钻井除砂器主要基于水力旋流离心分离原理，通过构建高速旋转流场，利用砂粒与钻井液的密度差异，实现固相（砂粒）与液相（钻井液）的快速分离，具体过程分为 4 个关键阶段：
1. 形成旋转流场：为分离提供动力
钻井液经进料系统以 0.2-0.4MPa 的压力，从水力旋流器的切线方向进入腔体（而非轴向）。高速流体撞击旋流器内壁后，沿壁面做螺旋下降运动，形成 “外旋流”（下降流）；同时，由于旋转过程中离心力的作用，中心区域形成低压区，带动部分流体做螺旋上升运动，形成 “内旋流”（上升流）。整个流场的旋转速度可达 1000-2000r/min，为后续分离奠定基础。
2. 离心力分离：砂粒与钻井液分层
在高速旋转流场中，砂粒（密度约 2.6-2.8g/cm³）与钻井液（密度约 1.0-1.3g/cm³）因密度差异，受到的离心力不同：
砂粒密度大，受到的离心力远大于钻井液，被快速甩向旋流器内壁，随外旋流沿壁面螺旋下降，最终进入沉砂室，形成 “沉砂”；
净化后的钻井液（含少量细颗粒）密度小，受离心力小，向旋流器中心区域聚集，随内旋流螺旋上升，从顶部的溢流管排出，进入后续的除泥器或钻井液罐，实现循环利用。
3. 二次过滤：提升分离精度
旋流器排出的沉砂并非纯砂粒，仍含有约 30%-50% 的钻井液。为避免钻井液浪费，这些 “砂水混合物” 会直接流入下方的振动筛。振动筛通过高频振动（1800-2800r/min），使钻井液透过 60-120 目的筛网，重新回流至钻井液循环系统；而砂粒（粒径大于筛网孔径）则留在筛网上，随振动逐渐从筛网一端排出，实现 “砂液二次分离”，进一步提升钻井液回收率（回收率可达 85% 以上）。
4. 排砂与监控：确保连续运行
沉砂室中的砂粒堆积到一定量（通过液位传感器监测，通常达腔体容积的 70%-80%）后，控制系统会自动开启排砂阀（气动或电动），将砂粒排出至砂罐或运砂车；排砂完成后，阀门自动关闭，设备继续进入分离状态。同时，压力传感器实时监测进料压力，若压力过低（低于 0.2MPa），会导致旋转流场速度不足，分离效率下降，此时设备会发出报警信号，提醒操作人员调整进料参数（如增大泵排量）。