随着超深层油气井的开发,井内压力的不断提升对井口除砂等工艺设备提出了更高要求。为解决地层压力超过100Mpa的超深层油气井出砂问题,本论文基于课题组现场成功应用的70Mpa旋流除砂器,进一步探究超高压旋流除砂器的内部流动规律。本文对超高压气井除砂器的数值模拟中,考虑气体可压缩性因素对内部流动影响,通过编译密度UDF获得密度变化条件下超高压除砂器气固两相流动规律,并利用响应面优化设计对超高压除砂器进行结构优化。具体研究结果如下:（1）考虑超高压运行压力下气体可压缩性因素,筛选气体压缩因子经验公式,将气体状态方程与气体压缩因子经验公式编译为密度UDF文件,数值模拟所得结果和现场数据进行对比,发现在高压模拟中考虑气体可压缩性因素能够获得更准确的模拟结果。（2）基于课题组70Mpa旋流除砂器各结构计算方法,确定超高压除砂器各结构尺寸参数,并建立超高压除砂器数值模型。通过数值模拟方法对速度场、压力场和气体密度进行研究,发现超高压运行压力下,除砂器内部速度场和压力场的数值大小发生改变,但分布规律基本没有发生改变。（3）调整除砂器关键结构尺寸,数值模拟结果分析发现筒体高度比和底流管直径比的变化对除砂器内部切向速度会产生明显的影响,筒体高度比和溢流管直径比对除砂器内部轴向速度会产生明显的影响。当筒体高度比和底流管直径比减小,除砂器内部的切向速度值、压降和密度差会增大,而当筒体高度比和溢流管直径比增大,除砂器内部的轴向速度值、压降和密度差会减小。（4）基于数值模拟结果和试验设计方法,采用响应曲面优化法对超高压除砂器模型进行尺寸优化。通过将分离效率作为优化目标函数,筒体高度、溢流管直径和底流管直径作为约束条件,获得随机生成的17组模型,数值模拟后得到优化尺寸参数,与原模型对比分析发现:优化后模型的切向速度值增加,分离效率提升约6%,颗粒处理能力有所提升。（5）模拟分析不同入口速度对超高压除砂器气固两相内部流场和分离效率的影响,发现除砂器内部速度值、压力值、压降、密度差和分离效率均随入口速度的增加而增大,模拟结果显示当入口速度在20m/s左右时,分离效率、压降和处理量最为合理。