油气分离器是把油井生产出的原油和伴生天然气分离开来的一种装置。油气分离器置于潜油离心泵和保护器之间，将井液中的游离气体与井液分离，液体送给潜油离心泵，气体释放到油管和套管环形空间。有时分离器也作为油气水以及泥沙等多相的分离、缓冲、计量之用。从外形分大体有三种形式，立式、卧式、球形。
主要结构包括：（1）入口分流器：使油、气的流速和流向突然发生改变，从而使油、气得到初步的分离；（2）重力沉降区：气流中携带的直径＆sup3；100微米的油滴，在该部分能够依靠重力，沉降至气液界面。（3）捕雾器：气流中靠重力仍未沉降的、粒径<100微米（10～30微米以上）的油滴，在捕雾器内以碰撞和凝聚为主的方式加以捕集，然后在重力作用下流入集液区。（4）集液区：集液区具有一定的体积使原油在分离器内有足够的停留时间，以确保气液有充分的时间达到相平衡，实现原油中气泡的分离。同时有缓冲作用，均衡进、出分离器液量的波动。（5）压力控制阀：压力控制阀的开度由器内的压力来控制，当器内压力超过设定值时，开大阀门，气体排放量增大，从而降低器内的压力，反之则关小阀门，减少气体排放量，使器内的压力回升，始终确保分离器在设定压力工作。（6）出油阀：出油阀的开度由气液界面高度来控制。
油气分离元件是决定空压机压缩空气品质的关键部件，高质量的油气分离元件不仅可保证压缩机的高效率工作，且滤芯寿命可达数千小时。从压缩机头出来的压缩空气夹带大大小小的油滴。大油滴通过油气分离罐时易分离，而小油滴（直径1um以下悬浮油微粒）则必须通过油气分离滤芯的微米及玻纤滤料层过滤。油微粒经过滤材的扩散作用，直接被滤材拦截以及惯性碰撞凝聚等机理，使压缩空气中的悬浮油微粒很快凝聚成大油滴，在重力作用下油集聚在油分芯底部，通过底部凹处回油管进口返回机头润滑油系统，从而使压缩机排出更加纯净无油的压缩空气。压缩空气中的固体粒子经过油分芯时滞留在过滤层中，这就导致了油分芯压差（阻力）不断增加。随着油分芯使用时间增长，当油分芯压差达到0．08到0．1MPa时，滤芯必须更换，否则增加压缩机运行成本（耗电）。