近年来，国外的钻井设备制造商致力于钻井的技术进步，成功开发了最先进的陆上钻机、自动定向钻井装置、小型钻机和新型采油钻井系统等4种技术先进的新型钻机；欠平衡钻井钻头、可钻硬地层的PDC钻头、耐用PDC钻头、可膨胀扩眼钻头和专用PDC钻头等5种新型钻头与智能钻杆、钻屑分离装置、顶部驱动下套管装置和机械化油套管下入装置等4种钻井辅助设施。

新型钻机及新工艺加快钻井作业

陆上快速钻机 美国National Oil well Varco公司研制的快速钻机，是一种最先进的陆上钻机。其250t的大钩载荷，可适用于钻浅、中深井，独特的小型和自动化配置设计，可使其易于运输与在井场快速安装；它仅用一台专门的升降叉车，无须起重机或安装扒杆，即可将安装快速完成；靠交流电供能的主机系统，可减轻对环境的污染，靠交流电供能的顶部驱动，可使钢丝绳呈缠饶状态运输；采用带正反馈的单速齿轮驱动刹车，可在自动化钻台上建立ST-80自动钻工和对扣导向器；采用水力自动卡瓦，可进一步消除井眼中的人工操作。并且，可适用于所有的钻杆和外径达356毫mm的套管和接箍。其钻杆、接箍和套管均可自动喂入中心安装机械手，并将其排列在钻机底座附近，再被小鼠洞抓住和固定。其连杆起吊系统可将钻杆升高到底盘上方。此后，其对扣导向器就可锁紧钻杆末端，再由ST-80自动钻工完成钻杆连接。

自动定向钻井装置 美国Inteq公司开发成功了一种Trutrak自动定向钻井装置。它是自动转向控制、组合方向随钻测量和新型旋转钻井技术相结合的产物，采用它可加大全井深的套管尺寸，具有较高的技术和质量优越性。它可借助于缓冲器和专用动力使钻头转动，在滑动方式下完成钻井。其组合的近钻头传感器可测试钻头偏差、方位，并可不断地将数据传输至地面。该装置的可转向稳定器采用三个转向滑板，以保证井眼与垂向相切。每当其近钻头探测器发现钻头与要求的井眼有偏差时，其控制总成内的液压系统就可提供一个转向力给三个滑板，无论地层如何倾斜，均可使井眼转向正确的轨道。在方位角校正时，其三个滑板可产生30/31m的纠偏力。

小型钻机 美国George Failing 公司开发成功了一种新型钻机。采用它可钻深度达4757米的直井和水平井。它可进行遥控钻井，允许维修公司在故障发生前，对其进行诊断和维护，以节约钻井时间，同时也可使井队远离井场进行钻井，以确保钻井安全。

该种新型钻机的体积小，可以用于山区钻井。即使在环保要求较高的地区，也可放心地使用。采用它可节约50%的安装时间，到达井场几个小时后即可开钻，从而可更快地完成钻井工作。

新型采油-钻机系统 美国Grey Wolf公司开发成功了一种新型采油-钻井系统。它是为独立垫块钻井井场及钻多井眼而专门设计制造的。垫块钻井对周围环境的影响最小，因它可在一个较大的地区打多口井，可避开湖泊、城市、原始森林和野生动物保护区。与定向钻井技术结合，该新型多井眼垫块钻井系统，可减少占地2/3以上。目前可钻井深为5466m，可在一个方向滑动43m，也可在垫块上由初始井场，沿另一方向滑动到其它采油井。该技术可提高钻井控制和燃料的使用效率。它的钻井平台高8.5m，其滑轮和大钩载荷均为375t.，可在-200C的恶劣环境下正常使用。

新型钻头及技术提高钻速

欠平衡钻井钻头 美国Varel国际公司开发出一系列为空气、泡沫和雾状钻井等欠平衡钻井设计的新型牙轮钻头。通过技术改进，进一步降低了其内部组件的发热和磨损，可延长钻头的使用寿命和提高钻井的经济效益。它的配置在密封和轴承间的起隔热作用的隔热盘，可防止密封吸热延长其使用时间。此外，其锥形密封压盖还可将密封定位在最佳承压和密封位置，可在空气、泡沫和雾状钻井中承受较高的轴承内部压力。最后，它还配备有最耐用的高公差的轴径轴承，以耐受钻深井时较高的钻压。

