我国钻探技术的发展现状
2.1.2.1 地质岩心钻机
目前，国内固体矿产岩心钻机主要有两种，一种是20世纪70年代发展起来的XY系列液压立轴式钻机［图2.2（a），图2.2（b）］；另一种是后期研发的全液压动力头式钻机［图2.2（c）］。立轴式钻机钻探深度一般在2000m以内，少数机型钻深能力接近3000m，配套工艺方法以普通回转提钻取心为主，钻机的钻进参数仪表配置落后。泥浆固控系统仍停留在传统的泥浆池加循环槽使岩粉自然沉淀的落后状况，不能满足孔底动力钻具对冲洗液固相含量的要求。“九五”期间研制成功液压立轴式双卡盘不停车倒杆和交流变频双卡盘地质岩心钻机。
“十五”期间，中国地质科学院勘探技术研究所（以下简称勘探所）研制成功了YDX-3型全液压动力头式地质岩心钻机［用Φ71mm绳索取心钻杆钻深能力为1000m，图2.2（c）］，钻机适用于金刚石绳索取心、冲击回转、定向钻进、反循环连续取心（样）等多种高效钻探工艺方法。进入“十一五”，YDX系列新一代地质岩心钻机研发全面展开，YDX-2型钻机（钻深能力600m），YDX-1型钻机（钻深能力300m）和YDX-4型钻机（钻深能力1500m）相继研制成功。作为“十一五”“863”计划重点项目“2000m地质岩心钻探关键技术与装备”的核心内容，YDX-5型钻机（钻深能力2000m）于2011年研制成功。至“十一五”末2000m以内新一代全液压动力头式地质岩心钻机形成了完整系列（300～2000m）。目前研制成功的其他型号的全液压动力头式地质岩心钻机主要有：连云港黄海机械厂的HYDX-4、HYDX-5、HYDX-6型，钻深能力分别为800m、1200m和1600m；山东省地质探矿机械厂的XD-3、XD-5型，钻深能力分别为800m和1200m；以及其他一些厂家研制的不同型号的全液压动力头式钻机。
进入“十二五”又相继完成了3000m电动直驱顶驱钻机［图2.3（a）］、3500m地质岩心钻机（YDX-6型）［图2.3（b）］、400m轻便钻机、浅层取样钻机和600m反循环钻机等的研发。至此，我国的地质岩心钻机系列延伸到了3500m，在国家科技计划的支持下，4000m地质岩心钻机也在研制过程中。
图2.2 国内普遍使用的立轴式钻机和新研制的动力头式钻机
图2.3 3000m及3500m地质岩心钻机
2.1.2.2 地质岩心钻探工艺技术现状及新进展
我国的金刚石绳索取心钻探技术自20世纪70年代中期开始推广应用，目前使用深度已接近3000m，最大深度达到4006m。绳索取心钻探技术已成为我国固体矿产岩心钻探工作主要技术方法。
我国的液动潜孔锤钻具研制处于国际领先水平。YZX127型液动潜孔锤在2005年完工的中国大陆科学钻探工程科钻一井施工中创下了总进尺4038.88m、平均小时效率1.13m、平均回次长度6.31m的好成绩。在普通钻探生产和小直径钻孔条件下应用范围也在不断扩大。
我国从20世纪60年代开始金刚石钻头的研制，经过几十年的发展，工艺技术取得了飞速发展和进步。钻头的制造和使用水平大幅度提高，金刚石钻头平均寿命由早期的30～35m提高到100多米，钻进时效提高到新水平。随着钻头切削材料技术的进步，钻头对地层适应性进一步增强。
随着地质工作的整体复苏，岩心钻探工作量在逐年增多。以绳索取心、液动冲击回转、定向钻进等先进钻探技术为主要特征的小口径金刚石地质岩心钻探技术又重新显示出活力。20世纪末至21世纪初，地质岩心钻探技术又有了新的发展。具体表现在如下几个方面。
（1）组合钻探技术研究
该技术实现了一套器具满足不同地质环境及不同取样目的的需要，为地质调查快速取样、干旱缺水复杂地层石油地震物探施工提供了可靠的技术手段。特别是在我国新一轮油气勘探中，该技术方法不仅解决复杂地层油气地震物探爆破孔难以成孔的技术难题，而且使施工效率提高5～8倍。为加速我国新一轮油气勘探及发现一批新的油气矿藏异常发挥了重大作用，引起了石油物探界关注。该技术方法直接产值超过10亿元人民币。
（2）西部地区复杂地层中深孔岩心钻探工艺研究
该成果为加速我国西部复杂地层及中东部深部地质矿产资源的勘探评价提供了非常实用的技术手段。该项成果开发的深孔绳索取心钻杆、钻具及施工技术创造了国产器具在固体矿产资源调查钻孔取样深度超过1900m的孔深记录。
（3）资源评价定向钻探施工技术
该技术可以实现一个主孔内完成多个分支孔而穿过矿体的目的，从而节省大量的钻探工作量，对未来特殊施工环境钻探取样施工提供了经济适用的技术手段。该技术已产生了较大的经济效益和社会效益。
（4）地质填图及化探快速取样钻探设备及施工技术
该技术为我国大比例尺地质填图、化探及海洋地质调查快速取样提供了一种高效的装备及技术手段。在我国地质大调查地质填图、化探取样、海洋地质及环境地质调查施工中取得非常好的应用效果，具有较好应用前景。
（5）液动潜孔锤结构有较大改进，性能有很大提高，“三合一”钻具初步研制成功
“十五”期间研制成功的YZX127液动潜孔锤，采用了全新结构，大幅度提高了液动锤的能量利用率和稳定性，其技术成果获得2项国家发明专利。在中国大陆科学钻探工程科钻一井施工中创造了单井连续使用液动锤进尺3485.69m和使用井深5118.2m两项世界纪录。自主研制的液动潜孔锤+螺杆马达+绳索取心“三合一”钻具在科钻一井主孔5000多米孔深成功钻进一个回次并取出3.5m长的完整岩心，证明该套钻具的研究获得初步成功。
（6）对VDS垂钻系统及保真取样钻具进行了有益探索
多用途微机自动定向钻进系统与工艺的研究以自动控制纠偏为主线，探索利用成熟的传感器、液压和机械等技术组成机、电、液一体化的闭环控制垂钻系统，基本解决了由于空间狭小和工作环境恶劣引发的各项技术难题，探索出一套可用于闭环控制系统的主要硬件设计的工作思路。为今后开展高技术自动垂直钻井或自动定向钻进系统研究积累了经验并为进一步研究打下了基础。开发试制出了可获得原始状态水合物样品的取心钻具结构和钻具样机及其他辅助装置，并进行了室内测试，取得了较理想的效果，为进一步开发实用可靠的水合物保真取样钻具奠定了基础。
（7）定向钻探技术及对接井钻井技术有新发展
设计了适应于定向钻进的组合钻具，改进了中低转速螺杆钻具，使之可适应牙轮钻头、金刚石钻头及复合片钻头；编制了定向钻进与水平钻进设计与控制软件；改变了原水溶性矿产的采矿方式，大大提高了采矿效率和矿产资源利用率。完成了2对近3000m深井对接井，开创了我国对接井技术的新纪元，实现采卤对接井的重大技术突破。
2.1.2.3 钻探技术在资源勘探中的应用
