美国石油勘探开发技术的进步历程
石油勘探开发技术革命的第一个时期是在20世纪20-30年代。这时大功率钻机出现了，新的牙轮钻头和化学处理剂改善了钻井液和固井水泥的性能，固井质量得到提高。在油气开采方面，不再延续前期的密集钻井和盲目开采，而是开始认识到地下油藏是一个统一的水动力系统，提出了最大有效产量的概念，作为衡量产量好坏的指标。
石油勘探开发技术革命的第二个时期是二战后，特别是六七十年代。新技术的不断出现使这一时期成为石油储量发现的黄金时代。在勘探技术方面，大量采用数字地震仪、多道多覆盖技术、大容量高速计算机进行数据处理，使油气勘探技术迈上了新台阶，勘探程度高的老勘探区储量不断扩大；钻井技术方面，实施“科学钻井”，发展了喷射钻井、平衡钻井、定向钻井、参数优化钻井技术；在油田开采中，注水提高油藏压力和大规模水力压裂技术得到广泛应用，三次采油(EOR)技术由室内转向现场试验，热力法得到工业化推广，海上采油也取得了很大进展。
石油勘探和开发的第三次技术革命从20世纪80年代开始持续，这次技术革命的特征是信息技术[37]。在勘探技术方面，地震分辨率不断提高，非地震方法重新出现；钻井技术方面，水平井和分支井技术不断发展；在油田开发中，三次采油技术不断发展。
2.3.2.1地震技术与美国油气勘探
65438年至0923年，美国开始出现实验性的扭秤和折射地震仪，并成功应用于石油聚集与岩盐有关的墨西哥湾。盐体与围岩之间弹性波传播的时差导致地震波的传播特性不同，盐体、上覆岩层和围岩之间的密度差是扭秤测量的特性。这两种地球物理方法的应用导致了许多盐丘油田的发现。
自1925以来，上述两种勘探方法在美国石油勘探中迅速推广。E.L.DeGolyer和Karcher成立的地球物理研究公司改进了机械地震仪，用电磁法代替，用精确的无线电信号测量法代替声波法确定爆炸时间和距离，提高了折射地震的勘探速度，降低了勘探成本。在得克萨斯湾和路易斯安那州应用折射地震仪后，四年内发现了近40个盐丘。1924 ~ 1929期间，折射地震勘探技术在墨西哥湾勘探中发挥了主导作用。
从20世纪20年代末到30年代，地震反射法在俄克拉荷马州、墨西哥湾、得克萨斯州和加利福尼亚州得到了成功的应用。1928在俄克拉荷马州发现的塞米诺尔油田是第一个完全用地震技术发现的油田。1934年，在墨西哥湾北岸用地球物理方法发现了古海洋油田，并在该区用地球物理方法发现了一系列油田。Salem油田于1937在伊利诺伊州用地球物理方法发现。——1938在墨西哥湾发现第一个海上油田克里奥尔油田。这些重大发现确立了反射地震技术在油气勘探中的应用价值。
1940以后，地震技术的革新使地震仪器和解释技术发生了许多变化，如采用了具有自动增益控制的多道仪器，应用了混合波技术和连续剖面法，磁阻压电检波器和大量检波器的组合，直到50年代初模拟磁带记录系统投入使用。地震仪器和勘探技术的发展有助于勘探更深的油气藏和更复杂的油气圈闭。
随着地震技术的不断提高，复杂地区和深层的勘探能力得到了提高。20世纪40年代以后，美国发现了许多中小型油气田，而大型油气田的数量急剧减少。1950 ~ 1953期间，全年发现中小型油气田近180万吨。
20世纪60年代初，地震技术的数字化转型使勘探技术的发展取得了重大突破，开始了地震数字记录和数字处理的新时代。一些新技术(包括可控震源和* * *深度点覆盖)的应用，增加了地下覆盖的密度，提高了地震勘探的精度。
地震数字记录处理技术的优越性和潜力是模拟磁带技术无法比拟的，它所能完成的地震数据操作是模拟仪器难以实现的。20世纪60年代中期，数字地震技术逐渐取代常规地震勘探方法，显著提高了地震勘探的效率和勘探能力，从而拓展了勘探领域和深度，提高了勘探成功率。
20世纪70年代以来，地震技术的新进展将美国油气勘探带入了一个新时代。随着电子和计算机技术的发展，勘探地球物理不断受益，成为地球物理勘探技术进步的重要基础。多道地震采集系统、各种纵波可控震源的发展和应用，以及其他非爆炸震源的改进，大大提高了地震勘探能力。三维地震技术改善了地下复杂构造和地层的成像，从而提高了勘探成功率。三维地震技术已应用于油气勘探开发的各个阶段，特别是在油田开发前提供详细的地下构造和地层图像，以及油田开发后的储层评价和储层动态监测。目前，三维地震勘探已成为美国成熟地区勘探的重要技术手段。
从地震资料处理技术来看，地震资料处理最重要的进展应该属于基于波动方程的成像和反演技术的发展和应用，包括叠前和叠后偏移、多次波压制、基准面和位移静校正、速度估计等。人机交互解释系统的应用进一步提高了地震资料解释的效率和精度，提高了复杂构造和地层圈闭的解释水平。
自美国石油地质学家协会(AAPG)1977出版《地震地层学》以来，地震地质解释从构造地震学扩展到地震地层解释领域，推动了地震解释技术的发展。
在20世纪90年代，提高石油采收率已经成为美国地球物理活动的一个重要领域。三维地震技术得到进一步发展和应用。高分辨率地震和井间层析成像已成为研发中的关键技术(表2.3)。
