常规的旋转导向钻井过程需要人工连续发送指令来控制井眼轨迹从直井段到造斜段再到稳斜段和水平段。每一次指令序列包括多个来自地质导向工程师的干涉和下行命令，用于实现导向力和工具面方向调整和数据测量等功能。指令从地面传至井下钻具组合（BHA）以及井下数据传输至地面的过程被称为控制环路时间（control-loop time），该时间可以长达20分钟，非常不利于定向钻井过程的实时决策与控制。
斯伦贝谢研发了自主定向钻井（autonomous directional drilling，简称ADD）技术，旨在解决控制环路时间和井下数据传输至地面出现延迟的问题（如图1）。先进的井下工具组件可以评价获取的数据并及时作出反馈（频率为1Hz），即使进入非储层段或在恶劣的井下环境中也不受影响。ADD技术实现了任意井段的自动导向功能，有效减少了控制环路时间，提高了井眼轨迹控制精确度和平滑度，帮助作业者获得了更好地经济效益。
具体来说，ADD技术通过将人工手动模式的所有指令步骤整合到一个井下自主控制过程中。该过程首先由定向钻井工程师向井下发出钻井方案中要求的狗腿度和工具面角指令，近钻头导向系统或旋转导向系统接收到指令后自行调整导向力和工具面，使其与设计方案中的狗腿度和工具面角匹配。该自主定向钻井BHA采用了完全集成的数据架构，消除了筒仓式的、相互独立的工作流程，协调了建井过程中的各个方面。
此外，近钻头处安装有传感器（三轴测斜仪和三轴磁力仪）来监测BHA的井斜角和方位角。结合井下机械钻速数据，自主控制装置使得井下工具可以计算其每个动作结束后的狗腿度和工具面角。工具每一秒钟都可以调整其导向参数，使得实际井眼轨迹尽量与设计轨迹重合。该技术使得井下工具在不通过地面控制的情况下自主运行，这使得控制环路时间大大缩短。与地面人为控制情况相比，井眼轨迹迂曲度大大减小。
图1 斯伦贝谢自主定向钻井技术
ADD包括四个核心技术：智能设计、智能执行、地面自动化和井下自动化。
智能设计。建井过程的第一步就是钻井设计。ADD综合应用了斯伦贝谢DrillPlan钻井设计技术、云计算和机器学习模型，帮助钻井工程师从先前的钻井作业中获得数据和经验，确保BHA做出最优响应，使实际井眼轨迹尽量与设计轨迹一致。该工作流程将IDEAS集成动态设计、分析平台与数据工作流（data pipelines）技术相结合，为BHA和井眼轨迹优化以及数字化钻井程序提供技术支撑。
智能执行。数字化钻井程序用于驱动“定向钻井顾问（directional drilling adviser，简称DDA）”。DDA是一个全自动系统，其作用是在导向和控制井眼轨迹过程中，代替定向钻井工程师完成分析任务。该系统不仅可以监测钻井环境变化，捕捉实时的地面和井下数据，还可以确定实际和设计的井筒位置。通过对比智能设计中得到的轨迹目标、BHA最优工作参数等数据，可以在导向过程中调整钻井参数，以保证能够命中甜点目标，同时确保未钻区域的目标和深度位置满足作业者的要求。
DDA支持螺杆钻具钻井、旋转导向钻井和近钻头旋转导向钻井等多种模式，不受工具或井眼尺寸影响。DDA一般部署于边端，具有可支持远程操作的并行本地云工作流，可为区块所有相关技术人员提供一致、可重复的定向钻井数据。
地面自动化。该系统利用数字化钻井程序驱动边端相关的工作流（比如智能遥测解调、自动测量管理、智能报警、钻井监测等），为远程工程师提供了数据和分析基础，保证了井场与办公室间的无缝关联，有利于专家进行远程决策。与DDA的直接关联使得在任何地方都可以发送数字指令，确保钻井过程中关键角色（如钻井工程师）始终处于主导地位。
自动化管理工作流不仅可以帮助钻井工程师了解钻井故障和钻井性能（如冲击、振动、机械钻速优化等）方面的情况，而且可以对钻井施工参数进行优先级的排序和管理。
井下自动化。过去研究人员一直专注于增加新的功能或优化算法来提高井下导向系统的性能。ADD技术发展初期仅具有井斜角自动化控制功能，目前已具备更完善、更先进的功能，比如自动垂直钻井功能，钻井工程师可以完全依靠该功能保证井筒垂直，而不需要任何人为干预。下一步研究的主要挑战是如何提升处理稳斜和水平剖面以及同时保持和控制井斜角、方位角的能力。
2020年，ADD数字采集系统已在超过750口井中得到应用，累计井下作业超过120000小时。在二叠纪盆地，作业者应用ADD系统在14口井进行倾斜段钻进和侧钻，与人为控制钻进的临井相比，其中7口井的数据井下传输时间减少55%，另外7口井减少42%。自主定向钻井过程中，机械钻速分别提高8%～39%。其中10口井在高转速、强冲击和振动的钻井环境下，依然形成了平滑的钻井轨迹。
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