用于盘管钻探的自启动弯曲马达的制作方法

用于盘管钻探的自启动弯曲马达
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年6月12日提交的美国专利申请号16/439389的权益，该申请全文以引用方式并入本文。


背景技术：

3.在资源回收行业中，盘管是指延伸到井筒中的长管。盘管可以包括在底端处用于钻探井筒的钻探系统。盘管钻探系统可以使用定向工具和固定弯曲马达进行定向控制。使用用于钻探的盘管的限制之一是由于无法旋转盘管和对高弯折能力的需求的组合而引起的有限的到达能力。


技术实现要素：

4.本文公开了一种钻探井筒的方法。该方法包括在井筒中设置管，该管包括联接到管的定向装置和连接到该定向装置并且可由该定向装置旋转的钻探短节。该钻探短节包括驱动器，该驱动器被构造成使钻头在钻探短节的端部处旋转；壳体，该壳体具有第一节段和第二节段；以及枢转构件，该枢转构件联接到壳体的第一节段和第二节段。通过维持定向装置旋转静止，在壳体的第二节段与第一节段之间产生关于枢转构件的倾斜，以允许经由驱动器的旋转钻出井筒的弯曲节段。旋转定向装置以减小第一节段和第二节段之间的倾斜，从而允许钻出井筒的较直节段。
5.本文还公开了一种钻探系统。该钻探系统包括管；附接到该管的定向装置；具有壳体的钻探短节，该壳体具有第一节段和第二节段，其中第一节段联接到定向装置的可移动元件；设置在壳体中的轴，该轴联接到驱动器和钻头；以及枢转构件，该枢转构件联接到壳体的第一节段和第二节段，其中当定向装置旋转静止时，壳体的第二节段相对于壳体的第一节段关于枢转构件倾斜，以允许钻出井筒的弯曲节段，并且其中壳体经由定向装置的旋转减小第一节段与第二节段之间的倾斜以允许钻出井筒的较直节段。
附图说明
6.以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
7.图1示出了具有自启动弯曲(sib)钻探组件以用于钻探井筒的盘管钻探组件；
8.图2示出了sib钻探组件的钻探短节的区域的非限制性实施方案，在其上第一节段连接到第二节段；
9.图3示出了钻探短节，其中第一节段和第二节段在直位置中对齐；
10.图4示出了偏转装置的另一个非限制性实施方案，该偏转装置包括用于对第二节段启动倾斜的力施加装置；
11.图5示出了液压力施加装置的非限制性实施方案，该液压力施加装置用于在钻探短节中启动所选倾斜；
12.图6a和图6b示出了阻尼装置的细节；
13.图7示出了示出各种钻探模式下自启动弯曲(sib)组件的行为的曲线图；
14.图8至图12示出了自启动弯曲(sib)组件的慢速柱或定向装置旋转的自稳定效果；
15.图13示出了可以在钻探组件中利用的偏转装置的替代实施方案；
16.图14示出了当钻探短节已经相对于盘管的纵向轴线达到完整或最大倾斜度或倾斜角时的图13的偏转装置；
17.图15是图13的偏转装置的90度旋转视图，示出了密封液压节段；
18.图16示出了图13的偏转装置，其可被构造成包括一个或多个柔性密封件；
19.图17示出了图13的偏转装置，其包括传感器，该传感器提供与钻探短节相对于盘管的倾斜度或倾斜角有关的测量；并且
20.图18示出了图13的偏转装置，其包括传感器，该传感器提供用于沿着期望的井路径钻出井筒的信息。
具体实施方式
21.本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
