油田鉆井的目的不止是構建油氣通道，更重要的是發現更多的油氣資源和盡量提高油氣產量和采收率。石油鉆井工程面臨的問題始終是如何確保“優、快、省、 HSE”。鉆井技術的創新一直是針對這些問題展開的。自上世紀90年代以來，鉆井技術發展很快，極大地推動了鉆井的實時化、信息化、數字化、可視化、集成化、自動化、智能化，使鉆井變得“更聰明”。從國內外鉆井前沿技術和在研技術發展趨勢分析，當前鉆井技術的創新研發主要體現在以下四個方面。
未來趨勢一：優
“優”指優質，也就是如何提高工程質量，更好地保護油氣層，準確地監控井眼軌跡。
提高井下數據傳輸速率，完善雙向通訊 鉆井目標復雜化對井眼軌跡的控制精度提出了越來越高的要求。隨鉆測量(MWD)、隨鉆測井(LWD)、地質導向和旋轉閉環導向鉆井系統是提高井眼軌跡控制精度的重要手段，得到了推廣應用。目前所用的MWD和LWD的數據傳輸途徑是泥漿脈沖或電磁波，但它們的數據傳輸速率太慢，不能很好地滿足現代油氣勘探開發對鉆井井下數據傳輸的新要求。近些年，國外一直在探索新的數據傳輸方式，包括聲波、光纖和有纜鉆桿。目前聲波信道和用于常規鉆桿的光纖信道尚在研究中。在有纜鉆桿領域，目前投入商業應用的只有美國國際服務公司的“軟連接”有纜鉆桿，即所謂的智能鉆桿。
智能鉆桿實質上是一種有纜鉆桿，電纜之間通過電磁感應實現“軟連接”：把電纜嵌入鉆桿，鉆桿接頭兩端的電纜各有一個感應環;鉆桿緊扣以后，兩感應環并不直接接觸，而是通過電磁感應原理實現信號在鉆桿間的高速傳輸。其主要特點是：一是數據傳輸高速、大容量、實時：數據傳輸速率高達5.76萬位/秒;二是真正實現雙向通訊;三是適用于包括欠平衡鉆井、氣體鉆井在內的任何井況下的數據傳輸。
智能鉆桿已于2007年投入商業化應用，是鉆井井下信號傳輸技術的一個重大突破和重要里程碑。它已獲得了哈里伯頓、貝克休斯、斯侖貝謝和威德福等國際一流的油田技術服務公司的認可和支持，應用前景樂觀。下一步是開發數據傳輸速率高達10萬位/秒的智能鉆桿。
發展隨鉆前視功能，完善地質導向 地質導向是MWD和LWD技術的重大突破，但目前的地質導向儀離鉆頭的距離在0.91米以上，只能測量剛鉆井眼的工程參數和地質參數，并不能探測鉆頭前方的地質情況。為此，需要發展隨鉆地震等具有隨鉆前視功能的技術，以便及時發現前方的“甜點”，更好地進行地質導向和儲層導向。
旋轉導向鉆井系統 如哈里伯頓公司旋轉導向系統、Baker Hughes公司的AutoTrak旋轉閉環鉆井系統,已經用旋轉導向系統取代滑動導向鉆井系統。
未來趨勢二：快
“快”指高效，也就是如何提高鉆井效率。“快”是油公司、鉆井承包商和技術服務公司一貫追求的重要目標。近兩三年，鉆井日費暴漲，提高鉆速尤為重要，對深井鉆井和深水鉆井來說更是如此。
探索新的破巖方式，以期在破巖技術上取得突破 自高壓噴射鉆井于上世紀60年代開始推廣應用以來，機械破巖+水力輔助破巖這種聯合破巖方式就占絕對統治地位。為了進一步提高機械鉆速，人們一直在探索其他破巖方式，如化學溶解法鉆井、爆破法鉆井、電火花鉆井、微波鉆井、熱散裂鉆井、巖熔爐鉆井等。近幾年，國外還在探索中的破巖技術主要是激光鉆井、等離子體通道鉆井(Plasma Channel Drilling)。
