随着油气田开采速度的加快,一些油气田迅速进入其生产寿命的中后期,需要采用压裂等增产措施,从而导致产出气的含液、含砂量增加。气井出砂除了造成能源浪费和严重的环境污染之外,还会给实际生产带来工艺设备损坏、气田减产、设备工作效率降低等诸多问题。为解决油气井采出物含砂量大的问题,前人们先后研究出了多种除砂方法,也研发了多种配套设施。其中部分设备具有较好的分离效果,但是在效益和性能等方面有些不尽人意。因此,本文针对以上问题,研究分析气固两相流机理及除砂器内流动规律,设计出过滤式除砂器模型,并对其进行优化研究。本文首先介绍了气固分离理论基础及颗粒层过滤分离原理,过滤式分离器装置中的关键过滤设备——过滤颗粒层的特点、分离过程及分离性能,为过滤式除砂器的设计、优化提供了理论依据。在此基础上根据文献提出将过滤分离与旋流分离相结合的思路,设计了过滤式除砂器模型结构,对其简化后进行软件模拟,研究过滤器的分离性能。基于计算机流体力学软件Fluent对除砂器模型进行几何建模,将颗粒层过滤作为多孔介质模型进行处理,采用DDPM模型对过滤式除砂器进行分析,并在模拟中使用多粒径的固体颗粒,以便更真实的模拟实际分离过程,由此得到分离效率,验证了设计的有效性。对过滤式除砂器的结构参数进行单因素分析,优化设计,并进一步验证过滤式除砂器设计的可靠性。对优化后的过滤式除砂器进行模拟,针对不同物性参数的研究,进一步分析出了参数变化对除砂器分离性能的影响规律,对实际生产中工况的选择奠定了一定的理论基础,为日后生产实践中设计更高效的过滤式除砂器提供了参考依据。