2008年3月
开凿到达油层的通道-石油钻井
目录
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综合篇---钻井历史
钻井就是人们从地表向下挖掘一个筒形的通道，最初的目的是为了汲取地下水。在人类历史发展的长河中，钻井大体经过了挖掘井技术、顿钻井技术和旋转钻井技术三个发展阶段。在前两个阶段中，我们中华民族都是处在该项技术的最前列。
综合篇---钻井历史
北宋的庆历年间出现了“顿钻”钻井技术“卓筒井”。卓筒井”是一种用直立粗大的竹筒，用竹片当绳索从地下捞取卤水的盐井。“卓筒井”的发明创造堪称中国古代除指南针、火药、印刷术、造纸术之外的又一伟大发明，开创了世界近代“绳式顿钻”钻井技术的先河，掀起了人类历史上一场重大的能源革命。英国著名学者李约瑟在他所著的《中国古代科学技术文明史》一书中写到：“今天用于开采石油与天然气的深井就是从中国人的这些技术中发展起来的。
综合篇---钻井历史
19世纪末期出现的旋转钻井技术，实际上是在我国顿钻井技术的基础上发展起来的。
1937年10月，四川省巴县的巴1井开钻，1939年11月，在井深1402米的三叠系上部地层中发现了天然气，这是我国利用旋转钻井技术打成的第一口天然气井。
50年代，玉门油矿以钻井为龙头，建成了我国第一个石油基地。
综合篇---钻井历史
新中国成立后，中国石油钻井伴随着石油工业的崛起不断发展壮大。
60年代，大庆油田、胜利油田、大港油田、华北等油田发现后，石油钻井队伍有了更大的发展。
70年代初，全国各油田的钻井队已普遍使用了国产石油钻机。
80年代，又陆续从美国引进了二手深井电动钻机、先进的定向井工具仪器和注水泥装备等。
90年代末期，除少量尖端技术的钻井设备仪器外，我国已能自行生产深井电动钻机和绝大部分的钻井装备。目前全国陆地石油钻机总数已超过千台，每年的钻井工作量在1800～2000万米之间，年钻井进尺已位居世界第三位，仅次于美国和苏联，是世界名副其实的石油钻井大国。
钻井综合篇---钻井过程
钻井前，首先要在地面确定钻井的位置（即钻井井位），然后，在井位处打好安装钻机的基础并安装井架和钻机。钻井作业时，依靠钻机的动力带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎遇到的岩层，并形成一个井筒（也称井眼），钻井井眼尺寸的大小是由钻头大小来决定的。钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆向地下注入钻井液（俗称钻井泥浆），将钻头在破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面。地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。钻井液是经过钻杆内孔到达钻头水眼处，再从井壁与钻柱的环形空间返回流至地面的。
钻进的过程即钻头破碎岩石，及钻井液通过循环不断携带出钻屑并形成井筒的过程。
钻井综合篇---钻井过程
钻达设计深度后，要在井筒内下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置；然后再下入小于钻井井眼的无缝钢管（又称套管）；并在套管与井壁的环形空间内注入水泥浆将套管固定在井壁上；最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，人为的形成一个井下油气流入套管内的孔道。
总之，石油天然气钻井的目的就是要凿穿岩石，发现和保护好油气层，并形成一个通道确保石油和天然气通畅地流到地面。
钻井综合篇---钻井分类
按钻井深度划分可分为：
浅井（钻井完钻井深小于2000米）；
中深井（钻井完钻井深小于4500米）；
深井（钻井完钻井深小于6000米）；
超深井（钻井完钻井深超过6000米）。
按钻井目的划分可分：
地层探井（又称参数井，主要是了解地层的时代、岩性、厚度的组 合和区域地质构造以及地质剖面）；
预探井（在确定有利找油范围后，以发现和寻找油气藏为目的所钻的井）；
详探井（在已发现油气的圈闭上进一步探明含油气边界和储量，以及了解油气层结构为目的所钻的井）等。
开发井：采油采气井、注水注气井、调整井、加密井和资料井等。
钻井综合篇---钻井分类
按钻井的地区划分可分为：
陆地钻井（包括山地钻井、丘陵钻井）
海上钻井（包括浅海钻井和深海钻井）
沙漠钻井
按旋转钻井的方法又可分为：
转盘钻井（利用安放在钻台上的转盘和带动钻柱钻头旋转的钻井方法）
顶部驱动装置钻井（利用安装在钻杆上方水龙头部位的动力装置带动钻柱旋转的钻井方法）
井底动力钻井（利用井底动力钻具带动钻头的旋转钻井方法，包括涡轮钻具钻井、螺杆钻具钻井和电动钻具钻井）
钻井综合篇---钻井分类
按钻井井型划分又分为：
直井、定向井（按既定的方向偏离井口垂线一定距离钻达目标的井）
丛式井（一个井场或一个钻井平台上，按设计钻出两口或两口以上的定向井）
大位移井（完钻后井底水平位移是垂深两倍以上的定向井）
水平井（井斜角大于或等于86度，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井）
分支井（一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井）
欠平衡压力钻井（井筒的液柱压力低于地层压力的钻井）
钻井综合篇---钻井分类
钻井综合篇---钻井设备—井架
