1. 石油鑽井技術
《中國國土資源報》2007年1月29日3版刊登了「新型地質導向鑽井系統研製成功」的消息。這套系統由3個子系統組成：新型正脈沖無線隨鑽測斜系統、測傳馬達及無線接收系統、地面信息處理與決策系統。它具有測量、傳輸和導向三大功能。在研製過程中連續進行了4次地質導向鑽井實驗和鑽水平井的工業化應用，取得成功。這一成果的取得標志著我國在定向鑽井技術上取得重大突破。
2.3.1.1 地質導向鑽井技術
地質導向鑽井技術是20世紀90年代發展起來的前沿鑽井技術，其核心是用隨鑽定向測量數據和隨鑽地層評價測井數據以人機對話方式來控制井眼軌跡。與普通的定向鑽井技術不同之處是，它以井下實際地質特徵來確定和控制井眼軌跡，而不是按預先設計的井眼軌跡進行鑽井。地質導向鑽井技術能使井眼軌跡避開地層界面和地層流體界面始終位於產層內，從而可以精確地控制井下鑽具命中最佳地質目標。實現地質導向鑽井的幾項關鍵技術是隨鑽測量、隨鑽測井技術，旋轉導向閉環控制系統等。
隨鑽測量（MWD）的兩項基本任務是測量井斜和鑽井方位，其井下部分主要由探管、脈沖器、動力短節（或電池筒）和井底鑽壓短節組成，探管內包含各種感測器，如井斜、方位、溫度、震動感測器等。探管內的微處理器對各種感測器傳來的信號進行放大並處理，將其轉換成十進制，再轉換成二進制數碼，並按事先設定好的編碼順序把所有數據排列好。脈沖器用來傳輸脈沖信號，並接受地面指令。它是實現地面與井下雙向通訊並將井下資料實時傳輸到地面的唯一通道。井下動力部分有鋰電池或渦輪發電機兩種，其作用是為井下各種感測器和電子元件供電。井底鑽壓短節用於測定井底鑽壓和井底扭矩。
隨鑽測井系統（LWD）是當代石油鑽井最新技術之一。Schlumberger公司生產的雙補償電阻率儀CDR和雙補償中子密度儀CDN兩種測井系統代表了當今隨鑽測井系統的最高水平。CDR和CDN可以單獨使用也可以兩項一起與MWD聯合使用。LWD的CDR系統用電磁波傳送信息，整套系統安裝在一特製的無磁鑽鋌或短節內。該系統主要包括電池筒、伽馬感測器、電導率測量總成和探管。它主要測量並實時傳輸地層的伽馬曲線和深、淺電阻率曲線。對這些曲線進行分析，可以馬上判斷出地層的岩性並在一定程度上判斷地層流體的類型。LWD的CDN系統用來測量地層密度曲線和中子孔隙度曲線。利用這兩種曲線可以進一步鑒定地層岩性，判斷地層的孔隙度、地層流體的性質和地層的滲透率。
旋轉導向鑽井系統（Steerable Rotary Drilling System）或旋轉閉環系統（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常規定向鑽井技術使用導向彎外殼馬達控制鑽井方向施工定向井。鑽進時，導向馬達以「滑行」和「旋轉」兩種模式運轉。滑行模式用來改變井的方位和井斜，旋轉模式用來沿固定方向鑽進。其缺點是用滑行模式鑽進時，機械鑽速只有旋轉模式鑽進時的50%，不僅鑽進效率低，而且鑽頭選擇受到限制，井眼凈化效果及井眼質量也差。旋轉導向閉環鑽井系統完全避免了上述缺點。旋轉導向鑽井系統的研製成功使定向井鑽井軌跡的控制從藉助起下鑽時人工更換鑽具彎接頭和工具面向角來改變方位角和頂角的階段，進入到利用電、液或泥漿脈沖信號從地面隨時改變方位角和頂角的階段。從而使定向井鑽井進入了真正的導向鑽井方式。在定向井鑽井技術發展過程中，如果說井下鑽井馬達的問世和應用使定向鑽井成為現實的話，那麼可轉向井下鑽井馬達的問世和應用則大大提高了井眼的控制能力和自動化水平並減少了提下鑽次數。旋轉導向鑽井系統鑽井軌跡控制機理和閉環系統如圖2.5所示。