钻探技术在我国资源勘探中曾作出过重要贡献而且还将发挥重要作用。新中国成立以来，在已发现的171个矿种和已探明储量的150余个矿种的勘探过程中均不同程度地动用了钻探技术。钻探技术为保证我国经济发展所需要的矿产资源和能源供应作出了重要贡献。
1903～1949年，全国钻探工作量总和仅约17万m，而且几乎全部是由外国公司利用自带的钻探设备完成的。新中国成立后，完成的钻探工作量逐年上升。仅以地质系统为例，1949～2002年累计完成钻探工作量10600万m。“十五”以后，随着国家对地质工作的重视，钻探工作量又进入了一个强劲的增长期。“十一五”以来，历年岩心钻探工作量也屡创新高，2006年865.01万m；2007年1165万m；2008年1555万m；2009年1720.5万m；2010年1800万m；2011年2400万m；2012年3419.19万m。同时，勘探深度也在不断加深。进入21世纪施工完成的1000m以深的钻孔越来越多。据不完全统计，超1000m钻孔已达数百口，超2000m钻孔达数十口。
我国的矿产资源经过数百年的探寻和开发，地表及浅部矿产资源多已被发现和利用。因此，国土资源部关于促进深部找矿工作的指导意见所明确的深部找矿工作战略目标是“开展主要成矿区带地下500～2000m的深部资源潜力评价，重要固体工业矿体勘查深度推进到1500m”。现以全国危机矿山找矿成果和河北省地勘局第四地质大队承德地区M24异常验证矿区ZK2402钻孔为例说明钻探技术在深部矿产资源勘探中的应用。
（1）全国危机矿山找矿成果
国土资源部于2004年选择了9家矿山开展危机矿山找矿试点。在大冶铁矿深部找到760余万吨铁矿，该矿区共钻孔22个，总进尺13980m，10个孔见矿，其中在尖林山矿段ZK15-7孔792.55～819.2m孔段见到326.65m厚的铁矿体，铁的品位为22.73%～51.5%，铁矿资源量达767万t。同时，通过取心钻探在1500m深处找到了与上部同一成因的铁矿，更新了成矿理论。其余8个危机矿山找矿项目也都取得了进展。辽宁省阜新矿业集团八道壕煤矿施工的9个钻孔有4个孔见到可采煤层，展示了该地区良好的找矿前景。国有大型企业云南老厂锡矿现保有储量仅可维持4年，目前初步估算已获铜金属储量84000t，锡金属储量1033t。此外，辽宁红透山铜锌矿、云南省大姚之苴铜矿、云南省鹤庆锰矿、湖南省瑶岗仙钨矿、四川省金河磷矿等6家危机矿山均不同程度地在找矿上获得了新进展。在启动了第一批9个危机矿山试点项目后，2006年又启动了40个危机矿山接替资源找矿项目。
截至2008年底，全国危机矿山接替资源找矿专项实施5年来，在216个矿山开展了深部找矿，共施工钻探158万m，坑探26万m，累计探明新增资源储量：煤46亿t、铁7亿t、锰739万t、铜196万t、铅锌485万t、钨40万t、金426t、银5696t、磷矿7341万t，其中新增资源量达到大型以上的有34个，中型以上的有62个，可延长矿山服务年限5～30年，稳定职工就业60余万人。上述成果的取得，钻探技术发挥了不可替代的重要作用。同时危机矿山找矿专项的实施也在一定程度上促进了钻探技术的进步，金刚石绳索取心钻探技术钻进深度过去多在1000m以内，现提升到2000m以深。5年中完成的158万m危机矿山找矿钻探工作量中，深度超过1000m的钻孔173个，占总钻探工作量的14.46%，1500m以上的钻孔13个，其中在山东莱州市三山岛金矿施工的2060.5m的钻孔创造了我国固体矿产勘探金刚石绳索取心钻孔最深纪录。
（2）承德地区M24异常验证矿区ZK2402孔
承德某矿区位于黑山基性杂岩体西北部边缘，杂岩体由斜长岩和苏长岩组成。主矿层分布在800～1900m之间，矿区为M24地磁组合异常。河北省地勘局第四地质大队在该矿区已完成的M24异常验证矿区ZK2402钻孔于2007年4月15日开钻，2007年7月18日终孔，终孔孔深1905.92m。采用XY-6型立轴式液压钻机，BW-320型泥浆泵，23m加重直管钻塔，150kW发电机组；国产普通材质的Φ89mm和Φ71mm绳索取心钻杆。
ZK2402孔的经济技术指标为时效2.59m/h、台月效率601m、回次长度2.53m、全孔取心率98%、直孔、终孔处孔斜13°、金刚石钻头平均使用寿命90m、提钻间隔平均为50～60m。
遇到的技术问题有XY-6B型钻机的提升力，立轴扭矩基本满足2000m以内深孔的使用要求，但卡盘的夹紧力和立轴（回转器）固定支架部位强度均显不足。钻机缺少必要的钻进参数检测仪表，导致2000m深孔钻进过程中，技术参数只能凭现场操作经验调节控制。该矿区的勘探实践证明，目前急需钻深能力2000m以上的钻探设备和器具。
ZK2402钻孔取心钻探证明主矿层比原来预计的要厚，预测铁矿石远景资源量3亿t。
2.1.2.4 钻探技术在国家重大科学工程和地质灾害监测预警及治理中的应用
2005年3月8日，连续钻进1353天终孔深度5158m的中国大陆科学钻探主孔工程竣工。2005年12月17日“中国大陆科学钻探工程新型钻井技术体系的研究与应用”科技成果通过了国土资源部的鉴定。该项目创造性地将“组合式钻探技术”、“灵活的双孔方案”和“超前孔小直径取心钻进方法”有机地结合起来，形成了独具中国特色的科学钻井技术体系。该新型钻井技术体系主要由井底动力驱动的冲击回转取心钻探技术、硬岩大直径长井段扩孔钻进技术、强致斜地层井斜控制技术、性能优良的LBM-SD泥浆体系、小间隙固井及活动套管应用技术、孔内事故预防处理技术、钻探数据采集处理技术等组成。高效碎岩钻进技术、液动潜孔锤冲击回转钻进技术、取心技术和泥浆技术，为中国大陆科学钻探工程提供了强有力的技术支撑作用。取得了突破性成效，创造了国内领先、世界先进水平，为中国大陆科学钻探工程项目的完成作出了重要贡献。同时，中国大陆科学钻探工程科钻一井的成功实施及其所取得的科技成果对我国地质岩心钻探技术水平的提高也起到了极大的推动作用。
环境科学钻探技术研究成果应用于国家重大公益性项目——柴达木盆地资源环境科学钻探、罗布泊环境科学钻探、云南鹤庆环境钻探和松辽盆地科学钻探工程，所取出的样品完整、采取率高、不扰动。鹤庆环境钻探岩心采取率97%，罗布泊环境钻探岩心采取率达90%以上，充分显示了取心新技术在环境钻探中不可替代的护心、取心功能，是目前从事环境钻探工作的主要技术。对所取出的样品分析研究后，正确推理出地球上某一时期地球环境的发展演变规律，为国家宏观经济决策提供了理论依据。
