石油圈
旋转导向技术是当今世界上最高阶段的钻井技术，其独有的技术优势成为海上和陆上各类复杂结构井的重要钻井方法。目前，国外各大油服公司纷纷投入RSS技术的研发与应用，并均取得了一定成果。
来自 | Baker Hughes等
编译 | Leia
随着能源需求的逐年增加，大多数处于开发后期的油田通过实施长距离水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井来达到节约开发成本和提高石油产量的目的。为了提高钻井效率，减少钻井井下作业风险，国内外加强了对旋转导向钻井技术的研究力度。旋转导向钻井技术能够有效解决大位移井、水平分支井、薄层水平井等复杂结构井钻井过程中的技术难题，在降低了钻井成本的同时，实现了提高了石油产量的目的。
RSS可以将几何导向和地质导向功能集为一体，使定向钻井既可依据工程参数进行几何导向，又可依据地质参数进行地质导向，根据实时监测到的井下情况，引导钻头在储层中的最佳位置钻进。RSS技术是现代定向钻井技术的核心技术，是现代导向钻井技术的发展方向。
贝克休斯推出的AutoTrak eXact高造斜旋转导向系统，提供的定向控制技术更为先进，钻出的井眼质量更好，能够帮助作业者钻出更复杂的3D定向井。将高造斜能力与先进的随钻测量（LWD）服务结合后，AutoTrak eXact能够优化完井质量、提高钻井效率，并将生产潜能最大化。AutoTrak eXact系统的造斜率最高可达12°/100英尺，而常规的旋转导向系统只能达到5-6°/100ft。
最新研发的4-3/4in AutoTrak eXact系统减少了定向部件的数量，增加了定向部件的强度，且采用了能够承受更高压力和作业温度（165℃）混合电力系统。同时，定向能力的增强也可以帮助作业者在作业效果不理想的情况下及时修正作业参数。AutoTrak eXact旋转导向系统能够提高井眼质量和定向钻进能力，能够胜任最复杂的3D钻井条件，并且可以减少建井时间、提高完井作业效率。AutoTrak eXact系统采用了闭路循环导向控制专利技术，自动旋转导向控制技术在任何状况下都能保证井眼质量。贝克休斯相应地也设计了Kymera复合钻头、Talon高效钻头等钻头，同AutoTrak eXact旋转导向系统一起作业，能够优化定向控制、提高造斜效果、井眼质量以及井眼稳定性。
应用案例
作业地点
英国大陆架
技术挑战
1.定向井的钻进难度较大：
—最大方位偏转率为7°/100ft；
—井斜从23°增加到91°时，转向360°；
—两个ESP稳斜段。
2. 稳斜段钻头需要具有良好的导向性和稳定性；
3. 白垩纪地层易黏着滑动井段需要进行导向；
4. 防碰段环境复杂。
解决方案
1. 6-3/4in的AutoTrak eXact 旋转导向系统；
2. 8-1/2in的Talon Force高速PDC钻头。
应用结果
1. 成功钻出高难度井；
2. 达到了计划的最大造斜率6°/100ft(30m)，方位偏转速率7°/100ft（30m）；
3. 保持钻头刀翼磨损程度在TD级别；
4. 通过白垩纪地层时，机械钻速达到了48.7 ft/hr（14.8 m/h）。
APS Technology公司推出了SureSteer-RSS475旋转导向系统，可用于5.875英寸至6.75英寸（149mm至171mm）井眼，补充工具主要有钻井动态监控系统 (DDM)和振动存储短节(VMS)等部分等。这一新型旋转导向工具是对SureSteer-RSS675的补充，扩大了APS Technology 公司的旋转导向产品系列。旋转导向马达（RSM）中包含一个集成式动力部分，依据具体情况，RSS可位于钻井马达下方或直接由顶驱驱动。SureSteer-RSM475中的全部工具均采用了成熟的“推靠式”导向技术。
