利用石油钻井设备从地面开始沿设计轨道钻穿多套地层到达预定目的层（油气层或可能油气层），形成油气采出或注入所需流体（水、气、汽）的稳定通道（即油气井），并在钻进过程中和完钻后，完成取心、录井、测井和测试工作，取得勘探、开发和钻井所需各种信息的系统工程。为了快速地完成一口井的钻井任务，施工前必须精心做好钻井设计。钻井设计通常包括钻井地质设计和钻井工程设计两个部分，钻井工程设计包括工艺技术设计、工期设计和钻井费用预算等。
钻进包括如下作业：
（1）接单根。在钻进过程中，由于井在不断加深，钻柱也要及时接长，每次接入一根钻杆叫做接单根。通常每根单根长近10m，打一口井要接很多次单根。用顶部驱动钻井装置时接立根（一般由三个单根组成）。
（2）起下钻。在井底破碎岩石的钻头会逐渐磨损，当钻头磨损到一定程度后，破岩速度就会很慢，需要更换新钻头。为此，需将钻柱从井中取出（起钻），更换新钻头后再将新钻头及钻柱下入井内（下钻）。这一过程称为起下钻。一口井一般要用多只钻头才能钻成，可能需多次起下钻。有时为了处理井下复杂情况和事故，进行测井、取心等作业，也需要起下钻作业。
（3）固井。一口井在钻凿过程所形成的井（筒）壁应当是稳定的，才能保证继续向下钻进。实际上，井眼所要穿过的地层性质各异：有的地层岩石坚硬，井眼形成以后可以维持较长时间而不致坍塌；有的地层则很松软、破碎，岩石极易坍塌落入井内；有的地层内含高压油、气、水等流体；有的地层强度不高，易被压裂，造成钻井液漏失；有的地层含有盐、石膏、芒硝等成分，对钻井液产生不良影响等。尽管地层复杂多变，还是得设法将这些地层钻穿。当这些地层被钻穿以后，上述的各种复杂情况有的可能消失，对以后的钻井不再危害，有的则继续给钻井工作造成麻烦，也许会形成隐患。为了保护已钻成的井眼和使以后的钻井工作顺利进行，或为生产造成通路，防止各层间窜通，需要在适当的时候对井眼进行加固，称为固井。固井的方法是将套管下入井中，并在井眼与套管之间的环形空间内灌注水泥浆（在套管的下段部分或全部环空）从而将套管和地层固结在一起，隔开某些地层。然后用较小的钻头继续钻出新的井段。一口井从开始到完成，常需下入多层套管并注水泥，即需进行数次固井作业。
（4）处理事故。如物件落入井内，需进行打捞；钻杆断在井内也要打捞；钻柱被卡在井内时则要设法解除卡钻。井喷失控着火是钻井的灾难性事故，处理这种事故难度。
（5）其他作业。在钻井过程中要进行岩屑录井、气测等录井工作，必要时还要钻取岩心、进行电法测井等。探井在钻遇好的油气显示时要进行地层测试等。
①获取地下实物资料，即从钻井中采取岩心、矿心、岩屑、液态样、气态样等。
②作为地球物理测井通道，获取岩矿层各种地球物理场的资料。
③作为人工通道观测地下水层水文地质动态情况。
④用作探、采结合，开发地下水、油气、地热等的钻井。
旋转钻
利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用破碎岩石。是当前通用的钻井方法。比顿钻钻速快，并易于处理井塌、井喷等复杂情况。按动力传递方式，旋转钻又可分为转盘钻和井下动力钻两种：转盘钻在钻台的井口处装置转盘，转盘中心部分有方孔，钻柱上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头，动力驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石。井下动力钻是利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石，钻进时钻柱不转动，磨损小、特别适于打定向井。井下动力钻有涡轮钻、螺杆钻和电动钻等。
井下动力钻具钻井是利用涡轮钻具、螺杆钻具以及冲击旋转钻具靠钻井液驱动的方法钻井。特点是进尺快、钻压小、泵压高。适合钻定向井或特殊硬底层井段。
钻井设备按功能分为旋转系统、提升系统、泥浆循环系统。动力与传动系统和控制系统等。