“崩滑体监测新技术与系列仪器开发”、“地质灾害监测数据自动化、网络化采集系统研究”、“地质灾害监测预报的关键技术发展工程方法研究”、“崩滑体监测应用示范”、“高陡边坡地质安全监测预警技术示范”以及“典型时空突发性地灾时空预警（含水量测试仪）”等技术和仪器设备研究成果，提高了我国地质灾害监测预警技术水平。研制的“滑坡光纤推力监测系统”和“QXY-5型钻孔倾斜仪”等仪器实现了自动化监测，并已在三峡库区多个县市及其他地区的滑坡深部位移监测中得到大量应用，“含水量测试仪”也在全国范围内得到了很好的推广应用，为确保当地群众的生命财产安全和指导城市建设规划起到了积极作用。
通过研究探索替代金属锚索的新型非金属锚索，解决金属锚索质量大、运输困难，以及耐腐蚀等问题；通过研究新型高强预应力混凝土结构抗滑桩，提高抗滑桩的承载能力；研究成功的“滑坡勘查技术潜孔锤取心钻进技术”在滑坡勘查取心钻进中大幅度提高了钻进速度，确保了滑坡带取样质量。“江河堤坝防渗加固快速高压旋喷技术研究开发”成果成功用于1998年洪水过后病险水库的防渗加固，提高了施工效率。
2.1.2.5 结论
钻探技术仍然是唯一能从地下取出实物岩矿样品的勘查技术方法。随着现代钻探技术的发展，岩心钻机已发展到全液压动力头钻机以及自动化、智能化地质岩心钻机。孔底动力钻具（潜孔锤、螺杆钻、涡轮钻、孔底电钻等）也从发明到发展，至今已具有一定水平。钻探技术发展到人造金刚石及人造复合超硬材料钻探时代。
钻探技术在我国资源勘探、国家重大科学工程、地质灾害监测预警及治理中做出过重要贡献而且还将发挥更重要的作用。
钻井领域技术有哪些？
一、海洋钻井设备
1.石油钻机
石油钻机是一组十分复杂的大型成套设备，制造难度大、成套范围广，用于海洋钻井的石油钻机还要能够承受海水腐蚀、海浪冲刷等恶劣的自然条件。目前，美国是制造成套石油钻机最具实力的国家。
随着交流变频调速技术的迅猛发展，交流变频电驱动钻机（AC-GTO-AC石油钻机）凭借其自身的优越性，正在取代现有的可控硅直流电驱动钻机，成为海洋石油钻机发展的换代产品。交流变频电驱动钻机在工作性能方面，实现了无级变速，恒功率宽调速，简化了钻机机械结构，提高了钻机提升能力和处理事故的能力；在操作性方面，交流电动机体积小，单机容量大，容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制，易于操作管理；在安全性方面，交流变频技术本身对电动机具有安全保护功能，易于安装、拆卸，搬迁方便灵活，安全性高。目前，世界主要钻机制造商均发展了交流变频电驱动大功率石油钻机，将其配备在钻深能力为10668米（35000英尺）及以上的深水（工作水深大于2438米，即8000英尺）的半潜式钻井平台或钻井浮船上。
另外，新型液压石油钻机也在不断地推广和使用。新型液压钻机是由挪威海事液压公司于1996年开发的一种新型钻机。该钻机作为提升机械，取消了传统的绞车、井架和游车等常规设备，用升降液缸代替了绞车，同时也替代了浮式钻井的庞大的钻柱运动补偿器，从而大大降低了钻机的质量和制造成本（据报道可降低成本30％）。除此以外，该钻机还可以与计算机组合实现钻井和钻具升降操作的机械化和自动化，操作人员数量明显减少。
目前激光石油钻机还处于研发阶段。激光钻井技术具有降低成本、提高钻速、改善井控，减少钻机工作时间、钻头磨损和起下钻时间，精确控制钻眼，以及在井眼周围形成一层坚硬的玻璃化外皮，最大限度地减少或取消同心套管等其他钻机无法比拟的优点。据悉，美国芝加哥天然气研究所（GRI）与美科罗拉多矿业学院、麻省理工学院、雷克伍德公司、菲利普斯及美国空军和陆军合作，联合开展了有关激光钻机的研究，并计划在21世纪使用上激光钻井。
随着石油钻机的不断发展，作为石油钻机的关键设备的钻井绞车、转盘、顶驱和钻井泵也得到了快速的发展。
2.井绞车
为适应海洋石油钻探和开采向深水推进的需要，钻井绞车的提升能力和钻探能力也在不断提高。
3.转盘和顶驱
钻井装置旋转系统中的两个互补设备的转盘和顶驱，也在实践中逐渐完善，功能不断增强。
4.钻井泵
对于海洋钻井，特别是深海钻井来说，钻井泵是钻井液设备中的关键设备。21世纪初National-Oilwell公司成功开发出了新一代钻井泵——HEX钻井泵，它代表了未来钻井泵的发展趋势，该钻井泵配有两台交流变频驱动电动机，采用六个缸套，与传统钻井泵相比具有输出流量稳定、超高压、超高流量、尺寸小等优点。此外，高强度钢和耐磨陶瓷在钻井泵的泵体、液缸、活塞等零件上的使用，可显著降低泵的体积、质量，同时延长泵的使用寿命，成为未来钻井泵的又一发展方向。
5.PDC钻头的新技术
对于PDC钻头来说，现在需要具备的条件是能钻达更深、更硬，地下环境更异常的区域，这必然对现代钻井工艺又提出了更高的要求。这些钻头包括自磨式PDC钻头，具有超强的抗磨性，能很好地延缓钻头的磨损，同时轻型的钻头可钻达更深、更硬的地层。另外还有耐高温的PDC钻头。
6.井控设备
钻井井下控制装置需要满足海洋钻井的需要，如需要可以关闭正在钻探的井却不需要取出钻杆；需要满足不断增加的工作压力，降低质量，减小尺寸；还需要适应新的欠平衡钻井的井控设备。
二、钻井技术
1.油气井力学与过程控制方面
（1）向信息化、智能化方向发展。
井下智能钻井系统的最终发展目标，是“地下钻掘机器人”。这种地下钻掘机器人不同于一般的机器人，它必须能够在地下极其复杂的地质环境及非常恶劣的工况下进行有效的工作。它必须能够精确探测前方和周围的地质环境及本身的状态，进而做出正确的分析和决策，并且能够自动适应所处的工作环境，沿着“预定的路线”或要求冲向“地下目标”，胜利完成人类赋予它实地探察地下资源并加以开采的神圣任务。这种地下钻掘机器人，是自动化钻井的核心，将是多种高新技术和新产品的进一步研究和开发及其微型化集成的结果，代表着未来钻井与掘进技术的发展趋势，可望在21世纪前半叶实现并达到比较理想的成熟度。
（2）向多学科紧密结合、提高勘探发现率和提高油井产量与采收率方向发展。
以近年来发展迅速、技术先进的水平井为例，水平井设计程序和框图是1992年11月由美国石油工程协会和地质家协会、地球物理家协会和测井分析家协会共同开会约定的，该设计内容是由地质、钻井、采油油藏、成本核算四部分人员共同合作完成的。应用水平井技术勘探和开发整装油气田，是20世纪90年代水平井应用发展的主要趋势之一，它不仅可显著提高油田产量，更可以有效地提高油田采收率。
（3）向有效勘探和开采特殊油气藏方向发展。
特殊油气藏包括低渗油气藏、断块油气藏、稠油油藏、高含水油气藏、薄油层等。以低渗油气藏为例：我国已探明储量中，低渗油气藏占总探明储量25％，近3～4年新增探明储量中，约60％为低渗油气藏，其低孔、低渗的两低特性使其勘探发现难度极大，而且储层伤害问题贯穿于钻井、完井和测试全过程。因此，研究发展低压低渗探井钻井过程中储层伤害机理及评价方法、钻井液化学与储层保护技术、最大限度发现和保护储层的全过程欠平衡钻井优化设计和适应性等，是有效勘探和开采特殊油气藏的钻井工程核心问题。