目前從事旋轉導向鑽井系統研製的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。這些公司的旋轉導向閉環鑽井系統按定向方法又可分為自動動力定向和人工定向。自動動力定向一般由確定鑽具前進方向的測量儀表、動力源和調節鑽具方向的執行機構組成。人工定向系統定向類似於導向馬達定向方法，需要在每次連接鑽桿時進行定向。兩種定向系統的定向控制原理都是通過給鑽頭施加直接或間接側向力使鑽頭傾斜來實現的（圖2.6）。按具體的導向方式又可劃分為推靠式和指向式兩種。地質導向鑽井技術使水平鑽井、大位移鑽井、分支井鑽井得到廣泛應用。大位移井鑽井技術和多分支井鑽井技術代表了水平鑽井技術的最新成果水平。
圖2.5 旋轉導向閉環系統
（1）水平井鑽井技術
目前，國外水平鑽井技術已發展成為一項常規技術。美國的水平井技術成功率已達90%～95%。用於水平井鑽進的井下動力鑽具近年來取得了長足進步，大功率串聯馬達及加長馬達、轉彎靈活的鉸接式馬達以及用於地質導向鑽井的儀表化馬達相繼研製成功並投入使用。為滿足所有導向鑽具和中曲率半徑造斜鑽具的要求，使用調角度的馬達彎外殼取代了原來的固定彎外殼；為獲得更好的定向測量，用非磁性馬達取代了磁性馬達。研製了耐磨損、抗沖擊的新型水平井鑽頭。
圖2.6 旋轉導向鑽井系統定向軌跡控制原理
（2）大位移井鑽井技術
大位移井通常是指水平位移與井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井頂角≥86°時稱為大位移水平井。HD/TVD≥3的井稱為高水垂比大位移井。大位移井鑽井技術是定向井、水平井、深井、超深井鑽井技術的綜合集成應用。現代高新鑽井技術，隨鑽測井技術（LWD）、旋轉導向鑽井系統（SRD）、隨鑽環空壓力測量（PWD）等在大位移井鑽井過程中的集成應用，代表了當今世界鑽井技術的一個高峰。目前世界上鑽成水平位移最大的大位移井，水平位移達到10728m，斜深達11287m，該記錄是BP阿莫科公司於1999年在英國Wytch Farm油田M-16井中創造的（圖2.7所示）。三維多目標大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是將原計劃用2口井開發該油田西部和北部油藏的方案改為一口井開采方案後鑽成的。為了鑽成這口井，制定了一套能夠鑽達所有目標並最大限度地減少摩阻和扭矩的鑽井設計方案。根據該方案，把2630m長的水平井段鑽到7500m深度，穿過6個目標區，總的方位角變化量達160°。
圖2.7 M-16井井身軌跡
我國從1996年12月開始，先後在南海東部海域油田進行了大位移井開發試驗，截至2005年底，已成功鑽成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。為開發西江24-1含油構造實施的8口大位移井，其井深均超過8600m，水平位移都超過了7300m，水垂比均大於2.6，其中西江24-3-A4井水平位移達到了8063m，創造了當時（1997年）的大位移井世界紀錄。大位移井鑽井涉及的關鍵技術有很多，國內外目前研究的熱點問題包括：鑽井設備的適應性和綜合運用能力、大斜度（大於80°）長裸眼鑽進過程中井眼穩定和水平段延伸極限的理論分析與計算、大位移井鑽井鑽具摩擦阻力/扭矩的計算和減阻、成井過程中套管下入難度大及套管磨損嚴重等。此外大位移井鑽井過程中的測量和定向控制、最優的井身剖面（結構）設計、鑽柱設計、鑽井液性能選擇及井眼凈化、泥漿固控、定向鑽井優化、測量、鑽柱振動等問題也處在不斷探索研究之中。
（3）分支井鑽井技術