SureSteer旋转导向工具可在世界范围内用于定向钻井作业，为大型服务企业提供旋转导向功能。与定向马达所用的常规程序相同，SureSteer的定向控制程序简单易操作。使用APS公司独有的控制系统，这些工具可以运用自动化闭环反馈系统实现垂直角或切线角控制，也可依据下行指令有效完成定向井的钻进。
SureSteer-RSS475旋转导向系统可轻松改变井下运行模式：利用一系列定时泵速的变化，在不同模式之间切换或者关掉工具，从而进行通井、扩孔或者倒划眼。与导向马达类似，该系统动过地面定向设定预期工具面，从而实现导向，最大程度地缩短了下行指令所需时间。同时，SureSteer-RSS475与APS随钻测量工具连接，可进一步优化定向控制效果，并将近钻头信息反馈至地面。
SureSteer-RSS475旋转导向系统的转向头内包括导向块（steering pads）、方向测量和控制电子装置、电力和液压动力系统，由一体化涡轮交流发电机系统驱动。控制电子装置可向液压系统分路阀箱提供定时信号，控制导向方向和转向力，实现预期定向目标。旋转导向系统能够最大化造斜速率，而且能够在高转速下稳定运行。
旋转导向系统以RSM技术为基础，两者操作原理和组件设计相似。主要不同之处在于，RSM结合了旋转导向装置和泥浆马达动力部分，由泥浆马达传动轴提供动力，实现旋转导向控制，同时为连续旋转钻柱提供最佳功率和钻进速度。
与传统定向钻进技术相比具有明显优势，威德福RRS系统带有的随钻测量装置可以快速纠正钻井过程中的偏差，并且在造斜过程中不需要停钻，节省了钻井时间，避免了卡钻的发生，可以实现在复杂环境下快速、准确的钻进，最终获得高质量的圆滑井眼轨迹。
威德福RSS系统配有机动化的底部钻具组合、近钻头测量系统、井下双向通信系统，可确保做出明智、实时的决策，此外，钻进的同时能够保证井眼得到有效的清洁。
钻柱旋转时，非旋转套可保持偏心组件位置不动，从而提高导向控制能力和井眼清洁程度；心轴稳定器可以控制偏转并最大限度地减少振动。Revolution RRS系统通过保持钻头与井眼尺寸的一致性，不仅获得了光滑的井眼，而且延长了钻头的使用寿命；近钻头传感器可以对地层早期探测参数和井眼动态变化参数如倾斜度、方位角、转角度、粘滑、振动以及其他的钻井参数进行测量。
在钻井服务团队（钻井作业前，帮助作业者确定最优钻井参数）的指导下，Revolution RRS系统的功能可以得到进一步提升。这些钻井参数需要输入到系统，从而可以实现半自动化的钻井作业。当Revolution Core位于井下时，其所带传感器可将倾斜角和方位角等数据实时传回至地面。Revolution RSS系统配备了HyperLine钻井马达或其他马达来提高钻进速度，起到了降低扭矩，从而减少了粘滑现象的发生。
DownLink Commander地面控制系统中的双向通讯系统可以利用泥浆脉冲进行发射和接受信号，这一传输方式不会干扰钻井过程。当钻遇漏失层或者采用空气、泡沫等可压缩钻井流体进行钻井时，可通过EMPulse电磁随钻测量系统与Revolution RSS进行实时通信。
当钻遇高温高压地层时，Revolution Heat系统利用高粘度油和高耐温Kalsi型密封装置来保持液压系统的完整性。Revolution V系统能够在充满挑战的地层中始终保持井眼轨迹垂直，并保证在较高的机械钻速下直接钻达目的层。Revolution Slide Reduction Tool采用创新技术，通过调整泥浆流速来调节钻头转速。
经过多年的飞速发展，旋转导向钻井技术无论在地面控制、信号传输与测量、井下控制和旋转导向工具方面均取得了显著的成就。随着深井、超深井、特殊工艺井、高温高压井等复杂结构井数量和比例的逐渐增多，旋转导向钻井技术必须在技术上不断创新，便于更好的适应日益复杂的钻井环境。对于石油行业的更迭，石油圈也将以各类最新动态为“导向”，瞄准行业码头，化身油气行业的摆渡人，愿能载更多人找到彼岸。
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