2.复杂油气多相流与高压水射流方面
（1）复杂油气水多相流本质认识更深入，模型研究更科学、更接近实际。
近年来国内外在多相流基础理论方面的研究内容主要涉及多相流流型、流型图、压力降、截面含气率、截面含液率、特种管件内的多相流、液汽、喷汽及数值计算等，理论研究发展迅速。为了掌握油气两相流在水平井中的流动特性，包括沿井长的压力降、持液率及流体从储油层中流出的状况，研究人员进行了一系列试验和理论研究工作，并提出了计算模型。如研究倾斜管中油水两相流不稳定性，提出了一种瞬态两流体模型来模拟管内弹状流的流动工况；通过对孔隙率波、流动湍流度、平均含气率的测量和信号分析，得到流型转化机理的特点和规律。由于多相流体在环空中的不同井段流型不一样，因而其静液压力、摩阻压降、加速压力计算非常烦锁，对这些不同流型段、不同的井段，需要用不同的计算模型。美国莫尔公司开发了一套多相流水力学软件来进行这种复杂的多相流计算，使模型研究更科学、更接近实际。
（2）复杂井筒多相流理论研究的指导作用越来越大。
复杂井筒多相流理论研究将指导水平井段设计和产能预测，能够实时地监控欠平衡钻井井下的复杂流动情况，并能够编制出智能化的软件系统，帮助钻井人员监测和控制流动参数，科学进行生产系统优化设计。相信随着科学技术的不断发展和对多相流动本质了解的不断深入，在不远的未来，必然能够利用多相流动知识促进石油工程相关理论和技术的发展。
（3）高压超高压射流破岩钻井和增产应用越来越广泛。
随着高压水射流理论、技术和设备的发展与进步，新型射流种类将不断出现，高压超高压射流紊流动力学和流动规律的研究和认识将不断深入，应用范围和领域将不断扩大。在石油工程中，高压超高压射流技术将不仅应用于辅助破岩钻井，进一步提高钻井速度，而且将应用于油气井增产改造，如水力深穿透射孔、定向喷射辅助压裂、径向水平微小井眼开采等。同时，高压水射流技术在煤炭、化工、冶金、建筑、机械、军工等十多个工业领域的水力采煤采矿、切割钻孔破碎、清洗除垢除锈等场合也有越来越广泛的应用。
石油钻井技术
《中国国土资源报》2007年1月29日3版刊登了“新型地质导向钻井系统研制成功”的消息。这套系统由3个子系统组成：新型正脉冲无线随钻测斜系统、测传马达及无线接收系统、地面信息处理与决策系统。它具有测量、传输和导向三大功能。在研制过程中连续进行了4次地质导向钻井实验和钻水平井的工业化应用，取得成功。这一成果的取得标志着我国在定向钻井技术上取得重大突破。
2.3.1.1 地质导向钻井技术
地质导向钻井技术是20世纪90年代发展起来的前沿钻井技术，其核心是用随钻定向测量数据和随钻地层评价测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹。与普通的定向钻井技术不同之处是，它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。地质导向钻井技术能使井眼轨迹避开地层界面和地层流体界面始终位于产层内，从而可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。实现地质导向钻井的几项关键技术是随钻测量、随钻测井技术，旋转导向闭环控制系统等。
随钻测量（MWD）的两项基本任务是测量井斜和钻井方位，其井下部分主要由探管、脉冲器、动力短节（或电池筒）和井底钻压短节组成，探管内包含各种传感器，如井斜、方位、温度、震动传感器等。探管内的微处理器对各种传感器传来的信号进行放大并处理，将其转换成十进制，再转换成二进制数码，并按事先设定好的编码顺序把所有数据排列好。脉冲器用来传输脉冲信号，并接受地面指令。它是实现地面与井下双向通讯并将井下资料实时传输到地面的唯一通道。井下动力部分有锂电池或涡轮发电机两种，其作用是为井下各种传感器和电子元件供电。井底钻压短节用于测定井底钻压和井底扭矩。
随钻测井系统（LWD）是当代石油钻井最新技术之一。Schlumberger公司生产的双补偿电阻率仪CDR和双补偿中子密度仪CDN两种测井系统代表了当今随钻测井系统的最高水平。CDR和CDN可以单独使用也可以两项一起与MWD联合使用。LWD的CDR系统用电磁波传送信息，整套系统安装在一特制的无磁钻铤或短节内。该系统主要包括电池筒、伽马传感器、电导率测量总成和探管。它主要测量并实时传输地层的伽马曲线和深、浅电阻率曲线。对这些曲线进行分析，可以马上判断出地层的岩性并在一定程度上判断地层流体的类型。LWD的CDN系统用来测量地层密度曲线和中子孔隙度曲线。利用这两种曲线可以进一步鉴定地层岩性，判断地层的孔隙度、地层流体的性质和地层的渗透率。
旋转导向钻井系统（Steerable Rotary Drilling System）或旋转闭环系统（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常规定向钻井技术使用导向弯外壳马达控制钻井方向施工定向井。钻进时，导向马达以“滑行”和“旋转”两种模式运转。滑行模式用来改变井的方位和井斜，旋转模式用来沿固定方向钻进。其缺点是用滑行模式钻进时，机械钻速只有旋转模式钻进时的50%，不仅钻进效率低，而且钻头选择受到限制，井眼净化效果及井眼质量也差。旋转导向闭环钻井系统完全避免了上述缺点。旋转导向钻井系统的研制成功使定向井钻井轨迹的控制从借助起下钻时人工更换钻具弯接头和工具面向角来改变方位角和顶角的阶段，进入到利用电、液或泥浆脉冲信号从地面随时改变方位角和顶角的阶段。从而使定向井钻井进入了真正的导向钻井方式。在定向井钻井技术发展过程中，如果说井下钻井马达的问世和应用使定向钻井成为现实的话，那么可转向井下钻井马达的问世和应用则大大提高了井眼的控制能力和自动化水平并减少了提下钻次数。旋转导向钻井系统钻井轨迹控制机理和闭环系统如图2.5所示。
目前从事旋转导向钻井系统研制的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。这些公司的旋转导向闭环钻井系统按定向方法又可分为自动动力定向和人工定向。自动动力定向一般由确定钻具前进方向的测量仪表、动力源和调节钻具方向的执行机构组成。人工定向系统定向类似于导向马达定向方法，需要在每次连接钻杆时进行定向。两种定向系统的定向控制原理都是通过给钻头施加直接或间接侧向力使钻头倾斜来实现的（图2.6）。按具体的导向方式又可划分为推靠式和指向式两种。地质导向钻井技术使水平钻井、大位移钻井、分支井钻井得到广泛应用。大位移井钻井技术和多分支井钻井技术代表了水平钻井技术的最新成果水平。
