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，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。