钻井井架是石油钻机的主要设备部件
井架主要由井架底座、井架本体、天车台、天车架、二层台（起下钻具操作的工作台）、立管平台（拆装水龙带的操作台）和井架扶梯等组成。
由于钻井井架的底座内要安装井口装置，在实施负压钻井时还要安装旋转控制头，所以，钻井井架的底座一般都是很高的，目前，大中型石油钻机的底座高度一般都在7～10米左右。
钻井综合篇---钻井设备—井架
海上石油钻井平台可分为固定式和移动式两种。固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。
为解决平台的移动性和深海钻井问题，又出现了多种移动式钻井平台，主要包括：坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井浮船和半潜式钻井平台。
钻井综合篇---钻井设备—井架
20世纪80年代，我国自行设计制造了适合渤海湾浅海海域特点的坐底式钻井平台。该平台是一艘两栖步行坐底式钻井平台，它是由内、外体组成的双体式钻井平台。内、外体之间由平台锁紧装置相联结，脱开内、外体的锁紧装置后，可借助一套步行机构和液压系统实现钻井平台的步行前进。步行时就像人的两只脚走路一样，首先提起外体前进10米后落下，然后再提起内体前进10米，如此往复可完成平台在浅海滩涂的行走。全部钻井设备、作业的井场、生活设施、液压站等都安装在钻井平台内体的甲板上，平台外体安装有步行的轨道和各种船用设备等。
钻井综合篇---钻井设备—钻机
石油钻井的专用机械设备称为石油钻机。当今世界各国广泛采用旋转钻井方法，要求钻机有一套可旋转、提升井下钻具，并维持钻井液循环的设备。
现代石油钻机主要包括：提升（绞车）、旋转（转盘）、循环（钻井泵）三个主要系统，此外，还要有动力（大马力柴油机组）、发电（柴油发电机组）、传动（减速箱、变矩器）、控制（空气压缩机、气瓶、气开关等）和油、气、水等辅助设施，以及钻井液循环系统、钻井井控装置和固控装置等。
钻井综合篇---钻井设备—钻机
我国自行研制的ZJ-70D型钻机是以柴油发电机组作为动力机，采用可控硅—直流电动机驱动的石油钻机，钻井深度（使用φ114mm钻杆）为7000米，最大提升重量450吨，绞车额定功率1470千瓦，配备两台总功率为2352千瓦的钻井泵，井架底座高度达到9米，钻机井架为低位（地面）安装，利用绞车自身动力整体起立井架，钻机的设计、制造和性能指标均已达到当今的国际水平。
钻井综合篇---钻井设备—钻井泵
钻井泵如同人的心脏一样，是钻井液由地面到井底，再由井底返回地面不断循环的源头。钻井泵抽吸循环罐中的钻井液，并以10～30兆帕的压力、每秒20～60升的输送排量，经过地面的高压管汇、水龙带、钻杆、钻头喷嘴到井底，在流经钻头喷嘴时还会形成高压射流，起到破碎岩石、清洁井底、冷却钻头的作用。
在用井底螺杆或涡轮钻具钻井时，钻井液是动力钻具的动力源。在钻进过程中若钻井泵不能正常工作、钻井液不能维持循环时，就要发生井下钻井工程事故了，就如同人的心脏停止了跳动一样。
钻井综合篇---钻井设备—钻井液
钻井液是用于钻井的一种循环流体，在钻井过程中有着非常重要的作用。人类最早进行旋转钻井时用的循环流体是清水，钻进时因地层中的泥质成分不断分散在水中而变成混浊的泥水，当时，把它称之为“泥浆”。以后，随着钻井的实践和发展，钻井时用的泥浆还可用油和气体，从而形成了不同类型的钻井液流体，故而称其为钻井液。
钻井液是钻井施工中十分重要的组成部分，钻井液性能的优劣对钻井速度、钻井安全和油井投产后产量的高低有着至关重要的作用。钻井过程中若失去钻井液的循环，钻井工作则无法进行，故人们常用“泥浆是钻井的血液”来形象地比喻钻井液在钻井中的重要地位。
钻井综合篇---钻井设备—钻井液
钻井液主要有六项功能：
携带和悬浮井筒中的岩屑。
平衡井下地层压力。
冷却、润滑钻头和钻具。
保护井壁。
保护油气层。
提高钻井速度。
钻井综合篇---钻井设备—钻头
石油旋转钻井中，广泛应用的钻头是刮刀钻头、牙轮钻头和金刚石钻头（又称PDC钻头）。
石油钻井中应用最多的还是牙轮钻头。牙轮钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，所以，牙轮钻头能够适应软、中、硬的各种地层。
一只下井新钻头钻井进尺的多少主要取决于钻头的尺寸、类型、地层的软硬和钻进参数的配合。
一般来说，钻头尺寸越大、地层越硬，进尺越少；钻头尺寸越小、地层越软，钻头进尺就越多。
钻井综合篇---钻井设备—钻柱
井下钻柱（也称为钻具）是指钻井水龙头以下到钻头以上钻具的总称。它主要由一根四方方钻杆（或六方方钻杆）、若干圆形的钻杆、加重钻杆、钻铤、稳定器、减震器和一系列配合接头组成。
四方方钻杆（或六方方钻杆）位于钻具的最上端，它上部连接水龙头、下部连接钻杆，主要作用是方钻杆卡入转盘上的方形内孔中，让转盘的旋转动力变成钻杆带动钻头的旋转，就像人们用扳手卡住方形的螺帽扭动螺丝一样，四方方钻杆（或六方方钻杆）传递转盘的扭矩并承受钻具的全部重量
按断面形状钻杆可分为四方方钻杆和六方方钻杆，石油钻井的大型钻机多用四方方钻杆，而地质勘探的小型钻机多用六方方钻杆。
钻井综合篇---钻井设备—钻柱
钻杆是井下钻柱的基本部分，一根钻杆就像一根圆形空心的钢柱，一般长10米左右，这些钻杆接在方钻杆以下、钻铤之上的位置，主要作用是传递扭矩和输送钻井液，并用不断连接钻杆的办法来达到加深井眼的目的。石油钻杆包括钻杆本体及接头两部分，利用钻杆接头的特殊螺纹把钻杆一根根连接起来。
