当今的储层越来越具有挑战性，弯曲变化的井眼要求更精确的定向钻井。各个石油公司都在进行技术研发，不断探索提高钻井效率和定向控制的创新方法，同时还要有效的控制成本。一般来说，传统方式下钻水平井和定向井现用的方法有两种——常规泥浆马达和旋转导向系统(RSS)。
泥浆马达是一种已得到验证的可靠技术，这种技术以其低风险已获得商业化应用，在近几年已经获得相当大的发展。但泥浆马达常常无法使钻井效率最优化，而且，泥浆马达钻大位移井的能力较差，无法与旋转导向系统相媲美。旋转导向系统能够提供精确的定向控制，从而大大提高钻井效率和机械钻速。现已在高难度条件下的钻井作业特别是在海上大位移钻井中获得应用，但旋转导向系统使用起来非常昂贵，如果工具落入井内不能取出，费用损失难以弥补。
1、全新的导向技术
一项新技术正在弥补这两种方法的不足，以第三种具有经济吸引力的方法为该行业提供服务，该方法设计用来解决低造斜率井的定向钻进，可以提高机械钻速和减少滑动时间。作为世界知名专业石油机械生产供应商的威德福公司研发的 MotarySteerable 定向控制系统结合容积式泥浆马达的水马力和旋转导向系统的定向控制能力，在旋转时提供连续的三维定向控制，创建一个高质量平滑的井眼。旋转导向系统和泥浆马达特性的技术融合使低造斜率井获得最优化钻井。
该设计采用了一种被称作“目标钻头速度(TBS)”的新导向技术，使一个带弯接头的泥浆马达和专用的随钻测量(MWD)工具发挥了独特作用。目标钻头速度(TBS)技术能够在各种钻井工况下提高钻井效率，这些工况包括：垂直控制、水平S型井眼长稳斜段和J型井眼设计的钻井。
目标钻头速度(TBS)技术通过调整钻柱内钻井液的流速提高导向能力，使穿过泥浆马达的流速产生微振荡，这会使钻井参数产生高频变化，控制钻头速度，提供任何目标方位的井眼导向。TBS技术还能克服滑动问题。滑动是泥浆马达诸多问题之一。滑动要求钻柱停止旋转而钻头旋转向下钻进，这会导致钻进效率下降，特别是在打大斜度井时;当采用 TBS技术时，钻柱旋转可以接近连续，从而降低井筒摩擦力，有助于大位移钻井的应用。
2、有效应对低造斜率井
设计这项技术可以用于泥浆马达钻井的任何应用，包括：钻一口井的垂直控制、长水平段钻进以及保持一个角度的切线段钻进。在钻S型井的过程中，使用该工具可以朝着一个希望的倾斜方向创建造斜角， 钻一个切线段， 保持这个角度，再重新定向井底钻具组合(BHA)，保持垂直度。
当造斜率较低时，0°～3°/30m，作为一种成本有效的替代旋转导向系统的新技术， 该系统对于优化水平钻井特别有效。 如果需要一个更高的造斜率， 该系统可以灵活使用， 它能从连续旋转的模式下转换为滑动模式或常规钻进方式， 直到获得希望的造斜率而不改变其井底钻具组合。
3、适用于页岩气开发
该系统于 2008 至 2009 年开发，设计用在 6"至12 1/4"井眼尺寸，包括7 7/8"井眼，这类尺寸的井在北美很普遍，但很少由旋转导向系统提供服务。继2010年在尤因塔盆地、巴内特和鹰福特页岩地层成功现场试验后，该技术2011年被商业化引入美国的页岩气资源开发， 此后被应用到全球范围。在加拿大、俄罗斯、墨西哥和东欧地区，该技术已在各种应用中得到使用，在近50口井的钻井作业中打了超过76200米(250000英尺)。
该系统特别适合于美国非传统市场页岩气开发的低成本应用，用于垂直控制和水平钻井。在美国北达科他州巴肯页岩的一口长水平段油井的钻井作业中，作为一种替代旋转导向系统的技术，该系统在一个6"井眼中得到应用，采用了4 3/4"的井底钻具组合，91.23°的井眼最大狗腿度5.95°/30.5m(5.95°/100 英尺)，目的是减少滑动时间，钻一个平滑的井眼;钻进从2870m(9415英尺)开始，连续钻进至5984m(19632英尺)，钻井进尺超过3，000m(10，000 英尺);该系统让作业者获得了精确的导向控制，滑动时间从30%减少至8%，使钻井时间减少了7天，钻出的平滑井眼使作业者轻松完成了下套管作业，节省钻井时间和其它相关费用超过520000美元。
4、挑战地层和钻井设计
目标钻头速度(TBS)技术也很好地适用于硬地层如石灰岩和白云岩的钻井，这要求容积式马达的马力更高，使用时间更长，现场的后勤保障问题带来了成本上的挑战，维护维修复杂，昂贵的旋转导向系统被禁止使用。使用该公司的系统加12 1/4"钻头成功地在波兰钻进了一段直井眼，这段地层非常硬，从1700m(5577英尺)钻进至3200m(10498英尺)，由于地层特性的原因，花费了45天钻进了约 1500m(4921英尺)。