多分支井鑽井技術產生於20世紀70年代，並於90年代隨著中、小曲率半徑水平定向井鑽進技術的發展逐漸成熟起來。多分支井鑽井是水平井技術的集成發展。多分支井是指在一個主井眼（直井、定向井、水平井）中鑽出若干進入油（氣）藏的分支井眼。其主要優點是能夠進一步擴大井眼同油氣層的接觸面積、減小各向異性的影響、降低水錐水串、降低鑽井成本，而且可以分層開采。目前，全世界已鑽成上千口分支井，最多的有10個分支。多分支井可以從一個井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鑽穿不同深度的多層油氣層。多分支井井眼較短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般為砂岩油藏。
多分支井最早是從簡單的套管段銑開窗側鑽、裸眼完井開始的。因其存在無法重入各個分支井和無法解決井壁坍塌等問題，後經不斷研究探索，1993年以來預開窗側鑽分支井、固井回接至主井筒套管技術得到推廣應用。該技術具有主井筒與分支井筒間的機械連接性、水力完整性和選擇重入性，能夠滿足鑽井、固井、測井、試油、注水、油層改造、修井和分層開採的要求。目前，國外常用的多分支系統主要有：非重入多分支系統（NAMLS），雙管柱多分支系統（DSMLS），分支重入系統（LRS），分支回接系統（LTBS）。目前國外主要採用4種方式鑽多分支井：①開窗側鑽；②預設窗口；③裸眼側鑽；④井下分支系統（Down Hole Splitter System）。
2.3.1.2 連續管鑽井（CTD）技術
連續管鑽井技術又叫柔性鑽桿鑽井技術。開始於20世紀60年代，最早研製和試用這一技術鑽井的有法國、美國和匈牙利。早期法國連續管鑽進技術最先進，1966年投入工業性試驗，70年代就研製出各種連續管鑽機，重點用於海洋鑽進。當時法國製造的連續管單根長度達到550m。美國、匈牙利製造的連續管和法國的類型基本相同，單根長度只有20～30m。
早期研製的連續管有兩種形式。一種是供孔底電鑽使用，由4層組成，最內層為橡膠或橡膠金屬軟管的心管，孔底電機動力線就埋設在心管內；心管外是用2層鋼絲和橡膠貼合而成的防爆層；再外層是鋼絲骨架層，用於承受拉力和扭矩；最外層是防護膠層，其作用是防水並保護鋼絲。另一種是供孔底渦輪鑽具使用的，因不需要埋設動力電纜，其結構要比第一種簡單得多。第四屆國際石油會議之後，美國等西方國家把注意力集中在發展小井眼井上，限制了無桿電鑽的發展。連續管鑽井技術的研究也放慢了腳步。我國於20世紀70年代曾開展無桿電鑽和連續管鑽井技術的研究。勘探所與青島橡膠六廠合作研製的多種規格的柔性鑽桿，經過單項性能試驗後，於1975年初步用於渦輪鑽。1978年12月成功用於海上柔性鑽桿孔底電鑽，並建造了我國第一台柔桿鑽機鑽探船。1979～1984年勘探所聯合清華大學電力工程系、青島橡膠六廠研究所和北京地質局修配廠共同研製了DRD-65型柔管鑽機和柔性鑽桿。DRD-65型柔管鑽機主要有柔性鑽桿、Φ146mm潛孔電鑽、鑽塔、柔桿絞車及波浪補償器、泥漿泵、電控系統和液控系統等部分組成。研製的柔性鑽桿主要由橡膠、橡膠布層、鋼絲繩及動力線組成。拉力由柔桿中的鋼絲骨架層承擔，鋼絲繩為0.7mm×7股，直徑2.1mm，每根拉力不小於4350N，總數為134根，計算拉力為500kN，試驗拉力為360kN。鑽進過程中，柔性鑽桿起的作用為：起下鑽具、承受反扭矩、引導沖洗液進入孔底、通過設於柔性鑽桿壁內的電纜向孔底電鑽輸送電力驅動潛孔電鑽運轉、向地表傳送井底鑽井參數等。
柔性鑽桿性能參數為：內徑32mm；抗扭矩不小於1030N·m；外徑85～90mm；單位質量13kg/m；抗內壓（工作壓力）40kg/cm2，曲率半徑不大於0.75m，抗外壓不小於10kg/cm2；彎曲度：兩彎曲形成的夾角不大於120°；額定拉力1000kN；柔桿內埋設動力導線3組，每組15mm2，信號線二根；柔桿單根長度為40、80m兩種規格。
