石油钻井用的钻机是一套联合机组。钻机由井架、绞车、游车、大钩、转盘、钻井泵、动力机组、固控设备、发电机组、空气动力等辅助设备等组成。
一、钻机的旋转系统
旋转系统包括水龙头和转盘两大部分，其主要作用是在通过钻具不断向井底传送钻井液的同时，保证钻具的旋转。
1、水龙头：
在一部钻机中，水龙头既是旋转系统的设备，又是循环系统的一个部件。在钻进时，悬挂并承受井内钻柱的全部重量，并将钻柱与水龙带连接起来，构成钻井液循环通道。
水龙头主要由固定、旋转和密封部分组成。
2、转盘：
转盘主要由水平轴、转台、主轴承等组成，其主要作用是带动钻具旋转钻进和在起下钻过程中悬持钻具、卸开钻具螺纹以及在井下动力钻井时承受螺杆钻具的反向扭矩。转盘的动力经水平轴上法兰或链轮输入，通过锥齿轮转动转台，借助转台通孔中的方瓦和方补心带动方钻杆、钻柱和钻头转动；同时，方补心允许方钻杆轴向自由滑动，实现边旋转边送进。
二、钻机的循环系统
钻机的循环系统主要包括钻井泵、地面管汇等。在井下动力钻井中，循环系统还担负着传递动力的任务。
钻井泵：
钻井泵常用的安全阀有销钉式、杠杆销钉式和弹簧式安全阀三种：
①销钉式安全阀是利用不同直径的销钉来限制过高泵压的装置，当泵压达到销钉所限制的压力时，销钉被剪断，钻井液从阀的泄压口排出，泵压回零，从而起到安全保护作用。
②杠杆销钉式安全阀使用的销钉是同一直径，靠移动销钉在不同销孔中的位置来改变力臂距离，从而调节安全阀的压力，达到限制泵压的目的。
③弹簧式安全阀是利用弹簧的作用设计的一种安全阀。
三、钻机的提升系统
钻机的提升系统由绞车、井架、天车、游车、大钩及钢丝绳等组成。
1、绞车：
绞车是构成提升系统的主要设备，是组成一部钻机的核心部件，是钻机的主要工作机械之一。其功用是：提供几种不同的起升速度和起重量，满足起下钻具和下套管的需要；悬挂钻具，在钻进过程中送钻和控制钻压；利用绞车的猫头机构上、卸钻具螺纹；作为转盘的变速机构和中间传动机构；当采用整体起升式井架时用来起放井架；当绞车带捞砂滚筒时，还担负着提取岩心筒、试油等项工作；帮助安装钻台设备，完成其他辅助工作。常用的JC—50D型绞车为内变速、墙板式、全密闭四轴绞车，JC—45型绞车是五轴绞车，JC—14.5型绞车是三轴绞车。绞车一般由绞车传动部分、提升部分、转盘驱动箱部分、控制部分、润滑部分和刹车机构等组成。
2、井架：
井架由井架的主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和井架底座等几个部分组成，主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。目前，在国内外石油矿场上使用的井架种类繁多，但就结构型式来讲，一般可分为塔型井架和A型井架两种。
3、天车：一般是多个滑轮装在同一根芯轴或两根轴心线一致的芯轴上。现在的天车大都是滑轮通过滚柱轴承装在一根芯轴上。芯轴的直径较大，芯轴的一端或两端有黄油嘴，芯轴里有润滑油道。润滑脂从黄油嘴注入，以润滑轴承
4、游车：形状为流线型，以防起下时挂碰二层台上的外伸物。同时，游车要保证一定的重量，以便它在空载运行时平稳而垂直地下落。现在，钻机各型游车都是一根芯轴，滑轮在轴上排成一列，其结构与天车相似
5、大钩：
大钩是提升系统的重要设备，它的功用是在正常钻进时悬挂水龙头和钻具，在起下钻时悬挂吊环起下钻具，完成起吊重物、安放设备及起放井架等辅助工作。
6、 钻井用钢丝绳：
钻机游动系统所用的钢丝绳称为大绳。它起着悬吊游车、大钩及传递绞车动力的作用。
四、钻机的传动与动力系统
1、传动系统：
钻机传动系统的基本功用是将动力机发出的动力分别传送给各工作机，即绞车、转盘、钻井泵等，主要解决增矩减速、变矩变速、并车、正倒车问题。钻机传动系统的总体布置有统一驱动（如大庆130型、ZJ45型钻机）、分组驱动（如车装钻机）和单独驱动（电驱动钻机）三种形式。传动系统各传动部分护罩必须完好，固定牢靠。机房四周栏杆要安装齐全，固定牢靠，梯子稳固且有光滑的扶手。
2、动力设备：
目前，钻机的驱动类型主要有柴油机直接驱动、柴油机—液力驱动、柴油机—（交）直流电驱动和工业电网电驱动四类。
五、钻机的气控系统
气控系统主要由供气机构、发令机构、传令机构、执行机构四个部分组成。主要功能是控制柴油机的启动、停车、调速和联动机并车与停车；控制绞车转盘、钻井泵的启动与停止；控制绞车、转盘的转速和转动方向；控制滚筒刹车、猫头的运转与停止等。