图2.5 旋转导向闭环系统
（1）水平井钻井技术
目前，国外水平钻井技术已发展成为一项常规技术。美国的水平井技术成功率已达90%～95%。用于水平井钻进的井下动力钻具近年来取得了长足进步，大功率串联马达及加长马达、转弯灵活的铰接式马达以及用于地质导向钻井的仪表化马达相继研制成功并投入使用。为满足所有导向钻具和中曲率半径造斜钻具的要求，使用调角度的马达弯外壳取代了原来的固定弯外壳；为获得更好的定向测量，用非磁性马达取代了磁性马达。研制了耐磨损、抗冲击的新型水平井钻头。
图2.6 旋转导向钻井系统定向轨迹控制原理
（2）大位移井钻井技术
大位移井通常是指水平位移与井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井顶角≥86°时称为大位移水平井。HD/TVD≥3的井称为高水垂比大位移井。大位移井钻井技术是定向井、水平井、深井、超深井钻井技术的综合集成应用。现代高新钻井技术，随钻测井技术（LWD）、旋转导向钻井系统（SRD）、随钻环空压力测量（PWD）等在大位移井钻井过程中的集成应用，代表了当今世界钻井技术的一个高峰。目前世界上钻成水平位移最大的大位移井，水平位移达到10728m，斜深达11287m，该记录是BP阿莫科公司于1999年在英国Wytch Farm油田M-16井中创造的（图2.7所示）。三维多目标大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是将原计划用2口井开发该油田西部和北部油藏的方案改为一口井开采方案后钻成的。为了钻成这口井，制定了一套能够钻达所有目标并最大限度地减少摩阻和扭矩的钻井设计方案。根据该方案，把2630m长的水平井段钻到7500m深度，穿过6个目标区，总的方位角变化量达160°。
图2.7 M-16井井身轨迹
我国从1996年12月开始，先后在南海东部海域油田进行了大位移井开发试验，截至2005年底，已成功钻成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。为开发西江24-1含油构造实施的8口大位移井，其井深均超过8600m，水平位移都超过了7300m，水垂比均大于2.6，其中西江24-3-A4井水平位移达到了8063m，创造了当时（1997年）的大位移井世界纪录。大位移井钻井涉及的关键技术有很多，国内外目前研究的热点问题包括：钻井设备的适应性和综合运用能力、大斜度（大于80°）长裸眼钻进过程中井眼稳定和水平段延伸极限的理论分析与计算、大位移井钻井钻具摩擦阻力/扭矩的计算和减阻、成井过程中套管下入难度大及套管磨损严重等。此外大位移井钻井过程中的测量和定向控制、最优的井身剖面（结构）设计、钻柱设计、钻井液性能选择及井眼净化、泥浆固控、定向钻井优化、测量、钻柱振动等问题也处在不断探索研究之中。
（3）分支井钻井技术
多分支井钻井技术产生于20世纪70年代，并于90年代随着中、小曲率半径水平定向井钻进技术的发展逐渐成熟起来。多分支井钻井是水平井技术的集成发展。多分支井是指在一个主井眼（直井、定向井、水平井）中钻出若干进入油（气）藏的分支井眼。其主要优点是能够进一步扩大井眼同油气层的接触面积、减小各向异性的影响、降低水锥水串、降低钻井成本，而且可以分层开采。目前，全世界已钻成上千口分支井，最多的有10个分支。多分支井可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多层油气层。多分支井井眼较短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般为砂岩油藏。
多分支井最早是从简单的套管段铣开窗侧钻、裸眼完井开始的。因其存在无法重入各个分支井和无法解决井壁坍塌等问题，后经不断研究探索，1993年以来预开窗侧钻分支井、固井回接至主井筒套管技术得到推广应用。该技术具有主井筒与分支井筒间的机械连接性、水力完整性和选择重入性，能够满足钻井、固井、测井、试油、注水、油层改造、修井和分层开采的要求。目前，国外常用的多分支系统主要有：非重入多分支系统（NAMLS），双管柱多分支系统（DSMLS），分支重入系统（LRS），分支回接系统（LTBS）。目前国外主要采用4种方式钻多分支井：①开窗侧钻；②预设窗口；③裸眼侧钻；④井下分支系统（Down Hole Splitter System）。
2.3.1.2 连续管钻井（CTD）技术
连续管钻井技术又叫柔性钻杆钻井技术。开始于20世纪60年代，最早研制和试用这一技术钻井的有法国、美国和匈牙利。早期法国连续管钻进技术最先进，1966年投入工业性试验，70年代就研制出各种连续管钻机，重点用于海洋钻进。当时法国制造的连续管单根长度达到550m。美国、匈牙利制造的连续管和法国的类型基本相同，单根长度只有20～30m。
早期研制的连续管有两种形式。一种是供孔底电钻使用，由4层组成，最内层为橡胶或橡胶金属软管的心管，孔底电机动力线就埋设在心管内；心管外是用2层钢丝和橡胶贴合而成的防爆层；再外层是钢丝骨架层，用于承受拉力和扭矩；最外层是防护胶层，其作用是防水并保护钢丝。另一种是供孔底涡轮钻具使用的，因不需要埋设动力电缆，其结构要比第一种简单得多。第四届国际石油会议之后，美国等西方国家把注意力集中在发展小井眼井上，限制了无杆电钻的发展。连续管钻井技术的研究也放慢了脚步。我国于20世纪70年代曾开展无杆电钻和连续管钻井技术的研究。勘探所与青岛橡胶六厂合作研制的多种规格的柔性钻杆，经过单项性能试验后，于1975年初步用于涡轮钻。1978年12月成功用于海上柔性钻杆孔底电钻，并建造了我国第一台柔杆钻机钻探船。1979～1984年勘探所联合清华大学电力工程系、青岛橡胶六厂研究所和北京地质局修配厂共同研制了DRD-65型柔管钻机和柔性钻杆。DRD-65型柔管钻机主要有柔性钻杆、Φ146mm潜孔电钻、钻塔、柔杆绞车及波浪补偿器、泥浆泵、电控系统和液控系统等部分组成。研制的柔性钻杆主要由橡胶、橡胶布层、钢丝绳及动力线组成。拉力由柔杆中的钢丝骨架层承担，钢丝绳为0.7mm×7股，直径2.1mm，每根拉力不小于4350N，总数为134根，计算拉力为500kN，试验拉力为360kN。钻进过程中，柔性钻杆起的作用为：起下钻具、承受反扭矩、引导冲洗液进入孔底、通过设于柔性钻杆壁内的电缆向孔底电钻输送电力驱动潜孔电钻运转、向地表传送井底钻井参数等。