Φ146mm型柔桿鑽機由Φ127mm電動機、減速器、液壓平衡器和減震器組成。動力是潛孔電鑽，它直接帶動鑽頭潛入孔底鑽井。Φ146mm孔底電鑽是外通水式，通水間隙寬5mm，通水橫斷面積為2055mm2。
與常規鑽井技術相比，連續管鑽井應用於石油鑽探具有以下優點：欠平衡鑽井時比常規鑽井更安全；因省去了提下鑽作業程序，可大大節省鑽井輔助時間，縮短作業周期；連續管鑽井技術為孔底動力電鑽的發展及孔底鑽進參數的測量提供了方便條件；在製作連續管時，電纜及測井信號線就事先埋設在連續管壁內，因此也可以說連續管本身就是以鋼絲為骨架的電纜，通過它可以很方便地向孔底動力電鑽輸送電力，也可以很方便地實現地面與孔底的信息傳遞；因不需擰卸鑽桿，因此在鑽進及提下鑽過程中可以始終保持沖洗液循環，對保持井壁穩定、減少孔內事故意義重大；海上鑽探時，可以補償海浪對鑽井船的漂移影響；避免了回轉鑽桿柱的功率損失，可以提高能量利用率，深孔鑽進時效果更明顯。正是由於連續管鑽井技術有上述優點，加之油田勘探需要以及相關基礎工業技術的發展為連續管技術提供了進一步發展的條件，在經過了一段時間的沉寂之後，20世紀80年代末90年代初，連續管鑽井技術又呈現出飛速發展之勢。其油田勘探工作量年增長量達到20%。連續管鑽井技術研究應用進展情況簡述如下。
1）數據和動力傳輸熱塑復合連續管研製成功。這種連續管是由殼牌國際勘探公司與航空開發公司於1999年在熱塑復合連續管基礎上開始研製的。它由熱塑襯管和纏繞在外面的碳或玻璃熱塑復合層組成。中層含有3根銅質導線、導線被玻璃復合層隔開。碳復合層的作用是提供強度、剛度和電屏蔽。玻璃復合層的作用是保證強度和電隔離。最外層是保護層。這種連續管可載荷1.5kV電壓，輸出功率20kW，傳輸距離可達7km，耐溫150℃。每根連續管之間用一種特製接頭進行連接。接頭由一個鋼制的內金屬部件和管子端部的金屬環組成。這種連續管主要用於潛孔電鑽鑽井。新研製的數據和動力傳輸連續管改變了過去用潛孔電鑽鑽井時，電纜在連續管內孔輸送電力影響沖洗液循環的缺點。
2）井下鑽具和鑽具組合取得新進展。XL技術公司研製成功一種連續管鑽井的電動井下鑽具組合。該鑽具組合主要由電動馬達、壓力感測器、溫度感測器和震動感測器組成。適用於3.75in井眼的電動井下馬達已交付使用。下一步設想是把這種新型電動馬達用於一種新的閉環鑽井系統。這種電動井下鑽具組合具有許多優點：不用鑽井液作為動力介質，對鑽井液性能沒有特殊要求，因而是欠平衡鑽井和海上鑽井的理想工具；可在高溫下作業，振動小，馬達壽命長；閉環鑽井時藉助連續管內設電纜可把測量數據實時傳送到井口操縱台，便於對井底電動馬達進行靈活控制，因而可使鑽井效率達到最佳；Sperry sun鑽井服務公司研製了一種連續管鑽井用的新的導向鑽具組合。這種鑽具組合由專門設計的下部陽螺紋泥漿馬達和長保徑的PDC鑽頭組成。長保徑鑽頭起一個近鑽頭穩定器的作用，可以大幅度降低振動，提高井眼質量和機械鑽速。泥漿馬達有一個特製的軸承組和軸，與長保徑鑽頭匹配時能降低馬達的彎曲角而不影響定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中進行的現場試驗證明，導向鑽具組合具有機械鑽速高、井眼質量好、井下振動小、鑽頭壽命長、設備可靠性較高等優點。另外還研製成功了一種連續軟管欠平衡鑽井用的繩索式井底鑽具組合。該鑽具組合外徑為in上部與外徑2in或in的連續管配用，下部接鑽鋌和in鑽頭。該鑽具組合由電纜式遙控器、穩定的MWD儀器、有效的電子定向器及其他參數測量和傳輸器件組成。電纜通過連續管內孔下入孔底，能實時監測並處理工具面向角、鑽井頂角、方位角、自然伽馬、溫度、徑向振動頻率、套管接箍定位、程序狀態指令、管內與環空壓差等參數。鑽具的電子方位器能在鑽井時在導向泥漿馬達連續旋轉的情況下測量並提供井斜和方位兩種參數。