钻杆的下面是加重钻杆，加重钻杆类似石油钻杆，也是一种空心的钢柱，长度为10米左右。但单根重量比石油钻杆要重，壁厚是钻杆的2～3倍，加重钻杆接在钻杆和钻铤之间，目的是防止因钻具串截面变化时的疲劳破坏，用它还可代替一部分钻铤的作用，但起下钻操作方便，可节省起下钻时间。
钻井综合篇---钻井设备—钻柱
钻铤的位置在钻杆之下、钻头之上，也是空心的，其作用是给钻头提供钻进时的压力（俗称钻压），同时使钻具的下部组合有较大的刚度，保持井底钻头工作时的稳定性，有利于防止和克服钻井井斜。钻铤一般可分为圆钻铤、螺旋钻铤和专供下井磁性仪器使用的无磁性钻铤，钻铤的壁厚一般为钻杆的4～6倍，两端的螺纹直接在钻铤本体上加工并和钻杆接头相同。
除此之外，钻柱中还有为满足钻井施工需要的稳定器（一种中间局部加大，具有控制稳定钻具轴线作用的下部钻具组合的工具，结构上分直、螺旋和辊子三种形式）、减震器（一种安装在钻柱上的、能吸收井底产生的垂直和旋转振动的工具）、震击器（能产生向上或向下冲击振动的工具）、井眼扩大器（扩大井眼的井下工具）及各种配合接头等。
钻井综合篇---更换钻头
钻头在井下工作一定时间后，刮刀钻头的刀片直径变小、变短、变钝，破碎岩石的能力会变弱，进度减慢；牙轮钻头由于牙齿磨损冲蚀、轴承损坏，会造成牙轮转动不灵活或牙轮卡死，使扭矩增大，若不及时起出还会发生掉牙轮事故；金刚石钻头则因地层的不均质性造成钻头上的金刚石复合片发生裂、断、掉，同样使钻井进尺变慢。
为加快全井的钻井速度，必须及时更换用旧的钻头，而钻头是在几百米到几千米的井下，钻井工人如何更换钻头呢？
钻井综合篇---更换钻头
钻进时，钻机的动力带动转盘、方钻杆、钻杆和钻头旋转，通过钻机地面的仪表观察井下钻头的工作情况，经综合判断后，如果认为钻头已被磨损，就要立即停钻更换钻头。
停止钻进后，要继续维持一段时间的钻井液循环，目的是要调整好钻井液的性能，并把悬浮在钻井液中的岩屑带出地面，循环使井筒的新井壁保持稳定，同时还要对钻井设备进行例行检查。
钻井综合篇---更换钻头
钻井工人利用井架上的天车、游动滑车和大钩，根据井架的高度按立柱（一般由两根或三根钻杆组成）从井内起出全部钻具，起出后的钻杆立柱按顺序排放在井架内，在提出井下钻柱的同时，要用钻井泵不断向环形空间灌注钻井液，目的是保持井筒内的液面高度不下降，使井筒内的压力能平衡地层压力，以防止井壁坍塌或井下地层中的流体进入井筒；同时，要特别注意因井壁缩径可能发生的卡钻，一般在开始提升或井壁缩径的深度，操作者要严格控制提升的速度。
将井筒内的全部钻杆、钻铤起出后，需更换的钻头也就同时起出，工人们将旧钻头卸下后装上新钻头并按原立柱顺序下到井内后即可恢复钻进。
钻井综合篇---清除岩屑
钻头破碎地层会产生大量的岩屑，那么钻一口井有多少岩屑呢？举例来说：钻一口3000米深的油气探井（按下三层钢管——称做套管，最后一层为51/2英寸油层套管计算），需破碎岩石的体积约为210立方米左右，按岩石平均密度克每立方厘米计算，从井下带出岩屑的重量约480吨左右。那么堆积起来像一座小山一样的岩屑，是怎样从井下搬到地面上来的呢？
在钻头在工作过程中，钻井液通过钻杆内孔、钻头水眼到井下，从井下经环形空间返回地面。钻头破碎岩石产生的岩屑也就不断被钻井液带到地面。
在地面上，通过稀释法、替换法、机械方法或化学方法清除钻井液中的固相颗粒并再次被泵入井内。
钻井综合篇---清除岩屑
目前，国内外使用最多、最有效的清除固相的方法还是机械方法，它是通过地面的振动筛、除砂器、除泥器、清洁器和离心机等机械设备，利用筛分和离心分离等原理，按密度和固相颗粒大小进行分离，从而实现控制钻井液固相的目的，这套装置就称为固控装置。
钻井时清除出的岩屑和有害固相吸附着钻井液，若排出的岩屑和钻井液处理不好，其中的有害成分（溶解盐、可交换的钠离子和油等）会对周围环境（大气、海洋、河流、湖泊等）和土壤造成污染。因此，对井场排放钻井液和岩屑的地面池子要进行特殊的预处理，一般是在池的底部和四周铺上膨润土，再在上面覆盖聚氯乙烯或聚乙烯纤维素塑料层，以防止池内有害物质渗入地下。
钻井工作完成后，要将脱水的岩屑和干涸的废浆用黏土覆盖好，并在掩埋处做好记录和标志。
钻井综合篇---动力
钻井是通过钻头旋转破碎地下岩石形成井筒的过程。钻头的旋转需要动力，常规石油钻机的动力依靠柴油机（B2—300柴油机）或大马力柴油机（12V—190柴油机），柴油机发出的动力，通过地面的传动装置，将柴油机的动能传给钻机的部件，带动钻井泵和钻机的绞车，绞车带动转盘、方钻杆、钻杆、钻头，旋转的钻头在压力和水力的联合作用下，破碎岩石形成井筒。
钻井综合篇---固井
当油（气）井或探井钻到设计深度后，并不是立即就可以投入使用的。首先要进行测井作业获得井下的地质资料，根据测井和地质录井资料，经综合分析证实有开采价值的油气层时，一般都要下入一层钢管（又称油层套管）并要进行在套管与井壁的环形空间中注入水泥的作业（又称固井作业）。
目前，石油钻井中使用的套管全部是钢管（无缝钢管或直缝钢管），根据钻井工程的需要套管一般分为：导管、表层套管、技术套管（或称中间套管）、油层套管（或称生产套管）和尾管。
钻井综合篇---固井
导管是在一口井开钻时就要下入地下的，其作用是将钻井液从地表引到上部的钻井装置上来，以维持钻井过程中钻井液的循环。
表层套管的作用是分隔上部浅层的流沙、砾石、气和水层，下入的深度视钻井的目的层和地层状况而定，一般多为几十米到几百米不等，个别深井有时下入深度还会超过千米。