柔性钻杆性能参数为：内径32mm；抗扭矩不小于1030N·m；外径85～90mm；单位质量13kg/m；抗内压（工作压力）40kg/cm2，曲率半径不大于0.75m，抗外压不小于10kg/cm2；弯曲度：两弯曲形成的夹角不大于120°；额定拉力1000kN；柔杆内埋设动力导线3组，每组15mm2，信号线二根；柔杆单根长度为40、80m两种规格。
Φ146mm型柔杆钻机由Φ127mm电动机、减速器、液压平衡器和减震器组成。动力是潜孔电钻，它直接带动钻头潜入孔底钻井。Φ146mm孔底电钻是外通水式，通水间隙宽5mm，通水横断面积为2055mm2。
与常规钻井技术相比，连续管钻井应用于石油钻探具有以下优点：欠平衡钻井时比常规钻井更安全；因省去了提下钻作业程序，可大大节省钻井辅助时间，缩短作业周期；连续管钻井技术为孔底动力电钻的发展及孔底钻进参数的测量提供了方便条件；在制作连续管时，电缆及测井信号线就事先埋设在连续管壁内，因此也可以说连续管本身就是以钢丝为骨架的电缆，通过它可以很方便地向孔底动力电钻输送电力，也可以很方便地实现地面与孔底的信息传递；因不需拧卸钻杆，因此在钻进及提下钻过程中可以始终保持冲洗液循环，对保持井壁稳定、减少孔内事故意义重大；海上钻探时，可以补偿海浪对钻井船的漂移影响；避免了回转钻杆柱的功率损失，可以提高能量利用率，深孔钻进时效果更明显。正是由于连续管钻井技术有上述优点，加之油田勘探需要以及相关基础工业技术的发展为连续管技术提供了进一步发展的条件，在经过了一段时间的沉寂之后，20世纪80年代末90年代初，连续管钻井技术又呈现出飞速发展之势。其油田勘探工作量年增长量达到20%。连续管钻井技术研究应用进展情况简述如下。
1）数据和动力传输热塑复合连续管研制成功。这种连续管是由壳牌国际勘探公司与航空开发公司于1999年在热塑复合连续管基础上开始研制的。它由热塑衬管和缠绕在外面的碳或玻璃热塑复合层组成。中层含有3根铜质导线、导线被玻璃复合层隔开。碳复合层的作用是提供强度、刚度和电屏蔽。玻璃复合层的作用是保证强度和电隔离。最外层是保护层。这种连续管可载荷1.5kV电压，输出功率20kW，传输距离可达7km，耐温150℃。每根连续管之间用一种特制接头进行连接。接头由一个钢制的内金属部件和管子端部的金属环组成。这种连续管主要用于潜孔电钻钻井。新研制的数据和动力传输连续管改变了过去用潜孔电钻钻井时，电缆在连续管内孔输送电力影响冲洗液循环的缺点。
2）井下钻具和钻具组合取得新进展。XL技术公司研制成功一种连续管钻井的电动井下钻具组合。该钻具组合主要由电动马达、压力传感器、温度传感器和震动传感器组成。适用于3.75in井眼的电动井下马达已交付使用。下一步设想是把这种新型电动马达用于一种新的闭环钻井系统。这种电动井下钻具组合具有许多优点：不用钻井液作为动力介质，对钻井液性能没有特殊要求，因而是欠平衡钻井和海上钻井的理想工具；可在高温下作业，振动小，马达寿命长；闭环钻井时借助连续管内设电缆可把测量数据实时传送到井口操纵台，便于对井底电动马达进行灵活控制，因而可使钻井效率达到最佳；Sperry sun钻井服务公司研制了一种连续管钻井用的新的导向钻具组合。这种钻具组合由专门设计的下部阳螺纹泥浆马达和长保径的PDC钻头组成。长保径钻头起一个近钻头稳定器的作用，可以大幅度降低振动，提高井眼质量和机械钻速。泥浆马达有一个特制的轴承组和轴，与长保径钻头匹配时能降低马达的弯曲角而不影响定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中进行的现场试验证明，导向钻具组合具有机械钻速高、井眼质量好、井下振动小、钻头寿命长、设备可靠性较高等优点。另外还研制成功了一种连续软管欠平衡钻井用的绳索式井底钻具组合。该钻具组合外径为in上部与外径2in或in的连续管配用，下部接钻铤和in钻头。该钻具组合由电缆式遥控器、稳定的MWD仪器、有效的电子定向器及其他参数测量和传输器件组成。电缆通过连续管内孔下入孔底，能实时监测并处理工具面向角、钻井顶角、方位角、自然伽马、温度、径向振动频率、套管接箍定位、程序状态指令、管内与环空压差等参数。钻具的电子方位器能在钻井时在导向泥浆马达连续旋转的情况下测量并提供井斜和方位两种参数。
其他方面的新进展包括：连续管钻井技术成功用于超高压层侧钻；增加连续管钻井位移的新工具研制成功；连续管钻井与欠平衡钻井技术结合打水平井取得好效果；适于连续管钻井的混合钻机研制成功；连续管钻井理论取得新突破。
2.3.1.3 石油勘探小井眼钻井技术
石油部门通常把70%的井段直径小于177.8mm的井称为小井眼井。由于小井眼比传统的石油钻井所需钻井设备小且少、钻探耗材少、井场占地面积小，从而可以节约大量勘探开发成本，实践证明可节约成本30%左右，一些边远地区探井可节约50%～75%。因此小井眼井应用领域和应用面越来越大。目前小井眼井主要用于：①以获取地质资料为主要目的的环境比较恶劣的新探区或边际探区探井；②600～1000m浅油气藏开发；③低压、低渗、低产油气藏开发；④老油气田挖潜改造等。
2.3.1.4 套管钻井技术
套管钻井就是以套管柱取代钻杆柱实施钻井作业的钻井技术。不言而喻套管钻井的实质是不提钻换钻头及钻具的钻进技术。套管钻井思想的由来是受早期（18世纪中期钢丝绳冲击钻进方法用于石油勘探，19世纪末期转盘回转钻井方法开始出现并用于石油钻井）钢丝绳冲击钻进（顿钻时代）提下钻速度快，转盘回转钻进井眼清洁且钻进速度快的启发而产生的。1950年在这一思想的启发下，人们开始在陆上钻石油井时，用套管带钻头钻穿油层到设计孔深，然后将管子固定在井中成井，钻头也不回收。后来，Sperry-sun钻井服务公司和Tesco公司根据这一钻井原理各自开发出套管钻井技术并制定了各自的套管钻井技术发展战略。2000年，Tesco公司将4.5～13.375in的套管钻井技术推向市场，为世界各地的油田勘探服务。真正意义的套管钻井技术从投放市场至今还不到10年时间。
套管钻井技术的特点和优势可归纳如下。
1）钻进过程中不用起下钻，只利用绞车系统起下钻头和孔内钻具组合，因而可节省钻井时间和钻井费用。钻进完成后即等于下套管作业完成，可节省完井时间和完井费用。
2）可减少常规钻井工艺存在的诸如井壁坍塌、井壁冲刷、井壁键槽和台阶等事故隐患。
3）钻进全过程及起下井底钻具时都能保持泥浆连续循环，有利于防止钻屑聚集，减少井涌发生。套管与井壁之间环状间隙小，可改善水力参数，提高泥浆上返速度，改善井眼清洗效果。