其他方面的新進展包括：連續管鑽井技術成功用於超高壓層側鑽；增加連續管鑽井位移的新工具研製成功；連續管鑽井與欠平衡鑽井技術結合打水平井取得好效果；適於連續管鑽井的混合鑽機研製成功；連續管鑽井理論取得新突破。
2.3.1.3 石油勘探小井眼鑽井技術
石油部門通常把70%的井段直徑小於177.8mm的井稱為小井眼井。由於小井眼比傳統的石油鑽井所需鑽井設備小且少、鑽探耗材少、井場佔地面積小，從而可以節約大量勘探開發成本，實踐證明可節約成本30%左右，一些邊遠地區探井可節約50%～75%。因此小井眼井應用領域和應用面越來越大。目前小井眼井主要用於：①以獲取地質資料為主要目的的環境比較惡劣的新探區或邊際探區探井；②600～1000m淺油氣藏開發；③低壓、低滲、低產油氣藏開發；④老油氣田挖潛改造等。
2.3.1.4 套管鑽井技術
套管鑽井就是以套管柱取代鑽桿柱實施鑽井作業的鑽井技術。不言而喻套管鑽井的實質是不提鑽換鑽頭及鑽具的鑽進技術。套管鑽井思想的由來是受早期（18世紀中期鋼絲繩沖擊鑽進方法用於石油勘探，19世紀末期轉盤回轉鑽井方法開始出現並用於石油鑽井）鋼絲繩沖擊鑽進（頓鑽時代）提下鑽速度快，轉盤回轉鑽進井眼清潔且鑽進速度快的啟發而產生的。1950年在這一思想的啟發下，人們開始在陸上鑽石油井時，用套管帶鑽頭鑽穿油層到設計孔深，然後將管子固定在井中成井，鑽頭也不回收。後來，Sperry-sun鑽井服務公司和Tesco公司根據這一鑽井原理各自開發出套管鑽井技術並制定了各自的套管鑽井技術發展戰略。2000年，Tesco公司將4.5～13.375in的套管鑽井技術推向市場，為世界各地的油田勘探服務。真正意義的套管鑽井技術從投放市場至今還不到10年時間。
套管鑽井技術的特點和優勢可歸納如下。
1）鑽進過程中不用起下鑽，只利用絞車系統起下鑽頭和孔內鑽具組合，因而可節省鑽井時間和鑽井費用。鑽進完成後即等於下套管作業完成，可節省完井時間和完井費用。
2）可減少常規鑽井工藝存在的諸如井壁坍塌、井壁沖刷、井壁鍵槽和台階等事故隱患。
3）鑽進全過程及起下井底鑽具時都能保持泥漿連續循環，有利於防止鑽屑聚集，減少井涌發生。套管與井壁之間環狀間隙小，可改善水力參數，提高泥漿上返速度，改善井眼清洗效果。
套管鑽井分為3種類型：普通套管鑽井技術、階段套管或尾管鑽井技術和全程套管鑽井技術。普通套管鑽井是指在對鑽機和鑽具做少許改造的基礎上，用套管作為鑽柱接上方鑽桿和鑽頭進行鑽井。這種方式主要用於鑽小井眼井。尾管鑽井技術是指在鑽井過程中，當鑽入破碎帶或涌水層段而無法正常鑽進時，在鑽柱下端連接一段套管和一種特製工具，打完這一段起出鑽頭把套管留在井內並固井的鑽井技術。其目的是為了封隔破碎帶和水層，保證孔內安全並維持正常鑽進。通常所說的套管鑽井技術是指全程套管鑽井技術。全程套管鑽井技術使用特製的套管鑽機、鑽具和鑽頭，利用套管作為水利通道，採用繩索式鑽井馬達作業的一種鑽井工藝。目前，研究和開發這種鑽井技術的主要是加拿大的Tesco公司，並在海上進行過鑽井，達到了降低成本的目的。但是這種鑽井技術目前仍處於研究完善階段，還存在許多問題有待研究解決。這些問題主要包括：①不能進行常規的電纜測井；②鑽頭泥包問題嚴重，至今沒有可靠的解決辦法；③加壓鑽進時，底部套管會產生橫向振動，致使套管和套管接頭損壞，目前還沒有找到解決消除或減輕套管橫向振動的可靠方法；④由於套管鑽進不使用鑽鋌，加壓困難，所以機械鑽速低於常規鑽桿鑽井；部分抵消了套管鑽進提下鑽節省的時間；⑤套管鑽井主要用於鑽進破碎帶和涌水地層，其應用范圍還不大。
