By Julio Loreto，Aly Bassiouny，Onochie Michael Okorie，Brad Zukiwsky / Weatherford为了从复杂的储层中提取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，并降低了钻井寿命内的施工成本。
当寻找额外的油气资源迫使运营商重新考虑传统的钻井理念时，非垂直井眼应运而生。为了达到这些额外的沉积物，操作员需要一种在特定方向钻孔的方法。传统上，定向钻井从单一地面位置和已建立的垂直井眼进行作业，早期版本的定向钻井部署了非旋转弯曲接头，以转移钻头，将其对准地层中未开发的资源。非常规水平井市场很快成为了如何在现代市场中保持能源行业需求的问题的答案。
尽管常规定向钻井变得很好，但它仍然缺乏钻大位移井和实现储层真正潜力所需的精度和可靠性。这些长而曲折的水平井通常需要曲折的轨迹来钻穿复杂地层并与目标碳氢化合物接触。为了应对这些新的压力，Weatherford创新并开发了一种适合用途的工具，专门用于延长油气田的使用寿命，并以更可靠的方式实现这一目标。
RSS将高性能钻井与全方位控制相结合。Weatherford开发了Magnus® rotary-steerable system(RSS)，见图1。RSS采用推式钻头设计，将可靠、高性能的钻井与精确的定向控制相结合，使操作员能够延长每次钻井的性能，从而提供更快的钻井、更好的井筒和高质量的测量。
图1 三个独立的衬垫积极管理整个井眼的方向，优化井眼轨迹，提高井眼质量。
Magnus RSS的坚固设计使其能够长时间留在井筒中，并尽可能降低成本。通常大多数钻井作业可以在一次进尺中进行。RSS采用流线型设计，具有最小的井底钻具组合(BHA)稳定性、全旋转偏置装置和优化的垃圾槽面积，以降低昂贵的卡钻事件风险。泥浆驱动垫中的金属对金属枪式密封件增强了高压恶劣钻井环境中的机械完整性，并提高了整体系统稳定性。
三个独立的衬垫和阀提供比例控制，使衬垫能够完全缩回，用于紧孔应用、铰孔或水泥/靴形钻井。三个衬垫在整个钻井过程中主动管理钻头的方向，并且仅在需要时激活以保持井轨迹。这种选择性的衬垫激活能够实现比例转向，并通过消除不必要的衬垫激活来显著改善井眼质量。这种独立性在衬垫或阀门发生故障时用作冗余系统，以提高可靠性。
Magnus RSS可以使用标准钻头设计，使任何操作员都可以在任何地方避免长的交付周期，并减少对额外库存的需求。RSS中的比例控制系统可进行有效的钻井调整，以最大程度地减少弯曲，提供一个平滑、高质量的井眼，从而降低未来钻井作业的成本。此外，RSS具有高达10°/100 ft的高折线能力，可以构建曲线段，消除校正运行，并更快地接触产层。电子控制系统以快速速度对数据进行采样，以确认刀面方向并提供完全控制。
由先进的LWD工具提供的准确、实时信息有助于利用实时近位数据指导RSS，从而提高整体生产率。在钻头后方仅6英尺处进行的连续方位伽马射线和倾角测量，可使有效的井眼布置和地质导向变化保持在目标区域内。创新的电子系统和自动驾驶功能，包括自动调节调节能力，为钻井过程中的航向修正提供闭环控制。实时双向通信系统在不中断钻井的情况下运行，向RSS发送控制信号，然后验证信息，以便转向调整立即生效。
为了准备安装应急衬管和套管或完井设备的井眼，操作员需要对井眼进行扩孔。最佳情况下，为了降低成本，铰孔和定向钻应同时进行。为了满足操作员在钻井过程中扩孔的需求，Weatherford工程师开发了RipTide钻井铰刀。RipTide扩孔器通常与RSS配合使用，在一次行程中钻出一个光滑、同心的欠钻孔至TD，如图2所示。钻孔铰刀将钻孔扩大至钻头直径以上44%，并提供高质量的完井准备钻孔。
图2 RipTide钻井扩眼器是一种同心质量平衡钻下扩眼器，能够在套管限制下扩大钻孔。当与RSS或旋转BHA一起使用时，多功能铰刀可以同时钻孔和放大。
