钻井设备通常由六个系统组成。
1．动力系统
钻井好像是一座流动性大的独立作业的小型工厂。钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机做发动机，通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备。钻井动力功率的配备要根据钻井的深浅而定，一般需要1490～4470千瓦。
2．提升系统
提升系统主要用来提升钻柱和下套管等。一套钻柱的重量可达到数十吨到一百多吨，下套管的重量最重的可达到四五百吨。这套设备由井架、天车、游车、大钩、吊环等组成。一般用最小的提升速度和最大的负载来确定提升系统的能力。例如2000米钻机的大钩的最小提升速度为0．24米/秒，大钩的最大提升负载为140吨，钻机的提升功率约为370千瓦。
3．旋转系统
用来旋转钻柱，向钻头提供扭矩。由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成。转盘有钻机驱动和马达直接驱动两种。旋转系统还有接、卸钻柱和钻具的功能旋转系统的能力根据钻井设备的能力而定，中型钻机为370～447千瓦，大型钻机为745千瓦左右。
近年顶部驱动装置在钻井中得到广泛的使用。这套简称顶驱的装置，是在游车大钩下装上有转盘和水龙头合一功能的设备，它既能给钻柱提供扭矩又能使钻井液循环；同时在顶驱的下部装有一套能在游车活动范围内的上卸扣装置，当井下遇到复杂情况时可立刻接上钻柱进行转动和循环。
顶驱给钻井操作提供很多便利。在正常情况时可接立根钻进，能够使钻头有较长钻程的稳定进尺（由2～3根钻杆组成一个立根，可钻24～28米；而用方钻杆只能接一根钻杆钻进，钻8～10米）。接立根钻进可节省12～1/3的接单根的时间，因此，可提高钻井的效率。特别是在起下钻过程中遇到阻卡和铤槽时，可利用顶驱上下划眼，破坏键槽，顺利地起出钻柱。给定向钻井提供更多的安全保障。
顶驱有电驱动和液压驱动两种，前者多用在大型电驱机钻机，后者用在柴油机驱机的中小型钻机。
可根据钻机的能力配备顶驱，大型钻机配备负载500～750吨，驱动能力820～840千瓦的顶驱；中型钻机配备负载250～400吨，520～590千瓦的顶驱。安装顶驱需要适当的提高井架的高度，一些辅助装置和操作仪表。
4．循环系统
钻井液（通常是用水、黏土和化学处理剂配制成的混合液体）由泥浆泵泵入高压管线到钻台立管，经过水龙带和水龙头，进入钻柱直到井底钻头，通过钻头水眼由环形空间返回地面，再经过泥浆振动筛和除砂、除泥和除气器，清除钻井液中的岩屑和固体颗粒后，返回到泥浆池，构成一个从地面到井下再返回的循环通路。为循环系统配套的还有钻井液的处理装置和储存罐等。
钻井液通过循环系统将钻头切削地层产生的热量和岩屑带出井眼，同时将泥浆泵的一部分水功率通过钻头喷嘴的喷射来冲击地层。近代钻井利用泥浆泵的水功率进行喷射钻井取得显著的效果，这就是“喷射钻井”的原理。
为了适应钻井技术的发展，泥浆泵的功率有逐年增大的趋势，两台泥浆泵的功率已由1490千瓦增至2980千瓦，占钻机总功率的三分之二。
5．井控系统
在整个钻井作业过程中，井控系统要对井下可能发生的复杂情况进行控制和处理，以恢复正常作业。井控系统包括四个主要部分。
（1）防喷器组。一般由三到六个防喷器组成，这组防喷器组要能封住下入井内的钻杆、钻铤、套管、油管、电缆或测试钢丝绳和空井封闭，以避免钻井事故扩大，形成灾害。防喷器和闸门全部用液压遥控。防喷器组要依据井的深浅和地层压力选择不同的尺寸和压力等级。防喷器的通径与套管尺寸配套，从7英寸（1英寸＝2．54厘米，下同）到20英寸。压力等级有21兆帕、35兆帕、70兆帕和100兆帕。目前在海洋上钻高温、高压深探井使用的是150兆帕级的防喷器组。
（2）储能器机组和防喷器组遥控面板。储能器机组产生并储备足够的高压液体，即使动力源被切断，储能器内的高压液体仍能对防喷器组和闸门进行有效地控制。防喷器组可由装在储能器机组上的遥控阀，钻台上的遥控面板和值班房内的遥控面板进行控制。
（3）测试管汇。钻进中遇到高压油气水层，因钻井液密度不够压不住油气水而进入井内时，要关闭防喷器，利用测试管汇控制井内压力和流量，同时测算井底压力，做压井准备。
（4）压井管汇。根据测算的地层压力，调整钻井液密度。在控制井口压力和排出流体的状态下，开动压井泵，通过压力管汇逐步地用调整后的钻井液压住地层中的油气水，直到井下恢复正常。
6．监测系统
通过地质和钻井综合录井对井下的作业情况进行监测。通过司钻操作台的仪表对钻进参数如大钩负载、钻压、转数、扭矩、泵压、排量、钻速等进行记录和测量；另外，通过泥浆振动筛、泵房、钻杆堆场等地的探测器对钻井液中的天然气和硫化氢进行监测。