22.图1示出了适用于钻探井筒的盘管钻探组件100。盘管钻探组件100包括盘管102，该盘管具有在其端部处呈自启动弯曲(sib)组件的形式的钻探短节120。盘管102通过井筒从表面位置延伸到井下位置。钻探短节120能够钻出井筒101的弯曲节段和直节段两者。钻探短节120包括壳体125，该壳体具有上部节段或第一节段104和下部节段或第二节段106。在各种实施方案中，壳体125是管状构件，并且上部节段是上管状构件，而下部节段是下管状构件。钻探短节120还包括井下驱动器，诸如设置在壳体125内的泥浆马达140。在各种实施方案中，泥浆马达140设置在壳体125的第一节段104内。泥浆马达140包括定子141和转子142。定子141机械地联接到壳体125和/或壳体125的第一节段106。当钻探液或钻探泥浆循环通过泥浆马达140时，转子142相对于定子141旋转。转子142联接到传动轴143，诸如柔性轴，该传动轴联接到设置在轴承组件145中的另一轴146。轴146穿过轴承组件145并且联接到钻头147。因此，泥浆马达140的转子142的旋转可用于经由传动轴143和轴146旋转钻头147。尽管井下驱动器被示出为泥浆马达140，但是可利用任何其它合适的驱动器来旋转钻头147。
23.壳体125机械地联接到设置在盘管102内的定向装置130或定向器。具体地，壳体106的第一节段104机械地联接到定向装置130。定向装置130可以是电子控制的。在各种实施方案中，从表面位置向定向装置130提供电信号以控制定向装置130的定向。定向装置130包括固定到盘管102的定子节段131和相对于定子节段131移动或旋转的转子节段132。
24.定向装置130可以通过各种位置切换。例如，转子节段132可以被切换成面向左侧或右侧。另外，可以使转子节段132在顺时针或逆时针方向上连续旋转。定向装置130的旋转使壳体125旋转。壳体125经由轴承组件145联接到钻头147。壳体125经由定向装置130的旋转经由壳体125和轴承组件145传递到钻头147的旋转。因此，钻头147可通过旋转泥浆马达140、壳体125或泥浆马达140和壳体125的组合来旋转。
25.壳体125的第一节段104经由枢转构件115连接到壳体125的第二节段106。在各种
实施方案中，枢转构件115穿过第一节段104中的孔和第二节段106中的孔，以便形成第一节段104与第二节段106之间的铰链连接。在图1中，示出了泥浆马达140，其中枢转构件115介于泥浆马达140和钻头147之间。然而，在其它实施方案中，泥浆马达140可以位于枢转构件115和钻头147之间。
26.在各种实施方案中，壳体125在由枢转构件115限定的选定平面内倾斜选定的量，以使钻头147沿着所选平面倾斜以允许钻出弯曲的井筒节段。具体地，壳体125中的倾斜意味着第一节段104和节段106相对于彼此形成倾斜角θ。倾斜角θ可以定义为第一节段104的纵向轴线114与第二节段106的纵向轴线116之间的角度。当钻出井筒的直节段时，纵向轴线114、116对齐或基本上对齐(即，倾斜角θ为0
°
或基本上为0
°
)。
27.如稍后参考图2至图6描述，当壳体125保持静止或不旋转或基本上不旋转时，在第一节段104与第二节段106之间启动倾斜(即，非零倾斜角)。然后可以通过旋转泥浆马达140以使钻头147旋转来钻出井筒的弯曲节段106，同时维持壳体125静止或基本上不旋转。为了减小第一节段104与第二节段106之间的倾斜角θ，壳体125本身经由定向装置130的旋转(即，定向装置130的转子节段132的旋转)而旋转。减小第一节段104与第二节段106之间的倾斜角θ，从而允许钻出井筒的直(或较直)节段。因此，当钻探短节120的壳体125被保持旋转静止同时钻头147由泥浆马达140旋转时，钻探短节120钻出井筒的弯曲节段。经由定向装置旋转壳体125使壳体125校直，从而允许钻出井筒的直节段。
28.在一个实施方案中，稳定器150设置在枢转构件115下方(即，在枢转构件与钻头147之间)。稳定器150可以用于在壳体125中启动非零倾斜角θ，并且当壳体125不旋转同时在钻出弯曲的井筒节段期间在钻头147上施加重量时，保持非零倾斜角θ。在另一个实施方案中，除了稳定器150之外或没有该稳定器的情况下在枢转构件115上方设置了稳定器152(即，其中枢转构件介于稳定器152和钻头之间)，以在枢转构件115处启动弯曲力矩并在钻出弯曲的井筒节段期间保持倾斜。在其它实施方案中，可以在枢转构件115上方和/或下方设置多于一个稳定器。可以执行建模以确定稳定器的位置和数量以达到最佳操作。