下技术套管的目的是封住钻井过程中钻井液难于控制的复杂地层，有的井有时需要下多层技术套管，特别是在遇到不同压力的地层时，为建立井筒内钻井液的正常循环，必须下入技术套管分隔不同压力的地层，以确保钻井的安全作业施工。
钻井综合篇---固井
油层套管是全井的最后一层套管也称生产套管，若生产套管不从井口下到井底，利用上部已下入的技术套管代替一部分油层套管时，下部的油层套管我们称之为尾管。
下尾管的好处是可节约油层套管的钢材，但需要在技术套管和尾管的连接处加一套悬挂装置。
油层套管的作用是把井下的油、气、水层及不同压力的油、气层隔离开，提供油、气从生产层流至地面的通道，保证油、气井的长期稳定生产，并满足油气开发和今后增产措施的需要。
钻井综合篇---固井
钻井过程中下入的各层套管一般都要用水泥封固，其中，油层套管的注水泥质量特别重要，一定要确保套管与水泥、井壁与水泥两个界面的固结质量。因为水泥凝固后在套管的油层部位要进行射孔作业，射孔后油气在压差的作用下自行流到套管内，通过自喷或抽吸的方式进行油气生产。因为井筒内有油层套管的保护，所以油井一般生产几十年井壁都不会垮塌。
钻井综合篇---打穿地球
从1962年起，世界上已有47个国家萌发了向地层深部探索的想法，想方设法揭开地壳下面上地幔的秘密。而深层钻探的最大难点在于地层坚硬和井下的高温和高压，按标准地温梯度1℃/33m计算，当钻井的深度在一万米时，井下的温度将会达到300度以上，正常的井底压力也在100兆帕左右。在这样的高温下，钻井液的稳定问题、下井仪器电子元件、橡胶件的抗高温问题、井下高压油气的防井喷问题以及深部地层复杂情况的不可预见性问题等都是钻深井需要认真研究和解决的难点。
另外，深部地层的岩石变硬、钻头破碎效率低、井钻深后起下钻的时间长等也是钻深井的难题。
钻井综合篇---打穿地球
目前，我国已打成的最深的油气井是新疆塔里木油田的塔参1井，井深为7200米。世界上五口特深井分别是前苏联在科拉半岛上的SG—3井（井深12869米）、美国的罗杰斯1号井（井深9585米）、巴登1号井（井深9159米）、瑟福芝奇1—9井（井深9034米）和德国的HB井（井深9103米）。
人类居住的地球的直径是12700千米，地球内部的最高温度为1050～4500℃，内部的物质全部处于液态，像火山喷出的岩浆一样。地球内部的温度之高，地球直径之长，人类欲穿透地球难度之大是可想而知的。
目前世界最深的井也仅仅是地球直径的千分之一，与穿透地球的深度相差甚远。
钻井综合篇---钻井成本
油、气井成本高的主要原因，一是钻井使用的钻机和配套费用很高，目前我国配套一部国产中型的石油钻机大约需要几千万元人民币，若建造一艘海上钻井平台则需几亿元人民币。
钻机的使用寿命是有一定年限的，因而，每部钻机在现场工作时，钻机的折旧费很高，再加上工作时消耗的油、水、材料和作业者的工资，一部钻机的日费用为几万至几十万元人民币。二是钻井本身的费用也很高。钻深井或探井时一般要下入多层套管，使用几只乃至十几只钻头，要配制价格昂贵的钻井液，要进行地质录井、测井、测试和注水泥作业，发生钻井事故时要花费大量的人力物力进行处理等。
钻井综合篇---钻井成本
钻一口石油天然气井的成本高低，主要决定于钻井的地区、井型、井深和井下地质情况等。海洋、沙漠地区钻井比陆地钻井的成本高；探井比开发井的成本高；深井比浅井的成本高。
目前我国东部地区陆地探井成本一般每米约1000～2000元人民币；开发井成本每米约800～1500元人民币；深探井（大于5000米的井）每米的钻井成本约5000元人民币。我国四川、云贵地区因地层坚硬，海上和沙漠钻井因自然和地面条件的原因，成本要比东部陆地钻井成本高得多。
我国在陆地钻一口深探井一般要花费几千万元人民币，在井下地质情况复杂、钻井工程难度大时，一口深探井则需要上亿元的费用。难怪人们常说：“一口井就是一个工厂”。
钻井综合篇---钻井成本
石油工业中的钻井、采油、集输、炼油各项工作都需要使用和消耗大量的优质钢材。特别是在石油天然气钻井过程中，从使用的钻机、钻杆以及下到井内的套管等都离不开钢材。我们把可周转和重复使用的钻井设备、钻杆、钻铤等除外，仅下井套管一项每年所这些套管只要下到井内一般是无法再回收使用的，完全是一次性的投入。
目前，在我国多数油田，钻井深3000m左右开发井时，一般是不下技术套管的，按我国每年钻井一万口，平均钻井井深2000米，每口井下入套管200吨计算，全国仅油气钻井消耗套管一项一年就需200万吨的无缝钢管。再加每年使用的钻杆、钻铤、接头和各种工具等，钢材的消耗量也需几十万吨，这样，仅石油钻井二三百万吨钢的消耗量就相当于一座特大型轧钢厂一年的钢产量。
钻井综合篇---其他用途
目前钻井技术除用于钻石油天然气井外，还可钻水井、地热井、热水井、岩盐井、CO2和煤层气井。
国外利用钻井在海上打大直径井储存核废料，我国在建高层建筑前钻取地层岩样，修建高楼、大桥时打大直径井的承载地基桩、桩墩等。
除此之外，钻井技术还可用于油气井的灭火、井下矿井的抢险救灾，并可延伸用于城市非开挖铺设管道、电缆、光缆和过江输送管道、地下隧道工程等。
目录
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三、工艺技术篇
水滴石穿和喷射钻井
科学钻井的标志-优选参数钻井
怎样从井下取出岩心
钻井过程中必须注意对钻遇油气层的保护
铁人王进喜为什么跳进泥浆池
常见的钻井事故有哪些
钻进的卡钻事故是怎么回事
怎样防止钻井的井壁坍塌
钻井过程的井漏是怎么回事
从趵突泉谈钻井的溢流和井涌
工艺技术篇
