为了寻找与开采埋藏在地层中的石油和天然气，必须钻穿从地面到地下油层之间的地层岩石，形成一个油气通畅流到地面的通道，由此打开地下亿万年的油气宝藏，这个过程就是石油、天然气钻井。在整个钻井作业过程中，必须注意保护好地下油气层不受污染、伤害，为油气井的发现和长期开采打下良好基础。

钻井的过程其实并不复杂，原理就像我们用电钻在木块或金属块上打眼一样。不过石油钻井的对象是地层，钻下来的钻屑由循环的钻井液携带到地面。

首先要知道在什么地方打井。要在充分认识油藏的基础上，制订油田开发方案井网布置图，并在射孔方案中确定开发井储集层的位置。所以在钻开发井之前，井的位置、完井深度、需要射开的油层以及射孔的数量与方位都是确定的，必须严格执行。

然后在井位上打好基础，安装钻井井架和钻机。

钻井井架（钻塔）是石油工业的标志，它像一个个巨人一样矗立在大地上。目前世界最高的钻塔高达70米，可承受1000吨的重量。井架顶端装有定滑轮组，即天车。穿在滑轮组上的钢丝绳带动动滑轮组（即游动滑车）上下游动。游动滑车上装有大钩、吊环和吊钳等工具。钻井过程中起下钻具和下套管作业时，要把上百吨至几百吨的钻具或套管柱，从井中起出或下入。在起下钻过程中，井架还要能够存放和支撑全部由2根或3根钻杆组成的钻杆立柱。钻井井架主要由井架底座、井架本体、天车台、天车、起下钻具的操作台（二层台）、立管平台（即拆装水龙带的操作台）和井架扶梯等组成。

石油钻机是石油钻井的专用机械设备，它是由可使钻柱旋转的转盘、能提升井下钻具的绞车和维持钻井液循环的钻井泵组成的，是钻井过程的核心设备。动力系统是大功率柴油机组和柴油发电机组，由它们提供强大的动力。该动力一方面通过绞车、天车、游车、大钩吊住并起下钻具，另一方面通过减速箱和变矩器带动水平的转盘，再通过转盘内的方补心、方钻杆带动整个钻柱旋转；同时钻井泵把高压钻井液通过管线和水龙带、水龙头从空心钻柱泵入井底，从钻头上的高压水眼喷出，携带全部钻屑从钻柱与井壁之间的环形空间返出地面。钻井液净化系统在地面清除钻屑后，再由钻井泵将钻井液循环泵入井底。正常钻进时，整个钻柱垂直悬吊在大钩上，只有极小部分钻柱重量由最底部的厚壁不易弯曲的钻铤施加在钻头上，以保证井眼的垂直。

为了保证钻井过程正常进行，还需要其他的系统配合共同完成，主要包括控制系统、钻井液循环系统、井控装置等。

钻具就是整个井下钻柱。从上往下，由方型钻杆、钻杆（圆形）、钻铤、钻头及一系列配合接头组成。其中钻头是钻具的急先锋，它总是冲锋在前，承担钻进破岩任务。在石油钻井中，广泛应用的钻头有用于较软地层的刮刀钻头、用于较硬地层的牙轮钻头和用于坚硬地层的金刚石钻头。在克拉玛依注册的与美国哈里伯顿公司合资组建的新疆DBS钻头工具有限公司目前生产的适用于坚硬地层的高效PDC钻头（Polycrystalline——聚晶、Diamond——金刚石、Compact——复合片）在准噶尔、塔里木和吐哈三大油气区得到了广泛的应用。

钻井液是钻井施工中十分重要的组成部分，它是“钻井的血液”，通常将它称之为“泥浆”。可别小看它的作用，它可以悬浮并携带出井筒中岩屑；平衡地层流体的压力以防止井喷；冷却、润滑钻头和钻具；保护井壁；在井壁形成优质滤饼，可防止钻井液中的水和微细颗粒进入油气层造成污染，保护油气层；在喷射钻井过程中，从钻头水眼喷出的钻井液高压射流，可协助破岩，大大加快钻头的钻进速度。

钻井作业时，钻机提供动力，带动钻杆和钻头旋转。在钻头破碎岩石的同时，地面钻井泵通过空心钻杆向地下泵入钻井液，携带钻头破碎的大量岩屑，由钻杆与井壁之间的环形空间返出地面。钻头不断破碎岩石，钻井液通过循环，不断携带出产生的岩屑，形成井筒。钻进达设计深度后，要在井筒内下入专用的测井仪进行测井，确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置，然后在井筒里下入套管。钻井结束后要进行固井，即在套管与井壁的环形空间注入水泥浆，把套管固定在井壁上，并封隔地下油、气、水层，使之互不相通。最后，在要开采的油气层位置射孔，形成井下油气流入套管内的孔道。如果油气层压力高，循环替出高密度钻井液，降低井筒液柱压力后，油、气就会自行喷出地面，称为自喷油气井；而当油气层压力低时，需要借助于人工抽吸，将油气排出地面，称为非自喷井。