29.图2示出了钻探短节120的区域的非限制性实施方案，在其上第一节段104连接到第二节段106。参考图1和图2，在一个非限制性实施方案中，区域包括枢转构件115。枢转构件115可以是具有垂直于第二节段106的纵向轴线116的纵向轴线214的销。另选地，枢转构件115可以是球形接头。第二节段106围绕枢转构件115旋转以形成具有选定倾斜角θ的倾斜度或斜度。第二节段106在垂直于枢转构件115的纵向轴线214限定的平面内旋转。倾斜角θ的角度范围由直的端部止挡件282界定，该直的端部止挡件限定直的钻探短节120和倾斜的端部止挡件280，该倾斜的端部止挡件限定第一节段104与第二节段106之间的最大倾斜。当第二节段106相对于第一节段104校直时，直的端部止挡件282限定钻探短节120的直位置，即其中倾斜角θ为零。如图2所示，第一节段104的一部分驻留在第二节段106的一部分内。在与第二节段106一起放置的第一节段104的部分的外径与第二节段106的内径之间设置一个或多个密封件，诸如密封件284，以便将第二节段106密封在密封件284下方，以防止材料(诸如钻探液)从外部环境流入。
30.仍然参考图1和图2，在壳体125保持旋转静止的同时，可以在钻头147上施加重量，以便相对于第一节段104关于枢转构件115的枢转轴线212启动第二节段106的倾斜。枢转构件115下方的稳定器150启动枢转构件115处的弯曲力矩，并且当将重量施加在钻头147上时
还在壳体125保持旋转静止时保持倾斜。类似地，除了稳定器150之外或在没有该稳定器的情况下，稳定器152还启动弯曲力矩，并且在向钻头147施加重量时在钻出弯曲的井筒节段期间保持倾斜。在一个非限制性实施方案中，可提供阻尼装置或阻尼器240以控制当壳体125旋转静止时在壳体125中发生倾斜的速率，并且在壳体125旋转时辅助壳体125的校直。在一个非限制性实施方案中，阻尼器240可以包括活塞260和经由导管或路径260a与活塞260流体连通的补偿器250。在壳体节段270上施加力f1将导致壳体125并因此导致第二节段106关于枢转轴线212倾斜。施加与壳体节段270上的力f1的方向相反的力f1’，导致壳体节段270并因此导致钻探短节120校直。阻尼器240还可以用于在钻探短节120经由定向装置130旋转期间稳定壳体125的校直位置。参考图6a和图6b更详细地描述了阻尼装置240的操作。然而，可以利用任何其它合适的装置来减小或控制钻探短节120中关于枢转构件115的倾斜的速率。
31.现在参考图1至图3，当定向装置130旋转静止并且将重量施加在钻头147上时，将在枢转构件115处关于枢转轴线212在第一节段104与第二节段106之间启动角度。然后，井下的泥浆马达140可以旋转以使钻头147钻出井筒的弯曲节段。当钻探继续时，施加在钻头147上的连续重量增大倾斜角θ，直到倾斜角θ达到由倾斜的端部止挡件280限定的最大值。因此，在一个方面，可以由倾斜的端部止挡件280限定的倾斜角钻出弯曲节段。如果阻尼装置240包括在如图2所示的钻探组件100中，则使壳体125关于枢转构件115倾斜将导致壳体节段270在活塞260上施加力f1，从而致使流体261(诸如油)经由导管或路径260a从活塞260传递到补偿器250。流体261从活塞260到补偿器250的流动可被限制为控制倾斜的增加速率并避免下部节段290的突然倾斜，如参考图6a和图6b更详细地描述。