钻井的井喷着火事故
钻井的防喷器的作用是什么
埋藏在城市或大型建筑物下面的油气田怎么进行钻井呢
怎样改变和控制钻头在井下的前进方向
应用钻井新技术是提高单井产量的重要手段
什么是顶部驱动装置钻井
挠性连续管钻井有什么优越性
什么自动化（智能化）钻井
在远离现场的办公室里能及时知道钻井的井下情况吗
当代钻井之最
工艺技术篇
水滴石穿和喷射钻井
“水滴石穿”是人们常说的一句俗话。意思是持续不断的水流可以洞穿坚硬的岩石。用现代的技术术语来解释就是水的射流作用，喷射钻井就是高压水射流在石油钻井中的具体应用。
钻机的动力机带动钻井泵工作时，将钻井液打入井下钻具的孔眼内，在流经钻头喷嘴时将钻井液压能转化为高压射流的动能，喷出的高压射流具有很高的喷射速度和很大的水力能量，能给井底一个很大的冲击力。
井下钻头喷嘴处形成高压射流的作用，一是将钻头破碎岩石后产生的岩屑迅速冲离井底，使钻头的牙齿能始终接触新地层；二是对钻头牙齿破碎岩石产生的裂缝造成延伸、扩张和破裂效应，与钻头机械作用一起形成联合破岩，提高破碎岩石的效率，这就是为什么喷射钻井能够大幅度提高钻井速度的主要原因。
工艺技术篇
科学钻井的标志-优选参数钻井
优选参数钻井与经验钻井的区别主要在于，对影响钻井效率的各种可控参数，利用当代的计算机进行优选后，使钻井进入了以定量和优选为主要标志的科学钻井阶段。
通过优选参数钻井的研究和试验，进一步探索了影响钻井速度、质量和成本的水力参数、机械参数和钻井液参数在钻井过程中是如何发挥作用的，以及它们之间有怎样的内在规律，实现了钻井参数的最佳配合，并达到高速、安全、优质、低耗钻井的目的。
优选参数钻井的主要特点是：建立定量反映钻井规律的数学模式，依靠钻井数据库的资料，应用计算机进行检索、统计、分析和计算，为钻井施工提供最优化的设计，并广泛采用钻井数据采集、传输和处理分析技术，实现适时优化钻井和远程遥控钻井。
优选参数钻井技术的推广应用对我国钻井速度的提高和特殊工艺井技术的发展做出了重要贡献。
工艺技术篇
怎样从井下取出岩心
石油埋藏在地下有孔隙裂缝的岩石中，石油工程师为了更直观地了解地层中油气的真实面貌，总是希望从井下取出含有油气的岩心来。
目前，获取井下岩心的方法主要有射孔取心和钻井取心两种。少量零星的岩心可下入电缆进行射孔取心，但射孔取心取出的岩心体积小、数量少，又是间断不连续的，地质家们分析起来难度较大。人们为了更直观地分析井下的地层和油砂，一般多采用常规钻井方法进行钻井取心。
钻井取心时，要在下入井内钻柱的最下端，接上一套特制的取心工具，取心钻头在垂直载荷和扭矩的联合作用下，对井底的岩石进行环形破碎，中间保留一圆柱状岩心进入岩心筒。当钻进取心到一 定 长度后，采用与工具相匹配的方法和措施，将钻头端 部的岩心割断后起钻，取心工具与钻具一起提出地面 后，即可取出岩心筒内的岩心。
我国钻井取心技术的发展很快，目前与国外钻井取 心技术水平基本同步。
工艺技术篇
钻井过程中必须注意对钻遇油气层的保护
钻井过程中，能否严格按钻井工程设计进行施工，钻井时油气层是否受到污染，是影响油井投产后产量高低的重要原因。
钻井过程中做好保护油气层的工作主要是：
1、钻井前，掌握所在地区的地层压力剖面；要选择好与地下的储层岩性、物性相匹配的钻井液类型；
2、钻进过程中，要严格控制好钻井液的密度，并尽可能选用钻井工程设计中密度的低限值；
3、打开油气层前，要调整好钻井液的性能，除钻井液的密度要达到规定要求外，还要控制好钻井液的失水和固相含量这两个指标；
4、打开油气层后，要加快钻井速度并快速完井， 尽量缩短钻井液对油气层的浸泡时间；有时还可用钻 井液屏蔽暂堵技术保护油气层，并要做好注水泥、射 孔、诱喷等作业时对油气层的保护工作。
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铁人王进喜为什么跳进泥浆池
为什么王进喜在井喷的时候要跳进泥浆池呢？那是为了制服突发性的井喷事故。
井喷是由于钻井井筒内泥浆柱的压力低于地层中流体压力所造成的，这时，地层内大量的流体侵入井筒，并逐步上窜至井口造成钻井的溢流、井涌，最后，发生井喷。
在钻井中，当井喷发生时，为制服井喷就要将密度较高的钻井液打入井内，使井筒内的压力大于地层流体的孔隙压力，压住地层流体并使其不再向井筒内侵入，通过钻井液的多个循环周期，使钻杆内外的钻井液密度均匀后，井喷的压井工作即可结束。
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常见的钻井事故有哪些
发生钻井事故后会危害人的生命、设备和井筒的安全，给国家和人民造成巨大的损失。
钻井过程中最容易发生的井下工程事故主要有：
钻头事故（断刮刀片、掉牙轮和掉钻头等）
钻具事故（钻具刺坏、断钻具等）
套管事故（卡套管、断套管等）
井下落物事故（小工具等落入井内）
卡钻事故（钻具在井内不能上下活动或转动）
测井事故（测井电缆遇卡、遇阻或测井仪器落井等）
注水泥事故（固井时水泥浆在钻具内未替出、水泥浆返高不够，或将水泥浆全部替出环形空间等）
井喷失控事故（不能人为控制的钻井井喷）等。
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钻进的卡钻事故是怎么回事
钻井的卡钻事故是钻井施工中最常见、最易发生的井下工程事故。
钻井的卡钻事故原因有很多种，最常见和最易发生的卡钻事故是钻井的黏吸卡钻。