激光鉆井的破巖機理是利用高能激光破碎、熔化和蒸發巖石。激光鉆井仍處于室內試驗階段，預計2020年投入商業化應用，并有望給鉆井帶來一場革命。
等離子體通道鉆井技術的開發者是挪威的獾式鉆探器(Badger Explorer) 勘探公司。該技術的核心是高電壓脈沖能量技術。等離子體的破巖機理就是用電法霧化巖石，即利用高電壓脈沖在“鉆頭”前方的巖石中形成高能等離子體，等離子體在不到一微秒的時間內在巖石中極迅速地膨脹，導致局部巖石破裂和破碎。這項破巖技術目前尚處于原理驗證階段，其可行性還有待進一步驗證。如果它最終能夠通過現場試驗，則有望成為一種新的簡單、高效、成本低、風險小、環境友好的破巖方式，將主要用于修井和鉆小井眼。
改進高溫高壓深井鉆井技術，進一步提高鉆井速度，降低鉆井成本 為了使深井鉆得更深、更快、更經濟、更環保，美國能源部于2001年3月設立了一個深井鉆井計劃——Deep Trek計劃，旨在組織開發一些新技術和新工具來提高深井鉆井完井效率，降低深井鉆井完井成本。
Deep Trek計劃側重于4個關鍵領域的技術開發，即智能鉆井系統、高科技材料、先進的深井鉆井完井方法和新的鉆頭技術。該計劃是一系列技術創新的集成，是當今鉆井技術前沿的集中體現，代表新一代深井鉆井技術，反映深井鉆井技術的發展方向。其中的多數單項技術還處于實驗室研究或現場試驗階段，個別單項技術已投入商業化應用，其總體技術將于今年投入商業應用。Deep Trek計劃將實現“更深”和“更智能”的鉆井目標，進一步促進鉆井技術的進步。
鉆機多樣化、數字化、自動化、智能化，運移方便 上世紀90年代中期推出的交流變頻鉆機是鉆機發展史上的一個非常重要的里程碑。鉆機的多樣性主要表現在出現了適應不同地面條件、井深和作業需要的大、中、小型鉆機，包括各種陸地鉆機、海洋鉆機、車載鉆機和連續管鉆機等，正在研制微井眼鉆機。
國外在鉆機自動化設備的基礎上于90年代中后期推出了自動化鉆機。
自動化鉆機分為交流變頻電驅動和液壓驅動兩大類，主要特點是：一是實現包括傳送、上卸扣、送鉆、排放、堆放在內的所有管子操作的自動化;二是大幅度減少鉆井作業人員，鉆臺和二層臺上不再有鉆工;三是明顯減輕司鉆的勞動強度和減少人為失誤;四是運移性好，安裝、拆卸方便;五是陸地自動化鉆機占地面積小;六是顯著提高作業效率和安全性。自動化鉆機代表當今石油鉆機的最高水平，是石油鉆機的重要發展方向，正在陸地和海上得到推廣應用。
開發有利于提高鉆井完井效率和降低鉆井完井成本的新材料 新材料一直是國外超前研究的熱點，適用于鉆井完井的新材料不斷涌現，極大地推動了鉆井完井技術的進步和提速降本。連續管鉆井可大幅度提高起下鉆效率，減小井場占地面積。鋁合金鉆桿、鈦合金鉆桿和碳纖維鉆桿可大大減輕鉆桿重量，提高鉆桿韌性。納米外加劑可提高鉆井液性能。利用可膨脹管和自膨脹管可解決很多井下問題，建成單直徑井。路易斯安那州M&D工業公司研制的超級水泥已投放市場。
自膨脹管是為美國能源部的微井眼計劃研制的。它通過旋轉實現彈性膨脹，操作簡便，徑向膨脹率大，最大膨脹率可達200%以上。膨脹后能夠實現自密封，額定耐壓能力高達10000psi。同時還研制成功了自膨脹篩管，其膨脹率為125%～150%。自膨脹管是膨脹管技術的新發展，它既可用于常規井，也可用于微井眼;既可用于旋轉鉆井，也可用于連續管鉆井。自膨脹管還處于現場試驗階段，有望在不久的將來投入商業應用。
