先进的井下系统广泛采用光谱技术，这不仅仅属于创新，也促使钻井技术取得了巨大的进展。今天，相当广泛、全面的技术可选方案推动着钻井市场。某些系统如旋转导向系统可归于一个完全创新的开端，大多先进技术都是在利用现有的技术基础上实现增量式的提高。

虽然井下工具市场要快于地质年代，但是它的进展通常来说比较缓慢。其中，比较小的变化主要表现为制造更稳健的组件、化工材料组成的变化，有时，相互竞争的技术融合影响着作业者钻井及完井的方式。现场试验、破损及作业者之间的协同R&D（研发）和服务可为大家提供彼此分享本领域的创新机会。

常规油气藏及海洋开发作业代表着技术创新的价值，然而，近几年内，页岩革命再次很好地证明了技术的巨大进步是作为一种增量式工艺而不是一个彻底的大革命。

需要产生效益的先进技术

在德克萨斯州沃斯堡召开的“非常规天然气勘探开发（DUG）大会”上，咨询顾问James Wicklund表示，先进技术的优势主要体现在两方面即降低成本和提高采收率。

勘探开发公司和服务公司之间的竞争是一贯的。“勘探开发公司提供地质科学和作业。”Wicklund说：“而油田服务公司则提供技术与装备，这一直是一个谁获得回报的问题。”

新技术的循环细化过程促使回报需求的投资增加。“无论我们是否获得绝对或相对大的提升目前尚有争论。”Wicklund说。

当前，页岩气开采热潮的焦点集中于通过更好的成本控制与效率获得的长期、持续的收益。“这改变了一贯的范式。” Wicklund说，对依赖于盲目钻探的常规油气勘探开发公司而言，这已是一场“赌博”。现在，页岩气的开发及生产已经成为制造业的一个重要课题，其工业化为重复作业特征的环境提供了更具预期的结果。

Wicklund说：“这些项目是可预期的，且它们需要高的投资成本，因此，需要更多的人员投入到这些页岩层中，最终实现成本的回收。”“ 实际上，收益是能够计算出来的，投资者能可以根据哪个公司正在获得回报来判断。”

揭开技术革命的帷幕

在全球，水平钻井技术、PDC钻头、压力泵及支撑剂共同作用，可以大大优化页岩层开发的方式。其重要的一点是，人们认为事实上页岩革命在2007年已经开始。1989年，贝克休斯公司已经在采用水平钻机了，压裂泵也已经发展了近60年。“这些技术可以说都是暂时的，事实上，技术革命也不会即刻发生的，更重要的是这些技术的融合以及它们持续细化最终为页岩的进一步开发扫除了障碍。”Wicklund说，“ 现在讨论的是技术与创新推动着投资，还是投资推动着技术与创新。”

以斯伦贝谢的HiWAY压裂体系为例，他表示，该技术对美国主力气田Haynesville及鹰福特页岩的开采增产具有重要的意义，鹰福特页岩在采用HiWAY压裂期间，涉及了与之相关的所有设备，但惟一不同的是化学与技术的融合，对于页岩层而言，并没有全新的、突破性的技术进入其市场，页岩层的开发主要依赖于技术的持续细化来推进。

技术持续细化的主要目标是油气开采率的最大化。“油田服务行业的首要目标及其最高回报率就是提供技术来确保这些工作的进展。”Wicklund说，“油田行业的发展不断改进技术，勘探开发公司也将继续很好地完成作业，从而可以取得尽可能大的回报。”

先进的工具及系统需要通过反复的试验进行改进，目的在于最终的效益。作业者与服务公司在识别技术前景薄弱环节及共同设计一个解决方案方面存在着共同利益。

“拥有技术、技术的持续改进及成功地运营业务就是最终的效益，这将在很大程度上有助于企业及其股东实现经济效益。”罗伯特银行执行副总裁兼首席运营总监Swift Energy在美国沃斯堡市DUG会议上表示。