钻井黏吸卡钻事故的一般规律是：钻井的裸眼（钻柱与井壁直接接触时）井段越长，钻井液的性能不好或泥饼质量差，泥浆柱的压力大于地层压力的值越大，或长时间不活动钻具时都易发生钻井的黏吸卡钻事故。
目前发生粘吸卡钻事故后，一般只要向井内注入专用的解卡剂大都可以解除事故。若不能进行钻井液循环或发生其他的卡钻事故时，事故处理的难度就要大些，处理不好还会造成工程井报废。
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怎样防止钻井的井壁坍塌
造成井壁坍塌的原因很多：
1、地质方面的原因主要有：原始地应力引发的地层破裂，地层倾角造成的地层不稳定，岩石本身由于沉积环境、矿物组分、埋藏时间、胶结压实程度不同等原因造成的井壁失稳等。
2、物理化学方面的原因是：油气钻井钻进的地层多为沉积岩，而沉积岩70％以上是亲水的泥页岩，其中，蒙皂石含量高的泥页岩极易吸水膨胀，绿泥石含量高的泥页岩易吸水裂解、剥落，这是造成钻井时井壁坍塌的主要原因。
3、工艺方面的原因主要是：井筒的液柱压力低于地层坍塌压力，钻井液的性能和地层的岩性不配伍，钻井液液面下降或压力激动造成地层不稳定等。
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怎样防止钻井的井壁坍塌
为防止钻井过程中井壁坍塌，一般要选择好与地层岩性相匹配的钻井液，最好使用具有防塌性能的钻井液；要科学合理的设计井身结构；调整好钻井液的各项性能指标；要保持泥浆液柱的压力略高于地层孔隙压力；下钻时钻具下放的速度不要太快，避免产生过大的压力激动。
因故停止钻井施工时，一定要保持井筒内的泥浆液面高度，不要因地层的渗漏使井筒液面下降过多，而且钻井液在井内静止的时间也不要过长。
小提示
一般，在我国东部各油田的上部地层（如明化镇组、馆陶组等）钻井时，钻井液在井内静止的时间若超过三天，十之八九会出现不同程度的井壁坍塌，严重时则会发生钻井井壁坍塌的卡钻事故。
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钻井过程的井漏是怎么回事
在钻井施工过程中，由于井下地层的岩石中有孔隙、裂缝或溶洞的存在，使钻井液在井下地层中有了流动通行的条件。
当井下地层孔隙压力小于钻井液柱压力时，在正压差的作用下钻井液就会进入地层发生漏失；当地层破裂压力小于钻井液的液柱压力时，则会把地层压裂，出现更大的漏失。
钻井发生井漏的原因有天然因素和人为因素。渗透性漏失和天然裂缝、溶洞的漏失为天然的因素；而钻井施工措施不当，如钻井液密度过高、下钻过快、开泵过猛等造成的漏失属于人为的因素。
井漏发生后，现场要根据井漏的情况采取不同的办法进行处理。对井下压力系统和地层比较复杂的井只能采取堵漏的办法进行处理；而对于井下压力系统单一、地层结构强度较大的井则可以采用降低钻井液密度的办法处理。
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从趵突泉谈钻井的溢流和井涌
在钻井过程中，当钻遇井下高压层并且井筒的液柱压力又低于地层压力时，从井口或钻机转盘面的钻杆内会涌出一股股连续不断的泥浆，这就是我们所说的钻井溢流，钻井溢流不断增大便会形成井涌。当发生钻井溢流和井涌后，若不及时采取措施处理，井涌的量就会逐步增大，喷出物会越喷越多、越喷越高，最后发生井喷。
判断钻井溢流和井涌的方法很多，目前应用最多的是钻井液流量计和钻井液面指示仪，也可通过钻井地质综合录井仪来进行监测。
从钻井工程的角度讲，钻井溢流发现的越早越好，特别是在钻进高压气层时，天然气随泥浆从井底往井口上返过程中，由于压力不断的降低、天然气的体积不断膨胀，愈接近井口时排出的泥浆量就愈多，从发生溢流到井喷的时间就愈短。因而，钻井溢流发现的越早就越容易处理，并可避免井喷事故的发生，更重要的是可减轻井喷和压井作业对地下油气层的伤害。因为井喷以后的压井作业都会产生比正常作业时高得多的压力激动，这会破坏和伤害油气层。
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钻井的井喷着火事故
井喷着火事故是钻井工程中性质最为严重、损失巨大的灾难性事故。钻井井喷着火事故有时会造成人员死伤并污染周围环境，井喷会严重破坏地下的油气资源。
如何处理井喷着火事故呢？
首先要做的工作是灭火，油气井灭火工作难度和风险很大，处理时要用专业队伍，有时还要动用飞机。
油井的大火扑灭后，第二步工作就是在井口喷出油气的情况下，组织有经验的人员和设备强行修复或更换井口，在喷出油气得到有效控制的情况下再组织压井。
1991年海湾战争后，我国曾组织专业队伍去科威特灭火，并取得了令世界瞩目的业绩。
案例：
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钻井的防喷器的作用是什么
在石油天然气钻井施工中，为安全的钻过高压油、气层并避免发生钻井井喷失控事故，需要在钻井的井口上安装一套设备—钻井井控装置。
当井筒内的压力小于地层压力时，井下地层中的油、气、水进入井筒并形成溢流或井涌，严重时可发生钻井井喷和着火事故。钻井井控装置的作用就是当井内出现溢流、井涌时可快速及时关闭井口，防止井喷事故的发生。
钻井防喷器一般可分为单闸板、双闸板、万能（环形）和旋转防喷器等几种。根据所钻地层和钻井工艺的要求，也可将几个防喷器组合同时使用。
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埋藏在城市或大型建筑物下面的油气田怎么进行钻井呢？