可钻硬地层的PDC钻头 美国Hughes Christensen Genesis公司研制成功的ZX聚晶金刚石复合片（PDC）钻头，是为极端钻井设计的，它可用于钻硬的和磨蚀的井眼部分。其牙轮被设计成抗磨蚀的，并且其水力学设计可使牙轮有效地偏离钻头运动。此外，其高稳定性可适用于交互层钻井，副牙轮元件，可使牙轮密度达到最大，顶部牙轮采用层状金刚石技术，以抗磨蚀和提高韧性。在该钻头的切削面积上，有高密度的牙轮和副牙轮组合。它的副牙轮元件位于牙轮下方，当牙轮磨损或磨蚀后，副牙轮的新锐利切机构就开始磨削地层。该公司的切削深度控制技术可平衡钻头的工作载荷，使损坏钻头的最大载荷最小。其平稳切削技术可无须限制切削面积，减小钻头磨损。该钻头的水力结构可靠流体动态计算程序，来进行平衡液流，牙轮冷却和抗冲蚀等的优化。

耐用的PDC钻头 美国Atlas Copco Secoro公司采用改进的PCD工艺，开发出一种新型耐用的PDC钻头。它配置有打捞螺纹、回收头和新型接头，比常规的金刚石嵌入式钻头更耐用。该种新型钻头可延长PCD嵌入的使用寿命，其上安装了一个新型锥形尾阀，因此，特别适应钻深井应用。

可膨胀扩眼钻头 美国Gauge 公司开发成功了一种可膨胀扩眼钻头，可用于从最简单到最复杂的深水钻井。其可靠的球控机构可打刮刀的刃口，保证在流体循环下使用，并可在刀刃变钝后中止循环。这一设计消除了早先的钻压、液流和底部钻具压力触发的不可靠性。其先进的领眼钻头设计，可在钻具组合中与可膨胀扩眼钻头同步，用户可同时钻进和扩眼，也可扩大早先领眼钻头所钻的井眼。其刀片的运动——与径向呈一定角度地向外或向上——可将刀具收回，以便进行系统可靠性测量。它具有PDC钻头的特性，为由高抗张和抗疲劳材料构成的整体结构。其设计还带有表面硬化的可互换耐磨垫，可消除工具的热影响带和裂纹扩展。刀具刃口上的可互换喷嘴，可通过计算机水动力分析安装，提高刀具的使用效率。

 

专用PDC钻头 美国Hughes Christensen公司研制成功的专用优质PDC钻头，采用新型的高冲击和耐磨牙轮与特殊钻头结构设计，可适用于特殊的钻井。目前该公司已开发出一组具有耐磨性和适用于严酷环境的牙轮。该钻头在极端磨损条件下使用时，可极大地延长牙轮使用期限和切削刃的完整性，从而延长钻头的使用寿命。通常钻头在振动和交互地层的冲击状态下使用时，会缩短牙轮寿命。而该种新设计的牙轮却可长期保持切削刃完好。它根据金刚石体积控制的最新设计原理设计，可提高机械和水动力效率，使每个钻头都可保持较高的机械钻速和较长的使用寿命。该种超稳定和高调控技术可在不降低钻头和底部钻具组合的稳定性情况下，提高钻井效率。矿场使用结果表明，在高机械钻速下它的耐用性是最好的。

先进的钻井辅助设施

智能钻杆 智能钻杆实际上是一种有缆钻杆，其两钻杆的电缆接头之间通过电磁感应实现“软连接”：先把电缆嵌入钻杆，钻杆两端的电缆接头各带一个感应环。两钻杆拧紧后，两感应环不直接接触，而是通过电磁感应原理，实现信号在钻杆间的高速传输。它的数据传输速度高达5.76万位/S，并且实时和容量大；可真正实现双向通讯和适用于包括欠平衡钻井、气体钻井在内的任何钻井时的数据传输。