新旋转导向系统提高钻井速度

非常规油气的开发得益于钻探过程的平稳与快速进行。通过较快的开钻，作业者能够大幅缩短钻井周期。即便是在高粘滑环境中，定向钻井应用的首要目标是消除滑动，实现一致的导向及高的机械钻速。随着更好钻孔质量下的平滑曲线与直切线能够产生更有效的压裂作业与较高的生产率。经试验证明，贝克休斯的AutoTrak曲线旋转导向系统非常有利于提高钻速与生产效益。该系统提供了持续的钻柱旋转，其通过减少摩阻扭矩使得整个效率最大化，可以确保高质量井身、较好的井眼净化及较少的清洁时间。

实践证明，该技术对非常规油气藏的开发具有更好的钻井经济效益，可以保证最佳的井筒位置和快速的钻井速度。

机组被作为一个一体化解决方案而设计，其具有方位角伽马射线实时的特征，以精准的近钻头测量提供准确的导向。慢速旋转缸套上的装置可以保持精准轨迹与适当循环，用于携带孔外碎屑。地面控制的定向能力能够维持整个钻井方案，并允许所需的邻近备用设备目标的变化。该公司的PDC钻头技术可以实现更好的钻压、提高压裂效率及保证在艰难地层中的使用寿命。

获得成功应用效果

在美国阿巴拉契亚盆地尤蒂卡地层，贝克休斯可钻到8°/30.5m （8°/100ft）狗腿严重度造斜段，作业者的钻井方案包括避免井总深过硬的要求与客户非常重视的机械钻速。

作业者使用贝克休斯AutoTrak曲线旋转导向系统钻井，该系统大幅缩减了钻井总时间，这主要取决于658m（2,159ft）曲线及2,274m （7,462ft）井段的三维剖面。与常规探边井相比，该公司的钻井系统节约了两天的钻井时间。

新的试车工具可确保完井管柱成功作业。对某些油藏而言，需要对完井管柱的适当位置进行挑战，否则，这将不能缩减成本，也需更多的非常生产时间。由于试车工具的改进与提高，这个问题变得更容易了。

例如，深部套管工具（DTC）公司的Shalerunner是根据成本有效方法设计的，专门用于页岩井中的完井套管。该工具将稳定的高速旋转扩眼鞋增加到完井中，使作业者很好地完成钻井，由于在完井中，工具自身具有清洗、扩孔及重建井眼的能力，因此，它能够减少划眼起下钻的时间，这对完井而言，不需旋转，也不存在风险了。据深部套管工具（DTC）公司负责人表示，该技术提供了风险管理方面的一个简单“即插即用”的解决方案。

此工具的设计是专门用于集成所有完井管柱，实现充填作业。它可以消除清洗划眼起下钻的不必要性，完成钻井周期中的最佳实践，并为成功钻井提供了额外的保险。技术的内在价值提高了井壁失稳安全性，非常适合用于所必须完成起钻的最合适位置。

在巴尼肯（Bakken）页岩开采中，该Shalerunner工具主要用于确保超过25个液压裸眼封隔器及压裂封套裸眼完井以4½-in起钻。井眼轨迹是相似的——3,048m（10,000 ft）完井垂直深度（TVD），6,096m （20,000ft）标准井深（MD）且10,000英尺裸眼——水平井段套管鞋，而探边井要求划眼起下钻，因此，作业者不得不消除这完井中的划眼起下钻、润滑井眼及滑动。

现场实践证明，DCT的Shale runner是一种成功的风险管理工具。当作业者在比较复杂的完井方案失步时，保证一个成功的开钻已显得非常有必要，避开非生产时间与缩减整个周期时间有助于实现较低投资与更多产量的良好效益。该新工具能够显示所钻井的全观。通过一个新的随钻测井服务，布署一口水平井时的现场中的一些麻烦可以变得简单些。

旋转导向系统现场成效显著

水平井要求优化井部署。识别问题如裂缝和断层也可以协助制定完井方案。新的电阻率及随钻成像服务现在提供了高分辨率电成像和导电泥浆环境中整个钻孔周围的微电阻率测量。斯伦贝谢的MicroScope随钻测井工具也增强了储层评估，其包括薄储层确定和深入的剖面分析。

