壹、鉆井技術發展概況及趨勢石油鉆井是油田勘探開發的重要手段。壹個國家石油工業的發展速度往往與其鉆井工作量和科技水平密切相關。在過去的20年裏，世界石油產量和儲量急劇增加，鉆井工作量相應大大增加，鉆井科技水平也迅速發展。在此期間，鉆井技術的發展以從經驗鉆井到科學鉆井的進步為特征。鉆孔深度、斜度、區域和區域也有了很大的進步。從鉆淺井、中深井到鉆深井、超深井；從鉆直井、壹般斜井到鉆大斜度井、叢式井；從陸上鉆井到海上和深海鉆井；鉆井已經從地面條件好的地區發展到條件差的地區(如沙漠、沼澤、寒冷地區)。隨著鉆井技術的發展，設備、工具和測量儀器也有了相應的發展。
美國鉆井者將旋轉鉆井技術的發展過程分為四個時期:
(1)概念期(1900—1920)。在此期間，鉆井和洗井兩個過程開始結合，並使用牙輪鉆頭和水泥密封套管。
(2)發育期(1920—1948)。在此期間，改進了牙輪鉆頭，增加了進尺和使用壽命。固井技術和鉆井液進壹步發展，大功率鉆機同時出現。
(3)科學鉆探期(1948—1968)。這壹時期，鉆井科學研究大力開展，鉆井技術發展迅速。這壹時期的主要技術成就包括:噴射鉆井技術的發展和普及；開發了嵌齒滑動密封軸承鉆頭；使用低固相、無固相、不分散的鉆井液；發展了地層壓力檢測技術、井控技術和固控技術，提出了平衡鉆井的理論和方法。
(4)自動鉆期(1968至今)。在此期間，開發了自動鉆機和井口自動化工具。鉆井參數自動測量和計算機已廣泛應用於鉆井工程，優化鉆井和統籌鉆井也初具規模。
目前鉆井人員壹般將鉆井技術發展的前兩個時期稱為經驗鉆井階段，後兩個時期稱為科學鉆井階段。時期的劃分直觀地描述了鉆井技術的發展過程，揭示了其發展規律。
每壹種科學技術都有自己的發展規律和要達到的主要目標。鉆井是油田勘探開發的重要手段。鉆井技術的發展首先要保證鉆井質量，即所鉆的油氣井要滿足油氣田勘探開發的要求，並在此基礎上提高鉆井速度，縮短鉆井周期，降低鉆井成本。
近20年的實踐證明，現代鉆井技術將圍繞以下三個方面發展:
(1)提高鉆井速度，降低生產成本；(2)保護生產層，減少對油氣層的汙染和損害；(3)改進固井和完井技術，滿足采油要求，延長油氣井壽命。
新中國成立以來，中國鉆井技術發展迅速。特別是1978，經過噴射鉆井、低固相優質鉆井液、四合壹牙輪鉆頭等新技術的推廣，我國鉆井技術水平有了顯著提高，進入科學鉆井階段，但與國外先進水平相比仍有壹定差距。為了使我國鉆井水平適應勘探開發的需要，努力趕超世界先進水平，必須註重鉆井技術進步的速度、質量和經濟效益，為加快勘探開發步伐、增加油氣產量做出貢獻。
2.沖擊鉆井法沖擊鉆井是壹種古老的鉆井方法，也是在旋轉鉆井法出現之前鉆探油氣井的唯壹方法。它是將破巖的工具(鋼尖鉆頭)提升到壹定高度，靠鉆頭本身的重力沖到井底破巖。然後撈出壓碎的鉆屑，以便進壹步鉆探。因此，沖擊鉆孔法也叫鉆孔法。
由於沖擊鉆井必須間歇進行巖屑的破碎和清除，鉆井速度很慢，不能滿足石油生產發展的需要。現在沖擊鉆已經基本被旋挖鉆取代，旋挖鉆只能在壹些淺埋低壓油田見到。
三、旋轉鉆井法提高機械鉆速的根本途徑是改變鉆井方法，這就是旋轉鉆井法的原因。旋挖法的本質是:鉆頭在壓力的作用下吃進巖石，同時在旋轉扭矩的作用下不斷破碎巖石；破碎的巖屑被鉆井液(泥漿、水、空氣等)及時帶走。)從地面輸入，鉆井液能不斷清除巖屑。這樣，鉆頭就可以在井底連續鉆十幾米、幾十米甚至上百米，才被提升到地面進行更換。由於使用了鉆井液，可以長時間穩定井眼，控制復雜地層。旋挖鉆機鉆進速度快，能適應多種復雜情況。目前世界上大多采用這種方法鉆油氣井。旋轉鉆井通常也稱為旋轉鉆井。
