传统的油气钻井工程中,在地面上开展录井参数检测存在响应速度慢和定量检测困难等问题。近年以来,国内外相关机构积极致力于随钻气体测试器的研制。随钻气体测试器通常安装在钻铤内,对油气进行实时检测。由于检测装置无法直接对井下钻井液与泥浆岩屑混合物进行检测,需将钻井液中大颗粒固相去除。为此,本文开展了井下钻井液固液分离装置的研究,旨在设计出可以安装在随钻气体测试器内满足分离粒度要求的固液分离装置。固液分离装置采用过滤分离和旋流分离相结合的两级分离方法,根据工况要求初步设计了井下钻井液固液分离装置。该装置包括过滤分离结构和旋流分离结构,过滤结构分离直径大于200μm的固相颗粒,旋流分离结构分离直径大于50μm的固相颗粒。分别建立过滤分离和旋流分离流体域几何模型,采用欧拉多相流模型、RSM湍流模型和多孔介质模型对井下钻井液固液分离装置进行数值模拟仿真。分析了过滤结构内流场特性、多孔介质内压力降曲线和固相分布规律。分析了旋流分离结构内流场特性、压力分布和固相分布规律。采取单一变量法分析旋流分离结构各个结构参数对分离效率的影响,确定最佳结构参数组合。根据井下实际工况,按仿真优化后的结果建立分离性能实验系统,对不同粒径的砂分别进行分离效率实验研究。将实验结果和仿真结果做对比,在误差允许范围内实验结果和仿真结果基本一致。证明本文设计的井下钻井液固液分离装置能够满足随钻气体测试器的固液分离要求,其数值模拟方法可以用来指导井下固液分离装置的设计。