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)、小井眼及隨鉆測量(包括幾何、地質(zhì)及力學(xué)的測量)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)展的機遇和動力。
從現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，在進入21世紀后，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)鉆井是整個鉆柱處于旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)，同時帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進；井下動力鉆井是井下動力鉆具的轉(zhuǎn)子帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進，轉(zhuǎn)盤及整個鉆柱可以不旋轉(zhuǎn)；復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井則是在使用井下動力鉆具的同時又開動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆進。研究和實踐證明，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。其中，復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆井方式在一定程度上兼?zhèn)滢D(zhuǎn)盤鉆和井下動力鉆的優(yōu)點，既可連續(xù)控制井眼軌跡和減少起下鉆次數(shù)，同時還能提高機械鉆速，是一種比較高效的可控鉆井方式，今后應(yīng)對這種鉆井方式的系統(tǒng)動力學(xué)特性進行深入研究與試驗。
在20世紀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)運而生，具有彎外殼或偏心穩(wěn)定器的井下動力馬達(稱之為“導(dǎo)向馬達”)替代了直桿動力馬達和彎接頭。將導(dǎo)向馬達與無線隨鉆測斜系統(tǒng)相結(jié)合，成功地實現(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)實施井下動力滑動鉆進的基礎(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)為鉆進時的“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)，非隨鉆測量，達不到最優(yōu)決策，以及多層次井身結(jié)構(gòu)等。為了減少鉆進“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、智能化及自動化鉆井技術(shù)的研究與開發(fā)需要不斷加強。
在旋轉(zhuǎn)鉆井領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位的美國為了保持其技術(shù)優(yōu)勢，1995年啟動了一項重大的長期研究和開發(fā)計劃，稱為“國家先進的鉆井與掘進技術(shù)”(The National Advanced Drilling & Excavation Technologies，簡稱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、巖石和井眼的測量與評價以及定向控制等方面有所革命(revolutionary)。該項計劃的核心任務(wù)是要長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組成部分。井下智能鉆井系統(tǒng)一般由井下執(zhí)行機構(gòu)、測量系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。在鉆進過程中，井下執(zhí)行機構(gòu)的動作應(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)計井的要求及實鉆測量反饋信號來確定。井下智能鉆井系統(tǒng)的未來發(fā)展必將以井下執(zhí)行機構(gòu)(底部鉆具組合)的不斷更新、測量系統(tǒng)的不斷完善及自動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)展目標是“地下鉆掘機器人”，井下執(zhí)行機構(gòu)好比是機器人的手，控制系統(tǒng)好比是機器人的大腦，而測量系統(tǒng)則好比是機器人的眼睛和其他的感覺器官。這種地下鉆掘機器人不同于一般的工業(yè)機器人，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行有效的工作，必須能夠精確探測前方和周圍的地質(zhì)環(huán)境及本身的狀態(tài)，進而作出正確的分析和決策，并且能夠自動適應(yīng)所處的工作環(huán)境，沿著預(yù)定的路線或要求到達地下終極目標，勝利完成人類賦予它實地探察地下資源并加以開采的神圣任務(wù)。這種地下鉆掘機器人，是自動化鉆井的核心，將是多種高新技術(shù)和產(chǎn)品的進一步研發(fā)及其微型化集成的結(jié)果，代表著未來鉆井與掘進技術(shù)的發(fā)展趨勢，可望在21世紀前半葉實現(xiàn)。