32.在图1和图2的特定图示中，钻头147将钻出弯曲节段。为了在钻出弯曲节段之后钻出直节段，钻探短节120可以旋转180度以移除倾斜，然后在之后经由定向装置130旋转以钻出直节段。然而，当钻探短节120旋转时，基于稳定器150和/或152的位置和井路径，井筒中的弯曲力作用在壳体125上并且在与力f1的方向相反的方向上施加力，从而使壳体125并因此使钻探短节120校直，这允许流体161从补偿器250流动到活塞260，致使活塞260向外移动。此类流体流动可能不受限制，这允许壳体125和因此下部节段106快速校直(没有实质性延迟)。活塞260的向外移动可以由被定位成与活塞260力连通的弹簧或补偿器250支撑。直的端部止挡件282限制壳体节段270的移动，使得只要钻探短节120或壳体125正在旋转，第二节段106就保持笔直。因此，图1和图2中所示的钻探短节120的实施方案在钻探短节120静止(不旋转)或基本上静止时，提供自启动倾斜，并且在钻探短节120旋转时校直其自身。图3示出了钻探短节120，其中第一节段104和第二节段106在直位置处对齐，其中壳体节段270抵靠直的端部止挡件282。
33.图4示出了偏转装置420的另一个非限制性实施方案，该偏转装置包括力施加装置，诸如弹簧450，该力施加装置在第二节段106的壳体节段270上持续施加径向向外的力f2以对下部节段或第二节段106提供或启动倾斜。在一个实施方案中，弹簧450可以放置在壳体节段270的内部与传输轴143外部的壳体节段470之间。在该实施方案中，弹簧450使壳体节段270围绕枢轴210径向向外移动到由倾斜的端部止挡件280限定的最大弯曲部。当钻探短节120旋转静止或基本上旋转静止时，在钻头147上施加重量，并且钻头147由井下的泥浆马达140旋转，钻头147将启动弯曲节段的钻探。随着钻探继续，倾斜增加到其由倾斜的端部
止挡件280限定的最大水平。为了钻出直节段，钻探组件100经由定向装置130旋转，这导致井筒在壳体270上施加力f3，从而压缩弹簧450以校直钻探组件100。当弹簧450通过施加力f3被压缩时，壳体节段270减轻活塞260上的压力，这允许流体261从补偿器250流回活塞260而没有实质性延迟，如参考图6a和图6b更详细地描述。
34.图5示出了液压力施加装置540的非限制性实施方案，该液压力施加装置用于在钻探短节120中启动所选倾斜。在一个非限制性实施方案中，力施加装置540包括活塞560和补偿装置或补偿器550。钻探短节120还可以包括阻尼装置或阻尼器，诸如图2中所示的阻尼器240。阻尼装置240可以包括活塞260和参考图2示出和描述的补偿器250。力施加装置540可被放置成与阻尼装置240相对成180度。活塞560和补偿器550彼此液压连通。在钻探期间，流体512a(诸如钻探泥浆)在压力下通过钻探短节120流动，并且经由钻探短节120与井筒之间的环形物返回表面，如流体512b所示。钻探短节120中的流体512a的压力p1比环形物中的流体512b的压力p2更大(通常大20巴-50巴)。当流体512a流过钻探短节120时，压力p1作用在补偿器550上并且相应地作用在活塞560上，而压力p2作用在补偿器250上并且相应地作用在活塞260上。因压力p1大于压力p2而跨活塞560产生压差(p1-p2)，该压差足以使活塞560径向向外移动，这将在启动倾斜的方向上推动壳体节段270。限制器562可以设置在补偿器550中以减小或控制倾斜的速率，如参考图6a和图6b更详细地描述。因此，当定向装置130旋转静止或基本上旋转静止时，活塞560缓慢地通过限制器562泄放液压流体561，直到实现最大倾斜角为止。可以选择限制器562以产生高流动阻力以防止在钻探短节的工具面波动期间可能存在的快速活塞移动，以稳定倾斜。在泥浆的循环期间始终存在压差活塞力，并且限制器562限制倾斜速率。当钻探短节120旋转(经由定向装置130的旋转)时，壳体节段270上的弯曲力矩迫使活塞560回缩，从而使钻探短节120校直，并且然后只要钻探短节120旋转，就保持钻探短节120为直的。可以将阻尼装置240的阻尼速率设置为比力施加装置540的速率更高的值，以便在钻探短节120旋转期间稳定校直位置。
