为了从复杂的储层中开采出所有可能的碳氢化合物，先进的RSS和LWD技术提高了整体钻井效率，降低了油井整个生命周期内的建井成本。尽管传统的定向钻井方法看起来较为良好，但这种方法仍然缺乏钻大位移井，以及实现一个储层真正开采潜力所需的精度和可靠性。这些长而扭曲的水平井通常需要曲折的井眼轨迹来钻穿复杂的地层并与目标碳氢化合物有所接触。为了应对这些新的挑战，Weatherford公司创新并开发了一种适合用途的工具，一种专门用于延续油气田开采能力，以更可靠的方式做到这一点，最终达到这一目的的专用工具。
 
全方向控制和高性能钻井的RSS
Weatherford公司开发了Magnus® RSS（rotary-steerable system旋转导向系统），见图1（三个独立的推靠衬垫主动控制整个井筒的方向，优化井眼轨迹，提高井筒质量）。RSS采用了一种推靠式的设计，将可靠的、高性能的钻井与精确的方向控制相结合，使石油公司能够增加每次下井的钻井进尺，提供更快的钻井速度、更好的井眼质量，以及更高质量的测量数据。 
 
图1
Magnus RSS的坚固设计使其能在井下滞留更长的时间，尽可能地减少起下钻次数，降低钻井成本。通常，大多数钻井作业可以一次钻头下井完成指定井段的钻进深度。RSS采用一种简化且高度集成的优化设计，具有最小的BHA（bottomhole assembly井底钻具组合）的稳定性、全旋转的导向装置，以及一个优化的泥浆导流区域，可降低卡钻事故的风险。泥浆驱动的推靠衬垫、金属对金属发令枪式的密封件，增强了高压、恶劣钻井环境下机械组件、电子组件的完美组合，提高了整个系统的稳定性。

三个独立的推靠衬垫和阀门组件能提供均衡和成比例的控制，使衬垫能在推靠后完全缩回，可用于小井眼钻井、划眼钻进、钻水泥塞或钻套管鞋。三个推靠衬垫能在整个钻进过程中主动控制钻头方向，而且，只在需要时才被触发，推靠井壁，保持井眼的钻进轨迹。这种选择性地衬垫触发可实现比例式的导向，通过消除不必要的衬垫触发来大幅提高井眼质量。这种独立式的触发可作为在衬垫或阀门件发生故障时的冗余系统，以提高RSS的可靠性。

Magnus RSS可使用标准的钻头设计，这使得任何运营商在任何地方都能避免冗长的交货时间，减少对额外库存的需求。RSS的比例控制系统可进行有效的钻进调整，以最大程度地减少井眼扭曲，从而提供一个圆润、平滑的高质量井筒，降低未来建井作业的成本。此外，RSS具有高达 10°/100ft的高狗腿度造斜率，可以钻进整个曲线段井眼，不需要纠斜钻进，可更快地钻至油藏。电子组件组成的电控系统可快速采集数据，以确认钻进方向和提供近乎实时的完全控制。

由先进的LWD（logging while drilling随钻测井）工具提供的准确、实时的信息有助于通过实时的近钻头数据来控制RSS，从而提高整体的钻进效率。连续的方位伽马射线和井斜测量数据，在钻头上方1.8m的位置进行采集，使井眼轨迹定位和地质导向的变化能够保持在目标范围内。创新的电子组件系统和自动导向功能，包括自调节功能，为钻进期间的方向、方位校正提供了闭环控制。实时双向通信系统在不中断钻进的情况下正常运行，向RSS发送控制信号，然后验证信息，使导向调整立刻生效。

为了准备好井筒，以便安装应急尾管和套管或完井设备，运营商需要进行扩眼作业。最佳的方法是，为了保持低成本，扩眼和定向钻进应在同一只钻头下井一次进行。为了满足运营商对随钻扩眼的需求，Weatherford公司的工程师们开发了 RipTide 钻井扩眼器。通常与RSS结合使用，RipTide扩眼器一次下井就可向着设计井深钻出一个圆滑的扩眼井筒，见图2（RipTide钻井扩眼器是一种同心质量平衡的扩眼器，能在套管孔径以下的裸眼地层进行扩眼作业，也就是扩出的井筒直径可以大于套管的内径。多功能的扩眼器与RSS或旋转的BHA结合使用时可以同时钻进并进行扩眼，又称作“随钻扩眼”）。钻井扩眼器能将井眼扩大到超过钻头直径44%的程度，而且能钻出一个高质量的、完井就绪的井眼。
 
图2
Riptide扩眼器采用一种质量平衡的三刀座布置，可与RSS配合使用，以最大限度地减小钻进时的振动，可扩眼器通过多种方法激活：机械球滴系统、压力循环激活，或电子射频识别标签。射频识别系统在提供无限井下激活周期、全通孔内径方面处于行业领先地位，使运营商能在BHA中布置多个扩眼器。