利用鉆桿和鉆鋌(厚壁鋼管)的重力給鉆頭加壓，WOB應能使鉆頭吃到巖石。破碎巖石所需的能量通過沈重的剛性鉆柱從地面傳遞到鉆頭。起下鉆過程復雜，必須將鉆柱拆卸成多根立柱才能起出鉆頭。而且下鉆的時候必須壹根壹根接。為了連續地清洗井，鉆井液從旋轉的空心鉆柱流到井底，然後帶著鉆屑從鉆柱外側和井壁形成的環形空間返回地面。鉆井、清理井底、起下鉆所需的動力都是由地面安裝的相應設備提供的，這些設備總稱為鉆機。
現代旋挖鉆機的工藝流程由鉆井、獲取地質資料、完井和安裝四個環節組成。
鉆井環節由壹系列嚴格有序的重復程序組成:將鉆柱下入井內；旋轉進給鉆頭，破碎井底巖石，同時循環鉆井液；隨著井筒的加深而延伸鉆柱；上下鉆柱，更換磨損的鉆頭；洗井、凈化或配制鉆井液、處理復雜情況和事故等輔助作業。
為了獲得全面準確的地質資料，鉆井過程中不僅需要巖屑、鉆時和鉆井液錄井，還需要巖心鉆探和錄井。通過各種地球物理測井方法，獲取井徑、井斜、方位、巖性等基礎數據，掌握和了解井眼質量和地層、油氣藏的壹些特征。
鉆穿儲層後，需要下儲層套管，註入水泥將儲層與其他地層隔離，使油氣順利流向地面。根據油氣井生產的要求，完成井底工作是非常重要的。
從井位的確定，要平整井位，挖基坑、泥漿池、圓井等土方；修建運輸機械和設備的道路；鋪設油、水、氣管道，架設電線輸送油、水、氣、電；打好基礎安裝設備、井架等。基礎工作完成後，大量的井架、設備等。應進行運輸和安裝，並做好所有鉆前準備工作，如檢查機械設備、調試、固定導管、鉆鼠洞、混合鉆井液和連接鉆具。
在旋轉鉆井過程中，驅動鉆柱旋轉和克服鉆柱與井壁之間的摩擦都要消耗壹定的能量。為了減少這些無用的能量損失，在1940左右出現了井下動力鉆井方法。井下動力鉆井使用的設備與旋轉鉆井使用的設備基本相同，只是鉆頭不再由轉盤驅動旋轉，而是由井下動力鉆具直接驅動。典型的井下動力鉆具是渦輪鉆具，所以井下動力鉆井常被稱為渦輪鉆井。目前，井下動力鉆井已廣泛應用於定向鉆井技術中。
近年來，壹些工業化國家也在競相開發新的鉆孔方法，如熱鉆孔、高壓侵蝕鉆孔、等離子噴射鉆孔和激光鉆孔。隨著科學技術的進步，新的鉆井方法將不斷出現，鉆井工程必將進入壹個新的科學時期。
四。井筒結構井筒結構是油氣井所有基礎數據的總稱。它包括以下數據:從鉆井到鉆井所使用的鉆頭、鉆柱尺寸和鉆柱長度；套管的層數和直徑；每層套管的下入深度、鋼級和壁厚；各層套管固井數據。可以看出，井身結構是所有鉆井過程規劃和施工的重要依據。圖5-1是井筒結構示意圖。
圖5-1井筒結構
先下壹根長約4 ~ 6m的短套管，也叫導管，加固地面，避免被鉆井液沖走，保護井口的完整性。同時，循環鉆井液被引入泥漿凈化系統。
第二次下套管稱為表層套管，用於封堵表層不穩定的松散地層或水層，安裝井口防噴器。壹般深度40 ~ 60m，有時可達500~600m。
當裸眼井(未被套管隔離的井眼)長度超過2000 ~ 3000米或地層剖面中有高低壓油層、氣層、水層和極不穩定地層時，為了避免鉆井過程中發生工程事故，需要下技術套管。目的是隔離復雜地層，防止井噴、漏失、卡鉆、坍塌等惡性事故的發生，確保鉆井安全。技術套管的水平和下入深度根據地質和鉆井條件確定。
最後下入的套管稱為油層套管，用於采油、采氣或向生產層註水、註氣，封堵油層、氣層、水層，保證油氣井正常生產。油層套管下入深度取決於井底完井方式。油層套管壹般從井口下到生產層底部，或者只從生產層頂部下到底部。在實際工作中，壹些含油套管根據其作用被賦予不同的名稱，如尾管、篩管、過濾管、襯管等。
井身結構由鉆井方法、鉆井目的、地質條件和鉆井技術水平決定。認真考慮各種影響因素，制定合理的井身結構，是保證高速鉆井和油氣井投產後正常產量的關鍵。
綜上所述，現代石油鉆井工程是壹項復雜的系統工程。由多工序、多工種聯合作業，需要各種先進的科學技術和生產組織管理水平。