钻好的井对石油、天然气来说，是沟通油气层至地面形成油气生产的唯一通道，也是人们对油气藏进行观察和施加影响的唯一通道。在钻井过程中不断破碎岩层，设法取出岩屑，继续加深钻进。

钻井方法的发展一般可分为四个阶段：人工掘井、人力冲击钻、机械顿钻（冲击钻）和旋转钻。中国在利用钻井开发地下资源方面有着悠久的历史。据记载，早在2000多年前在四川就已经钻凿了盐井，并创造了冲击钻。在北宋时代，人力绳索式顿钻方法得到了发展。1521年就钻凿了油井和火井（天然气井）。1835年在四川钻成深达1200米的火井，这是当时世界上最深的井。一般认为，机械顿钻（1859年）是现代石油钻井的开始。1901年发展了旋转钻井方法，以转盘带动钻柱、钻头破碎井底岩石，并用循环钻井液清洗井底。1923年苏联工程师研究出了涡轮钻具，并在20世纪40年代开始得到广泛应用。随后出现的电动钻具和螺杆钻具（统称为井下动力钻具），在钻定向井中有着特殊的优越性。1991年，美国首次在得克萨斯州采用连续管钻井技术，成功地在一口老井中完成侧钻水平井，成为连续管钻井技术步入实际工业应用的标志性开端。经过近20年的发展，连续管钻井技术的应用迅速拓展。

可分为人工掘井、顿钻钻井、旋转钻井、井下动力钻井、连续管钻井五类。

①人工掘井。出现在1521年之前。1521～1835年出现了人工冲击钻井法。它是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的，实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。其特点为破岩与清岩相间进行，冲击力小，破岩效率低，设备简单，起下钻方便。

②顿钻钻井。用钢丝绳把顿钻钻头送到井底，由动力机驱动游梁机构，使游梁一端上下运动，并带动钢丝绳和钻头产生上下冲击作用。破碎岩石又称冲击钻，是一种古老的钻井方法。顿钻钻机的天车台有3个滑轮，各通过一根钢丝绳用来下套管、捞砂和起下钻具。用顿钻钻井，钻进和捞砂必须相间进行。顿钻钻速慢，效率低，不能适应井深日益增加和复杂地层的钻探要求，逐渐被旋转钻所代替。但它有设备简单、成本低、不污染油层等优点，可用于一些浅的低压油气井、漏失井等。在美国等国家仍有一定数量的油气井用顿钻法钻井。在中国陕北延安地区的油井和四川自流井地区的盐井，绝大多数是用顿钻法打成的。

③旋转钻井。利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用破碎岩石，是最通用的钻井方法。1901年美国首先使用，中国于20世纪30年代中期开始使用。旋转钻井比顿钻钻速快，并能处理井塌、井喷等复杂情况。按动力传递方式不同，分为转盘钻和井下动力钻两种。转盘钻是在钻台的井口处装有转盘，转盘中心旋转部分有方孔，钻柱最上端的方钻杆穿过该方孔，方钻杆下接钻柱和钻头。动力机驱动转盘时带动钻柱和钻头一起旋转，破碎岩石，井眼随钻柱不断加长而加深，岩屑随循环泥浆返至地面。

④井下动力钻井。利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石。特点是：钻进时钻柱不转动，磨损小，使用寿命长，特别适于打定向井。井下动力钻用涡轮钻、螺杆钻靠高压泥浆驱动，电动钻具则用电驱动。20世纪30年代初，苏联首先使用涡轮钻钻井。中国从50年代起先后使用涡轮钻和螺杆钻，主要用于钻定向井。电动钻需要特殊的带电缆的钻柱，尚未大量使用。

⑤连续管钻井。用连续柔性盘管代替钻柱进行的钻井方法。又称连续柔管钻井。连续管钻井系统主要由连续管钻机、循环系统、井控系统、辅助设备、井下钻具组合等硬件系统和连续管钻井工艺、专用软件等软件系统构成。其中，连续管钻机、循环系统、井控系统、辅助设备等构成了连续管钻井地面系统。与常规钻井地面系统相比，连续管钻井系统的钻井液循环与处理系统、井控系统及相关辅助设备并没有特别要求，两者标志性的特征差异在于连续管钻机。连续管钻井技术的特点和适用范围一直备受关注。

主要有熔化及气化法、热胀裂法、化学反应法和机械诱导应力法。①熔化及气化法。采用电弧法、电加热法等方法，将岩石加热到1100～2200℃以上，使其熔化。②热胀裂法。采用电解法、强制火焰法等方法，将岩石加热到370～600℃，产生的热应力使岩石表面呈片状剥落。③化学反应法。使用高度活性的化学剂（如氟）来去除岩石，如氟钻井法。④机械诱导应力法。以去除单位体积的岩石所需的能量来计算，如冲蚀法、爆炸法、喷丸法等。这些方法抛弃了用钻头加压旋转破碎岩石的原理。缺点是这些新方法仍在试验阶段，如激光钻井破岩和电热能钻井。

激光钻井破岩新方法。激光是20世纪60年代迅速发展起来的一项新兴技术，在工业、国防等领域的应用日益显示其优越性。1997年开始，美国天然气研究所与美国国防部合作，对把激光技术应用于钻井破岩的可行性、成本、利益及环境影响进行了探讨，随后进行了专项研究。实验取得了鼓舞人心的结果：用6种岩石进行了100多块岩石样品的激光穿透实验，激光能穿透所有类型的岩石。研究的关键技术是激光器功率发生、效率和传输能力。

电热能钻井新方法。俄罗斯采用热熔法，把用特殊材料做成的高温“钻头”压在井底岩石表面，通过热作用使岩石成分的团聚状态发生改变，导致其岩石熔化。热熔法钻井过程的效果主要取决于岩石的温度和热物理性质。圣彼得堡矿业学院用新型耐热合成材料制成的高温“钻头”，在砂岩钻孔模拟实验中取得了突破性进展。岩石在高温焰流下发生破碎的机理是一个比较复杂、有待于深入研究的热动力效应问题，研究的关键技术是热动力效应——岩石和特殊钻头的研制。

钻井方法的应用和发展有利于勘探、开发和储存石油、天然气，从地下得到人们需要的煤层气、天然气水合物、金属铀、地热等非常规能源。另外，大陆地质钻探、固体矿勘探与开发、地下水的开采以及特殊工程的建设都离不开钻井方法。

图1　顿钻钻井示意图

图2　转盘钻井示意图

图3　典型连续管钻井用井下钻具组合