气井出砂会给气田生产带来安全威胁,针对海上生产平台的特殊环境,本文提出了合理改造传统段塞捕集器,以实现控砂除砂的新思路。具体改造方法为:入口设气相预分离器,疏导气相、稳定流场;在捕集器液相出口前设防砂挡板,实现挡砂控砂。通过数值模拟和实验研究的方法对段塞捕集器内部流场分布、砂粒堆积形态、砂粒迁移规律和捕集器除砂性能等进行了重点研究。主要内容和结论如下:捕集器内气液界面波动程度除了跟气相掠过时对自由液面的切向吹扫有关外,还与捕集器边壁处两者直接的冲击相关。气速增大,气液交界面出现了较大的波浪,捕集器边壁附近液面凹陷程度加深,液面整体的波动程度加剧。液流进入捕集器后的冲击模拟表明,增大入口液量不会导致液流以较为分散的形式冲击液面,并且冲击范围有限,对流场稳定性影响不大。砂粒堆积区域主要分为两个区:搅混沉降区和自由沉降区,其中搅混区的堆积形态具有特殊性,可用堆积长度和堆积角度两个参数进行表征。气相流速和液相流量对堆积长度的扩展起到了协同作用,而对堆积角度的增大起到了相互抵消的作用。取样分析发现,沿捕集器筒体轴向呈现出明显的颗粒分选现象,随轴向距离增大,砂粒中位粒径逐渐减小,粒径分布范围逐渐变窄。采用影响因子进行分析,气速和液相粘度对捕集器轴向的中位粒径影响较大。进行捕集器分离性能试验,发现气相流速对除砂效率影响最大。气相流速达到14m/s以上时,除砂效率出现陡降,而增加入口预分离器可以在一定程度上改善这一现象。通过安装高度合适的防砂挡板,可以实现不同气速下除砂效率的基本相同,证明了增加防砂挡板的有效性和合理性。在捕集器内同时设置入口预分离器和防砂挡板,气速较大时除砂强化效果最明显;高度15 cm的挡砂板加入口预分离器的组合除砂效果最佳,工况适应性最强,临界粒径值稳定在30μm左右。