套管钻井分为3种类型：普通套管钻井技术、阶段套管或尾管钻井技术和全程套管钻井技术。普通套管钻井是指在对钻机和钻具做少许改造的基础上，用套管作为钻柱接上方钻杆和钻头进行钻井。这种方式主要用于钻小井眼井。尾管钻井技术是指在钻井过程中，当钻入破碎带或涌水层段而无法正常钻进时，在钻柱下端连接一段套管和一种特制工具，打完这一段起出钻头把套管留在井内并固井的钻井技术。其目的是为了封隔破碎带和水层，保证孔内安全并维持正常钻进。通常所说的套管钻井技术是指全程套管钻井技术。全程套管钻井技术使用特制的套管钻机、钻具和钻头，利用套管作为水利通道，采用绳索式钻井马达作业的一种钻井工艺。目前，研究和开发这种钻井技术的主要是加拿大的Tesco公司，并在海上进行过钻井，达到了降低成本的目的。但是这种钻井技术目前仍处于研究完善阶段，还存在许多问题有待研究解决。这些问题主要包括：①不能进行常规的电缆测井；②钻头泥包问题严重，至今没有可靠的解决办法；③加压钻进时，底部套管会产生横向振动，致使套管和套管接头损坏，目前还没有找到解决消除或减轻套管横向振动的可靠方法；④由于套管钻进不使用钻铤，加压困难，所以机械钻速低于常规钻杆钻井；部分抵消了套管钻进提下钻节省的时间；⑤套管钻井主要用于钻进破碎带和涌水地层，其应用范围还不大。
我国中石油系统的研究机构也在探索研究套管钻井技术，但至今还没有见到公开报道的成果。目前，套管钻井技术的研究内容，除了研制专用套管钻机和钻具外，重点针对上述问题开展。一是进行钻头的研究以解决钻头泥包问题；二是研究防止套管横向振动的措施；三是研究提高套管钻井机械钻速的有效办法；四是研究套管钻井固井办法。
套管钻井应用实例：2001年，美国谢夫隆生产公司利用加拿大Tesco公司的套管钻井技术在墨西哥湾打了2口定向井（A-12和A-13井）。两井成井深度分别为3222×30.48cm和3728×30.48cm。为了进行对比分析，又用常规方法打了一口A-14井，结果显示，同样深度A-14井用时75.5h，A-13井用时59.5h。表层井段钻速比较，A-12 井的平均机械钻速为141ft/h，A-13井为187ft/h，A-14井为159ft/h。这说明套管钻井的机械钻速与常规方法机械钻速基本相同。但钻遇硬地层后套管钻井，钻压增加到6.75t，致使扩眼器切削齿损坏，钻速降低很多。BP公司用套管钻井技术在怀俄明州钻了5口井。井深为8200～9500ft，且都是从井口钻到油层井段。钻进过程中遇到了钻头泥包和套管振动问题。
此外，膨胀套管技术也是近年来发展起来的一种新技术，主要用于钻井过程中隔离漏失、涌水、遇水膨胀缩经、破碎掉块易坍塌等地层以及石油开采时油管的修复。勘探所与中国地质大学合作已立项开展这方面的研究工作。
2.3.1.5 石油钻机的新发展
国外20世纪60年代末研制成功了AC-SCR-DC电驱动钻机，并首先应用于海洋钻井。由于电驱动钻机在传动、控制、安装、运移等方面明显优于机械传动钻机，因而获得很快的发展，目前已经普遍应用于各型钻机。90年代以来，由于电子器件的迅速发展，直流电驱动钻机可控硅整流系统由模拟控制发展为全数字控制，进一步提高了工作可靠性。同时随着交流变频技术的发展，交流变频首先于90年代初成功应用于顶部驱动装置，90年代中期开始应用于深井石油钻机。目前，交流变频电驱动已被公认为电驱动钻机的发展方向。
国内开展电驱动钻机的研究起步较晚。兰州石油化工机器厂于20世纪80年代先后研制并生产了ZJ60D型和ZJ45D型直流电驱动钻机，1995年成功研制了ZJ60DS型沙漠钻机，经应用均获得较好的评价。90年代末期以来，我国石油系统加大钻机的更新改造力度，电驱动钻机取得了较快发展，宝鸡石油机械厂和兰州石油化工机器厂等先后研制成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流电驱动钻机和ZJ20DB、ZJ40DB型交流变频电驱动钻机，四川油田也研制出了ZJ40DB交流变频电驱动钻机，明显提高了我国钻机的设计和制造水平。进入21世纪，辽河油田勘探装备工程公司自主研制成功了钻深能力为7000m的ZJ70D型直流电驱动钻机。该钻机具有自动送钻系统，代表了目前我国直流电驱动石油钻机的最高水平，整体配置是目前国内同类型钻机中最好的。2007年5月已出口阿塞拜疆，另两部4000m钻机则出口运往巴基斯坦和美国。由宝鸡石油机械有限责任公司于2003年研制成功并投放市场的ZJ70/4500DB型7000m交流变频电驱动钻机，是集机、电、数字为一体的现代化钻机，采用了交流变频单齿轮绞车和主轴自动送钻技术和“一对一”控制的AC-DC-AC全数字变频技术。该型钻机代表了我国石油钻机的最新水平。凭借其优良的性能价格比，2003年投放市场至今，订货已达83台套。其中美国、阿曼、委内瑞拉等国石油勘探公司订货达42台套。在国内则占领了近2～3年来同级别电驱动钻机50%的市场份额。ZJ70/4500DB型钻机主要性能参数：名义钻井深度7000m，最大钩载4500kN，绞车额定功率1470kW，绞车和转盘挡数I+IR交流变频驱动、无级调速，泥浆泵型号及台数F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及台面高度：双升式/旋升式10.5m，动力传动方式AC-DC-AC全数字变频。
钻探技术与矿业城市可持续发展
据统计，全国矿业城市有390多个，吸纳了全国25%的人口，提供35%以上的GDP和90%以上的煤炭、石油和天然气资源，为我国经济社会发展做出了很大贡献。但是目前有47个城市面临资源枯竭的问题，其他一些城市随着时间的推移和可开采资源的减少，也将面临同样的问题。
按照党的十六大要求解决好资源型城市转型问题，是实现这些城市可持续发展的必由之路。城市转型要根据城市所处自然地理环境确定。对于有地热资源的油区城镇，油田开采后期，逐步转入开采地热资源，对油（气）、地热资源实行综合开发利用，发展多元经济，是一种有效可取的方法。目前已有不少油田和城市这样做了，并取得了很好的效果。
开发地热资源，除少数自然温泉外，多数用到钻探技术。利用现代钻井技术，对深部地热资源的开发利用，我国已走过30多年的历程，形成了一支地热资源勘查开发队伍。
地热资源是一种环保型洁净能源，在发电、采暖、供热、医疗、洗浴、娱乐健身、农业温室、水产养殖等方面得到了广泛的应用，形成了以地热为主业的相关产业。例如：在河北南孟油田，华北石油局利用废弃油井开采地热走出了一条可持续发展的路子，从事地热开发和与之相关的工作人员达3000多人，扩大了就业面，稳定了职工队伍。广东省恩平市在1996～1998年，出现严重金融风险和特大洪水灾害，在经济濒于崩溃、社会不稳定的情况下，利用当地的地热资源，大力发展旅游业，短短6年间，全市第三产业尤其是旅游业出现了前所未有的飞跃，带动了全市第三产业的发展，彻底改变了恩平的整体形象，这又是一个很好的例证。北京市从事地热资源勘查、钻井的人员达1000人以上；北京勘察技术院开发院内的一口地热井，发展地热供暖、温泉医疗洗浴与休闲度假，为单位内部及社会提供了200余个工作岗位。
