出品：科普中國
制作：寒木釣萌
監制：中國科學院計算機網絡信息中心
圖片來自Clive Rayton
來自《中國海洋石油報》的報道稱，中海油服研發的“貪食蛇”鉆井系統作業量上升200%。而我們的問題是，“貪食蛇”鉆井技術是什么？神奇在哪里？
動圖
在不少人的印象中，石油鉆井就是直直地往下打一個洞……
然而現實中，“洞”的種類可謂是五花八門，比如叢式井、大位移井、水平井、分支井等等。
圖為水平井
圖為分支水平井
圖為大位移井
上面這些井的共同點是，它們在地下的路徑是彎的。
上世紀20年代末，人們意外地發現，一口新鉆的井將稍遠處一口老井的井套給鉆穿了，這是大事故……
因此，如何將一口井在垂直方向上打得直直的，這也是很需要技術的，一不小心，井就在地層中變彎了。
而現在，人們需要鉆頭在地下上千米處像貪食蛇一樣，按照指定的方向彎曲前進，其難度就更大了——這就是定向鉆井技術。
定向鉆井在技術上充滿挑戰，但同時，其誘惑也大得驚人，讓我們來看一些例子。
例子一：
如上圖所示，海上有三個石油鉆井平臺，它們共同開采海下的油氣資源。而我明知道，在海上搭建鉆井平臺是相當昂貴的，可是假如，鉆頭能在地層中像“巡航導彈”一樣，可在遠距離內準確命中油藏，那么，搭建一個鉆井平臺就夠了，如下面的動圖：
例子二：
打直井當然是省時又省力，但很多時候它并不省錢。
如上圖，根據勘探，確定距離海岸不遠處的海底下有油氣藏，如果打直井，就需要在海面上搭建鉆井平臺，可如果能讓鉆頭在地層中按指定方向前進，并準確擊中油藏，那么，在陸地鉆井就可以了。
例子三：
勘探人員確定，某城市人民廣場下方有一塊油藏，但問題是，你不能在人民廣場上打井，大媽們必然不答應。
又比如，某座大山正中央的下方有一處油藏，可如果你從山頂上垂直打井，那顯然是傻透了。此時，最好的方法是利用定向鉆井技術，在山腳旁打井，然后鉆頭歪過去即可。
定向鉆井還有很多的優勢，這里就不再舉例了。咱們來說說，它可能的一個“壞處”——方便偷油。
英文版維基百科上的資料顯示，1990年，伊拉克指責科威特在兩國邊界處通過定向鉆井，竊取了伊拉克大量石油。不過目前這只是一個指責而已，并無證據，因為隨后，伊拉克就被美國干翻了，這就是海灣戰爭。
如上，定向鉆井就是有這么多好處，所以，其技術發展較早，且迭代也快，就像CPU一樣，目前已經發展到第四代，也就是“貪食蛇”鉆井系統。
第一代始于20世紀30年代。
而最新的一代，也就是第四代始于20世紀90年代末。
為了對比，咱們略微說一下第一代。早期，為了讓鉆頭在地層中轉向，石油開采公司使用的是“斜向器”。
第①步，在洞中某處，先用東西卡住。第②步，放入**的斜向器。
第③步，放入鉆頭，在斜向器的作用下，鉆頭轉向，打出一個斜孔。第④步，取出斜向器。
動圖展示如下：
第一代的技術麻煩得很，需要頻繁地安裝斜向器，每次安裝的時候還需要把整根鉆桿取出，費時費力。
第二代和第三代不介紹了，咱們直接看第四代。
如上，使用第四代技術時，鉆頭就像貪食蛇一樣，在上千米深的地層中不斷擊中油藏。它是怎么實現的呢？兩種方式：
第一種叫做“指引鉆頭式”。
鉆頭后方，綠色箭頭所指處，有一個很巧妙的環，這個環可以控制鉆頭的指向。
如上面動圖，當鉆桿跑到環的上方時，鉆頭就斜向下鉆。同理，鉆桿位于環的底部，鉆頭就往上鉆，位于環的右邊，就往左鉆……
第二種叫做“側推鉆頭式”。
其鉆頭后方有支撐塊，間隔120度有一個，共3個。平時，支撐塊是縮進去的。若需要鉆頭斜向下走時，頂部的支撐塊就伸出來。
其原理不難理解，想象一下，兩堵相距1米的高墻把一小偷夾在中間，他在墻縫中狂跑，因為后面有狗在追，突然，小偷向右側伸出右手，然后小偷就撞死了。
這就是代表最頂尖技術的第四代“貪食蛇”鉆井系統，學名“隨鉆測井及旋轉導向鉆井系統”。
所謂的“隨鉆測井”，就是一邊往前鉆，一邊測量地層巖石的各項參數，并實時傳送到地面，工作人員處理后從而指導鉆頭的走向。測量方式有聲波、電阻、中子和伽馬射線等。
幾千米深的地層中，高溫高壓，如此嚴酷的環境下，還要在鉆桿上安裝cpu和各種探測元件，因此，“隨鉆測井及旋轉導向鉆井系統”并非單一的某門技術，它是材料科學、控制科學、核科學等大量學科融合后的結晶。
如果一口井的水平位移是它垂直深度的2倍或者2倍以上，那么這樣的井就叫做“大位移井”。
當“貪食蛇”鉆井系統出現后，人類打的大位移井中，水平位移這才首次超過10公里。我們都知道圓面積公式，π乘以半徑的平方。所以，一口大位移井理論上能控制314平方公里范圍內的油藏，當然，這只是理論上。
但不管怎樣，相比以前來說，“貪食蛇”鉆井系統對油氣藏的控制范圍可提高4到5倍，單井的采收率提高2至3倍，最大可節約一半時間。
正因此，“貪食蛇”鉆井系統被人們譽為鉆井技術皇冠上的明珠。2015年之前，這項技術一直被美國幾家公司壟斷，中國只能租用。而現在，我們也有了，正慢慢趕上來。
注：“中海油服”隸屬于中國海洋石油總公司。
