取心钻头是环状破碎井底岩石，在中心部位形成岩心柱的关键工具。岩心收获率的大小、钻进快慢都与钻头质量和选择有关。取心钻头的结构设计要有利于形成岩心并提高岩心收获率。钻头的切削元件要对称分布，其耐磨性应一致，以免在钻进时钻头发生歪斜，从而破坏及折断岩心。钻头外缘与中心孔应同心，钻头水眼位置应使射流不直射岩心处并减少搜流对岩心的冲蚀。钻头的内腔应能使岩心形成后很快经岩心爪进人岩心筒而被保护起来，同时割心时尽量靠近岩心根部，以减少井底残留岩心。目前取心钻头根据破岩方式可分为切削型、微切削型和研磨型3类:
(1)切削型取心钻头以切削方式破碎地层。目前主要包括刮刀和PDC钻头。
(2)微切削型取心钻头以切削、研磨同时作用方式破碎地层。这类钻头多为各种聚晶金刚石与胎体烧结成一体的结构。
(3)研磨型取心钻头。主要以研磨方式破碎地层。有表镶或孕镶天然金刚石与聚晶金刚石两种。
除地质构造的钻探使用单岩心筒取心外，石油钻井常用的岩心筒都是由内筒和外筒(双筒)组成。
内岩心筒的作用是存储及保护岩心。取心时为了使岩心顺利进入内筒，应使筒内液体及时排出，为了防止钻井液冲刷岩心，应阻挡循环钻井液冲入内岩心筒，为此，在内岩心筒上端装有分水接头与回压阀总成。此外，为了有效保护岩心，要求在取心钻进时内筒不转，一般将内筒挂在外筒的顶部，采用了悬挂式滚动轴承装置。取心工艺要求内岩心筒无弯曲变形、内壁光滑、管壁要薄，但要有足够的强度和刚性。
外岩心筒的作用是取心钻进时承受钻压、传递扭矩而带动钻头旋转并保护内岩心筒。因此，要求外岩心筒强度大，无弯曲变形，常用14~25mm的优质厚壁钢材(如35CrMo,30CrMnSi)加工制成。内、外岩心筒的长度一般为5~13m左右。在较硬的致密岩层中取心，若钻头进尺较多时，内、外岩心筒可长一些，例如四川地区常用的中筒取心工具，其岩心筒长度一般为12~13m。在松软地层取心，虽然钻头能钻更多的进尺，但由于岩心强度低、易于破碎，为了提高岩心收获率，其内、外岩心筒长度宜短一些，一般为5~8m。对于破碎地层取心，内、外岩心筒的长度也应短些。在钻头进尺较多又能有效保护岩心时，内、外岩心筒长度可尽量长一些，这样可以大大减少取心起下钻次数，符合高效低耗的要求，特别在深部地层取心时，采用长筒取心工艺减少了起下钻次数后，可大大降低取心费用。我国自己设计，制造的长筒取心工具一次可取心145.42m。此外，长筒取心工具内、外岩心筒的连接过去多用方型扣，现在采用带锥度的粗扣连接后，不仅便于操作，而且还增加了连接强度，使用效果较好。回压阀是装在内岩心筒上端的一个单流阀，其作用如前所述。目前对回压阀结构有所改进。例如有的油田在取心下钻时只装回压阀球座，下完钻后可通过大排量循环钻井液，这样既清洗内筒又可将井底冲洗千净。钻井液循环后，开始取心钻进前才将阀钢球投入，使用效果良好。
岩心爪的作用是割取岩心和承托已割取的岩心柱。因此，要求岩心爪要有良好的弹性，割心时能卡得牢。既要允许岩心顺利进人内岩心筒而不会遭受破坏，还要能有效地从根部割断岩心。此外，岩心爪要具有足够的强度，坚固耐用，在钻进与割心时不会发生断裂与破坏，并能在起钻时可靠地托住岩心。常用的岩心爪有卡箍式、卡板式、卡瓦式等几种结构。
