石油圈
旋轉導向技術是當今世界上最高階段的鉆井技術，其獨有的技術優勢成為海上和陸上各類復雜結構井的重要鉆井方法。目前，國外各大油服公司紛紛投入RSS技術的研發與應用，并均取得了一定成果。
來自 | Baker Hughes等
編譯 | Leia
隨著能源需求的逐年增加，大多數處于開發后期的油田通過實施長距離水平井、大位移井、多分支井等復雜結構井來達到節約開發成本和提高石油產量的目的。為了提高鉆井效率，減少鉆井井下作業風險，國內外加強了對旋轉導向鉆井技術的研究力度。旋轉導向鉆井技術能夠有效解決大位移井、水平分支井、薄層水平井等復雜結構井鉆井過程中的技術難題，在降低了鉆井成本的同時，實現了提高了石油產量的目的。
RSS可以將幾何導向和地質導向功能集為一體，使定向鉆井既可依據工程參數進行幾何導向，又可依據地質參數進行地質導向，根據實時監測到的井下情況，引導鉆頭在儲層中的最佳位置鉆進。RSS技術是現代定向鉆井技術的核心技術，是現代導向鉆井技術的發展方向。
貝克休斯推出的AutoTrak eXact高造斜旋轉導向系統，提供的定向控制技術更為先進，鉆出的井眼質量更好，能夠幫助作業者鉆出更復雜的3D定向井。將高造斜能力與先進的隨鉆測量（LWD）服務結合后，AutoTrak eXact能夠優化完井質量、提高鉆井效率，并將生產潛能最大化。AutoTrak eXact系統的造斜率最高可達12°/100英尺，而常規的旋轉導向系統只能達到5-6°/100ft。
最新研發的4-3/4in AutoTrak eXact系統減少了定向部件的數量，增加了定向部件的強度，且采用了能夠承受更高壓力和作業溫度（165℃）混合電力系統。同時，定向能力的增強也可以幫助作業者在作業效果不理想的情況下及時修正作業參數。AutoTrak eXact旋轉導向系統能夠提高井眼質量和定向鉆進能力，能夠勝任最復雜的3D鉆井條件，并且可以減少建井時間、提高完井作業效率。AutoTrak eXact系統采用了閉路循環導向控制專利技術，自動旋轉導向控制技術在任何狀況下都能保證井眼質量。貝克休斯相應地也設計了Kymera復合鉆頭、Talon高效鉆頭等鉆頭，同AutoTrak eXact旋轉導向系統一起作業，能夠優化定向控制、提高造斜效果、井眼質量以及井眼穩定性。
應用案例
作業地點
英國大陸架
技術挑戰
1.定向井的鉆進難度較大：
—最大方位偏轉率為7°/100ft；
—井斜從23°增加到91°時，轉向360°；
—兩個ESP穩斜段。
2. 穩斜段鉆頭需要具有良好的導向性和穩定性；
3. 白堊紀地層易黏著滑動井段需要進行導向；
4. 防碰段環境復雜。
解決方案
1. 6-3/4in的AutoTrak eXact 旋轉導向系統；
2. 8-1/2in的Talon Force高速PDC鉆頭。
應用結果
1. 成功鉆出高難度井；
2. 達到了計劃的最大造斜率6°/100ft(30m)，方位偏轉速率7°/100ft（30m）；
3. 保持鉆頭刀翼磨損程度在TD級別；
4. 通過白堊紀地層時，機械鉆速達到了48.7 ft/hr（14.8 m/h）。
APS Technology公司推出了SureSteer-RSS475旋轉導向系統，可用于5.875英寸至6.75英寸（149mm至171mm）井眼，補充工具主要有鉆井動態監控系統 (DDM)和振動存儲短節(VMS)等部分等。這一新型旋轉導向工具是對SureSteer-RSS675的補充，擴大了APS Technology 公司的旋轉導向產品系列。旋轉導向馬達（RSM）中包含一個集成式動力部分，依據具體情況，RSS可位于鉆井馬達下方或直接由頂驅驅動。SureSteer-RSM475中的全部工具均采用了成熟的“推靠式”導向技術。