我國中石油系統的研究機構也在探索研究套管鑽井技術，但至今還沒有見到公開報道的成果。目前，套管鑽井技術的研究內容，除了研製專用套管鑽機和鑽具外，重點針對上述問題開展。一是進行鑽頭的研究以解決鑽頭泥包問題；二是研究防止套管橫向振動的措施；三是研究提高套管鑽井機械鑽速的有效辦法；四是研究套管鑽井固井辦法。
套管鑽井應用實例：2001年，美國謝夫隆生產公司利用加拿大Tesco公司的套管鑽井技術在墨西哥灣打了2口定向井（A-12和A-13井）。兩井成井深度分別為3222×30.48cm和3728×30.48cm。為了進行對比分析，又用常規方法打了一口A-14井，結果顯示，同樣深度A-14井用時75.5h，A-13井用時59.5h。表層井段鑽速比較，A-12 井的平均機械鑽速為141ft/h，A-13井為187ft/h，A-14井為159ft/h。這說明套管鑽井的機械鑽速與常規方法機械鑽速基本相同。但鑽遇硬地層後套管鑽井，鑽壓增加到6.75t，致使擴眼器切削齒損壞，鑽速降低很多。BP公司用套管鑽井技術在懷俄明州鑽了5口井。井深為8200～9500ft，且都是從井口鑽到油層井段。鑽進過程中遇到了鑽頭泥包和套管振動問題。
此外，膨脹套管技術也是近年來發展起來的一種新技術，主要用於鑽井過程中隔離漏失、涌水、遇水膨脹縮經、破碎掉塊易坍塌等地層以及石油開采時油管的修復。勘探所與中國地質大學合作已立項開展這方面的研究工作。
2.3.1.5 石油鑽機的新發展
國外20世紀60年代末研製成功了AC-SCR-DC電驅動鑽機，並首先應用於海洋鑽井。由於電驅動鑽機在傳動、控制、安裝、運移等方面明顯優於機械傳動鑽機，因而獲得很快的發展，目前已經普遍應用於各型鑽機。90年代以來，由於電子器件的迅速發展，直流電驅動鑽機可控硅整流系統由模擬控制發展為全數字控制，進一步提高了工作可靠性。同時隨著交流變頻技術的發展，交流變頻首先於90年代初成功應用於頂部驅動裝置，90年代中期開始應用於深井石油鑽機。目前，交流變頻電驅動已被公認為電驅動鑽機的發展方向。
國內開展電驅動鑽機的研究起步較晚。蘭州石油化工機器廠於20世紀80年代先後研製並生產了ZJ60D型和ZJ45D型直流電驅動鑽機，1995年成功研製了ZJ60DS型沙漠鑽機，經應用均獲得較好的評價。90年代末期以來，我國石油系統加大鑽機的更新改造力度，電驅動鑽機取得了較快發展，寶雞石油機械廠和蘭州石油化工機器廠等先後研製成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流電驅動鑽機和ZJ20DB、ZJ40DB型交流變頻電驅動鑽機，四川油田也研製出了ZJ40DB交流變頻電驅動鑽機，明顯提高了我國鑽機的設計和製造水平。進入21世紀，遼河油田勘探裝備工程公司自主研製成功了鑽深能力為7000m的ZJ70D型直流電驅動鑽機。該鑽機具有自動送鑽系統，代表了目前我國直流電驅動石油鑽機的最高水平，整體配置是目前國內同類型鑽機中最好的。2007年5月已出口亞塞拜然，另兩部4000m鑽機則出口運往巴基斯坦和美國。由寶雞石油機械有限責任公司於2003年研製成功並投放市場的ZJ70/4500DB型7000m交流變頻電驅動鑽機，是集機、電、數字為一體的現代化鑽機，採用了交流變頻單齒輪絞車和主軸自動送鑽技術和「一對一」控制的AC-DC-AC全數字變頻技術。該型鑽機代表了我國石油鑽機的最新水平。憑借其優良的性能價格比，2003年投放市場至今，訂貨已達83台套。其中美國、阿曼、委內瑞拉等國石油勘探公司訂貨達42台套。在國內則佔領了近2～3年來同級別電驅動鑽機50%的市場份額。ZJ70/4500DB型鑽機主要性能參數：名義鑽井深度7000m，最大鉤載4500kN，絞車額定功率1470kW，絞車和轉盤擋數I+IR交流變頻驅動、無級調速，泥漿泵型號及台數F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及檯面高度：雙升式/旋升式10.5m，動力傳動方式AC-DC-AC全數字變頻。