大部分井段的斜度保持在2°以下，一旦该工具在钻达总深度之前从井底钻具组合中被撤掉，最后的井段允许向上漂移至3.5°。钻井作业中使用了两种钻头，PDC 钻头和较便宜的三牙轮钻头。然而，已得到证明，三牙轮钻头仅仅是 PDC 钻头效率的50%，PDC 钻头能够提供更好的方向控制。
该技术还在俄罗斯Buzuluk地区的一家大石油公司的一个试验项目中被使用。该地区位于俄罗斯中西部的南乌拉尔山区，虽然拥有丰富的油气藏，但该地区地域遥远偏僻，给设备搬迁和安装带来极大的作业挑战，并且地层结构复杂，在这种情况下，使用该系统很好的使4口S型井钻到达了目标储层。
在墨西哥，使用该系统钻了7口S型和J型井，都是8 1/2"井眼。通常这类井型的设计用常规井底钻具组合钻进极为困难，原因是必须采用同样的井底钻具组合钻垂直段、造斜段和稳斜段，然后再降斜让井眼回到垂直方向，钻进至总深度。使用该系统很好的解决了技术难题，完成了钻井任务。
目标钻头速度(TBS)技术允许采用常规井底钻具组合，伴随着几乎连续的钻杆旋转方式对这些井实施钻进，这些井大部分井段的钻进钻杆旋转超过95%，其中几口井造斜和稳斜钻进超过 60°，由于井底钻具组合常常要造斜、降斜、或根据地层和井底钻具组合的依赖关系进行钻进，高角度稳斜钻进保持方向而不进行大的修正则变的非常困难。
目标钻头速度(TBS)技术的成功应用使机械钻速得到了提高，相比旋转时间滑动时间得到了减少， 在许多地区的钻井现场作业天数变的更少， 这些应用已经打开了旋转导向系统进一步扩大全球应用的机会。威德福公司的Motary Steerable定向控制系统被美国《E&P》 杂志评出 2012 年世界18项工程技术创新特别贡献奖——钻井工具奖。 在不久的将来， 公司将计划部署该技术在哥伦比亚、中东和中国推广使用，可以预见该技术发展前景非常广阔。
附 威德福钻完井工具——Motary Steerale™ 定向控制系统
威德福Motary Steerable™ 定向控制系统将两种传统技术——泥浆马达和旋转导向系统——相结合，优化定向钻井。值得一提的是，它含有一种新的导向技术——针对性的钻头速度(TBS)——能够克服常规泥浆马达所受的限制，例如旋转过程中滑钻和缺乏三维定向控制。同时，MotarySteerable 系统体现了一种用于替代RSS的更加经济的方案，同时可以传递定向的钻井性能并降低低角度应用中所暴露的风险。
Motary Steerable™ 定向控制系统是威德福广泛使用的定向钻井技术文件包中的一部分。这些技术包括组成该模块化MotarySteerable 系统(要求一个泥浆马达和随钻测量元件)的基础的元件以及该集成系统的替代元件，例如常规泥浆马达和旋转导向系统。该文件包还具有一整套补充的随钻测井和随钻测量系统。所有产品由数位全球网络定向钻井专家支持，帮助客户根据需要选择定制化技术，提供技术上和操作上的支持服务。
(1)Revolution ®RSS
采用指向式钻头技术、具有较高额定温度、较高“狗腿度”能力的With Revolution RSS 能够钻出平滑的井眼质量(即：无壁架旋转或扭曲)，促进后续完井和水力压裂操作，并且几乎可以与各类钻井液兼容，可以用在100%干气操作中。而MotarySteerable 系统在需要低造斜率(0-3°/ 100 ft (30 m) )钻井环境中能够提供经济计划的替代方案。Revolution RSS 具有极高的最大造斜率(12°/100 ft (30 m)，使其成为复杂钻井应用中的最佳选择。
(2)HyperLine™ 250马达
HyperLine 250马达产生的扭矩是常规马达的2倍。相应地，它增加的扭矩能力可以降低安装风险;帮助确保连续钻头速度从而优化钻头性能;还可以提高机械钻速。有一个专利技术的正排量马达弹性体-NBR250-能够承受极高的压差。因此推荐使用 HyperLine 250 单元作为模块 MotarySteerable 系统中所选择的马达。
图 Hyperlink 250马达示意图
(3)恶劣环境测井(HEL™)MWD系统
威德福高性能HEL MWD系统可以获取到多项数据，如工具振动和钻井振荡、井眼和环空压力、定向和工具面测量、伽马射线测量。即使是在恶劣环境中，其最大额定压力和额定温度分别为207 MPa和180°C。
图 恶劣环境测井MWD系统示意图
(4)高温方位角伽马射线(HAGR™)传感器
HEL随钻测量系统不可或缺的一部分，HAGR传感器在钻井同时使用Geiger-Muller 管道获取实时方位角伽马射线测量值;数据可以以象限或上/下格式传输用于地质导向应用中。
图 HAGR传感器示意图
