自上世紀 90 年代末以來，旋轉導向系統（RSS）已使鉆井技術實現了革命性突破，對定向鉆井能鉆多遠（多長的水平位移）給出了新的定義。大位移鉆井、分支井和深水鉆井已進入新的高效能階段，井位布局更加密集，井眼軌跡更加接近，油層開發進入到更高的凈增長階段。然而，在目前普遍 6.5° /30m 造斜率的情況下，常常迫使油氣開發商因造斜率限制不得不改變計劃，更改設計以適應受限的造斜率。
 
高造斜率旋轉導向系統成功研發
 
頁巖鉆井的興起將旋轉導向系統帶入一個更高水平的開發階段，在保持現有租賃價格的前提下，還要鉆出最長的斜深，作為回應這種需求，一種新的造斜率在 15° / 30m 的旋轉導向系統RSS 被研發成功。在一些井的鉆井作業中，新開發的 RSS 系統可一次下井鉆完垂直段、造斜段和水平段。新旋轉導向系統（RSS）對筒體進行了改進，使其井壁接觸面更長，其更短的三點幾何形體設計，能打出更短半徑或更高曲率的造斜井段。
 
石油公司在傳統定向作業的過程中已經體會到了高造斜率的好處。在一些定向鉆井作業中，高造斜率鉆曲線段就意味著減少鉆井進尺，避免某些復雜地層的定向作業，節省時間和成本。此外，高造斜率鉆井能力也意味著在地質構造或地層發生變化時也能取得更快的鉆井速度。
 
貝克休斯開發的 AutoTrakeXact 高造斜率旋轉導向系統主要用于傳統的鉆井市場，在那些需要高造斜率同時還要采集 LWD 數據的區塊，一個高造斜率旋轉導向與一個優化的井底鉆具組合協同使用可讓石油公司打出造斜率達 12° / 30m 的曲線段。2014 年 9月，新 RSS 系統已在中東和北美多口井得到了應用，包括在極軟和極疏松地層的鉆井作業中。貝克休斯的 AutoTrck eXact 在AutoTrck Curve 高 造 斜 率 旋 轉 導向的基礎上設計研發，是一種既能與LWD 兼容又能進行地層評價（FE）的高造斜率旋轉導向系統。
 
該系統研發過程遇到兩個挑戰，首先，要開發和整合一個超越 AutoTrck Curve 平臺，并能與 LWD/FE 設備通信的 RSS 導向裝置兼容。其次，由于設計和內在物理特性因素，LWD/FE 設備通常能夠處理的狗腿度僅限于6.5° / 30m以內。 此外，對 AutoTrak Curve 的導向裝置進行更深層次的研究與開發，使其能與貝克休斯各類 LWD/FE 產品完全兼容，研發包括通信系統的適應性以及大范圍的平臺集成與測試。為了解決 LWD/FE 與更高狗腿度相互兼容問題，對各種井底鉆具組合進行廣泛的有限元分析，得出一個經優化可用于更高造斜率和狗腿度的標準井底鉆具組合方案。
 
新 RSS 系統機械鉆速快造斜性能高
 
2014 年年末，新設計的 RSS 系統在中東進行了一次現場試驗，這次試驗的挑戰是驗證從垂直井段向預定方向的造斜能力，打出一個連續一致的 7° / 30m 以上的造斜率曲線，直到井眼著陸在水平起始點。由于造斜段要穿過多個不同地層，包括一些非常軟的地層，要實現希望的造斜率是非常困難的。在過去，需采用限制機械鉆速的方法來達到希望的造斜率，而新系統擺脫了這種困擾，為每口井節省了兩天時間。
 
鉆開水泥塞是這次試驗的目標，向西開窗，保持一個 3°的切線段，用來安置一個電潛泵（ESP）系統，接著開始打造斜段，保持 7° / 30m 以上的造斜率，同時以平均機械鉆速 10.67m/hr 以上的速度造斜鉆進。由于在使用RSS 時加入了扶正器，石油公司還能獲得一個縮短地層評價工具距離的好處，通過去除井底鉆具組合中額外的轉換短節，測量傳感器與 FE 傳感器也可移到距鉆頭更近的位置。所有的目標都成功實現，工具按設計方位精確地保持3°的切線段，讓電潛泵設定在一個順暢或不受阻礙的套管段。除此之外，工具還保持了要求的 10.67m/hr. 的機械鉆速，一些地層的鉆進甚至超過了這個機械鉆速，并在一些挑戰性地層保持了8° / 30m 以上的造斜率。
 
在其它一些地層，觀察到造斜率在10° / 30m 以上，有時要求減小施加在旋轉導向工具上的力矩，以避免出現超出設計的狗腿度，在使用貝克休斯旁路促動器（Bypass Actuator system）鉆進時調整了這個力矩的變化，因此不需要停下來調整工具的參數。提高造斜率會讓石油公司設計更短的造斜段和更長的儲層暴露段， 預計會節省3天時間，包括一次預計的起下鉆，相當于節省約12 萬美元的成本。另外，一個圓滑順暢的井筒也會帶來順利的起下鉆和下套管作業。 新 RSS 系統可精確穿過松軟地層
 
中東一家石油公司面臨的一個挑戰是要在一個極軟的疏松砂巖地層進行鉆井作業。地質要求的目標井眼軌跡非常精確，會鉆遇不確定和潛在的斷層構造。該公司的目標是盡可能快速在一個很短的井段開窗造斜，且只允許井眼軌跡上下偏差為 0.9m 和 0.6m，向左或向右打出一個 10m 的造斜井段。石油公司還想用同樣的工具一次下井進行裸眼側鉆，鉆出最大儲層接觸面的井眼軌跡。
 
這些井使用了新的 RSS 系統，并根據鉆井的設計對鉆頭和井底鉆具組合進行了詳細分析和優化。約 1,100m的水平段以兩次計劃的水平鉆進完成鉆井作業，從地質角度上看兩次定向水平鉆進實現了 100% 的軌跡控制，精確地穿過目標儲層，并保持井眼軌跡符合設計要求。 兩個井段鉆進， 包括側鉆井段，鉆井時間少于 19 小時。裸眼側鉆期間沒有進行起下鉆，僅用 50 分鐘就完成了。鉆遇極松軟的地層，RSS 增強的導向能力和優化的軌跡控制能力都能得到充分驗證。
 
之前該油田同樣的兩個井段需要兩天才能鉆完，常規的 RSS 在這樣一個地層已經歷過類似的挑戰，就是以設計軌跡命中目標油層。在貝克休斯鉆頭的協力下，新 RSS 系統能夠打出機械鉆速 244m/hr 的驕人成績。當然，以這樣的機械鉆速鉆進和短距離開窗造斜是有挑戰的，由于貝克休斯的 AutoTrak采用了閉環控制系統，這使得戰勝上述挑戰成為可能。除新設計的筒體和增強的導向力矩使新 RSS 系統具有更高的穩定性和連續的定向控制能力外，還創下了油田新的鉆井紀錄，改變了RSS 在這樣具有挑戰的環境下的鉆井能力及效率。