2. 鑽井領域技術有哪些
一、海洋鑽井設備
1.石油鑽機
石油鑽機是一組十分復雜的大型成套設備，製造難度大、成套范圍廣，用於海洋鑽井的石油鑽機還要能夠承受海水腐蝕、海浪沖刷等惡劣的自然條件。目前，美國是製造成套石油鑽機最具實力的國家。
隨著交流變頻調速技術的迅猛發展，交流變頻電驅動鑽機（AC-GTO-AC石油鑽機）憑借其自身的優越性，正在取代現有的可控硅直流電驅動鑽機，成為海洋石油鑽機發展的換代產品。交流變頻電驅動鑽機在工作性能方面，實現了無級變速，恆功率寬調速，簡化了鑽機機械結構，提高了鑽機提升能力和處理事故的能力；在操作性方面，交流電動機體積小，單機容量大，容易實現鑽機的自動化、智能化和對外界變化的自適應控制，易於操作管理；在安全性方面，交流變頻技術本身對電動機具有安全保護功能，易於安裝、拆卸，搬遷方便靈活，安全性高。目前，世界主要鑽機製造商均發展了交流變頻電驅動大功率石油鑽機，將其配備在鑽深能力為10668米（35000英尺）及以上的深水（工作水深大於2438米，即8000英尺）的半潛式鑽井平台或鑽井浮船上。
另外，新型液壓石油鑽機也在不斷地推廣和使用。新型液壓鑽機是由挪威海事液壓公司於1996年開發的一種新型鑽機。該鑽機作為提升機械，取消了傳統的絞車、井架和游車等常規設備，用升降液缸代替了絞車，同時也替代了浮式鑽井的龐大的鑽柱運動補償器，從而大大降低了鑽機的質量和製造成本（據報道可降低成本30％）。除此以外，該鑽機還可以與計算機組合實現鑽井和鑽具升降操作的機械化和自動化，操作人員數量明顯減少。
目前激光石油鑽機還處於研發階段。激光鑽井技術具有降低成本、提高鑽速、改善井控，減少鑽機工作時間、鑽頭磨損和起下鑽時間，精確控制鑽眼，以及在井眼周圍形成一層堅硬的玻璃化外皮，最大限度地減少或取消同心套管等其他鑽機無法比擬的優點。據悉，美國芝加哥天然氣研究所（GRI）與美科羅拉多礦業學院、麻省理工學院、雷克伍德公司、菲利普斯及美國空軍和陸軍合作，聯合開展了有關激光鑽機的研究，並計劃在21世紀使用上激光鑽井。
隨著石油鑽機的不斷發展，作為石油鑽機的關鍵設備的鑽井絞車、轉盤、頂驅和鑽井泵也得到了快速的發展。
2.井絞車
為適應海洋石油鑽探和開采向深水推進的需要，鑽井絞車的提升能力和鑽探能力也在不斷提高。
3.轉盤和頂驅
鑽井裝置旋轉系統中的兩個互補設備的轉盤和頂驅，也在實踐中逐漸完善，功能不斷增強。
4.鑽井泵
對於海洋鑽井，特別是深海鑽井來說，鑽井泵是鑽井液設備中的關鍵設備。21世紀初National-Oilwell公司成功開發出了新一代鑽井泵——HEX鑽井泵，它代表了未來鑽井泵的發展趨勢，該鑽井泵配有兩台交流變頻驅動電動機，採用六個缸套，與傳統鑽井泵相比具有輸出流量穩定、超高壓、超高流量、尺寸小等優點。此外，高強度鋼和耐磨陶瓷在鑽井泵的泵體、液缸、活塞等零件上的使用，可顯著降低泵的體積、質量，同時延長泵的使用壽命，成為未來鑽井泵的又一發展方向。
5.PDC鑽頭的新技術
對於PDC鑽頭來說，現在需要具備的條件是能鑽達更深、更硬，地下環境更異常的區域，這必然對現代鑽井工藝又提出了更高的要求。這些鑽頭包括自磨式PDC鑽頭，具有超強的抗磨性，能很好地延緩鑽頭的磨損，同時輕型的鑽頭可鑽達更深、更硬的地層。另外還有耐高溫的PDC鑽頭。
6.井控設備
鑽井井下控制裝置需要滿足海洋鑽井的需要，如需要可以關閉正在鑽探的井卻不需要取出鑽桿；需要滿足不斷增加的工作壓力，降低質量，減小尺寸；還需要適應新的欠平衡鑽井的井控設備。
二、鑽井技術
1.油氣井力學與過程式控制制方面
（1）向信息化、智能化方向發展。
