作为一种渐进腔式泵，俗称“容积式马达或泥浆马达”，RST利用钻头与岩层接触面产生的扭矩驱动马达转子旋转，在马达转子与定子的接触面产生压力，实现扭矩的有效传递。当需要修正井眼轨迹时，司钻会降低钻具的右旋转速度，直至这个转速与钻头扭矩驱动泥浆马达下部组件左旋的转速相匹配，从而使BHAs的相对旋转为零。这个过程类似于在*的自动人行道上朝着错误的方向行走一样，如果你的行走速度与传送带的速度相同，那么相对于航站楼来说你就保持着静止状态。同样地，通过平衡这些旋转力，也就是平衡钻具的旋转扭矩与钻头产生的反扭距，RST就能精准修正钻头的钻进方向，实现井眼轨迹按设计要求钻进，与此同时，还能保持全钻具旋转带来的降低摩阻的效果。图4给出了RST与先前图2和图3摩阻变化的对比。RST与钻头之间的摩阻是一个已知且恒定的数值
 
 
图4
    井眼方向修正后，司钻只需在地面提高钻具转速，即可恢复BHAs的右旋转速，恢复正常钻井作业。再以机场自动人行道的比喻来描述一下，当你暂时调整步伐以匹配自动人行道的运动速度从而保持静止后，加快行走的速度就能再次向前移动。同样，随着司钻在地面提高钻具转速，BHA会重新开始旋转，使钻进连续进行。其结果是：RST上方的钻具与BHA下方钻头之间形成了一个转速差，就像你走在机场自动人行道上前进的速度是你的步速与传送带速度之差或差值一样。 
 
    RST由四部分组件构成：轴承组件、传动装置、泥浆马达部分和扭矩控制短节。见图10（RST工具的井下端朝右。该工具的短节组件在顶部被拆分。输入轴与底部短节之间标注了传感器的位置）。泥浆马达的核心部件是转子和定子。RST采用全孔径设计，仅产生微小的压降，压降基本相当于工具内孔径缩减所产生的压降值。 
 
    RST可直接组装到井底钻具组合BHA中，建议在该工具下方最大施加9吨的钻压，并将钻压控制在9吨之内。为了实现这一目标，通常建议采用加重钻杆予以辅助，将RST安置在钻头上方60m至120m的位置。早期的工具设计将RST直接安置在了MWD（随钻测量）工具的上方，以便更靠近钻头；不过，这种布局会导致马达工具面的控制出现难以驾驭的输入反应。在该工具下方增加钻压可起到一个惯性阻尼器的作用，它能稳定并抑制泥浆马达产生的反扭矩。这种设计减少了滑动钻进期间为保持马达工具面所需调整方位的次数和幅度。
 
    与传统泥浆马达钻进相比，从旋转模式切换至导向模式的操作流程得到了大幅度的简化。滑动钻进期间，ROP会略有下降，开始施加钻压/释放钻具。随后将钻具转速降至目标值，确保在此过程中持续稳定地传递钻压至关重要。一旦建立了稳定的工具面，就可通过增加压差的方法而使BHA向左转动，或逐渐提高转速来促使BHA移动。该过程简化了执行滑动钻进所需的参数输入，因为转速和持续松弛的下放控制更为便捷。
 
    要结束导向井段，就要确保钻头施加的钻压未向外倾斜，然后逐渐提高转速。该操作步骤可遵循重新确定的从滑动钻进转换为旋转钻进的准则或操作指南，例如降低转速、直至泥浆马达的弯曲部分完全进入了新钻出的井眼中。
 
    在钻头不离开井底的情况下由旋转钻进转换为滑动导向钻进，或完成导向井段滑动钻进后再转换为旋转钻进的过程可能是一个有争议的话题，争议的重点是钻头不离开井底。考虑到该工具在导向钻进时有降低井眼摩阻的作用，以及其具有与BHA解耦的行为，所以相互转换的过程通常不会产生剧烈的扭矩振荡或冲击。RST测试中，在工具两端各安装了一个高频传感器：一端与输入轴连接，与钻具的转速一致，另一端与底部短节连接，与BHA的转速一致。图11（从旋转切换至滑动、然后再切换回旋转的1秒钟的传感数据。所有的三个图在12分钟的时间间隔内保持着时间的同步。第一个图显示的是两个传感器的井下转速，顶驱转速与顶部传感器的数据高度吻合。其余两张图呈现的是工具两端平均的振动数据）展示了一个从旋转钻进转换为滑动钻进、再转回旋转钻进的典型示例。
 
