气水分离,并将气水分离后的水注入同井水层,这样可以提高气井生产效益。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方式,对井下气水分离及回注技术进行了全面的探讨与研究。首先,对各种井下气液分离器的工作原理进行理论分析,总结得到了各种气液分离器的优缺点;结合常规气井排液工艺方法提出了采用管柱式旋流气液分离器进行井下气液分离的合理性。其次,分析确定Reynolds应力模型(RSM)为最适合管柱式旋流气液分离器进行数值模拟研究的湍流模型;依次建立了相应的数学模型、几何模型和物理模型,应用FLUENT软件模拟分离器内的气液两相流场,详细研究各结构参数变化对分离器内气相湍流流动的影响。由模拟结果分析得出分离器气液相出口直径、入口流速与分离器压降、截面压降、速度分布之间的关系。最后,以分离器气液相出口直径、入口角度、入口高度以及入口流速和气流的流量等因素作为影响分离器的工作性能与分离效率的基本参数,分析各个因素对分离器分离效率的影响。根据分离器内气液两相流场数值模拟结果分析,同时综合能耗与分离效率因素,得出了最佳的管柱式旋流分离器设计方案。然后通过室内实验评估设计出的旋流分离器的分离性能,并对数值模拟的结果进行验证。