井下作业创新给标准技术带来了新的转变。油井作业施工在一定程度上保持不变，必要时，工程师要探寻提高与改进现有技术，因为这有助于降低钻探成本并减少钻井过程中的风险。从开钻到实现增产，许多能源公司正在考虑开发整个钻井周期工具，因为这些工具对油井作业施工过程具有更深远的意义。

　　旋转导向系统

　　提高钻井效率

　　对任何水平井来说，曲线确立后产油气带开始形成，便可成功得到高效的井眼曲率(DLS)以提高单口井的成效。高造斜率的限制包括不断增加的摩擦、工具的混合及常规钻井钻具组合的成本压力。当通过旋转这些含油层高的剖面时，常规钻井钻具组合BHAs要经历巨大的弯曲，随着速度的增加，其疲劳寿命也在成倍缩减，甚至会把BHAs的疲劳寿命减少到几小时内。如果没有一个建模与测定疲劳寿命的方法，BHA组件将可能发生严重失效及扭断。

　　斯伦贝谢的PowerDrive Archer旋转导向系统(RSS)通过高全角变化率提供了钻井剖面方法，这能够使油藏曝光率达最大值，并增加油气开采潜力，同时结合常规旋转导向系统优势与优质井筒，能够大幅度提高钻井效率。

　　2008年，该系统开始现场测试，其服务功能被证明是非常可靠稳定的。鉴于此系统独特的能力，对它进行全方位第二阶段测试是必要的，这主要是确定使用底部钻井组合(BHA)不会影响到PowerDrive Archer系统的效果，使旋转钻柱过程中的疲劳寿命得到恰当处理。

　　斯伦贝谢产品经理Richard Hawkins表示，这是他们首次实现底部钻井组合(BHA)高效运作，具有重要的意义。

　　PowerDrive Archer旋转导向系统(RSS)为每个相关部件提供了全程旋转。Richard Hawkins说：“由于有整个PowerDrive RSS系统，面临井筒旋转可以使钻柱每分钟都保持最低转数。这旋转降低了阻力，提高了机械钻速(ROP)，减少了压差卡钻，从而实现良好的井眼净化和井眼调整。当水平钻孔时，减少摩擦尤为重要，否则，将会延长钻井时间。平滑、清洁的井筒使下套管很大程度上减少了问题的发生。”

　　对于优化钻井而言，确保钻孔质量是最基本的。这包括井眼净化、扭曲和清除。平滑井筒用于裸眼完井，能够减少钻孔和键槽卡钻问题的几率。

　　在套管井完井方面，平滑井眼结合持续的井眼曲率(DLS)，与电机带动的常规扭曲侧转相比，可以使完井装备部署更容易。Hawkins说：“在Eagle Ford，我们已经实现了井眼曲折率减少20%。”现在，斯伦贝谢已经完成全面的有限元分析和有关PowerDrive Archer BHA所有组件的详细应变疲劳寿命研究，对此，Hawkins表示，斯伦贝谢使用了抗疲劳材料，可以预见底部钻具组合组件疲劳寿命。一般，预测并跟踪疲劳寿命是比较复杂的，斯伦贝谢的预制工具包提供了自动跟踪疲劳工具，这降低了钻井失效的风险。

　　此外，全程旋转是服务的关键，这是通过先进的控制系统实现的，当面临井筒内旋转时，允许工具内的电子组装保持相对不变。Hawkins说：“实际上，我们测量外置钻铤的精准转数(rpm)，然后使用一个控制系统使内置闸阀保持在一个恒定的Toolface，我们通过闸阀转移一小部分泥石流激活所需的 Toolface系统。”

　　在现场测试中，PowerDrive Archer无论从垂直还是其它任何倾斜度可以达到17 deg/100 ft。Hawkins说：“我们也精准测量了磁性前刃面，因此井眼轨迹可以在期望的方位角上启动。”

　　该工具能够钻出套管鞋，成功获得水泥塞，保持完全垂直扩眼，可以实现精准有效在方位上启动，接着继续钻向井的任何需要钻探的剖面。事实上，PowerDrive Archer是一个钻井系统，其是将钻头与底部钻井组合(BHA)合并。

