钻井除泥器与除砂器同属离心式净化设备，核心原理均为离心沉降，但针对细颗粒的分离特性，其结构参数与运行机制更具针对性，整个净化过程分为三个关键环节：
首先是加压进料环节，经振动筛、除砂器预处理后的钻井液，由专用渣浆泵以0.25-0.35MPa的压力、6-9m/s的流速，沿旋流器切线方向高速射入，在筒体内迅速形成螺旋状涡流场。相较于除砂器，除泥器的旋流器直径更小，因此能产生200-400倍于重力的离心力——这是实现细颗粒分离的核心保障。
其次是分级分离环节，在强大离心力作用下，密度略高于钻井液的泥质颗粒、细砂被甩向旋流器内壁，沿锥形筒壁做螺旋下降运动，形成“外螺旋流”；而净化后的钻井液则向中心轴汇聚，形成流速较慢的“内螺旋流”向上攀升。这一过程中，5μm以上的细颗粒被捕获，避免其在钻井液中累积。
是排放环节，细颗粒固相从旋流器底部的底流口排出，形成浓度较高的“泥膏状”底流，经收集槽导入振动筛进行二次处理；净化后的钻井液则从顶部溢流口流出，进入除砂除泥一体机的储浆罐，或直接输送至下一级净化设备（如离心机）进行超精细处理，完成钻井液的循环复用。
钻井除泥器的结构设计围绕“细颗粒分离”与“稳定运行”展开，主要由动力模块、分离模块、收集模块及控制模块组成，各部分协同实现净化：
- 渣浆泵：作为动力核心，采用高耐磨过流部件（如高铬合金叶轮），具备高扬程（25-35m）、大流量特性，能稳定提供高压进料动力，避免因压力波动导致的分离效率下降。单台除泥器通常配套1-2台渣浆泵，适配不同钻井液排量需求。
- 旋流器组：分离功能的核心，采用直径50-100mm的小尺寸旋流器，单台处理量5-15m³/h，实际应用中多以6-12台并联组成旋流器组，总处理量可达30-180m³/h。旋流器内壁衬有聚氨酯或陶瓷耐磨层，有效抵抗细颗粒冲刷，延长使用寿命。
- 底流收集系统：由集液槽、导流板、振动筛衔接装置组成，采用倾斜式设计确保底流顺畅排出，同时避免净化后的钻井液与底流混合污染。部分高端设备配备底流浓度传感器，实时监测分离效果。
- 控制系统：包含压力仪表、流量调节阀门及启停控制单元，操作人员可通过监控进料压力（稳定在0.3MPa左右）判断分离状态，当压力过高时及时调整阀门，确保设备稳定运行。