石油圈
隨著易采油氣資源的逐漸減少和全球經濟對油氣資源需求的逐步增加，鉆井活動正不斷向復雜地質區 域 、深水、極端高溫高壓等高風險和極具挑戰性的鉆井環境轉移。從直井向斜井、水平井和大位移井鉆井，從單分支井向多分支井鉆井，從鉆桿向連續管或套管鉆井，從旋轉向鉆井馬達鉆井等的轉換日益增多。由于常規工具與設備的材料特性限制，高溫高壓鉆井、深水鉆井、水平井和大位移井鉆井、連續管或套管鉆井等都會對常規工具與設備造成不利影響。因此，極端環境鉆井作業需要綜合穩定性強、具有自動防故障裝置的地面和井下工具與設備，以克服常規工具與設備的技術局限性。
納米技術已證實，與具有相同化學和材料成分的常規材料相比，納米材料和納米復合材料不僅密度低，而且還展現出更高的強度、硬度、韌性、耐腐蝕性、延展性、彈性、熱穩定性和導熱性。因此，單獨使用專門定制的納米材料或納米復合材料，或與其他宏觀、微米或納米材料相結合可為具有更高力學、熱、化學和摩擦特性的輕型鉆采工具與設備的設計與研發提供選擇，以適應極具挑戰性的極端鉆采環境。
應用前景
與常規材料相比，納米材料和納米復合材料的力學、電子、熱、物理、化學以及摩擦等性能明顯提高，在工具與設備領域的潛在應用極其廣泛，可為極端環境下優質工具與設備的設計與研發提供選擇。應用納米材料和納米復合材料設計研發的鉆采工具與設備比其他鉆機/作業機配件的穩定性明顯增強，安全作業極限得到大幅提高，從而可克服極端環境下常規工具與設備遇到的挑戰，同時降低風險，實現安全作業。納米技術在鉆采工具與設備中的應用前景如下。
(1)鉆井過程中，使用鋼-CNT納米復合材料鉆桿具有以下優勢:
①扭矩和摩阻小，有利于提高機械鉆速;
②顯著消除或減少鉆柱斷裂、扭斷和彎曲，避免復雜事故;
③有利于鉆壓傳遞至鉆頭。
(2)輕型工具與設備有助于組裝和拆卸，且僅需要能耗低的小型鉆機和作業機就能滿足施工要求。
(3)鋼-CNT納米復合材料連續管剛度大。優勢如下:
①抗彎性好，壓縮力作用下不易發生屈曲破壞;
②正常鉆進時有利于推動BHA向井下移動，遇卡時也能夠承受更高的拉力而不會損壞連續管。另外，在純鋼中混入2種納米材料(如硼纖維CNT) ，由于連續管抗壓和抗拉剛度的同時增大，可極大提高連續管的穩定性。
(4)高耐磨工具與設備設計。鉆遇研磨性地層或在極端鉆井環境下，由于快速磨損導致鉆頭、扶正器、擴眼器、鉆桿等工具與設備更換頻繁，從而極大降低了鉆井性能。金屬-MWCNT納米復合材料硬度高，耐磨性強，鉆頭、扶正器、擴眼器以及鉆桿等工具與設備的設計中使用該材料可有效解決快速磨損問題。
(5)提高橡膠、密封件和彈性體質量。高溫高壓環境下，由于熱、物理、力學和化學穩定性差，常規橡膠、密封件和彈性體會出現永久變形、結構扭曲、延展性降低和脆性增大等現象，導致使用壽命縮短。納米尺寸 TiO2/SiO2-聚氨酯彈性體納米復合材料可用來生產工具與設備中的橡膠、密封件和彈性體組件，從而延長其使用壽命。
(6)高減振工具與設備設計。極端鉆井環境下，由于常規工具與設備減振性能差，鉆柱的軸向扭轉或橫向振動都會導致鉆柱失效。工具與設備設計中使用納米尺寸多層聚合物-CNT組合會極大提高這些工具與設備的減振性能。
(7)耐腐蝕工具與設備設計。腐蝕對工具與設備的耐用性會造成極大的影響。富含H2S酸性氣體環境下，常規工具與設備極易腐蝕，導致工作壽命縮短以及功能性能力下降。工具與設備設計中使用納米尺寸ZnO會極大提高這些工具與設備的耐H2S腐蝕性能。
結論及建議
(1)納米技術的快速發展推動了油氣行業工具與設備的持續創新，可克服極具挑戰性鉆采環境中的關鍵復雜問題，減少意外事故，降低作業風險，節約成本。
(2)目前，納米技術在鉆采工具與設備領域的研究僅處于起步階段，但為智能鉆采工具與設備的設計和研發提供了選材的途徑，建議針對納米技術開展大規模的理論和試驗研究，為現場試驗和推廣應用奠定良好的基礎。
(3)鉆采工具與設備總的發展趨勢是從人工干預向自動化和智能化轉變，隨著井工廠和遠程作業模式的不斷發展和成熟，以及智能工具與設備的研發成功，在不遠的將來，極端環境中地面與地下工具與設備的遠程操作將成為現實。
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