如何处理油田采出液中含污水、含泥砂问题,以减少环境污染和资源浪费,成为了油田领域亟待解决的难题。泥砂因其粒径微细而难分离,油气质量及生产受影响,亟需一次性油水砂三相分离设备。为此,本文针对含油污水中细粒泥砂,在传统两相旋流分离装置基础上,优化设计出高效紧凑的细粒泥砂分离旋流器。在旋转流分离机理、多相流技术和计算流体动力学等理论基础上,设计出三相旋流式泥液浓缩分离装置。利用FLUENT软件对其初始结构模型进行数值分析,重点研究了结构参数对三相旋流器性能的影响;并优化结构参数,提高其分离性能。最后以模拟指导了试验,为该分离装置研发提供了参考依据。其主要结果如下:(1)确定出了三相旋流器总体设计方案及其旋流腔、入料口、溢流口和底流口等主要结构参数和尺寸。运用RSM和Mixture模型描述三相旋流器内多相湍流运动,并通过对比分析实验结果,发现该模型及其模拟结果可靠性良好。(2)改变结构参数(入料口、溢流口、高径比和底流口)对三相旋流器的性能有影响。入料口尺寸对流场分布规律无影响,对压降和分离性能影响显著。压降随入口尺寸增大而降低,且在入口宽高比为1时最低;而泥砂分离效率随之增大而增大,入口直径为0.24D时的油液分离效果较佳。溢流口直径比其伸入长度对流场速度影响要大,与压降呈负相关,分离性能受其影响很大。高径比对流场速度有较大影响,压降受小锥段的影响小,分离性能受大锥段的影响小;而底流口尺寸对压降和分离性能影响都较大。(3)运用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化BP神经网络权值与阈值,构建结构参数优化模型(GA-BP),分析预测各结构参数与分离效率的对应关系,最优结构参数条件为:入料口直径0.27D、溢流口直径0.02D、高径比3.0和底流口直径0.16D,则最大泥砂分离效率为71.93%,与实际值误差仅为5%,较初始模型增大了18.53%。故此,该方法为多相流分离设备或装置提供了一种新的优化设计思路或方法。本文研究对研发新型三相旋流分离装置并完善分离机理具有一定理论意义,同时为油田采出的含泥砂油污水高效化处理提供了可行性方案。