超級水泥實質上是一種樹脂密封劑，是為美國能源部的“深井鉆井計劃”開發的。其基本成份是液態的樹脂和硬化劑，可按需要添加其它外加劑。它是一種非水泥類固井材料，可替代水泥，是固井和擠水泥技術的一大突破。它能夠在高溫高壓深井中可靠地封隔環空和長期維持井的完整性，但是目前其成本太高，使其商業性應用僅限于海上的擠水泥作業。通過不斷改進，其成本有望降下來，應用前景樂觀。
直井防斜打快技術 傳統的防斜技術多采用“輕壓吊打”，以犧牲鉆速為代價，近年來發展起來的偏心鉆具、偏軸鉆具、柔性鉆具等鉆具組合，雖然有了一定的改進，但是對高陡構造以及造斜能力強的地層，其井斜控制效果仍不理想。現代防斜技術的核心是解決提高井身質量和鉆速之間的矛盾，必須突破傳統觀念的束縛，積極探索新的防斜技術，勝利鉆井院研發的具有完全自主產權的捷聯式自動垂直鉆井系統在鄂爾多斯麻黃山區塊寧深1#再次成功應用，經受住了現場的考驗，真正成為鉆井防斜打直的護航艦。該技術主要是由垂鉆系統井下閉環控制技術、防斜執行機構、旋轉密封和壓力平衡系統技術等組成。
未來趨勢三：省
“省”指經濟，也就是如何節省鉆井完井成本，降低噸油成本，實現效益的最大化。“省”也一直是各方共同努力的重要目標。鉆井成本占勘探開發總支出的50% 左右，節省鉆井成本對降低勘探開發總支出具有十分重要的意義，尤其是開發低滲、特低滲油氣藏和邊際油氣田。深井鉆井和深水鉆井也對節省成本提出了更高的要求。
盡量增加井筒與儲層的可控接觸面積，以便增儲上產和提高采收率 建井技術從水平井、大位移井、分支井發展到了多分支井、魚骨井、樹根井、最大儲層接觸面積井(MRC井)。顯然，建井技術的一個大的發展趨勢就是盡量增加井筒與儲層的可控接觸面積，以增加單井的控制面積，減少井數，增儲上產和提高采收率，降低噸油成本。
鉆超大位移井，實現海油陸采 大位移井是指井底水平位移與垂深之比等于或大于2的井，大于3的井為特大位移井。迄今為止，全球已鉆了很多大位移井，其中多數是為開發近海油田而鉆的，有不少大位移井鉆在岸上，進行海油陸采。2003年7月～2008年3月，美國Parker鉆井公司在俄羅斯遠東的薩哈林島岸上鉆成了17口大位移井，以開發近海油田。這些井屢創當時的大位移井世界紀錄，其中最大的測深是11680米，僅次于最新的大位移井測深世界紀錄12289.5米，其水平位移達到 10902.7米，由美國Transocean公司2008年5月在卡塔爾的近海油田鉆成，鉆井僅用了36天時間。
簡化井身結構，建單直徑井，少用套管，甚至不用套管 常規井的井身結構呈錐形，也就是為對付井下復雜地層，需要下多層套管或尾管并固井，這勢必會大量消耗泥漿、套管和水泥，延長建井周期，增加建井費用。為此，國外在可膨脹管技術的基礎上于上世紀90年代后期提出了單直徑井(monobore)概念。單直徑井技術于2007年開始商業應用。
單直徑井的核心技術是可膨脹管，因此目前擁有單直徑井技術的公司也就是能夠生產可膨脹管的公司，即Enventure全球技術公司、威德福、貝克休斯、斯倫貝謝和哈里伯頓等。
