美國壹百多年的石油工業史，也是壹部科技發展史，每壹次石油技術的革命無不與技術進步密切相關。
石油勘探開發技術革命的第壹個時期是20世紀20～30年代，此時出現了大馬力的鉆機，有了新型牙輪鉆頭，有了化學處理劑來改進鉆井液和固井水泥性能，提高了固井的質量；油氣開采方面，不再延續初期的密集鉆井、盲目濫采，開始懂得地下油藏是個統壹的水動力系統，並提出了最大有效產量的概念作為衡量生產好壞的指標。
石油勘探開發技術革命的第二個時期是第二次世界大戰之後，特別是20世紀60～70年代。新技術的不斷湧現使得這個時期成為石油儲量發現的黃金時期。在勘探技術方面，大量采用數字地震儀，多道多次覆蓋技術，配以大容量高速計算機作數據處理，使油氣勘探技術達到新的水平，在勘探程度高的老探區也不斷擴大了儲量；在鉆井技術方面，實行“科學化鉆井”，發展了噴射鉆井、平衡鉆井、定向鉆井和優選參數鉆井技術；在油田開采方面，廣泛使用註水提高油層壓力、大型水力壓裂技術，三次采油(EOR)技術由室內轉入現場試驗，熱力法也已經工業化推廣，海上采油也有了很大進展。
石油勘探開發技術革命的第三個時期自20世紀80年代開始延續至今，這次技術革命以信息技術作為主要特征[37]。在勘探技術方面，地震分辨率不斷提高，非地震方法重新興起；在鉆井技術方面，水平井、分支井技術不斷發展；在油田開采方面，三次采油技術不斷發展。
2.3.2.1 地震技術與美國油氣勘探
1923年美國開始出現實驗扭秤及折射地震儀，在美國墨西哥灣地區應用獲得成功，該地區石油聚集與巖鹽有關。鹽體與圍巖之間的彈性波旅行時差造成地震波的不同傳播特征，鹽體、蓋巖和圍巖之間的密度差則是扭秤測量的特征。這兩種地球物理方法的應用導致許多鹽丘油田的發現。
從1925年起，上述兩種勘探方法在美國石油勘探中得到迅速推廣。E.L.DeGolyer和Karcher成立的地球物理研究公司對機械式地震儀作了改進，以電磁式取代，又以精確的無線電信號測量方法取代聲波法測定爆炸時間和距離，這提高了折射地震的勘探速度，降低了勘探成本。折射地震儀在美國得克薩斯州和路易斯安那州海灣地區推廣應用後，四年發現了近40個鹽丘。在1924～1929年間，折射地震勘探技術在墨西哥灣勘探中起著主導作用。
20世紀20年代末至30年代，地震反射法相繼在俄克拉何馬州、墨西哥灣、得克薩斯州和加利福尼亞州等地獲得成功應用。1928年，在俄克拉何馬州發現的Seminole油田，是單獨依靠地震技術發現的第壹個油田。1934年用地球物理方法在墨西哥灣北岸發現了Old Ocean油田，以後用地球物理方法在此地區相繼發現了壹系列油田。1937年用地球物理方法在伊利諾伊州發現了Salem特大油田；1938年在墨西哥灣發現了第壹個海上油田——Creole油田。這些大發現確立了反射地震技術在油氣勘探中的應用價值。
1940年以後，地震技術的革新使地震儀器和解釋技術發生了許多變化，如采用自動增益控制的多道儀器，應用混波技術及連續剖面法，采用磁阻壓檢波器及大量檢波器組合，直至20世紀50年代初模擬磁帶記錄系統投入使用。地震儀器以及勘探技術的發展，有助於對更深的油氣儲層和更復雜的油氣圈閉進行勘探。
地震技術的不斷改進，提高了復雜地區和深層的勘探能力，20世紀40年代以後，美國在發現大油氣田數量急劇減少的情況下，相繼發現了許多中小油氣田。1950～1953年間，中小油氣田年發現量達到近1.8億噸。