　　混合工具提供最佳效果

　　高端旋转导向系统(RSS)系统在现场的应用证明了其在减少钻井时间及进入油藏方面具有很强的优势。

　　然而，对于常规定向钻井使用泥浆马达进行滑动常常需要作业者造斜水平井段，这些工具是可靠的，通过现场试验表明，由于功能不全，导致造斜井眼曲率低。但是，这些附加的时间还是比由于卡钻导致浪费时间更可取。

　　威德福国际公司已经研发了MotarySteerable工具，在泥浆马达、旋转导向和MWD之间建起一架桥梁。此混合系统明显优于单独一个马达的作业方式，同时也比一个先进旋转导向系统(RSS)存在的风险更小。威德福国际公司新产品部经理Chris Maranuk说：“在工具箱(toolbox)的低端是常规泥浆马达工具和定向控制系统，高端部分包括常规旋转导向工具。”“MotarySteerable实质上是联合MWD和泥浆马达技术，形成一个低角度辅助工具。”

　　据Maranuk介绍，MWD、钻井马达和旋转导向系统(RSS)的结合是多个工程师构思成的产品，最大的挑战是克服每个钻井产品之间的障碍，并屏除个人目标支持更大目标，成功实现MotarySteerable。

　　在传统定向钻井中，一个弯接头用于定向钻头，然后通过钻井马达定向钻孔。两个旋转源是有效的，一个被积极控制定向弯头，另一个通过钻井马达经由流体钻孔。威德福的MotarySteerable工具采用指定速度钻头逆转这种方式，直接控制钻井马达代替控制弯头定向。弯头随着钻柱持续旋转，同时钻井马达作为弯头定向的一个功能不断发生变化，改变弯头的机械钻速。Maranuk说：“这与定位钻井是相同的方式，定向钻井马达和钻头，除此之外就是每次在钻柱方面的创新革命。”

　　MotarySteerable系统的主要特征是更换从指定钻头速度(TBS)到调整的能力，这不要钻孔的断开。“使用TBS的能力改变定向控制已成为 MotarySteerable这个特殊系统的关键要求。”Maranuk说。该系统已经通过了测试，威德福仍在选择不断更新提高工具的功能。

　　Maranuk说：“更引人关注的能力之一是‘auto inc’特征，这允许用户下载自己期望的倾斜，从而让系统自动调整井下作业。该工具自动开启时，倾斜偏离预订限度，当不需要时，自动关闭。此工具通过一个变化的方式或开启或关闭，这包括下行链路常规面启动压力脉冲或使用变化的旋转序列。当然，提供从调整定向钻柱到一个完整3- D定向旋转钻柱的变化能力的关键益处是作业者钻井实践的灵活性。”Maranuk说。

　　MotarySteerable系统充分利用两个成熟的技术即泥浆马达和MWD创造出一个更可靠稳定的系统。在系统无法获得所需的造斜的钻井环境中，一旦停止，然后使用常规定位钻井技术定位和调整，这样就提供了一个低风险的技术。人们一直期望比使用传统旋转导向工具的成本更低的工具出现。与传统定向钻井技术结合具有优势的关键是当连续旋转时，该系统能够提供完整3-D定向控制能力。

　　“在美国，并不是所有的钻井作业者都需要高弯曲旋转导向工具及联合体LWD钻井并评估他们的油井。”Maranuk说，“我们看到了这种服务的需求，帮助那些客户，他们不需要太多的系统性能，只需要比较经济可行的解决方案。”

　　分支井眼越长

　　分段压裂越多

　　当钻井作业结束时，完井作业开始生效。近年来，压裂技术已经取得了较大的进步。据悉，贝克休斯在北美Williston盆地最近完成了40级分段压裂作业，创造了新的记录，该盆地以超长分支井而闻名，其中一些超过了9000英尺(2743米)。

　　通常，贝克休斯的FracPoint完井在美国是19级分段压裂，这在2006年仅是5级分段压裂。“我们预计年底这个数字达到30级。”贝克休斯产品线副总裁Matthew Kebodeaux说。贝克休斯的最新成果是FracPoint EX-C系统。作业者完成堵塞和PERF作业获得他们期望的压裂级数现在已经转换为裸眼多层压裂，其是经济又高效的，因为它节约了更多的钻井时间。