單直徑井的主要特點：一是減小上部井眼和套管的直徑，簡化井身結構;二是減少泥漿、套管和水泥用量及固井作業工作量;三是縮短建井周期;四是降低建井成本;五是減少鉆井廢棄物，有利于 保護環境;六是增大完井井筒直徑，提高單井產量。目前單直徑井技術還處于商業應用的初期，仍在發展中。
研究微井眼技術，以便經濟有效地開發淺層剩余油資源 美國有2180億桶已發現的剩余油儲量埋深不足1500米。為經濟有效地開發這部分儲量，美國能源部從2004年起大力資助微井眼技術的研究。
微井眼就是直徑不超過31/2英寸的井眼，當前研究和試驗的微井眼技術適合的最大井深約1500米。微井眼技術是一項系統工程，涵蓋鉆井、測井、生產等領域。在鉆井領域著重研究全新的小型化地面設備——小型化混合型連續管鉆機及相應的小型化泥漿循環處理系統等以及超小尺寸的井下鉆具和儀器——井下動力鉆具(包括導向泥漿馬達)、地質導向儀、MWD和LWD等。
微井眼鉆井的主要特點是可以大幅度提高鉆機搬遷效率，減少井場占地面積，減少泥漿、套管和水 泥的消耗以及動力消耗，減少鉆井作業人員，提高鉆井效率，降低鉆井完井成本、綜合開發成本和勘探開發風險，減少鉆井對環境的影響。
鉆桿輕型化 鉆桿的發展歷程表明，鉆桿存在輕型化的趨勢。目前已投入商業化應用的輕型鉆桿有鋁合金鉆桿和鈦合金鉆桿，但它們的成本太高。近幾年，美國能源部在資助非金屬類輕型鉆桿——碳纖維鉆桿的研制。
碳纖維鉆桿就是由碳纖維-環氧樹脂制成，兩端有鋼接頭的鉆桿。由于碳纖維不如鋼耐磨，因此需要對碳纖維管的表面進行打磨，并涂上極耐磨的涂層。碳纖維鉆桿最大的技術難點是如何實現碳纖維鉆桿本體和鋼接頭的可靠粘結。
碳纖維材料無磁性，不導電，容易制成有纜碳纖維鉆桿。碳纖維鉆桿和有纜碳纖維鉆桿目前還處于現場試驗階段，經過不斷的試驗與改進，有望在5年后投入商業應用。一旦投入商業應用，必將給鉆井帶來一系列的變革。碳纖維鉆桿和有纜碳纖維鉆桿由于具有重量輕、韌性好、耐腐蝕等優點，特別適合鉆短曲率半徑和超短曲率半徑水平井、重鉆井，并有望在大位移井、深井鉆井以及深水鉆井中得到應用。
鉆井自動化和遠程控制是21世紀鉆井技術非常重要的發展方向 鉆井自動化由井下自動化和地面自動化組成，井下自動化由旋轉閉環導向鉆井系統或自動垂直鉆井系統實現，地面自動化由地面自動化鉆機實現。鉆井自動化向著將地面和井下作為一個整體的大閉環控制方向發展。借助計算機技術和衛星通訊，目前鉆井已實現遠程監視。
改進深水和超深水鉆井技術，進一步提高鉆井速度，降低鉆井成本，保護海洋環境 高油價為大力勘探開發深水油氣資源帶來了極好的契機，深水和超深水油氣勘探開發已成為新的熱點，并不斷取得重大油氣發現。由于深水和超深水鉆機日費暴漲，如何降低深水和超深水的鉆井成本，提高鉆井效率和作業安全性以及更好地保護海洋環境，在深水和超深水鉆井中日益重要。經過幾十年的發展，在國外，深水鉆井及裝備技術總體上已經成熟，但仍在發展中，比如發展無隔水管鉆井技術、雙梯度鉆井技術、高溫高壓井鉆井完井技術等。
