旋转导向（RSS）可能是钻井领域最重要的技术

借助旋转导向系统RSS技术能够以极低的风险钻探更为复杂的全域井眼轨迹。结合更高的钻井效率最终结果是显著降低单井成本。RSS技术能够适应最广泛的钻井环境同时保证最高质量的井眼质量。推靠式RSS通过改变钻头上的侧向载荷来进行导向迫使钻头的外切削结构和保径部分横向切入地层从而沿期望方向钻出弯曲井眼。“推靠式系统利用外部垫块对地层施加侧向力这种力会立即将钻头推向一侧从而开启新的轨迹曲率。”“一旦曲率形成这些推靠在地层上的垫块会使底部钻具组合发生弯曲以适应曲率此时它的作用就像指向式系统一样。因此我们利用推靠式开启造斜随后利用指向式的原理维持稳斜。低风险与高效率的结合使行业能够最大化储层接触面积从而为作业者带来巨大的生产效益。如果没有RSS技术某些油井和油田在经济上可能根本无法开采或开发。指向式RSS则是通过在壳体内弯曲工具将钻头精确地指向预定方向且不对钻头施加侧向载荷来实现导向。自20世纪90年代中期引入以来旋转导向钻井技术在行业内已相当成熟并于1997年开始商业化应用。该工具与方法的研发始于90年代初。为了到达储层的多个地质目标RSS需要知道自己的位置。与之配套的是先进的随钻测量LWD能力。随着RSS的发展储层导航或地质导向技术也随之进步。最初行业主要从钻井效率的角度计算旋转导向系统的收益。虽然钻井效率仍然是一个重要因素但同样重要的是RSS能够钻探的井型。旋转导向钻井让钻井团队与地质/地球物理GG团队的联系比以往任何时候都更加紧密。他们在地质导向中通力合作将井眼引导至正确的地层并以极高的精度维持井眼位置。自从顶驱发明以来旋转导向可能是钻井领域最重要的技术。虽然许多旋转导向系统都具备在地面对工具轨迹进行预编程的能力但或许更重要的是能够在井下作业时从地面与工具进行实时通信。在钻探的井眼轨迹即便是两三年前作业者也会因为缺乏信心投资而避之不及现在常规钻探的几何复杂度与几年前相比已是天壤之别。RSS接近不同地层时司钻与地质师及地质导向工程师密切合作通过下行链路Downlinking更改工具程序同时保持钻进。复杂的井眼轨迹使作业者能够触及储层中难以到达的区域截获多个地质靶点并节省了原本需要钻探多口单井的成本。RSS技术还降低了超支AFE的风险。贝克休斯INTEQ的AutoTrak旋转导向系统是一种混合型系统结合了推靠式和指向式两种导向方法的优点。利用LWD提供实时信息来引导井眼命中目标消除了必须等待电缆测井才能确认井眼在储层中位置的麻烦。业内主要的RSS供应商一直在大力投资LWD技术以增强其能力从而充分利用旋转导向钻井系统提供的精确定向钻井能力。该公司的AutoTrak旋转闭环系统RCLS结合了两种方法的特点允许系统根据即时需求在模式之间切换。Troll油田案例RSS的成功案例之一是挪威海德威Hydro的Troll油田开发。INTEQ利用RSS在该油田钻探了多层水平井且必须在极薄的储层内进行精确定位。作业人员必须在相对较浅的深度开始造斜并且提供平滑的造斜率以免在井眼后期产生过大的扭矩。这是大型3D水平多分支井必须相对于油水界面进行非常精确的定位。Troll油田的储层非常薄需要持续且精确的地质导向以保持在最佳产层内。储层由弱砂岩组成其中包含非常坚硬的方解石包裹体在钻探水平分支井时一旦钻遇这些包裹体可能会迫使钻头暂时偏离轨道导致非常局部但严重的狗腿度。这使得Troll油田的钻井极具挑战性。各方共同开发了高度专业化的钻井技术以提高整体性能并增加每口井可接触的储层量。