為了從復雜的儲層中開采出所有可能的碳氫化合物，先進的RSS和LWD技術提高了整體鉆井效率，降低了油井整個生命周期內的建井成本。盡管傳統的定向鉆井方法看起來較為良好，但這種方法仍然缺乏鉆大位移井，以及實現一個儲層真正開采潛力所需的精度和可靠性。這些長而扭曲的水平井通常需要曲折的井眼軌跡來鉆穿復雜的地層并與目標碳氫化合物有所接觸。為了應對這些新的挑戰，Weatherford公司創新并開發了一種適合用途的工具，一種專門用于延續油氣田開采能力，以更可靠的方式做到這一點，最終達到這一目的的專用工具。
 
全方向控制和高性能鉆井的RSS
Weatherford公司開發了Magnus® RSS（rotary-steerable system旋轉導向系統），見圖1（三個獨立的推靠襯墊主動控制整個井筒的方向，優化井眼軌跡，提高井筒質量）。RSS采用了一種推靠式的設計，將可靠的、高性能的鉆井與精確的方向控制相結合，使石油公司能夠增加每次下井的鉆井進尺，提供更快的鉆井速度、更好的井眼質量，以及更高質量的測量數據。 
 
圖1
Magnus RSS的堅固設計使其能在井下滯留更長的時間，盡可能地減少起下鉆次數，降低鉆井成本。通常，大多數鉆井作業可以一次鉆頭下井完成指定井段的鉆進深度。RSS采用一種簡化且高度集成的優化設計，具有最小的BHA（bottomhole assembly井底鉆具組合）的穩定性、全旋轉的導向裝置，以及一個優化的泥漿導流區域，可降低卡鉆事故的風險。泥漿驅動的推靠襯墊、金屬對金屬發令槍式的密封件，增強了高壓、惡劣鉆井環境下機械組件、電子組件的完美組合，提高了整個系統的穩定性。

三個獨立的推靠襯墊和閥門組件能提供均衡和成比例的控制，使襯墊能在推靠后完全縮回，可用于小井眼鉆井、劃眼鉆進、鉆水泥塞或鉆套管鞋。三個推靠襯墊能在整個鉆進過程中主動控制鉆頭方向，而且，只在需要時才被觸發，推靠井壁，保持井眼的鉆進軌跡。這種選擇性地襯墊觸發可實現比例式的導向，通過消除不必要的襯墊觸發來大幅提高井眼質量。這種獨立式的觸發可作為在襯墊或閥門件發生故障時的冗余系統，以提高RSS的可靠性。

Magnus RSS可使用標準的鉆頭設計，這使得任何運營商在任何地方都能避免冗長的交貨時間，減少對額外庫存的需求。RSS的比例控制系統可進行有效的鉆進調整，以最大程度地減少井眼扭曲，從而提供一個圓潤、平滑的高質量井筒，降低未來建井作業的成本。此外，RSS具有高達 10°/100ft的高狗腿度造斜率，可以鉆進整個曲線段井眼，不需要糾斜鉆進，可更快地鉆至油藏。電子組件組成的電控系統可快速采集數據，以確認鉆進方向和提供近乎實時的完全控制。

由先進的LWD（logging while drilling隨鉆測井）工具提供的準確、實時的信息有助于通過實時的近鉆頭數據來控制RSS，從而提高整體的鉆進效率。連續的方位伽馬射線和井斜測量數據，在鉆頭上方1.8m的位置進行采集，使井眼軌跡定位和地質導向的變化能夠保持在目標范圍內。創新的電子組件系統和自動導向功能，包括自調節功能，為鉆進期間的方向、方位校正提供了閉環控制。實時雙向通信系統在不中斷鉆進的情況下正常運行，向RSS發送控制信號，然后驗證信息，使導向調整立刻生效。

為了準備好井筒，以便安裝應急尾管和套管或完井設備，運營商需要進行擴眼作業。最佳的方法是，為了保持低成本，擴眼和定向鉆進應在同一只鉆頭下井一次進行。為了滿足運營商對隨鉆擴眼的需求，Weatherford公司的工程師們開發了 RipTide 鉆井擴眼器。通常與RSS結合使用，RipTide擴眼器一次下井就可向著設計井深鉆出一個圓滑的擴眼井筒，見圖2（RipTide鉆井擴眼器是一種同心質量平衡的擴眼器，能在套管孔徑以下的裸眼地層進行擴眼作業，也就是擴出的井筒直徑可以大于套管的內徑。多功能的擴眼器與RSS或旋轉的BHA結合使用時可以同時鉆進并進行擴眼，又稱作“隨鉆擴眼”）。鉆井擴眼器能將井眼擴大到超過鉆頭直徑44%的程度，而且能鉆出一個高質量的、完井就緒的井眼。
 
圖2
Riptide擴眼器采用一種質量平衡的三刀座布置，可與RSS配合使用，以最大限度地減小鉆進時的振動，可擴眼器通過多種方法激活：機械球滴系統、壓力循環激活，或電子射頻識別標簽。射頻識別系統在提供無限井下激活周期、全通孔內徑方面處于行業領先地位，使運營商能在BHA中布置多個擴眼器。