(1)卡箍式岩心爪:它的形状如圆箍，圆箍上开有数道缺口，把它分为许多瓣，每瓣内车有数圈卡牙，卡箍的外壁呈截锥状，与缩径套配合使用。缩径套有同样锥面。岩心爪沿缩径爪座(缩径套)移动时，其爪牙收缩卡紧岩心。卡箍式(一把抓)岩心爪缺口宽，瓣少，卡牙圈数少，适用于软地层取心;如图5-3(b)所示，卡箍式岩心爪缺口窄，瓣多，卡牙圈数多，适用于中硬地层取心。
(2)卡瓦式岩心爪:适用于中硬、硬地层取心。它由挂套、销轴、卡瓦弹簧及卡瓦片组成。卡瓦片可依赖扭簧力量使其张开。钻进时紧贴钻头内壁。割心时，在外力作用下使岩心爪沿钻头内壁向下移动，卡瓦片收缩包紧岩心。
(3)卡板式岩心爪:适用于中硬地层、硬地层取心，一般和其他岩心爪复合使用。其结构由外座、扭簧及片状卡板组成。
外筒扶正器可保持外岩心筒和钻头工作稳定，并有利于防斜。过去由于怕卡钻而不敢使用外筒扶正器，致使岩心收获率很低。目前，根据国外介绍及国内实践证明:使用外筒扶正器能提高取心工具的稳定性，是增加钻头寿命及提高岩心收获率的有效措施，特别对于硬地层取心其效果更加明显。具体使用时，一般在钻头上边带一个扶正器，中筒、长筒取心工具最好在每节外筒上均带一个扶正器。扶正器外径一般比钻头外径小Vl6in为宜。国外资料介绍有的甚至采用与钻头外径一样大的方棱螺旋外岩心筒，岩心收获率极高。但在复杂井段取心，也应注意安全。
内简扶正器可保持内筒稳定，特别在长筒取心工具中更为重要。内筒扶正器可使钻头与内筒对中，岩心易于进入内岩心筒，但扶正器外径要适宜，以免发生内筒随外筒一起旋转的现象。
钻头与外岩心筒。在松软和易塌地层取心时，钻头与外岩心筒的直径差不能太小，以免由于外岩心筒与井壁间隙太小而引起泵压高，这不仅不利于清洗井底，还可能造成卡钻等井下复杂情况。在易斜地层取心，若井下条件许可，应减小钻头与外岩心筒的间隙值，或加人一定数量的扶正器、扩大器，以利禾防斜。在硬及胶结较为致密的中硬地层中取心，应根据井下情况尽可能选用外岩心筒较大的取心工具。
通常情况下，取心钻头外径比全面钻进用钻头外径略小，但大于外岩心筒接头外径10~20mm。钻头内径应比内岩心筒的内径要小些，才能使岩心顺利进人内岩心筒，但二者差值要适当，具体尺寸应根据不同地层岩性确定，一般比内岩心筒的内径小3~10mm。
内、外岩心筒的间隙，应保证钻井液顺利流过，避免发生泵压过高的现象(特别是深井取心)，一般以10~20mm间隙为宜。
岩心爪的最大内径应稍大于或等于内岩心筒内径，在易膨胀及破碎地层应稍大些，硬地层要小些。四川石油管理局钻采工艺研究所制作的带内槽整体卡箍式岩心爪，自由状态下内径比岩心略小2~3mm,卡箍张开时的内径比自由状态大5mm,收缩后又比其小5mm。此外，卡箍锥面与爪座内锥面吻合，内齿表面敷焊碳化钨颗粒以增强其耐磨性，有利于卡心。这种岩心爪操作方便，割心时只需上提钻具，卡箍收缩卡紧即可拔断岩心，在硬地层及超深井中使用能取得很高的岩心收获率。
钻头内台肩与岩心爪应有5~10mm间隙，没有间隙或间隙很小时，内岩心筒将随钻头转动:间隙太大，岩心爪距并底太远，则不利于保护岩心。
