随着石油工业的快速发展，膜分离技术逐渐在石油化工领域中扮演着重要角色。综合考虑各种分离技术的优缺点，将串联泵系统、水力旋流器及膜材料相结合，设计了一种井下油水膜分离装置。通过对传统水力旋流器的结构优化与改进，完成了旋流式膜分离器单元的设计，对其进行了样机试验与相关性能研究，确定了油水膜分离装置的结构及其配套工艺。研究结果表明：该分离装置应选择温度适当的井深段使用，其适用于含水体积分数大于80%的油井；整套装置采用并联型设计，分离效率高，处理量大，减小了流体的流动阻力，降低了流道中的压降；抽油泵和注水泵可以同时实现抽油注水，能有效避免使用传统双作用泵时出现的分离油无法抽到地面或将分离油与分离水一同被注入注水层等问题。研究结果可为井下油水膜分离装置的进一步设计提供技术借鉴。