钻井除砂器主要由旋流除砂器和钻井液振动筛两大部分组成。旋流除砂器是其核心部件，通常由多个不同规格的旋流器组合而成。这些旋流器一般呈圆锥状，上部连接进液管，以切线方向与内部液腔连通，顶部设有上溢流口，底部则为底流口。而下部的钻井液振动筛，多为圆振型振动筛，由一台激振电机驱动激振器，使整个筛箱保持整体向前的圆型轨迹振动。
其工作原理基于离心沉降。当含有固相颗粒的钻井液在砂泵的作用下，以一定的压力和速度沿旋流器内壁螺旋进入后，由于粗颗粒与细颗粒间存在粒度差和密度差，它们所受的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同。在离心力的强大作用下，密度较大、粒度较粗的固相颗粒（通常粒度大于 47 微米）被甩向旋流器壁面，并沿锥体螺旋下沉，最终从底流口排出，落在下方的细目振动筛上进行再次分离。而其余的钻井液，即含有较细颗粒和液相的介质，则沿旋流器螺旋上升，从溢流口流出，进入后续的第三级分离设备除泥器，作进一步的净化处理。
这种独特的工作方式，使得钻井除砂器具有诸多优势。一方面，它能够高效地清除钻井液中的有害固相颗粒，降低对后续设备的磨损，延长设备的使用寿命。另一方面，经过除砂处理的钻井液性能得到稳定和改善，有助于更好地发挥冷却钻头、携带岩屑、稳定井壁等功能，进而提高钻井作业的效率和安全性。此外，一些先进的钻井除砂器在设计上采用了模块化结构，便于安装、拆卸和维护，且占地面积小，可适应不同的作业场地和工况。