20世紀60年代初地震技術的數字化變革使勘探技術發展產生了重大突破，開始了地震數字記錄和數字處理的新時代。壹些新技術(包括可控震源和***深度點覆蓋)的應用，增加了地下覆蓋的密度，提高了地震勘探精度。
地震數字記錄和處理技術的優越性和潛力是模擬磁帶技術無法比擬的，它所能完成的地震數據運算是模擬儀器難以實現的。20世紀60年代中期，數字地震技術逐步取代了常規地震勘探方法，使地震勘探的效率和勘探能力有了明顯的提高，從而擴大了勘探領域和勘探深度，提高了勘探成功率。
20世紀70年代以後，地震技術的新進展使美國油氣勘探工作進入了新時代。電子和計算機技術的發展，使勘探地球物理不斷受益，成為地球物理勘探技術進步的重要基礎。多道地震采集系統和多種縱波可控震源的開發和應用，以及其他非炸藥震源的改進都大大增強了地震的勘探能力，三維地震技術改進了地下復雜構造和地層的成像，從而提高了勘探成功率。三維地震技術已應用到油氣勘探和開發的各個階段，特別是用於油田開發前提供詳細的地下構造和地層圖像，以及油田開發後的油藏評價和油藏動態監測。目前，三維地震勘探已經成為美國成熟區勘探的重要技術手段。
從地震數據處理技術來看，地震數據處理最重要的進展應屬以波動方程為基礎的成像和反演技術的發展和應用，其中包括疊前與疊後偏移、多次波抑制、基準面和位移靜校正、速度估計。人機聯作解釋系統的應用進壹步提高了地震資料解釋的效率和精度，改進了復雜構造和地層圈閉的解釋。
從美國石油地質學家協會(AAPG)1977年出版地震地層學專輯以來，將地震地質解釋從構造地震學延伸到地震地層學解釋領域中，推動了地震解釋技術的發展。
20世紀90年代，提高油田采收率成為美國地球物理活動的重要領域。三維地震技術得到了進壹步的發展和應用。高分辨率地震、井間層析成像技術成為研究與開發的重點技術(表2.3)。
表2.3 20世紀60～90年代美國地震勘探技術[36]
2.3.2.2 測井技術與美國油氣勘探
美國的測井技術居於世界領先地位。測井技術對於美國發現新的油氣儲量，提高勘探和開發效益等都起到了相當重要的作用。測井技術從20世紀20年代開始起步至今大體可分為以下四個階段[38]：
(1)模擬測井階段。該階段中由於測井手段有限，獲得的地下巖石物理參數較少，因此測井資料主要用於地層對比，劃分滲透層以及定性判斷油水層。20世紀40年代初，石油工程學家阿爾奇根據墨西哥灣沿岸地區砂巖的實驗室資料，得出了適合於純凈地層的含水飽和度公式，即著名的阿爾奇公式，標誌近代測井技術開始發展形成，對巖性較為單壹的儲層能定量評價出孔隙度、流體飽和度、泥質含量等參數。
(2)從20世紀60年代開始，測井技術進入了第二個發展階段，測井方法、測井系列開始配套完善，廣泛采用電子技術和計算機技術，全面推廣計算機控制測井技術，大大提高了測井解釋精度。測井資料與其他資料結合可進行較為詳細的油藏描述。利用測井資料可以評價儲層的孔隙度、滲透率、含油氣飽和度以及油氣的可動性、烴的類型、巖性、地層傾角及構造、沈積環境、地層巖石彈性常數等。
(3)20世紀70年代以來，計算機技術、微電子技術全面融入測井數據的采集和資料的處理技術，這是測井技術的第三個階段。多種測量儀器壹次下井的組合能力、測量項目系列配套已日趨成熟，從而有助於提高鉆井效率，有效地進行地層評價。
