水下分离器系统主要包括水下分离器及其控制模块,其是水下生产系统中的关键装备,能够在深海环境下完成气液两相分离或油水气三相分离,有利于减小井口背压,提高油气采收率,同时可有效避免生成水合物,减少采出水对海洋环境的污染,有效提高深海油气开采的经济效益。本文对水下分离器系统的机械结构和控制系统进行了详细设计与分析,成功研制出了一套水下分离器系统试验样机,并对其关键性能进行了测试。论文对水下分离器及其控制模块的国内外发展现状进行了分析和介绍,通过对比分析,提出了水下分离器系统的总体方案,包括水下分离器结构和控制模块总体方案。确定了水下分离器结构的基本形式,并对其各模块和主要内部构件进行了简单的介绍。同时确定了水下控制模块液压系统和电控系统总体方案。根据水下分离器的工作环境及生产要求,对水下分离器进行了三维建模与计算,确定了入口整流模块、气液分离模块和油水分离模块的关键结构参数,同时采用分析设计方法确定了壳体厚度,并用ANSYS软件进行了强度校核。对止旋板进行了仿真分析,确定了止旋板的结构形式,并对止旋扇板的长度进行了优化处理;通过对比的方式确定了布液构件的结构形式,并仿真分析了布液构件开孔大小、长度和开孔率对布液效果的影响;对各截面速度分布的不均匀度M_f进行研究,确定了第一道整流板的位置,并对开孔大小和开孔率进行了优化;同时经过分析确定了在油水分离模块中采用两道整流板以及第二道整流板的位置。根据水下电控系统的工作原理以及水下分离控制系统的作用,制定了水下电子模块的原理设计,完成了各元器件的选型,主要包括PLC、变压器和光电连接器等,同时还完成了供电单元的配置,进而完成水下电子模块的电控设计。将研制的水下分离器及其控制模块试验样机进行水池联合调试。实验结果表明,整套水下电控系统能够完全监测设备上的变送器数据及实时控制水下液控阀门,且能够把油相液面、油水界面及分离器压力稳定控制在稳态裕量内。实验验证了系统的功能性、可靠性及稳定性。