要开采城市或大型建筑物下面的油气，最好的办法是把钻机移至城郊或附近的开阔地，用打定向斜井或大位移井的方法进行油气的开采。
根据油田地面和钻井的实际情况，有时也要在城区内钻井，这时就必须选择一个合适的钻井井场，用一部或几部钻机打丛式井组。城区内钻井时，多使用占地较少且移动方便的电动钻机，采取多种现场防噪音和污水回收措施，特别要做好预防钻井井喷的各项工作。自出现了定向井、丛式井和大位移井技术后，在城市、河流、湖泊等地区开发油气田的问题就基本解决了。如在渤海湾的浅海、黄河河道内和江苏油田湖泊下面的油气田以及各油区所在城市和居民区地下的油气田，都采用定向井、丛式井或打大位移井的方法进行钻井开发。
小知识
1、在世界上现已打成的大位移井中，最大的水平位移已达到10728米（BP石油公司在英格兰Wytch Farm油田钻成的M-16井）。
2、1997年6月，中国海洋南海东部石油公司和美国菲利普石油公司合作，在我国南海完成了一口大位移井——XJ24-3-A14井，创出当时水平位移米的世界纪录。
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怎样改变和控制钻头在井下的前进方向
在定向井、丛式井、大位移井的钻井施工时，都要根据钻井工程设计的要求，及时掌握钻头在钻进过程中的轨迹（各井深的井斜和方位），并准确地控制钻头的前进方向，最终使钻头按设计轨迹钻达目的层。
为实现上述要求，我们就必须给井下的钻头安上眼睛并装上腿，这个眼睛就是井下有线测量或井下无线测量技术，这个腿就是地面可控的井下工具。
目前最先进的井下无线测量仪器是MWD和LWD，它可实现测量数据从井下自动向地面传输，经过计算机在地面处理和模拟后，在地面可改变井下可控工具的结构参数，实现对钻井井眼轨迹的控制。这种工作方式被称为井下半闭环钻井。
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应用钻井新技术是提高单井产量的重要手段
一个油气田的开发建设成本主要是由钻井和地面建设两部分的投资构成的。国外油公司和近几年国内开发的经验证明，应用钻井新技术，最大限度地提高单井原油产量是降低石油开发成本最有效的途径。
钻井新技术：水平井、大位移井、分支井和小井眼井、欠平衡压力钻井技术。
在编制一个新油田开发方案时，钻井井型的选择和钻井新技术的应用将是油公司决策者需要认真考虑和研究的一件大事。
例如：
水平钻井技术的大面积推广应用使钻井井眼轨迹沿着油层的走向穿行，增加了油气层的泄油面积。短半径水平井解决了边、底水冒进后剩余油的有效开发，大大提高了油田的采收率，并复活了一批多年不出油的枯竭井。
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什么是顶部驱动装置钻井
多年来，石油钻井一直是依靠钻机的转盘带动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业的。
近年来，随着钻井装备技术的不断发展，为了更好地满足钻特殊工艺井的需要，20世纪80年代，国外研制出一种将水龙头与马达相结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，并可沿井架内安放的导轨向下送进的钻井装置，同时配备了钻杆的上、卸丝扣装置，可完成井下钻柱旋转、循环钻井液、钻杆上卸、起下钻、边起下边转动等操作。因该装置在钻机的游动滑车之下，驱动的位置比原转盘位置要高，所以称之为顶部驱动钻井装置。
顶部驱动装置钻井使钻机的钻台面貌为之一新，为今后实现自动化钻井创造了条件。
1993年，国内开始了顶部驱动装置的研究工作，1996年完成了顶部驱动装置样机的台架试验。1997年，宝鸡石油机械厂生产出了DQ60D型顶部驱动装置，在塔里木油田钻井队使用后现已批量生产。截至2004年我国在用的顶部驱动钻井装置大约有150台左右。
成就：
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挠性连续管钻井有什么优越性
挠性连续管钻井是将特殊材料制成的钻杆像钢丝绳那样缠绕在巨大的缆车上实现不换钻杆的连续钻井作业。
挠性连续软管钻井的主要装备是一部连续管作业机。连续管钻井与常规钻井相比最大的优越性是：钻井省去了多年使用的井架，钻井的地面设备少、占地面积小，设备搬迁安装方便、快捷、灵活，特别适合条件受限制的地面或海上平台作业，可降低井场的购地和搬迁费用；在钻进过程中不需要连接钻杆，可实现钻井液的连续循环，摆脱了过去转盘钻井常规的起下钻，提高了钻井起下钻的速度和安全性，并大大缩短了钻井周期。
我国挠性连续管的钻井技术目前尚处于装备研制的开发和起步阶段。
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什么自动化（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。
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，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。
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在远离现场的办公室里能及时知道钻井的井下情况吗
信息化、智能化、自动化技术的快速发展使在远离现场的办公室里能及时知道钻井的井下情况成为了可能。