早期的采纳案例
 
    Bison IV Operating公司确定了一次使用RST的案例，在一个BHA中采用RST技术钻至目标井深的场景，无需起钻起出FRT，从而提高了水平段更深处滑动钻进的效率。初步的论述始于2023年第四季度，但当时DTI（Drilling Tools International）公司不确定RST工具的库存水平能否跟上Bison IV 公司的钻井计划。2024年第一季度末，在评估和扩大产能后，DTI公司重新与Bison IV公司接洽，商讨决定加大推进力度，实施现场试用工作。
 
项目启动初期，Bison IV公司从钻穿套管鞋到钻至总井深，平均用时5.5天，见图5【采用RST之前，同区块的8口井，钻井周期（天数）与井深（英尺）的图示】。几口井的采样数据大都在单井施工后期因普遍存在的滑动钻进降速的问题而使钻进速度减慢，从而延长的钻井周期。
 
图5
    在最初的试用中，RST仅专注于水平井段的钻进，因为已知的滑动钻进问题可通过该技术加以改进，因此，RST此前从未用于钻垂直段、造斜段。钻完造斜段后，为了安装RST，采用了通常用于与FRT上提相同的操作方法，对BHA进行了短起下操作。前两口井的试用结果表明，该工具显著提高了水平井段滑动钻进的效率，与传统的同区块井相比取得了预期的性能提高，见图6（传统泥浆马达的BHA与带有RST功能的BHA，在2000 ft长的水平段滑动钻进ROPs的数据对比，红色代表传统泥浆马达BHA导向所钻的井的数据，蓝色代表RST工具所钻的井的数据）。随着BHA向更深的水平段钻进，ROP的下降幅度明显小于典型的泥浆马达BHAs的钻进表现。这种ROP的下降趋势在越来越深的水平段钻进过程中变得并不那么明显。
 
 
图6
    下一个目标是采用RST从钻穿套管鞋到钻至总井深而不进行起下钻的全程钻进。试验初期的挑战之一是确保井下钻铤的RPMs始终在目标参数范围内。为了解决这个问题，现场技术团队通过MWD工具在预定的井段间隔对钻铤的RPMs进行了监测，确认其不超过限值。该方法被证明是有效的，随着压差的增加可实现实时的性能优化。通过相应地调整地面转速，确保BHA在整个钻进过程中保持所需的转速。
 
    通过不断的采用RST实施定向钻井，以稳定的速度钻进，在朝着目标井深钻进过程中钻井速度几乎没有因滑动性能变差、RST带来的旋转/滑动转换段较少以及其它优势使水平段末端滑动钻进降速明显，图7是采用RST钻的43口井，钻井天数与所钻井深的示意图。
 
图7
    另一个观察到的有助于缩短钻井周期的优势是在水平段钻进过程中非计划的起下钻次数得到了减少，见图8（采样井的数据汇总到了所钻水平段的进尺中，包含非计划的起下钻小时数以及每一个非计划的起下钻小时对应所钻的水平段的进尺）。在采用RST钻的43口井，水平段钻进期间非计划起下钻的总时间与8口采样井的记录的时间相当。这归因于工具可靠性的提升，还可能得益于BHA与钻具的解耦行为、滑动钻进操作的一致性、FRT的消除、以及旋转钻进转换为滑动钻进或滑动钻进转换为旋转钻进的平滑操作。
 
 
图8
结论
Bison Oil Gas IV油气勘探开发公司率先在美国中部的丹佛-朱尔斯堡盆地采用了RST技术，奠定了该公司在钻井创新领域的领军地位。该公司对这项技术的早期投资不仅提高了作业效率，也为该地区的油气钻探树立了新的业绩标杆。其他运营商也随之跟进纷纷效仿，开始采用RST技术复制Bison IV公司的成功经验，这充分证明了该工具的卓越性能和行业价值。这种广泛的应用与实践，彰显了Bison IV公司作为前瞻型企业的声誉，他们始终拥抱前沿技术，通过创新方法不断提高企业的运营效率和业绩。
 
    通过工具的持续使用加上不断地对其进行改进，从三开钻穿套管鞋开始到完成总井深的钻进，平均钻井周期从用时5.5天降至3.5天，缩短了两天，见图9（传统泥浆马达与配有RST工具的BHAs所钻井的数据对比，按100英尺深的间隔汇总的天数-深度曲线走势，采样的RST工具钻的井为蓝色，传统泥浆马达钻的井为红色）。大部分的性能提升出现在水平段的钻进过程，其中水平段后半程的性能提升更为显著。 
 
 
图9
 
 
图10
 
 
图11
 
随着行业技术的不断进步，像RST这样创新的井下工具，其应用将会对下一代钻井技术的发展起到关键作用。通过突破传统泥浆马达BHA的钻井极限并拓展其功能，石油公司或运营商能实现更高效率、更低成本的定向钻井施工，并为复杂井的设计开辟了新机遇。