應用案例分析

射頻識別系統證明了自己是在墨西哥成功運用的一個關鍵組件。在海上油田作業時，一家運營商需要從套管鞋的位置向下擴眼鉆進，擴眼鉆穿一個810m厚的鹽丘。讓該運營商頗為擔心的是該區塊頻發的卡鉆問題，尤其是12¼-in.至14¾-in.這個孔徑的井眼，在以往的鄰井作業時，運營商需要兩次起下鉆鉆進這個井徑的井段才能獲得期望的效果。

工程師們建議將RipTide擴眼器整合到BHA中部署到井下。利用射頻識別標簽，鉆井擴眼器在套管鞋下方被激活，擴眼鉆進了這個鹽丘井段。隨著擴眼鉆進的完成，向下擴眼的鉸刀通過射頻識別標簽的方法被停用。這使得運營商能在常規鉆井到目標井深擴眼鉆進完成后隨鉆停止擴眼作業，無需額外的起下鉆作業，從而顯著降低了鉆井成本。通過選擇射頻識別擴眼器無限的、按需激活和停用的功能，該運營商使鉆井進度得到了明顯加快，優化了鉆井周期，縮短了鹽層的暴露時間。這項任務設備一次下井就完成了作業，節省了4天的鉆井周期，假設每天日費成本為170000 美元，4天折合約 680000 美元。

另一個應用是在墨西哥，一家運營商需要鉆一個新井眼穿過鹽丘，采用的是2.19 g/cc的重油基泥漿。鉆井液具有高固體含量（40%以上），主要設計用于鹽層鉆進，盡管會反復出現乳化液不穩定的問題。運營商通常會遇到與高濃度固體含量、鹽層卡鉆、以及高鉆進扭矩和扭力振動有關的工具故障。最好的做法是部署一個配有電池的RSS電源，用來克服以往與高固體含量有關的故障。此外，多重激活的鉆井擴眼器不僅可以擴大鹽層鉆進的井徑，降低卡鉆風險，還能在鉆完鹽層后停止擴眼，從而最大限度地提高機械鉆速。

RSS滿足了這項任務的要求，特別是具有靈活的可用功率，使該工具能夠僅使用電池電源供電實現正常運行，以增強工具內的流量，而不受渦輪旋片的限制，一種通常由鄰井中高固體含量所導致的工具過早失效的原因。此外，RSS可以設置為“導向關閉”模式，使運營商能夠鉆穿高振動地層，同時最大限度地減小工具磨損，提高井眼質量。這次作業成功的一個關鍵因素是采用了Centro™ 井建優化平臺，該平臺實時收集所有的鉆井數據，鉆井參數由位于實時作業中心的工程師們進行監控和優化。

Weatherford公司此次提供的服務一次工具下井就完成了該井段的鉆井作業，鉆井周期節省了4天，約合 165000美元。RSS有效克服了與橫向振動以及高鉆井液固體含量相關的所有挑戰，包括曾經導致過其它RSS工具渦輪機葉輪脫落或旋轉受阻這類挑戰。RipTide擴眼器以20.63 m/hr.的機械鉆速擴眼鉆進了這部分井段，比預期的機械鉆速高出了126%。鹽層段的擴眼防止了所有卡鉆事件的發生，這些挑戰曾經讓運營商在以前的井的鉆井周期上損失了數十萬美元。

對于土耳其的運營商來說，挑戰集中在測井方面。由于石灰巖地層的鉆井條件，傳統的電測工具無法測得2821m至3212m垂直截面的地層數據。因此，運營商無法獲得高分辨率井眼圖像數據來識別充滿了1.78 g/cc油基泥漿的井筒裂縫。

Weatherford公司的工程師們推薦了一套由UltraWave®超聲波成像儀錨定的LWD工具。見圖3（兩個井段的振幅和行程時間的測井成像，顯示了自然裂縫和鉆井誘發的裂縫，以及存在的爆裂情況）。成像儀可在油基或水基泥漿體系的鉆井環境下提供高分辨率井眼圖像和井徑測量數據。記錄從井壁反射的超聲波的振幅和行程時間。這些測量數據被記錄在井眼圓周周圍的128個方位扇區中，鉆進時即可提供360°環繞井眼圓周的高分辨率測井圖像。
 
圖3
隨鉆測井套件還包括一個實時遙測系統、一個MWD（measurement while drilling隨鉆測量）惡劣環境測井系統、一個方位伽馬射線傳感器、一個電阻率測量工具和一個聲波測井工具。LWD工具部署到井筒中，UltraWave成像儀獲取高分辨率振幅圖像，用于油藏評價。其他LWD工具收集伽馬射線，電阻率和聲波數據，所有這些組件及其功能都使得直接識別井筒惡劣環境中的裂縫和其他特征成為可能。

先進的技術產生持久的效果。為了從儲層中獲取所有可能的碳氫化合物，運營商必須克服復雜井眼的幾何形狀，以完成非傳統、大位移水平井的鉆井任務。定向鉆井技術，如創新的Magnus RSS和RipTide鉆井擴眼器，伴隨著先進的LWD技術的定向控制，可以提高整體的鉆井效率，降低建井成本。這些工具及服務使得運營商能在惡劣鉆井環境下讓井底鉆具及工具在井下鉆進更長的時間，降低鉆井成本，在井的整個生命周期內提供持久的生產效果。