35.图6a和图6b示出了阻尼装置600的某些细节，该阻尼装置与图2、图4和图5中的阻尼装置240相同。参考图2和图6a及图6b，当壳体270在活塞660上施加力f1时，其将液压流体(诸如油)从与活塞660相关联的腔室662移动到与补偿器620相关联的腔室652，如箭头610所示。限制器611限制流体从腔室662到腔室652的流动，这增加了活塞660与限制器611之间的压力，从而限制或控制倾斜的速率。当液压流体流继续通过限制器611时，倾斜继续增加，直到达到由参考图2示出和描述的端部倾斜止挡件280限定的最大水平。因此，限制器611限定倾斜的增加速率。参考图6b，当力f1从壳体270释放时，如箭头f4所示，补偿器620上的力f5经由止回阀612将来自腔室652的流体移动回活塞660的腔室662，绕过限制器611，这使得壳体270能够移动到其直位置而没有显著延迟。减压阀613可以被提供为安全特征，以避免超出液压元件的设计规格的过度压力。
36.图7示出了示出各种钻探模式下自启动弯曲(sib)组件的行为的曲线图700。曲线图700示出了沿y轴的以度计算的角度偏差和沿x轴的以英尺计算的钻探距离。示出了弯折严重程度(dls)702和井筒的倾斜角704的曲线。在0英尺至约150英尺的间隔内，在非旋转模式下用sib组件钻出井筒。非旋转模式包括用具有倾斜度的钻探短节进行钻探。在150英尺处，在旋转模式下用sib组件钻出井筒，从而校直钻探短节。
37.在非旋转模式期间，随着钻探的进展，井筒的弯折严重程度在150英尺处从约4度
增加到约23度。在旋转模式期间，钻探被校直，从而减少了约150英尺之后的弯折严重程度。井筒的倾斜角704在非旋转模式期间从约0度增加到约25度。当钻柱在旋转模式期间校直时，倾斜角减慢其增加。
38.使用sib组件允许盘管钻探组件实现高弯折角度，同时在直节段中钻探时降低摩擦。使用特征在于弯曲壳体的组件(该弯曲壳体对于直节段是直的并且对于弯曲节段是弯曲的)降低了井筒中盘管的滑动摩擦并减少了井筒曲折度。
39.图8至图12示出了自启动弯曲(sib)组件的慢速柱或定向器旋转的自稳定效果。对于这些图(基于图7)，将300英尺/小时的rop与定向器一起使用，该定向器具有每3分钟1转数的rpm。
40.在这些旋转速率下，工具面在每90秒或7.5英尺之后指向相反方向。通过以这些速率在切线节段中连续地改变工具面，定向装置不允许钻头有足够时间产生井筒的曲率或曲折度。基于图7的曲线图，7.5英尺后的弯折严重程度为约最大弯折严重程度的10％。因此，在非常粗糙且保守的评估中，井筒的曲折度可以保持小至用常规固定弯曲马达产生的曲折度的10％。
41.图8示出了具有显著倾斜(高倾斜角)并且设置在直井筒中的sib组件。sib组件包括稳定器802、稳定器824、枢转构件810和钻头825。sib组件从定向装置缓慢旋转，并且其中钻头另外由泥浆马达旋转。
42.图9和图10示出了用维持图8的高倾斜角的sib组件执行的钻探过程。图9示出了钻头825瞬时切除岩石切割905。如图10所示，由于钻头825在瞬时方向上切割岩石的速度快于定向装置可从该瞬时方向移动钻头的速度，因此井筒略微偏离，从而远离图8中的直线方向形成微弯折1005。
43.图11和图12示出了井筒钻探，其中sib组件已经从其在图8、图9和图10中的方向旋转180度。在图11和图12的构造中，一对反作用力(fr)被施加到sib组件，该sib组件校直弯曲部并保持sib组件的直位置直到工具面静止的时间。
44.图13示出了可以在钻探组件中利用的偏转装置1300的替代实施方案，诸如图1所示的钻探组件100。偏转装置1300包括具有垂直于工具轴线1312的销轴线1314的销1310。销1310由支撑构件1350支撑。偏转装置1300连接到钻探短节1390并且包括壳体1370。壳体1370包括内部弯曲或球形表面1371，该内部弯曲或球形表面在支撑构件1350的外部配合弯曲或球形表面1351上方移动。偏转装置1300还包括密封机构1340，用于将润滑流体(内部流体)1332与外部压力和流体分离或隔离(流体1322a在钻探组件内部而流体1322b在钻探组件外部)。