在原油开采集输过程中,无论是井口采出物脱水还是含油污水处理,均面临提高油水分离效率的问题。影响油水分离效率的因素有很多,其中最关键的因素是液滴粒径。作为调节井口采出物流量和压力的关键元件——井口节流阀,因其在工作过程伴随着强烈的剪切乳化作用,导致井口采出物中分散相液滴发生破碎,增加了油水分离难度,对于油水分离问题影响最大。因此,低剪切节流阀技术及设备的研究开发具有重大意义。本文在总结液滴破碎原理、液滴在节流元件中的破碎机理以及国内外低剪切节流阀产品的研制开发现状的基础上,首先借鉴国外同类产品的设计思路,提出了低剪切节流阀的概念性设计,并结合常规节流阀产品基本结构形式,完成低剪切阀门结构方案论证和基本结构设计。采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对节流阀的内部流场进行数值模拟,讨论了切向孔直径、角度、距阀笼轴线距离及缩颈直径对于能量耗散率和分散相分布的影响,根据模拟结果指导完成关键节流元件的细节设计。最终完成产品整套图纸的绘制及外协加工工作。为了研究井口低剪切节流阀对液滴的剪切破碎性能,本文设计加工了低剪切节流阀性能评价装置对其开展性能评价实验。实验考察了不同压力降下的液滴破碎性能,并与常规轴流式阀门进行对比,结果表明低剪切节流阀在高压力降下能够显著提高油滴的沉降速度,实现低剪切,例如,低剪切节流阀在压力降为0.5MPa时,比常规轴流阀后取样分离10min的水层含油率降低了57.5%。由于实验所采用的介质为低浓度的油水混合物,不能够代表真实井口采出物的特性,但本文研究成果对低剪切节流阀的工业化应用仍具有一定的参考意义,同时为结构进一步改进累积了经验。