2025年我国原油对外依存度高达72.7%，能源供应紧张，加大我国主力油田剩余油挖掘力度，对保障国家能源安全至关重要。主力老油田已全面进入高/特高含水期，开发形势严峻。同井注采是实现高含水油田经济开采的有效途径，水力旋流器作为井下油水分离核心技术，保障其高效运行是同井注采规模化应用的技术关键。但目前，针对三维旋转流场内油滴形态演化规律及运移特性的参数调控理论依据不足，致使旋流设备出现高效稳定运行困难、不同井况适用性差等工程问题。东北石油大学邢雷教授以双切向入口构建的三维旋转流场为研究对象，采用数值模拟与粒子图像测速实验相结合的方法，系统研究不同油滴直径、黏度比及入口雷诺数条件下离散相油滴的运移行为与变形特性，旨在揭示油滴在三维旋转流场中的变形与破碎机制，对指导不同工况高效油水分离设备设计与运行参数调控提供理论依据。相关研究认识刊登在《石油学报》第47卷第7期。

（1）构建了粒子成像测速与高速摄像相结合的试验测试方案，系统研究了三维旋转流场内离散油滴的界面演化行为；明确了油滴从球状依次演变为椭球状、棒状、拱形、螺旋状的形态转化机制，完成了三维旋流场下油滴界面变形、拉伸、破碎动力学行为的定量表征。

（2）创新揭示了油滴粒径、油水黏度比对旋流场内油滴运移变形行为的影响规律，油滴粒径增大可促进油滴变形破碎并加快向轴心运移，但破碎产生的微小液滴较难分离，对后续分离效果产生一定抑制作用；油水黏度比能够有效调控油滴径向迁移能力，低黏度比条件有利于油滴向轴心聚集，高黏度比将显著降低油滴径向运移能力，促使油滴撞壁黏附，当黏度比超过临界值500时，油滴与边壁间的摩擦力超过流场曳力，导致油滴黏附于壁面，难以实现有效分离。

（3）深入剖析了三维旋转流场与油滴界面行为的双向耦合机制，入口雷诺数升高将强化流场湍流扰动与轴心剪切效应，加剧油滴偏移、界面变形与破碎，缩短油滴分离时长。确立了油滴临界破碎韦伯数与入口雷诺数的定量关系，深入揭示了流场-油滴耦合作用下油滴破碎机理，为旋流分离设备设计与运行参数优化提供理论支撑。

论文链接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202607012