为了提升注空心球多梯度钻井中井下分离器的分离效率,设计可以实现高效分离的过滤分离器.首先针对过滤分离器的过滤结构,建立相应的几何模型,进一步推导分离口直径与最小通道尺寸之间的数学关系;其次,针对过滤结构的内部流场,利用数值模拟研究分离口处的喷射速度与负压随注入速度的变化;然后,将多孔介质模型与多相流模型相耦合的数值模拟与室内试验相结合,研究空心球在不同条件下的分离规律;最后,推导分离口处的混合流体进入环空时所产生的压力波动数学模型,并通过钻井数据进行计算分析.结果表明:过滤分离器的分离效率随排量和空心球体积分数的增加而增加,最高可以达到98％;分离口处所占的分流比为5.7％,对钻井液排量的影响有限.