三相分离器的工作原理主要基于重力、离心力和流体力学原理，通过物理性质的差异进行油、气、水的分离。具体过程如下：

当地层流体进入三相分离器时，遇到入口分流器，使液体与气体得到初步分离。

夹带液滴的气体经过聚结板进行分离，再经过消泡器和除雾器，得到净化，使其成为干气而从出气口排出。排气管线上设有气控阀控制气体排放量，以维持容器内所需的压力。

在重力作用下，由于油水密度差，自由水沉到容器底部，油浮到上面，并翻越油水挡板进入油室。浮子式液位调控器通过操纵排油阀控制原油排放量，以保持油面的稳定。分离出的游离水通过油水界面调控器操纵的排水阀排出，以保持油水界面的稳定。

三相分离器根据其形态可分为立式、卧式和球形三种主要类型：

立式三相分离器：结构紧凑，占地面积较小，通常用于空间有限或处理量适中的场合。其结构设计较小，通过多层隔板与导流装置，引导流体在不同区域内完成分离过程。立式分离器上面设有气体出气口，中间为油相收集区，底部则为水相收集区，形成明显的分层结构。

卧式三相分离器：内部结构复杂而精细，主要包括入口分流器、消泡器、聚结板、涡流消除器、除雾器等关键部件。这些配件协同工作，保持油气水三相的分离。卧式分离器的设计使得流体在较长距离内缓慢流动，便于气液分离及油水分离过程的进行。同时，卧式分离器便于搬运和安装。

球形三相分离器：以其球形结构，提供了较大的空间与较好的流体动力学性能。其通常设置多层分离网或隔板，通过旋转或振动等方式进行流体中不同相态的分离。