Riptide铰刀采用质量平衡的三刀块布置，与RSS一起工作，以最大限度地减少钻井时的振动，可通过多种方法激活：机械落球系统、压力循环激活或电子射频识别(RFID)标签。RFID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，并使操作员能够在钻井组件中放置多个铰刀。
案例研究
墨西哥近海。RFID系统被证明是墨西哥成功运营的关键组件。在海上油田，操作员需要从套管鞋上钻取并扩大2657英尺厚的盐穹。使操作更成问题的是该领域典型的频繁卡管问题，尤其是孔径为12¼英寸至14¾英寸的情况。在之前的偏置运行中，操作员需要两次操作才能获得预期结果。
工程师建议将RipTide铰刀纳入钻井组件并部署到井筒中。使用RFID追踪器，在套管鞋下方激活钻井铰刀，并扩大盐丘层段。放大完成后，通过RFID追踪器停用了扩孔器。这使得操作员能够在常规钻井至目标深度时关闭井段，而无需额外的起下钻。
通过选择RFID铰刀的无限制的、按需激活和停用功能，操作员优化了井下时间，减少了盐地层的暴露时间。这项工作在一次运行中完成，节省了四天的钻井时间和大约68万美元(假设每日成本为17万美元)。
墨西哥。在另一项墨西哥申请中，一名操作员要求在盐丘中钻一个新的钻孔，钻井液中含有2.19 gr/cc (18.3ppg)的重油基泥浆。钻井液中固体含量高(超过40%)，尽管经常出现乳化液不稳定问题，但主要设计用于在盐层中钻井。操作员通常会遇到与盐地层中高浓度的固体卡套管以及高钻井扭矩和扭转振动相关的工具故障。最好的行动方案是使用带有电池的RSS电源以克服之前与高固体含量相关的故障。此外，多功能钻井铰刀不仅可以扩大盐层并降低卡管风险，而且在钻完盐层后可以停用，以最大化钻速(ROP)。
RSS满足了这项工作的要求，特别是具有灵活的电源能力，使工具能够仅使用电池电源来操作，以增强工具内部的流动，而不会受到涡轮螺旋桨的限制，这通常是由于偏移井中的固体而导致过早故障的原因。此外，RSS可设置为“转向关闭”模式，使操作员能够钻过高振动区域，同时最大限度地减少刀具磨损并提高钻孔质量。这次行动成功的一个关键因素是Centro™ 钻井施工优化平台，实时收集所有钻井数据，并由位于实时操作中心的工程师监控和优化钻井参数。
Weatherford加速完成了这一部分，节省了四天时间，节省了大约165000美元。RSS有效地克服了与横向振动和高泥浆固含量相关的所有挑战，这些问题导致其他RSS工具上的涡轮叶轮堵塞。RipTide扩孔器以67.68英尺/小时的钻速扩大了剖面，比预期高126%。盐段的扩大防止了所有卡管事件，这些挑战使运营商在之前的油井上损失了数十万美元的时间。
土耳其。对于土耳其的一家运营商来说，挑战集中在测井上。由于石灰岩地层中的钻孔条件，常规电缆工具无法记录9255英尺至10541英尺的垂直剖面。因此，操作员无法获得高分辨率钻孔图像数据，以识别填充14.84 ppg (1.78 g/cc) 油基泥浆的井中的裂缝。
Weatherford工程师推荐了一套由UltraWave®超声波成像仪固定的LWD工具，见图3。成像仪在石油或水基泥浆系统中钻井时提供高分辨率钻孔图像和井径测量。它记录了从井壁反射的超声波的振幅和传播时间。这些测量值记录在钻孔周围的128个方位角扇区中，在钻孔时提供高分辨率的360°钻孔图像。
图3 振幅和行程时间图像的两个井段显示了天然裂缝和钻井引起的裂缝以及存在的破裂。
测井套件还包括实时遥测系统、MWD恶劣环境测井系统、方位伽马射线传感器、电阻率工具和声波工具。LWD工具被部署到井筒中，UltraWave成像仪采集了用于储层和评价的高分辨率振幅图像。其他随钻测井工具收集了伽马射线、电阻率和声波数据，所有这些数据都使得直接识别井眼恶劣环境中的裂缝和其他特征成为可能。
先进的技术能产生持久的效果。为了从储层中提取所有可能的油气资产，操作员必须克服复杂的井几何结构，以钻大范围、非常规水平井。由先进LWD技术指导的创新Magnus RSS和RipTide钻井铰刀等定向钻井技术可以提高整体钻井效率，降低钻井成本。这些工具和服务使操作员能够在更恶劣的作业环境中在井下停留更长时间，并在油井的使用寿命内提供长期的生产成果。