SureSteer旋轉導向工具可在世界范圍內用于定向鉆井作業，為大型服務企業提供旋轉導向功能。與定向馬達所用的常規程序相同，SureSteer的定向控制程序簡單易操作。使用APS公司獨有的控制系統，這些工具可以運用自動化閉環反饋系統實現垂直角或切線角控制，也可依據下行指令有效完成定向井的鉆進。
SureSteer-RSS475旋轉導向系統可輕松改變井下運行模式：利用一系列定時泵速的變化，在不同模式之間切換或者關掉工具，從而進行通井、擴孔或者倒劃眼。與導向馬達類似，該系統動過地面定向設定預期工具面，從而實現導向，最大程度地縮短了下行指令所需時間。同時，SureSteer-RSS475與APS隨鉆測量工具連接，可進一步優化定向控制效果，并將近鉆頭信息反饋至地面。
SureSteer-RSS475旋轉導向系統的轉向頭內包括導向塊（steering pads）、方向測量和控制電子裝置、電力和液壓動力系統，由一體化渦輪交流發電機系統驅動?？刂齐娮友b置可向液壓系統分路閥箱提供定時信號，控制導向方向和轉向力，實現預期定向目標。旋轉導向系統能夠最大化造斜速率，而且能夠在高轉速下穩定運行。
旋轉導向系統以RSM技術為基礎，兩者操作原理和組件設計相似。主要不同之處在于，RSM結合了旋轉導向裝置和泥漿馬達動力部分，由泥漿馬達傳動軸提供動力，實現旋轉導向控制，同時為連續旋轉鉆柱提供最佳功率和鉆進速度。
與傳統定向鉆進技術相比具有明顯優勢，威德福RRS系統帶有的隨鉆測量裝置可以快速糾正鉆井過程中的偏差，并且在造斜過程中不需要停鉆，節省了鉆井時間，避免了卡鉆的發生，可以實現在復雜環境下快速、準確的鉆進，最終獲得高質量的圓滑井眼軌跡。
威德福RSS系統配有機動化的底部鉆具組合、近鉆頭測量系統、井下雙向通信系統，可確保做出明智、實時的決策，此外，鉆進的同時能夠保證井眼得到有效的清潔。
鉆柱旋轉時，非旋轉套可保持偏心組件位置不動，從而提高導向控制能力和井眼清潔程度；心軸穩定器可以控制偏轉并最大限度地減少振動。Revolution RRS系統通過保持鉆頭與井眼尺寸的一致性，不僅獲得了光滑的井眼，而且延長了鉆頭的使用壽命；近鉆頭傳感器可以對地層早期探測參數和井眼動態變化參數如傾斜度、方位角、轉角度、粘滑、振動以及其他的鉆井參數進行測量。
在鉆井服務團隊（鉆井作業前，幫助作業者確定最優鉆井參數）的指導下，Revolution RRS系統的功能可以得到進一步提升。這些鉆井參數需要輸入到系統，從而可以實現半自動化的鉆井作業。當Revolution Core位于井下時，其所帶傳感器可將傾斜角和方位角等數據實時傳回至地面。Revolution RSS系統配備了HyperLine鉆井馬達或其他馬達來提高鉆進速度，起到了降低扭矩，從而減少了粘滑現象的發生。
DownLink Commander地面控制系統中的雙向通訊系統可以利用泥漿脈沖進行發射和接受信號，這一傳輸方式不會干擾鉆井過程。當鉆遇漏失層或者采用空氣、泡沫等可壓縮鉆井流體進行鉆井時，可通過EMPulse電磁隨鉆測量系統與Revolution RSS進行實時通信。
當鉆遇高溫高壓地層時，Revolution Heat系統利用高粘度油和高耐溫Kalsi型密封裝置來保持液壓系統的完整性。Revolution V系統能夠在充滿挑戰的地層中始終保持井眼軌跡垂直，并保證在較高的機械鉆速下直接鉆達目的層。Revolution Slide Reduction Tool采用創新技術，通過調整泥漿流速來調節鉆頭轉速。
經過多年的飛速發展，旋轉導向鉆井技術無論在地面控制、信號傳輸與測量、井下控制和旋轉導向工具方面均取得了顯著的成就。隨著深井、超深井、特殊工藝井、高溫高壓井等復雜結構井數量和比例的逐漸增多，旋轉導向鉆井技術必須在技術上不斷創新，便于更好的適應日益復雜的鉆井環境。對于石油行業的更迭，石油圈也將以各類最新動態為“導向”，瞄準行業碼頭，化身油氣行業的擺渡人，愿能載更多人找到彼岸。
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