钻屑分离装置 美国Derrick设备公司生产了一种新型钻屑分离装置，它可除去钻井液中的水化黏土和大钻屑，具有最大的去固相能力。通常这类固相用任何类型的振动运动进行清除都是困难的。因此，在其下行达到泥浆震动筛前，将其清除是重要的。该装置使用泥浆振动筛的极细孔筛，使钻井液有较好的纯净度。它使用变速传送系统，可不用振动而清除固相。它可通过增大载荷或泵速，精确控制固相的输送速度。其倾斜的综合传送带，具有可在5-、10-、20-和30-目间可变的筛孔尺寸，控制钻屑的干度和输送能力。它的旁通可将不存在胶粘粘土和胶泥的液体，直接转移到下游振动筛中。它的可反转的刷子，可无须向系统中加水，可有效地清洗皮带。

顶部驱动下套管装置 美国volant production公司，为钻井下套管和衬管，设计及制造了一种顶部驱动下套管装置。它用一个可伸缩锁定器将顶部驱动衬管卡紧在套管的内表面，不同于常规系统，须将其啮合于套管的连接螺纹内，或将套管用大钳卡紧；它可与套管快速连接，较大的承载能力可在工具下放的同时转动套管；它全过程的内部密封允许在下套管时加载和循环，该工具适用于常见的套管尺寸，每一种工具可承受三种常用套管重量。为与其它尺寸套管配套，更换可伸长锁定器即可。如Φ178mm工具使用一个锁定器，可卡紧29.8、34.3和38.7kg/m的套管。为卡紧43.2、45.6和50kg/m的套管，可将锁定器更换成较小直径的；它还可防止用常规卡紧方法时的套管变形和卡紧处腐蚀；大功率提升机构还可探测套管接箍的位置，以确保安全和降低操作风险。该系统以机械或液压为动力，只要求较少的专用设备，而无须钻台设备，可提高安全性。

机械化油套管下入装置 美国BJ管材服务公司研制的机械化油套管下入工具，已成功用于矿场。该种全机械化的下入系统可下入φ178-914mm套管和带割缝筛管的φ114-178mm的油管。它可提高工作的安全标准和缩短下入时间；该系统包括填充和循环工具，导向头管钳操作系统，φ356mm水力油套管背钳和顶部驱动套管对中工具（T-CAT）；采用T-CAT可不进行危险的对扣操作，即可将油套管下入，使用该工具，管材可直接在钻台上连接，用一台机器远距离操作工具，就可从天车台抓取管子，然后将其定位和上扣，其导向头是一个水力管钳操作系统，可在油套管下入时自动上扣，整个过程无需对扣接管工，只在钻台上进行自动操作即可完成。

钻井新技术实现自动化

无钻机钻井 长期以来，勘探钻井均需要采用陆地钻机和海上钻井平台，同时还要使用钻杆、泥浆、套管和水泥，结果会造成钻井的费用高和钻探风大的不利局面。为了改善这一状况，挪威獾式钻探器公司研发成功了一种无钻机钻井新技术——獾式钻探器。

它无须陆地钻机或海上钻井平台，可大幅度减少作业人员和后勤保障，消除海洋环境的不利影响；它可不用钻杆，靠自重给钻头施压；由电缆给井下钻具供电，用电动钻具驱动钻头旋转；它也可将钻屑填充于井筒和挤入地层裂缝，无需泥浆循环。井筒由岩屑充填和封固，无须担心井筒失稳和可不用套管和水泥固井；它可通过电缆实现双向通讯，更有利于及时发现油气，提高探井成功率，降低钻井费用和勘探风险；最后，该钻具在钻达目的层后可保留在井底，继续检测地层，可实现远程控制和自动化钻井。

 

与常规钻机相比，它目前尚存在钻速慢，钻一口3000m的探井约需要2～6个月时间，不能用于钻开发井以及无法进行泥浆录井、取芯，只能通过有线随钻测井发现目的层。

不用钻机的海底钻井 由于深水海洋环境十分恶劣，深水钻井就需要现代化的大型浮式钻井平台或钻井船。但它们的造价颇高，大大增加钻井成本。因此，国外有人提出了海底钻井的设想，并有多家公司参与研究，提出了多种实施方案。

 

这类海底钻井方案的共同特点是，海底钻机应是一种无人值守、有压力补偿的密闭装置，可实现全自动化钻井、完井和修井。它无需采用海上钻井平台或钻井船，也不用隔水管，其浮式辅助船应有较大的漂移范围。它的运行不受海况、水深和天气的限制，并可在极端恶劣的海况和风速下，撤走浮式辅助船，中断钻井作业。海底钻机的建造费用应明显低于海上钻井平台和钻井船。