该服务在5 7/8-in～6½-in钻孔中使用4 3/4-in的工具，其测量方位主要是调查的多个深度的侧向测井电阻率，同时也测量了方位角伽马射线（GR）和泥浆电阻率。地层电阻率测量、高分辨率井眼成像和方位角伽马射线（GR）数据通过高速遥测平台实时传输到地面微测井，该遥测平台采用先进的压缩算法促使数据速率最大化。高分辨率电阻率和成像随钻服务适宜多样化的挑战性环境,包括非常规的页岩层、碳酸盐岩和碎屑岩储层。

在美国怀俄明州，作业者计划开采Denver-Julesburg盆地的Niobrara组岩的岩性，对此，主要采用水平钻井和多级水力压裂相结合的方式。该组由连续侧向白垩和泥灰组成。其白垩孔隙率和渗透率相对较低，预计自然裂缝可以增加产量。

从区域历史钻井数据看，10米（33英尺）梯段层是最有潜力的井段，其通过现场钻孔中的裸眼测井可以再次确定，作业者可将3米（10英尺）的气窗作为最终的横向目标区。要使井眼在测试井孔的高度断裂层中确定，这要求非常准确的实时信息来指导导向决策。作业者通过使用MicroScope技术服务可以达到气井部署所要求的优化开采率的目标，该服务提供了实时电钻孔成像、方位角GR测量和地层电阻率的多个深度计量。

通过使用PowerDrive旋转导向系统钻井，其设计以精准的定向控制、高的机械钻速、平滑的井眼及较低的曲折率，因而在很大程度上简化了完井相关装备的安装。随钻测井实时分析通过比较明显的地层倾斜角与井眼轨迹，可以得到积极主动的井部署方案。在所期望的白垩岩内，该服务使作业者将914米（3,000英尺）的断层侧向控制在10英尺最好质量的目标范围。此外，高分辨率MicroScope成像的钻井分析可以进行裂缝识别、故障判断和构造分析，最终优化水力压裂阶段的设计。

RFID技术增强下套管作业

多用途能力的扩眼工具非常有助于井眼扩大。井眼扩大作业在阿拉斯加北坡是比较常见的。要实现成功的井眼扩大要求作业者达到预计的总层深（TD），且没有任何阻碍或延迟。

当钻探长切线段时，正确的井眼倾斜是至关重要的。锁定和解锁扩底钻头的能力可以为高速率的泵送和旋转提供很好的灵活性，从而实现井眼的清洁，尤其适用于短程起下钻。

其关键的优势在于地表探测扩底钻头的能力。大多其它主要的井底动力钻具（BHA）组件地表探测是在起下钻之前，因为传统的扩底钻头一旦锁定，就不再选择地表探测。因此，RipTide RFID钻头能够在地表锁定或解锁，试表明验，该系统工作效果显著，可以减少多个深度过程中出现故障的风险，也有助于作者成功钻井，为其提供了多余的环空，确保达到9 5/8in衬套。

威德福国际公司的RipTide RFID 10625系列是将旋转导向系统和井底动力钻具（BHA）相结合在一起的。该工具成功地使中段储集层由984米（3,228英尺）延伸～3,325米（10,910英尺），其包括粘土岩和砂岩带的一个2,341米（7,682英尺）页岩段。保持井眼清洁是钻探这些地层的主要挑战。扩眼器和泵的清洁或在套管井中的旋转的能力是必需的。作业者成功地使9 5/8in衬套达到了总深度。

通过使用RipTide RFID扩眼器，客户能够在2,341米（7,682英尺）井段中达到总井深，且可以循环清洁井眼，如果需要额外的扩孔，该扩眼器能够再次被解锁，节约了一次起下钻的过程。

RipTide RFID扩眼器可以根据多次数要求锁定或者解锁，RFID技术允许扩眼器以电子方式锁定和解锁，提供了特殊的灵活性，其它的优势还包括提供内径的一个全井眼。