無鉆機鉆井——不用鉆機也能打探井 長期以來，勘探鉆井需要使用陸地鉆機或海上鉆井平臺，還要使用鉆桿、泥漿、套管和水泥，勢必造成勘探鉆井費用居高不下，勘探風險很大。要想從根本上降低勘探鉆井費用和勘探風險，就必須摒棄現行的鉆井方式，另辟蹊徑，開發一種完全不同的鉆井方式。挪威的獾式鉆探器公司正在研制的獾式鉆探器正是這種嶄新的鉆井方式。
獾式鉆探器的研發得到了挪威研究委員會、StatoilHydro、殼牌和埃克森美孚的資助。它是一種無鉆機的井下自動鉆探器，長約25米，設計鉆深能力超過3000米。
獾式鉆探器的主要特點：一是不用陸地鉆機或海上鉆井平臺，可大幅度減少作業人員和后勤保障工作，還能避開海洋環境對鉆井作業的干擾;二是通過電纜給井下電動鉆具供電，電動鉆具驅動鉆頭旋轉;三是不用鉆桿，靠自身重量給鉆頭施加鉆壓;四是不用泥漿，鉆屑不是返至地面，而是用于充填井筒或被擠入地層裂縫及孔洞，因而無廢棄物排放，對環境無污染，也無井噴的風險，也不用擔心井漏;五是不用泥漿，井筒內無外來流體，在巖屑充填井筒之前，地層不會受到傷害，可以及時測得真實的地質信息;六是不用套管和水泥固井，井筒由壓實的巖屑充填和封固，不用擔心井壁失穩;七是通過電纜實現雙向通訊，數據傳輸量大、質量高、速率快，更有利于及時發現油氣，提高探井成功率;八是顯著降低勘探鉆井費用和勘探風險;九是鉆達目標后，留在井底，繼續監測地層;十是實現遠程控制和自動化鉆井。
它與常規勘探鉆井相比，獾式鉆探器存在如下不足：鉆速慢，鉆一口3000米的探井大約需要2～6個月時間;由于所鉆的井筒被巖屑充填，只能作為勘探手段，不能轉為開發井，也不能用于鉆開發井;無法進行泥漿錄井和取心，勘探目的只能通過有線隨鉆測井系統來實現。
海底鉆井——不用海上鉆機而用海底鉆機進行海洋石油鉆井 由于深水海洋環境十分惡劣，深水鉆井需要現代化的大型浮式鉆井平臺或鉆井船。但它們的造價極高，在高油價下鉆機日費最高漲至65萬美元。暴漲的鉆機日費大幅度推高了深水鉆井成本。假如不用海上鉆井平臺或鉆井船就能鉆井，必將節省大量的鉆井成本，還能避開海洋環境對鉆井作業的干擾。為此，國外有人提出了海底鉆井的設想，并有多家公司參與研究，提出了多種方案。
海底鉆井方案具有海底鉆機是一種無人值守、有壓力補償的密閉裝置，能實現全自動化鉆井、完井和修井，司鉆只需在小型浮式輔助船上進行遙控，浮式輔助船還用于運送海底鉆機模塊、鉆桿和套管，提供電力，配制和補充泥漿，以及注水泥;不用海上鉆井平臺或鉆井船，也不用隔水管，容許浮式輔助船有很大的漂移范圍;海底鉆機的運轉不受海況、水深和天氣的限制，但在極端惡劣的海況和風速下，需要撤走浮式輔助船，中斷鉆井作業;海底鉆機的建造費用明顯低于海上鉆井平臺和鉆井船等特點。
未來趨勢四：HSE
HSE指健康、安全和環保。當今，HSE越來越受重視，貫穿于鉆完井全過程。小井眼鉆井、連續管鉆井、單直徑井鉆井、微井眼鉆井可減少井場占地面積，減少鉆井廢棄物，有利于環保。通過大位移井和超大位移井可實現海油陸采，減少對海洋環境的影響。用獾式鉆探器進行無鉆機鉆井，不需要井場，沒有廢棄物排放，無環境污染。自動化鉆機有利于鉆井人員的健康與安全，有效減輕石油工人的勞動強度。
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