钻井信息技术的实现主要是要建立一套钻井数据采集、传输、分析、处理、控制与智能化决策系统。要配有先进的数据库、知识库、模型库，并需配有可适时监测和采集地面、井下各种技术参数的先进方法和仪表。完善的网络系统为建立钻井信息管理系统提供了条件。
如DTS（ （Date Tantalization service）数据集成服务系统的应用，从根本上解决了管理层的数据来源问题。作业者可以随时得到后方基地的指导，经验丰富的专家也可对钻井现场的施工提出建议。
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当代钻井之最
注释：全部数据截至2002年底
结束语
谢谢！
钻井是第一个打开和伤害油气层的作业施工，若在钻井过程中能认真做好对油气层的保护，投产后的油井产量一般都能达到原设计的指标，有时产量还会高一些；若在钻井过程中伤害或污染了油气层，投产后油井的产量不但达不到指标，有时还会大幅度下降，污染严重时甚至会不出油，这也就是为什么在钻井过程中一直要强调做好对油气层保护工作的原因。
在电影“创业”中，当时的情况是井喷已经发生，大量的油气夹带着泥沙从井中喷出，喷出高度达到30米左右的井架二层平台，钻井队的工人们为了压井正在配制重泥浆，现场没有加重的设备和重晶石粉，工人们只能将一袋袋水泥代替重晶石粉倒入泥浆池内，大量的水泥粉漂浮在结冰的池面上，起不到提高池内泥浆密度的作用，为了将水泥尽快混入泥浆并搅拌均匀，在这十万分紧急的关键时刻，“铁人”王进喜不顾大庆油田冬季的严寒，奋不顾身地跳进泥浆池用身体搅拌泥浆，在他的带领下其他工人也相继跳进池内，加重后的钻井液打入井内后，强烈的井喷被制服了，油井和钻井设备保住了，一场灾难性的钻井事故避免了。
石油天然气钻井的对象是地下的岩石，钻头在井底破碎岩石是一项隐蔽的地下工程。在钻井施工中会出现许多复杂情况和不确定因素，如地层中的岩石有软有硬、软硬交错，地下的压力有高有低（高压层和漏失层），地层的岩性变化也很大（有岩盐层、膨胀层、坍塌层和蠕变层等），地层中有时还会出现硫化氢、二氧化碳等气体，这一切都给钻井施工带来很多困难，并可引发多种井下工程事故。
对钻井工作者来说，在钻井施工过程中必须时刻保持清醒的头脑，善于捕捉和利用各方面的信息，在复杂多变的钻井施工中及时做出有针对性的决策，把可能发生的事故损失降到最小或完全避免事故的发生。
近年来，我国大位移井钻井技术也有很大发展，渤海湾的大港油田和胜利油田都已先后打成水平位移3118m的港深69—1井和水平位移3167米的埕平21—平1井。
井下有线测量和井下无线测量技术可以实现随时掌握钻头在井下的坐标位置，如果发现钻头偏离了原设计的轨道，就要通过地面可控的井下工具把钻头纠正到正确的方向上来。
目前国外已有一些钻井队达到井下半闭环钻井阶段，世界上许多高难度定向井、大位移井、水平井，都是利用井下半闭环钻井技术完成的，目前我国半闭环钻井技术正处于研究和起步阶段。
;大位移井由于水平位移长，开发海上油田可减少修建平台的数量，节约大量修建平台的资金，同时大位移井穿过油层的距离长，可大范围地控制油田的含油面积，采收率比一般的直井要高得多。在陆地钻浅海大位移井，解决了钻井船进不去，填海工程费用大的难题并可降低钻井成本。小井眼钻井因使用较小的钻机，钻机安装时占地少、设备拆装搬运方便，钻头工作时破碎的岩石少，钻井速度快，钻井液用量少，节约钻井液处理剂，大大降低了钻井成本并减少了对周围环境的污染。
顶部驱动钻井装置可接立柱（三根钻杆组成一根立柱）钻进，省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作，节约钻井时间20%～25%，同时，减轻了工人劳动强度，减少了操作者的人身事故。使用顶部驱动装置钻井时，在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具，有利钻井中井下复杂情况和事故的处理，对深井、特殊工艺井的钻井施工非常有利。
在作业机上装有动力系统和缠绕在滚筒上的连续软管，连续软管的端部连接有马达和钻头。全部设备安装在一台可牵引的拖车上，钻机搬迁时由标准货运汽车牵引。连续软管是一种高强度、高韧性的管材，钻井液通过连续管来驱动井下的马达，并带动马达下面的钻头旋转进行钻进。
连续管钻井特别适用于小井眼钻井、老井的开窗侧钻、老井加深，由于小井眼使用的钻井液液量少，可减少钻井液对周围环境的污染；挠性连续管是一体式的钻杆，没有接头，有利于欠平衡压力钻井的进行；挠性连续管内设置电缆后，更为井下闭环钻井创造了条件。
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。
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。
DTS（Date Tantalization service）的意思是数据集成服务，DTS软件系统使用统一的Windows平台及Internet网络技术，在钻井现场将采集和收集到的作业数据集成在一起，经过传输系统实时地传输到陆地接收系统，并同步传送到各分公司的数据服务器供各用户使用。数据采集传输系统不仅连接实时数据库服务器，同时还挂接通用数据库和地质资料数据库，把获得的现场数据有机地存储起来，供其他数据库服务系统使用，从根本上解决了管理层的数据来源问题。作业者可以随时得到后方基地的指导，经验丰富的专家也可对钻井现场的施工提出建议。
