一方面，隨著油氣勘探與開發事業的發展，必然對鉆井的類型和技術內容提出新的要求并有更高的期望，從而促進鉆井技術內容的不斷創新；另一方面，由于鉆井費用在石油工業勘探開發費用中占有50%～80%的份額，所以不斷提高鉆井技術水平和工程效率就成為石油公司降低勘探開發成本的主要著力點。概括起來講，油氣鉆井技術發展的主要目標一是滿足油氣勘探開發的目標需求及提高勘探開發整體效益；二是提高鉆井工程效率，降低鉆井工程直接成本。
高壓高溫井、深井超深井、特殊工藝井(包括定向井、水平井、大位移井、復雜結構井、叢式井、欠平衡鉆井及套管鉆井等)、小井眼及隨鉆測量(包括幾何、地質及力學的測量)等，都是適應不同的油氣勘探開發需求而提出來的，這既是對傳統鉆井工藝的挑戰，也是促使鉆井技術不斷發展的機遇和動力。
從現狀和發展趨勢來看，在進入21世紀后，旋轉鉆井仍將是油氣工業最主要的鉆井方法。旋轉鉆井又分為轉盤旋轉鉆井、井下動力鉆井及二者兼備的復合旋轉鉆井等不同的方式。轉盤旋轉鉆井是整個鉆柱處于旋轉運動狀態，同時帶動鉆頭旋轉鉆進；井下動力鉆井是井下動力鉆具的轉子帶動鉆頭旋轉鉆進，轉盤及整個鉆柱可以不旋轉；復合旋轉鉆井則是在使用井下動力鉆具的同時又開動轉盤旋轉鉆進。研究和實踐證明，每一種旋轉鉆井方式都具有各自不同的鉆井特性和優缺點。其中，復合旋轉鉆井方式在一定程度上兼備轉盤鉆和井下動力鉆的優點，既可連續控制井眼軌跡和減少起下鉆次數，同時還能提高機械鉆速，是一種比較高效的可控鉆井方式，今后應對這種鉆井方式的系統動力學特性進行深入研究與試驗。
在20世紀80年代，隨著定向井和水平井鉆井技術的發展，導向鉆井系統應運而生，具有彎外殼或偏心穩定器的井下動力馬達(稱之為“導向馬達”)替代了直桿動力馬達和彎接頭。將導向馬達與無線隨鉆測斜系統相結合，成功地實現了定向井和水平井鉆井的幾何導向。在此基礎上，1989年開發成功第一代無線隨鉆測井系統，使定向鉆井技術由幾何導向發展到地質導向。為了有效地控制水平井的“切線段”和“水平段”或實現井眼軌跡的連續定向控制，在應用導向鉆井系統實施井下動力滑動鉆進的基礎上，提出了復合旋轉鉆井方式。具有反向雙彎 (DTU)或單彎雙穩定器的螺桿鉆具組合，以及帶偏心穩定器的渦輪鉆具組合等，均在復合旋轉鉆井中獲得成功應用。
無論是鉆何種類型的油氣井，還是采用何種旋轉鉆井方式，都存在著鉆井效率問題，這也是鉆井技術研究與發展的本質所在。影響鉆井效率的主要問題可歸結為鉆進時的“間斷”。目前造成“間斷”的主要原因包括：接單根、更換鉆頭和底部鉆具組合等，鉆具失效，井眼失穩(漏、塌、噴、卡、阻)，糾斜作業，非隨鉆測量，達不到最優決策，以及多層次井身結構等。為了減少鉆進“間斷”，必須不斷研究和提高鉆井整體技術和裝備水平，尤其是信息化、智能化及自動化鉆井技術的研究與開發需要不斷加強。
在旋轉鉆井領域一直處于領先地位的美國為了保持其技術優勢，1995年啟動了一項重大的長期研究和開發計劃，稱為“國家先進的鉆井與掘進技術”(The National Advanced Drilling & Excavation Technologies，簡稱NADET)。前期的基礎研究主要由政府率先資助，后期大規模的技術和產品研究與開發(R&D)則主要靠工礦企業投入巨額資金。通過該項研究與開發，預期在巖石破碎(高效破巖)、井眼凈化(洗井)及井眼穩定等方面將有所革新(evolutionary)，在鉆頭、巖石和井眼的測量與評價以及定向控制等方面有所革命(revolutionary)。該項計劃的核心任務是要長期致力于一種智能鉆井系統(The Smart Drilling Systems)的研究與開發。
智能鉆井系統包括地面和井下兩個組成部分。井下智能鉆井系統一般由井下執行機構、測量系統及控制系統組成。在鉆進過程中，井下執行機構的動作應根據控制系統的指令來完成，而控制系統所發出的指令則應根據設計井的要求及實鉆測量反饋信號來確定。井下智能鉆井系統的未來發展必將以井下執行機構(底部鉆具組合)的不斷更新、測量系統的不斷完善及自動化控制程度的不斷提高為基本特征。
井下智能鉆井系統的最終發展目標是“地下鉆掘機器人”，井下執行機構好比是機器人的手，控制系統好比是機器人的大腦，而測量系統則好比是機器人的眼睛和其他的感覺器官。這種地下鉆掘機器人不同于一般的工業機器人，它必須能夠在地下極其復雜的地質環境及非常惡劣的工況下進行有效的工作，必須能夠精確探測前方和周圍的地質環境及本身的狀態，進而作出正確的分析和決策，并且能夠自動適應所處的工作環境，沿著預定的路線或要求到達地下終極目標，勝利完成人類賦予它實地探察地下資源并加以開采的神圣任務。這種地下鉆掘機器人，是自動化鉆井的核心，將是多種高新技術和產品的進一步研發及其微型化集成的結果，代表著未來鉆井與掘進技術的發展趨勢，可望在21世紀前半葉實現。
