随着国内主力油田纷纷进入高含水、超高含水开发期,如何实现油水的高效分离是保障油田经济生产的关键。旋流分离器作为主要油水分离设备之一,在国内外各大油田广泛应用。但在使用过程中发现旋流器分离后溢流液的含水率仍然较高,为后续处理、运输和储存带来诸多不便。为了提升溢流含油浓度,降低溢流含水率,本文提出一种浓缩型二次分离旋流器结构,并基于数值模拟与实验研究方法对浓缩型二次分离器的流场特性展开分析,确定出最佳的结构参数及操作参数,为该结构的进一步现场应用提供依据及参考。浓缩型二次分离旋流器的设计思路是采用一体化两级旋流器串联的结构形式,对经过一级旋流分离的溢流液进行二次浓缩。本文针对浓缩型二次分离旋流器的工作原理进行详细说明,完成一、二级旋流器单体的选型与设计工作,讨论浓缩型二次分离器的主要参数与性能评价指标,通过数值模拟、正交试验设计的方法对一级旋流分离器与二级旋流浓缩器的结构参数进行优化分析,同时对两级旋流器单体间的连接结构进行设计优化,最终确定出了最佳的浓缩型二次分离旋流器的结构参数。为弥补单一的使用分离效率评估旋流器分离性能时,单一评估底流液净度的局限,提出一种能够综合评价底流液净度和溢流液含水率的综合性能评价指标,针对该评价方法的理论原理与计算方法进行详细介绍。为分析不同操作参数对其分离性能的影响,对浓缩型二次分离旋流器开展数值模拟和室内分离性能试验研究,分析了实验结果与模拟结果产生差异的原因。实验结果表明,浓缩型二次分离旋流器可将一级溢流口液流的水油比由6.4提升到24.0,同时净化效率稳定在98.6%,浓缩效率稳定在95.0%。得出浓缩型二次分离器的最佳操作参数:处理量为4.1m~3/h、一级分流比为50%、总分流比为11.2%。最佳工况下综合性能评价指标为82.8%.