在RSS出现以前,多采用由泥浆马达驱动的滑动导向钻井系统实施导向钻井。该系统的特点是在钻井过程中钻柱不旋转,而是沿井壁轴向滑动,并通过滑动导向工具改变井眼的井斜角和方位角,从而控制井眼轨迹。旋转导向系统与滑动导向钻井系统相比,具有钻速快、井眼质量高、降低压差卡钻风险、可清洁井眼等优点。
旋转导向系统按其导向方式可分为推靠钻头式(Push the Bit)和指向钻头式(Point the Bit)两种系统。下面将通过对市场上最新型RSS系统的介绍,展示旋转导向钻井技术的进展。
1. AutoTrak X-treme系统
AutoTrak X-treme系统是由井下钻井马达驱动的旋转导向系统。其最大的优势是将普通转盘式RSS最高250rpm的转速提高到400rpm。该系统由旋转闭环导向系统Auto Trac和高效钻井马达X-treme组合而成。其特殊设计的模块化结构可以允许BHA持续高速旋转,而X-treme马达的设计也解决了导向数据通过马达传输的问题,真正实现了精确、实时的近钻头导向。
2. Revolution RSS
Revolution旋转导向系统是一种“指向”式的旋转导向系统,导向的主要组件为不可旋转的套筒稳定器、近钻头旋转稳定器和旋转传动轴(drive shaft)。地面导航设施接收到泥浆脉冲传输的LWD信号后确定偏移方向和偏移角度,使传动轴产生偏移。传动轴在套筒稳定器中运转,将扭矩和载荷传递至钻头,“指引”钻头向既定方向前进。近钻头旋转稳定器起到支点的作用。
3. 3D旋转导向系统——Pathfinder RSS
Pathfinder 3D旋转导向系统实现了在冲蚀井眼中的定向钻进。一般的旋转导向工具依靠与井壁的直接接触来施加导向力,或者通过这种接触来维持导向部件的稳定。Pathfinder RSS采用特殊设计的导向垫块最多可以伸长1in,使121/4in的井眼工具在13in的井眼中仍能与井壁接触。
4. PowerDrive系统
PowerDrive旋转导向系统是通过高速旋转同时导向来进行钻进的,然而高速旋转下的定位比较困难。斯伦贝谢公司的PowerDrive采用了在RSS内部安装不旋转组件的方法解决该问题,因其外部钻杆始终处于旋转状态而大大提高了钻速。“让每个接触井壁的部分都在转动”的思想是斯伦贝谢旋转导向系统的核心,也是优于其它RSS系统的根本。