(4)從20世紀90年代開始，美國開始應用成像測井技術提高油氣勘探和油氣田開發效益，這成為當今現代測井技術的代表，測井技術進入第四個階段。現代測井技術已向地質構造、沈積研究、油氣層快速測試、儲層壓裂改造、巖石力學、產能預測、固井質量全新評價等領域全面發展，為油氣勘探不斷向深層、隱蔽油氣藏、非均質性儲層等領域拓展，以及保持儲量持續增長起到了重要作用。
表2.4 20世紀50～90年代美國測井技術[36]
2.3.2.3 美國鉆井技術發展歷程
1859年，德雷克(E.Drake)在賓夕法尼亞州應用沖擊鉆鉆出了美國石油工業的第壹口油井。在隨後的140多年裏，鉆井技術不斷得到發展和完善，壹般將20世紀的鉆井技術的發展分為四個時期[39]：
(1)概念時期(1901～1919年)。將鉆進與洗井結合在壹起，並開始用牙輪鉆頭和註水泥固井技術。
(2)發展時期(1920～1948年)。牙輪鉆頭、固井工藝及鉆井液技術進壹步發展，同時出現了大功率鉆井設備。
(3)科學化鉆井時期(1949～1969年)。鉆柱力學與井斜控制技術；噴射鉆井；鑲齒、滑動密封軸承鉆頭；低固相、無固相不分散體系鉆井液及固控技術；鉆井參數優選；地層壓力檢測、井控技術及平衡壓力鉆井等。
(4)自動化鉆井時期(1970年至今)。PDC鉆頭；計算機應用；特殊工藝鉆井技術；綜合錄井及井下隨鉆測量；鉆井工具與裝備的自動化發展等。20世紀70年代，計算機技術的引入和無線隨鉆測量技術的研發，是鉆井技術發展的壹個新的裏程碑，它加快了科學化鉆井的發展。20世紀80年代是深井鉆井的高峰期，美國在1982年完成深井、超深井(超過4500米)1289口。到20世紀90年代，特殊工藝及高效鉆井的研究與開發備受重視，大位移井、多分支井、小井眼鉆井、欠平衡鉆井等壹系列高新技術在此階段逐漸發展成熟。
20世紀80年代初，美國開始研究水平井技術，並取得了初步的進展。這項技術本身可追溯到1891年，當時的第壹項專利技術是從壹口直井裏打出壹個水平洞；1929年，第壹口真正的水平井在美國的得克薩斯州完鉆。20世紀70～80年代，隨著油價的低迷、降低勘探費用的需要以及鉆探設備的發展，水平鉆井技術再壹次被廣泛研究應用。雖然鉆水平井比鉆直井的費用更高，但壹口水平井可以起到幾口直井的作用，因而鉆水平井在經濟上是可行的。在某些情況下，用常規井開采是不可行的，但水平井卻可以使開發項目變得經濟可行。20世紀90年代，水平井技術開始大規模應用，現已經作為常規鉆井技術應用於幾乎所有類型的油藏。到目前為止，美國是世界上鉆水平井最多的國家。
目前，水平井鉆井技術的應用正在向綜合方向發展，大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等鉆井完井技術近幾年在美國獲得了迅速發展並大量投入實際應用(表2.5)。
美國自20世紀80年代開始運用大位移井，到90年代該技術得到了迅速發展，目前在美國主要用於加利福尼亞州近海。90年代以來，小井眼鉆井技術的發展也非常迅速。目前，該技術也已應用於水平井、深井鉆井中，如側鉆小井眼多分支水平井等，並開始用連續管鉆小井眼。因技術領先，小井眼鉆井數量最多。
表2.5 20世紀60～90年代美國主要鉆井技術發展[36]
欠平衡鉆井技術開始於20世紀50年代。近些年來，隨著鉆井新裝備的不斷湧現，欠平衡鉆井技術再次受到高度重視，而且正逐步走向成熟。欠平衡鉆井技術的主要優點是減輕地層傷害，提高單井產能、鉆井效率，降低鉆井成本，及時發現地質異常情況和識別產層。2003年，美國采用欠平衡方式鉆井達2200多口，約占當年鉆井數的20%。