表2.3美国20世纪60年代至90年代的地震勘探技术[36]
2.3.2.2测井技术与美国油气勘探
美国的测井技术处于世界领先地位。测井技术在美国发现新的油气储量和提高勘探开发效益方面发挥了非常重要的作用。自20世纪20年代开始以来，测井技术大致可分为以下四个阶段[38]:
(1)模拟测井阶段。在这一阶段，由于测井手段有限，获得的地下岩石物性参数很少，因此测井资料主要用于地层对比、渗透层划分和油水层定性判断。20世纪40年代初，石油工程师阿尔奇根据墨西哥湾海岸砂岩的实验室数据，得出了适用于纯地层的含水饱和度公式，即著名的阿尔奇公式，标志着现代测井技术的发展和形成，可以对岩性相对简单的储层定量评价孔隙度、流体饱和度、泥质含量等参数。
(2)20世纪60年代以来，测井技术进入第二个发展阶段，测井方法和测井系列得到改进，电子技术和计算机技术得到广泛应用，计算机控制测井技术全面推广，大大提高了测井解释的精度。测井资料结合其他资料可以用来详细描述储层。测井资料可用于评价孔隙度、渗透率、油气饱和度、油气流度、油气类型、岩性、地层倾角和构造、沉积环境、地层岩石弹性常数等。
(3)20世纪70年代以来，计算机技术和微电子技术全面融入测井数据采集和数据处理技术，这是测井技术的第三阶段。多种测量仪器的组合能力和测量项目系列的匹配日益成熟，有助于提高钻井效率和有效评价地层。
(4)20世纪90年代以来，美国开始应用成像测井技术提高油气勘探和油气田开发效益，成为现代测井技术的代表，测井技术进入第四阶段。现代测井技术在地质构造、沉积研究、油气藏快速测试、储层压裂改造、岩石力学、产能预测、固井质量新评价等领域得到了充分发展。，为油气勘探向深层、隐蔽油气藏、非均质油气藏等领域拓展，保持储量持续增长发挥了重要作用。
表2.4美国20世纪50年代至90年代的测井技术[36]
2.3.2.3和美国钻井技术的发展历程
1859年，E.Drake在宾夕法尼亚州用冲击钻钻出了美国石油工业的第一口油井。在随后的140年间，钻探技术不断发展和完善。一般来说，20世纪钻井技术的发展可以分为四个时期[39]:
(1)概念期(1901 ~ 1919)。钻井与洗井相结合，开始使用牙轮钻头和固井技术。
(2)发展期(1920 ~ 1948)。随着牙轮钻头、固井技术和钻井液技术的进一步发展，出现了大功率钻井设备。
(3)科学钻探期(1949 ~ 1969)。钻柱力学与井斜控制技术；喷射钻井；齿形滑动密封轴承钻头；低固相、无固相、不分散钻井液及固控技术；钻井参数的优化；地层压力检测、井控技术和平衡压力钻井等。
(4)自动钻期(1970至今)。PDC钻头；计算机应用；特殊工艺钻井技术；随钻综合测井和井下测量；钻具和设备的自动化开发等。20世纪70年代，计算机技术的引入和无线随钻测量技术的研发是钻井技术发展的一个新的里程碑，加速了科学钻井的发展。20世纪80年代是深井钻探的高峰期。美国完成深井和超深井(4500米以上)1982口。到20世纪90年代，特殊技术和高效钻井的研究与开发备受关注，大位移井、多分支井、小井眼钻井和欠平衡钻井等一系列高新技术在这一阶段逐渐成熟。
20世纪80年代初，美国开始研究水平井技术，并取得初步进展。这项技术本身可以追溯到1891年，当时第一项专利技术是从一口直井钻一个水平孔；1929年，在美国德克萨斯州钻出第一口真正的水平井。20世纪七八十年代，随着低油价、降低勘探成本的需要和钻井设备的发展，水平钻井技术再次得到广泛研究和应用。虽然钻水平井的成本比钻直井高，但是一口水平井可以起到几口直井的作用，所以钻水平井在经济上是可行的。在某些情况下，用常规井进行开采是不可行的，但是水平井可以使开发项目经济可行。20世纪90年代，水平井技术开始被广泛应用，现在它已经作为一项常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏。到目前为止，美国已经钻了世界上最多的水平井。
目前，水平井钻井技术的应用正在向综合化方向发展。近年来，大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等钻完井技术在美国发展迅速，并大量投入实际应用(表2.5)。
美国在20世纪80年代开始使用大位移井，该技术在90年代迅速发展。目前主要在加州近海使用。20世纪90年代以来，小井眼钻井技术发展非常迅速。目前，该技术也已应用于水平井和深井，如侧钻小井眼多分支水平井，连续油管已用于钻小井眼。由于技术领先，小井眼钻井数量最多。
表2.5 20世纪60年代至90年代美国主要钻井技术的发展[36]
欠平衡钻井技术始于20世纪50年代。近年来，随着新型钻井设备的不断出现，欠平衡钻井技术再次受到高度重视，并逐渐走向成熟。欠平衡钻井技术的主要优点是减少地层损害、提高单井产能和钻井效率、降低钻井成本、及时发现地质异常和识别产层。2003年，美国欠平衡法钻井2200多口，约占当年钻井数的20%。