井下智能鑽井系統的最終發展目標，是「地下鑽掘機器人」。這種地下鑽掘機器人不同於一般的機器人，它必須能夠在地下極其復雜的地質環境及非常惡劣的工況下進行有效的工作。它必須能夠精確探測前方和周圍的地質環境及本身的狀態，進而做出正確的分析和決策，並且能夠自動適應所處的工作環境，沿著「預定的路線」或要求沖向「地下目標」，勝利完成人類賦予它實地探察地下資源並加以開採的神聖任務。這種地下鑽掘機器人，是自動化鑽井的核心，將是多種高新技術和新產品的進一步研究和開發及其微型化集成的結果，代表著未來鑽井與掘進技術的發展趨勢，可望在21世紀前半葉實現並達到比較理想的成熟度。
（2）向多學科緊密結合、提高勘探發現率和提高油井產量與採收率方向發展。
以近年來發展迅速、技術先進的水平井為例，水平井設計程序和框圖是1992年11月由美國石油工程協會和地質家協會、地球物理家協會和測井分析家協會共同開會約定的，該設計內容是由地質、鑽井、採油油藏、成本核算四部分人員共同合作完成的。應用水平井技術勘探和開發整裝油氣田，是20世紀90年代水平井應用發展的主要趨勢之一，它不僅可顯著提高油田產量，更可以有效地提高油田採收率。
（3）向有效勘探和開采特殊油氣藏方向發展。
特殊油氣藏包括低滲油氣藏、斷塊油氣藏、稠油油藏、高含水油氣藏、薄油層等。以低滲油氣藏為例：我國已探明儲量中，低滲油氣藏占總探明儲量25％，近3～4年新增探明儲量中，約60％為低滲油氣藏，其低孔、低滲的兩低特性使其勘探發現難度極大，而且儲層傷害問題貫穿於鑽井、完井和測試全過程。因此，研究發展低壓低滲探井鑽井過程中儲層傷害機理及評價方法、鑽井液化學與儲層保護技術、最大限度發現和保護儲層的全過程欠平衡鑽井優化設計和適應性等，是有效勘探和開采特殊油氣藏的鑽井工程核心問題。
2.復雜油氣多相流與高壓水射流方面
（1）復雜油氣水多相流本質認識更深入，模型研究更科學、更接近實際。
近年來國內外在多相流基礎理論方面的研究內容主要涉及多相流流型、流型圖、壓力降、截面含氣率、截面含液率、特種管件內的多相流、液汽、噴汽及數值計算等，理論研究發展迅速。為了掌握油氣兩相流在水平井中的流動特性，包括沿井長的壓力降、持液率及流體從儲油層中流出的狀況，研究人員進行了一系列試驗和理論研究工作，並提出了計算模型。如研究傾斜管中油水兩相流不穩定性，提出了一種瞬態兩流體模型來模擬管內彈狀流的流動工況；通過對孔隙率波、流動湍流度、平均含氣率的測量和信號分析，得到流型轉化機理的特點和規律。由於多相流體在環空中的不同井段流型不一樣，因而其靜液壓力、摩阻壓降、加速壓力計算非常煩鎖，對這些不同流型段、不同的井段，需要用不同的計算模型。美國莫爾公司開發了一套多相流水力學軟體來進行這種復雜的多相流計算，使模型研究更科學、更接近實際。
（2）復雜井筒多相流理論研究的指導作用越來越大。
復雜井筒多相流理論研究將指導水平井段設計和產能預測，能夠實時地監控欠平衡鑽井井下的復雜流動情況，並能夠編制出智能化的軟體系統，幫助鑽井人員監測和控制流動參數，科學進行生產系統優化設計。相信隨著科學技術的不斷發展和對多相流動本質了解的不斷深入，在不遠的未來，必然能夠利用多相流動知識促進石油工程相關理論和技術的發展。
（3）高壓超高壓射流破岩鑽井和增產應用越來越廣泛。
隨著高壓水射流理論、技術和設備的發展與進步，新型射流種類將不斷出現，高壓超高壓射流紊流動力學和流動規律的研究和認識將不斷深入，應用范圍和領域將不斷擴大。在石油工程中，高壓超高壓射流技術將不僅應用於輔助破岩鑽井，進一步提高鑽井速度，而且將應用於油氣井增產改造，如水力深穿透射孔、定向噴射輔助壓裂、徑向水平微小井眼開采等。同時，高壓水射流技術在煤炭、化工、冶金、建築、機械、軍工等十多個工業領域的水力採煤采礦、切割鑽孔破碎、清洗除垢除銹等場合也有越來越廣泛的應用。