一方面，隨著油氣勘探與開發(fā)事業(yè)的發(fā)展，必然對(duì)鉆井的類型和技術(shù)內(nèi)容提出新的要求并有更高的期望，從而促進(jìn)鉆井技術(shù)內(nèi)容的不斷創(chuàng)新；另一方面，由于鉆井費(fèi)用在石油工業(yè)勘探開發(fā)費(fèi)用中占有50%～80%的份額，所以不斷提高鉆井技術(shù)水平和工程效率就成為石油公司降低勘探開發(fā)成本的主要著力點(diǎn)。概括起來講，油氣鉆井技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)一是滿足油氣勘探開發(fā)的目標(biāo)需求及提高勘探開發(fā)整體效益；二是提高鉆井工程效率，降低鉆井工程直接成本。

    高壓高溫井、深井超深井、特殊工藝井(包括定向井、水平井、大位移井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、叢式井、欠平衡鉆井及套管鉆井等)、小井眼及隨鉆測(cè)量(包括幾何、地質(zhì)及力學(xué)的測(cè)量)等，都是適應(yīng)不同的油氣勘探開發(fā)需求而提出來的，這既是對(duì)傳統(tǒng)鉆井工藝的挑戰(zhàn)，也是促使鉆井技術(shù)不斷發(fā)展的機(jī)遇和動(dòng)力。

    從現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來看，在進(jìn)入21世紀(jì)后，旋轉(zhuǎn)鉆井仍將是油氣工業(yè)最主要的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井又分為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井、井下動(dòng)力鉆井及二者兼?zhèn)涞膹?fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井等不同的方式。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井是整個(gè)鉆柱處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；井下動(dòng)力鉆井是井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)盤及整個(gè)鉆柱可以不旋轉(zhuǎn)；復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井則是在使用井下動(dòng)力鉆具的同時(shí)又開動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。研究和實(shí)踐證明，每一種旋轉(zhuǎn)鉆井方式都具有各自不同的鉆井特性和優(yōu)缺點(diǎn)。其中，復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井方式在一定程度上兼?zhèn)滢D(zhuǎn)盤鉆和井下動(dòng)力鉆的優(yōu)點(diǎn)，既可連續(xù)控制井眼軌跡和減少起下鉆次數(shù)，同時(shí)還能提高機(jī)械鉆速，是一種比較高效的可控鉆井方式，今后應(yīng)對(duì)這種鉆井方式的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入研究與試驗(yàn)。

    在20世紀(jì)80年代，隨著定向井和水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，具有彎外殼或偏心穩(wěn)定器的井下動(dòng)力馬達(dá)(稱之為“導(dǎo)向馬達(dá)”)替代了直桿動(dòng)力馬達(dá)和彎接頭。將導(dǎo)向馬達(dá)與無線隨鉆測(cè)斜系統(tǒng)相結(jié)合，成功地實(shí)現(xiàn)了定向井和水平井鉆井的幾何導(dǎo)向。在此基礎(chǔ)上，1989年開發(fā)成功第一代無線隨鉆測(cè)井系統(tǒng)，使定向鉆井技術(shù)由幾何導(dǎo)向發(fā)展到地質(zhì)導(dǎo)向。為了有效地控制水平井的“切線段”和“水平段”或?qū)崿F(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)定向控制，在應(yīng)用導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)實(shí)施井下動(dòng)力滑動(dòng)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井方式。具有反向雙彎 (DTU)或單彎雙穩(wěn)定器的螺桿鉆具組合，以及帶偏心穩(wěn)定器的渦輪鉆具組合等，均在復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井中獲得成功應(yīng)用。

    無論是鉆何種類型的油氣井，還是采用何種旋轉(zhuǎn)鉆井方式，都存在著鉆井效率問題，這也是鉆井技術(shù)研究與發(fā)展的本質(zhì)所在。影響鉆井效率的主要問題可歸結(jié)為鉆進(jìn)時(shí)的“間斷”。目前造成“間斷”的主要原因包括：接單根、更換鉆頭和底部鉆具組合等，鉆具失效，井眼失穩(wěn)(漏、塌、噴、卡、阻)，糾斜作業(yè)，非隨鉆測(cè)量，達(dá)不到最優(yōu)決策，以及多層次井身結(jié)構(gòu)等。為了減少鉆進(jìn)“間斷”，必須不斷研究和提高鉆井整體技術(shù)和裝備水平，尤其是信息化、智能化及自動(dòng)化鉆井技術(shù)的研究與開發(fā)需要不斷加強(qiáng)。

    在旋轉(zhuǎn)鉆井領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位的美國(guó)為了保持其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，1995年啟動(dòng)了一項(xiàng)重大的長(zhǎng)期研究和開發(fā)計(jì)劃，稱為“國(guó)家先進(jìn)的鉆井與掘進(jìn)技術(shù)”(The National Advanced Drilling & Excavation Technologies，簡(jiǎn)稱NADET)。前期的基礎(chǔ)研究主要由政府率先資助，后期大規(guī)模的技術(shù)和產(chǎn)品研究與開發(fā)(R&D)則主要靠工礦企業(yè)投入巨額資金。通過該項(xiàng)研究與開發(fā)，預(yù)期在巖石破碎(高效破巖)、井眼凈化(洗井)及井眼穩(wěn)定等方面將有所革新(evolutionary)，在鉆頭、巖石和井眼的測(cè)量與評(píng)價(jià)以及定向控制等方面有所革命(revolutionary)。該項(xiàng)計(jì)劃的核心任務(wù)是要長(zhǎng)期致力于一種智能鉆井系統(tǒng)(The Smart Drilling Systems)的研究與開發(fā)。

    智能鉆井系統(tǒng)包括地面和井下兩個(gè)組成部分。井下智能鉆井系統(tǒng)一般由井下執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。在鉆進(jìn)過程中，井下執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令來完成，而控制系統(tǒng)所發(fā)出的指令則應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)井的要求及實(shí)鉆測(cè)量反饋信號(hào)來確定。井下智能鉆井系統(tǒng)的未來發(fā)展必將以井下執(zhí)行機(jī)構(gòu)(底部鉆具組合)的不斷更新、測(cè)量系統(tǒng)的不斷完善及自動(dòng)化控制程度的不斷提高為基本特征。

    井下智能鉆井系統(tǒng)的最終發(fā)展目標(biāo)是“地下鉆掘機(jī)器人”，井下執(zhí)行機(jī)構(gòu)好比是機(jī)器人的手，控制系統(tǒng)好比是機(jī)器人的大腦，而測(cè)量系統(tǒng)則好比是機(jī)器人的眼睛和其他的感覺器官。這種地下鉆掘機(jī)器人不同于一般的工業(yè)機(jī)器人，它必須能夠在地下極其復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境及非常惡劣的工況下進(jìn)行有效的工作，必須能夠精確探測(cè)前方和周圍的地質(zhì)環(huán)境及本身的狀態(tài)，進(jìn)而作出正確的分析和決策，并且能夠自動(dòng)適應(yīng)所處的工作環(huán)境，沿著預(yù)定的路線或要求到達(dá)地下終極目標(biāo)，勝利完成人類賦予它實(shí)地探察地下資源并加以開采的神圣任務(wù)。這種地下鉆掘機(jī)器人，是自動(dòng)化鉆井的核心，將是多種高新技術(shù)和產(chǎn)品的進(jìn)一步研發(fā)及其微型化集成的結(jié)果，代表著未來鉆井與掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，可望在21世紀(jì)前半葉實(shí)現(xiàn)。

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