应用案例分析

射频识别系统证明了自己是在墨西哥成功运用的一个关键组件。在海上油田作业时，一家运营商需要从套管鞋的位置向下扩眼钻进，扩眼钻穿一个810m厚的盐丘。让该运营商颇为担心的是该区块频发的卡钻问题，尤其是12¼-in.至14¾-in.这个孔径的井眼，在以往的邻井作业时，运营商需要两次起下钻钻进这个井径的井段才能获得期望的效果。

工程师们建议将RipTide扩眼器整合到BHA中部署到井下。利用射频识别标签，钻井扩眼器在套管鞋下方被激活，扩眼钻进了这个盐丘井段。随着扩眼钻进的完成，向下扩眼的铰刀通过射频识别标签的方法被停用。这使得运营商能在常规钻井到目标井深扩眼钻进完成后随钻停止扩眼作业，无需额外的起下钻作业，从而显著降低了钻井成本。通过选择射频识别扩眼器无限的、按需激活和停用的功能，该运营商使钻井进度得到了明显加快，优化了钻井周期，缩短了盐层的暴露时间。这项任务设备一次下井就完成了作业，节省了4天的钻井周期，假设每天日费成本为170000 美元，4天折合约 680000 美元。

另一个应用是在墨西哥，一家运营商需要钻一个新井眼穿过盐丘，采用的是2.19 g/cc的重油基泥浆。钻井液具有高固体含量（40%以上），主要设计用于盐层钻进，尽管会反复出现乳化液不稳定的问题。运营商通常会遇到与高浓度固体含量、盐层卡钻、以及高钻进扭矩和扭力振动有关的工具故障。最好的做法是部署一个配有电池的RSS电源，用来克服以往与高固体含量有关的故障。此外，多重激活的钻井扩眼器不仅可以扩大盐层钻进的井径，降低卡钻风险，还能在钻完盐层后停止扩眼，从而最大限度地提高机械钻速。

RSS满足了这项任务的要求，特别是具有灵活的可用功率，使该工具能够仅使用电池电源供电实现正常运行，以增强工具内的流量，而不受涡轮旋片的限制，一种通常由邻井中高固体含量所导致的工具过早失效的原因。此外，RSS可以设置为“导向关闭”模式，使运营商能够钻穿高振动地层，同时最大限度地减小工具磨损，提高井眼质量。这次作业成功的一个关键因素是采用了Centro™ 井建优化平台，该平台实时收集所有的钻井数据，钻井参数由位于实时作业中心的工程师们进行监控和优化。

Weatherford公司此次提供的服务一次工具下井就完成了该井段的钻井作业，钻井周期节省了4天，约合 165000美元。RSS有效克服了与横向振动以及高钻井液固体含量相关的所有挑战，包括曾经导致过其它RSS工具涡轮机叶轮脱落或旋转受阻这类挑战。RipTide扩眼器以20.63 m/hr.的机械钻速扩眼钻进了这部分井段，比预期的机械钻速高出了126%。盐层段的扩眼防止了所有卡钻事件的发生，这些挑战曾经让运营商在以前的井的钻井周期上损失了数十万美元。

对于土耳其的运营商来说，挑战集中在测井方面。由于石灰岩地层的钻井条件，传统的电测工具无法测得2821m至3212m垂直截面的地层数据。因此，运营商无法获得高分辨率井眼图像数据来识别充满了1.78 g/cc油基泥浆的井筒裂缝。

Weatherford公司的工程师们推荐了一套由UltraWave®超声波成像仪锚定的LWD工具。见图3（两个井段的振幅和行程时间的测井成像，显示了自然裂缝和钻井诱发的裂缝，以及存在的爆裂情况）。成像仪可在油基或水基泥浆体系的钻井环境下提供高分辨率井眼图像和井径测量数据。记录从井壁反射的超声波的振幅和行程时间。这些测量数据被记录在井眼圆周周围的128个方位扇区中，钻进时即可提供360°环绕井眼圆周的高分辨率测井图像。
 
图3
随钻测井套件还包括一个实时遥测系统、一个MWD（measurement while drilling随钻测量）恶劣环境测井系统、一个方位伽马射线传感器、一个电阻率测量工具和一个声波测井工具。LWD工具部署到井筒中，UltraWave成像仪获取高分辨率振幅图像，用于油藏评价。其他LWD工具收集伽马射线，电阻率和声波数据，所有这些组件及其功能都使得直接识别井筒恶劣环境中的裂缝和其他特征成为可能。

先进的技术产生持久的效果。为了从储层中获取所有可能的碳氢化合物，运营商必须克服复杂井眼的几何形状，以完成非传统、大位移水平井的钻井任务。定向钻井技术，如创新的Magnus RSS和RipTide钻井扩眼器，伴随着先进的LWD技术的定向控制，可以提高整体的钻井效率，降低建井成本。这些工具及服务使得运营商能在恶劣钻井环境下让井底钻具及工具在井下钻进更长的时间，降低钻井成本，在井的整个生命周期内提供持久的生产效果。