气体钻井是近年来兴起的一项能够减轻地层伤害、提高钻井速度和缩短钻井周期的钻井新技术。但现有的气体钻井工艺一般将从井筒返回到地面的携岩气体直接排放,不但污染环境,而且还浪费资源。因此,将多相流分离技术与气体钻井工艺结合,把天然气或氮气钻井过程中返回到地面的气体像普通钻井液一样进行回收和循环利用是一项非常有意义的工作。本论文针对气体钻井携岩气体分离器撬装运输、野外机动作业的应用背景,首先采用冷模试验的方法,研究考察了无锥体立式圆筒型旋风分离器的分离性能、圆筒底部设置内构件对分离性能的影响以及圆筒高度的影响和卧式圆筒分离器的分离效率与压降。进而还用Fluent软件进行了相应的气体流场模拟,以加深对本文试验分离器结构-性能关系的认识。论文研究表明,与常规PV型旋风分离器相比,截除锥体后的网筒型分离器,虽然分离器高度显著降低,但分离效率也明显下降,并且压降大幅升高,即对分离性能的损害较大,需要采取措施进行补救。在圆筒型旋风分离器内设置合适的内构件可以提升其分离性能,“中空底板”型内构件是本试验中最佳的内构件。流场数值模拟显示,“中空底板”中孔及边隙可以提高上旋及下旋气流的气速,增大切向速度,提高分离效率。增加圆筒型简体高度也可以增大颗粒二次再分离效果,提高分离效率。卧置旋风筒的气相流动数值模拟显示,卧置旋风筒内的流场分布形态及特性与常规立式旋风分离器基本相同,切向速度分内外两层旋流、轴向速度在中心区也会出现滞留或倒流。增加卧式旋风筒的筒长可以提高分离效率,卧式旋风简排灰口直接置于收灰斗之上会在灰斗内产生一低气速高气压区,这种突变对流场及分离效率的影响较大,不利于颗粒分离。今后应对卧式灰斗结构进行更全面的研究改进。