　　“ 尽管每个页岩层不同，但在行业内已逐渐形成共识，压裂层越多相当于生产越大，因此我们的客户不断要求增加每口井的压裂层数，缩短压裂分布间隔，提高压裂效率，增加每口井的生产。”Kebodeaux说。

　　贝克休斯最新的FracPoint EX-C通过与1/16-in 增量单流阀连续泵送作业相连，提供达40级分段压裂。同时，该系统不仅增加有效的压裂层数，也能够允许较大的单流阀用于井作业，这并不需要完整40级压裂系统，只要求在压裂过程中增加泵量，在生产过程中减少压力损失。

　　FracPoint EX-C系统联合体专利特点在于包括双管阀座和可折球阀座。前者有两个平行孔，当部署小尺寸球阀座时，这允许在单一球阀座上增加流量，而后者允许阀座接触面改变试验球，依次增加阀座的负载，允许系统满足所要求的压力定值。

　　采用40-stage FracPoint EX-C完成首个完井作业非常顺利。贝克休斯正着手对该系统进行改进，使用它的IN-tallic Frac Balls和控制电位电解材料技术，此材料在盐卤水和酸中分裂时，提供较高强度的工程材料。

　　贝克休斯期望FracPoint EX-C技术应用于高质量裸眼多级完井的盆地。随着石油天然气行业趋向多分支井，在较短的时间内提供更多的分段压裂已经成为如贝克休斯等石油服务公司的目标。“ 这些初始40分段FracPoint作业节约了较多的时间，而更关键的是为客户提供了真正的价值即通过增加分支井和提高压裂效率，减少井之间的间隔。”Kebodeaux说。

　　超越现状

　　据Packers Plus公司总裁Dan Themig介绍，2001年，Packers Plus已开始裸眼压裂，业内人士认为，5~8级压裂措施能够有效排放一口1000米(4000英尺)的水平井。该公司的StackFRAC HD采用了创新的方式，挑战油气产业现在发展所需的如何有效排放致密油气资源。油气产业很快应用此技术转向每口井20级压裂措施，但Packers Plus HD系统包括其最新推出的QuickFRAC系统现在已达到30~60 fracs，这在4年前还是未知的。“我们相信这将是页岩气和石油勘探开发的未来。”Themig说。

　　该技术也适用于常规油气层开发，据记载，其已成为从640 Acres到10 Acres的钻井“downspacing”模式，StackFRAC HD允许10 Acre的排放模式，这大大提高了钻井效益，同时也减少了水的使用和环境污染。

　　与常规注水泥套管完井不同，StackFRAC HD系统的天然裂缝插塞旨在恢复地层与压裂的连接它的设计适用于裸眼水平井的增产。这使岩石产生天然裂缝和诱导裂缝。“两种生产方式的对比表明，裸眼完井 (StackFRAC)优于注水泥完井25%~70%，不仅仅是表现在初始的生产中，而应该是提高了最终的采收率。”Themig说。

　　在注水泥完井中，裂缝被迫形成于射孔，而不是允许它们由岩体的自然弱化引起。因此，它使裂缝形成与分布在同一点，大大减少了弯曲。此外，在没有后置液注入时， StackFRAC HD要求支撑剂准确位移。“我们正在经历一个巨大的变化，裸眼压裂取得了更好的资源采收率，在很多情况下，它可以每段压裂水使用率较少50%。” Themig进一步说。

　　StackFRAC HD也大大缩减刺激一口井所需的时间，取代使用电缆泵入桥塞和连续油管，这会使执行压裂用过多的时间。StackFRAC HD允许快速发射一个球及井下抽油，并且各个分段无缝压裂。QuickFRAC采用地面单一压裂措施压裂多个隔离的段，节约了大量的时间。“我们使用 QuickFRAC技术见证了23个分段、不足10小时的抽油。”Themig说，“常规方法每天处理2~3个分段，需要7~10天的时间。”

　　从各个方面看，井下技术的新进展充满更多的机会。通过观察提高钻井效益的新旧方法，石油天然气产业将继续期待现有的技术，提高勘探开发工艺，很好地应用于世界石油和天然气产区。