该公司曾在31/3区块的Q-21井中提前35.5天完成7950米26000英尺的储层钻探节省成本超过1200万美元。如果没有RSS技术Troll油田不可能取得如此巨大的经济成功。据该公司称RSS为Troll油田带来的生产增值约为60亿美元。作业者利用旋转导向在Troll油田钻探了超过100万英尺的进尺可以说正是这种技术让该油田成为了海德威的经济成功案例。大位移钻井ERD旋转导向钻井还有助于钻探大位移井其产生的光滑井眼有助于下套管。旋转导向系统使作业者能够钻探更复杂的井眼轨迹同时降低风险和成本提高钻井效率从而最大化储层接触面积并增加产量。例如在俄罗斯东海岸的萨哈林岛库页岛该公司利用RSS钻探的大位移井已超过11000米约36000英尺尽管它们不一定是长水平井。由于地理位置偏远萨哈林岛的物流也是一大挑战。因此RSS的维修和维护都在钻井平台现场进行。此外公司还备有应急的RSS工具库存。该公司还在挪威海上的海德威Oseberg油田钻探了一口创纪录的海上大位移井。B-47井最近长度超过了10000米是从主平台钻探的作为钻探成本更高的传统水下井的一种替代方案。该储层计划在一个5米厚的砂层中钻探上下方均是不稳定的煤层因此优化排水孔的位置至关重要以避免井眼问题并确保最佳产量。然而该井是在Tarbert储层中钻探的但在钻进1500米后该储层变薄。最终决定改变原定的井眼路径转而勘探Tarbert地层下方的Etive和Oseberg地层。在测量深度9500米处井眼倾角从90°降至不到60°。在Etive和Oseberg地层中发现了新的储量可能在日后进行生产。该井的成功归功于项目团队的紧密协作团队成员包括了各方的代表。该公司仍在关注导向马达和RSS并已将两种技术结合即在旋转导向系统上方的底部钻具组合BHA中安装钻井马达。钻杆仍连续旋转同时系统获得了钻头处的动力而不必完全依赖地面的顶驱提供动力。马达直接向钻头输送动力以提高ROP而钻杆虽然连续旋转但其转速远低于旋转导向钻井通常所需的转速。通过在钻头处建立马达动力并降低钻柱转速钻杆磨损速度减慢并最大限度地减少了因钻柱高速旋转对套管造成的损害。RSS仍能以更高的ROP将钻头导向地质目标。在Talisman英国有限公司北海Claymore油田的一口井中经验表明在中新统CNS白垩纪地层中旋转钻井明显慢于马达驱动钻井导致RSS与传统导向马达钻井技术相比在经济上不划算。当需要定向作业时使用传统组合的滑动钻井既缓慢又麻烦。然而人们预期该系统将提高ROP从而使RSS的使用更加有效。Claymore C78Z井是从现有生产井侧钻的使用斜向器作为套管开窗方法。鉴于之前在一口井上使用9½英寸AutoTrak X-treme的经验决定在该井的8½英寸井段下入6½英寸的工具。整个2577英尺的8½英寸井段仅用一趟钻完成。计划的预估ROP为27.7英尺/小时实际ROP翻倍达到61.9英尺/小时。小型工具该公司最近开发并使用了一种用于约3⅞英寸小井眼的3¾英寸RSS。这种3¾英寸工具专为小井眼和侧钻应用而设计。该公司在北达科他州为Luff Exploration进行了一次侧钻作业将小型RSS穿过5½英寸套管进行重入并钻出了4¾英寸的井眼。这项赋能技术可以将成熟油田的寿命延长到运营商认为需要开始废弃油田的时间点之后。除了贝克休斯INTEQ的3¾英寸工具外其他旋转导向系统供应商也在研发超小直径RSS。目前最小的是4¾英寸系统用于钻探名义尺寸约为6英寸的井眼。