开发利用地热资源除了扩大就业面提供就业岗位外，其环保作用对经济社会的可持续发展意义也非常重大。例如：天津市，以2000年为例，年开采利用地热水总量约2350万m3，相当于节约了26万t煤，减少了22.9万m3的二氧化碳、31.2t二氧化硫、22.7t氮氧化物及6100t灰粉尘的排放；减少了灰渣7.8万t，运输量338万t；节约环境治理费1375万元。低矿化度的地热水利用后，相当一部分还可用于城市环境用水和绿化用水，也是城市用水的补充。可见，开发利用地热资源对环保的作用是多方面的。
钻井液的功用有哪些？
一、钻井液的循环过程
钻井液的循环是通过钻井泵（俗称泥浆泵）来维持的。从钻井泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，然后再沿钻拄与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，返回地面后经排出管线、振动筛流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，进入再次循环，这就是钻井液的循环过程和循环系统。
二、钻井液的功用
1．携带和悬浮岩屑
钻井液最基本的功用就是通过循环，将井底被钻头破碎的岩屑携带到地面，保持井眼清洁，保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液又能将留存在井内的钻屑悬浮在环空中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。
2．稳定井壁
并壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。性能良好的钻井液应能借助于液相的滤失作用，在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，稳固已钻开的地层，并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。
3．平衡地层压力和岩石侧压力
在钻井工程设计和钻进过程中需要通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力和地层侧压力，从而防止井喷和井塌等井下复杂情况的发生。
4．冷却和润滑作用
钻进时，钻头一直在高温下旋转破碎岩层，产生大量热量；钻具也不断与井壁摩擦而产生热量。通过钻井液的循环，将这些热量及时带走，从而起到冷却钻头、钻具，延长其使用寿命的作用。由于钻井液的存在，使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很大程度上降低了摩擦阻力，起到了很好的润滑作用。
5．传递水动力
钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速喷出，所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井就是利用这个原理，显著地提高了机械钻速。在使用涡轮钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片，使涡轮旋转并带动钻头破碎岩石。
6．荻取地下信息
通过岩屑和钻井液性能的变化获得井下各种信息，为钻井施工提供制定技术措施的依据。
此外，为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护汕气层的要求；为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；钻井液还应对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备小腐蚀或尽可能减轻腐蚀。
一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7%~10%，然而先进的钻井液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分可观的经济效益。
什么是自动化（智能化）钻井？
自动化钻井是现代钻井的最高水平，是一个多世纪以来全世界石油钻井界一直追求与奋斗的目标。在自动化钻井过程中，井下闭环钻井技术是实现自动化钻井的关键，它代表了当今钻井井眼轨迹控制技术的最高水平。井下闭环钻井技术主要是指：钻井井身轨迹控制完全可以离开人的干预，井下信息的测量、传输和控制指令的产生、执行完全可以自动进行。中心电脑安放在井下，钻进过程中测量的信息首先传给井下中心电脑，经分析比较后发出指令，控制井下可控工具的工作状态。在井下测量信息传给中心电脑的同时，还要传给地面的计算机进行模拟研究，用来监测井下的作业效果。井下工具能根据实时测量的结果，及时采取相应的措施，使钻头沿着设计的轨迹钻进，并具有较好的适时应变能力，减少了调整轨迹所需的时间，保证了钻井的精度和准确性，实现了自然中靶的功能。为了实现井下闭环钻井，必须有先进的井下无线随钻测量仪器（MWD、LWD等）和功能较强的井下可调控工具，同时还要有性能很好的井下微电脑，并要求电脑能承受井下的恶劣工作环境。
除实现井下闭环钻井技术外，自动化钻井还必须解决另外的三个问题：第一是地面钻机的自动化，即钻井地面作业的自动化操作，国外早在1994年就生产出自动钻机的样机，近年来，国外又成功研制了各种型号的自动化钻机；第二是钻井液、水泥等液体和固体的装卸、配制和泵送的自动化（即钻井液自动化处理系统和自动化固井等）；第三是钻井专家系统，该部分在综合各个部分的信息（即钻井时发生的情况以及钻井设计的规定）自动进行处理分析后，及时正确地发出各项指令和操作。
实现钻井自动化要涉及很多方面，它是一个学科门类多、技术复杂的系统工程，目前人们所做的工作和完成的各项研究成果正在朝着实现钻井自动化的目标靠近。自动化钻井能实现优质、高效钻进；能使钻头的潜力充分发挥、钻井速度达到最快；并且能在特殊工艺井的钻井施工中用一种井下钻具组合钻完全部设计钻井井段；井筒质量好、为钻井完井作业提供保障条件；钻井时效高、成本低、经济效益好。即自动化钻井在水平井、大位移井和超深井钻进中的优越性尤其明显。我国该项技术正处在起步和分课题研究阶段，与世界先进水平尚有一定差距。
自动化钻井框架图