在一个实施方案中，偏转装置1300包括凹槽或腔室1330，该凹槽或腔室接受流体1322a或1322b的压力并经由内部流体腔室1334的可移动密封件将该压力传递到润滑流体1332，该内部流体腔室与表面1351和1371流体连通。浮动密封件1335向腔室1334提供压力补偿。放置在壳体1370的内表面1371周围的凹槽1374中的密封件1372将流体1332与外部环境密封或隔离。另选地，密封构件1372可以放置在支撑构件1350的外表面1351周围的凹槽内。在这些构造中，表面1371的中心1370c与销1310的中心1310c相同或大致相同。在图13的实施方案中，当下部节段1390关于销1310倾斜时，表面1371与密封构件1372一起在表面1351上方移动。如果密封件1372设置在表面1351内部，则密封构件1372将与支撑构件1350一起保持静止。
45.密封机构1340还包括将润滑流体1332与外部压力和外部流体1322b隔离的密封件。在图13所示的实施方案中，该密封件包括与下部节段1390相关联的外部弯曲或圆形表面1391，该下部节段在上部节段1320的固定配合弯曲或圆形表面1321下移动，该上部节段可以是图1的盘管102。放置在表面1321内部周围的凹槽1326中的密封构件(诸如o形环1324)将润滑流体1332与外部压力和流体1322b阻隔。当下部节段关于销1310倾斜时，表面1391在表面1321下移动，其中密封件1324保持静止。另选地，密封件1324可以放置在外表面1391内，并且在这种情况下，这样的密封件将与表面1391一起移动。
46.因此，本公开提供了一种密封偏转装置，其中钻探短节1390相对于盘管1320关于密封的润滑表面倾斜。在一个实施方案中，钻探短节1390可被构造成使得下部节段1390能够相对于盘管1320达到完全直的位置。在这种构造中，工具轴线1312和下部节段1390的轴线1317彼此对齐。在另一个实施方案中，下部节段1390可被构造成提供下部节段1390相对于上部节段或盘管1320的永久最小倾斜度，诸如图13中示出的倾斜度a
min
。与下部节段的无初始倾斜度相比，这种倾斜度可以辅助下部节段1390从倾斜度amin的初始位置倾斜到期望的倾斜度。例如，最小倾斜度可以是0.2度或更大，对于大多数钻探操作可能是足够的。
47.图14示出了当钻探短节1390已经相对于盘管1320的纵向轴线达到完整或最大倾斜度或倾斜角a
max
时的图13的偏转装置1300。在一个实施方案中，当钻探短节1390继续关于销1310倾斜时，钻探短节1390的表面1490由盘管1320的表面/肩部1420停止。表面1490与1420之间的间隙1450限定最大倾斜角a
max
。提供端口1430以用润滑流体1332填充腔室1334(图13)。在一个实施方案中，提供压力连通端口1431以允许钻探组件外部的流体1322b与腔室1330和内部流体腔室1334的压力经由浮动密封件1335压力连通。在图14中，肩部1420用作倾斜端部止挡件。内部流体腔室1334也可以用作阻尼装置。在由最大倾斜角a
max
限定的最大倾斜位置，阻尼装置使用在间隙1450处存在的流体，如图14中所示，该流体在倾斜度朝向a
min
减小时，从间隙1450强制流出或挤出。合适的流体通道被设计成在间隙1450的两侧与通过偏转装置的移动交换流体体积的流体腔室1334的其它区域之间允许或限制流动。为了支持阻尼，可以添加合适的密封件、间隙尺寸或迷宫式密封件。可以例如选择润滑流体1332的特性，诸如密度和粘度，以调整阻尼参数。
48.图15是图13的偏转装置1300的90度旋转视图，示出了偏转装置1300的密封液压节段1500。在一个非限制性实施方案中，密封液压节段1500包括填充有润滑剂1520的储存器或腔室1510，该储存器或腔室经由某些流体流动路径与偏转装置1300中的每个密封件流体连通。在图15中，流体路径1532a向外部密封件1324提供润滑剂1520，流体路径1532b向销1310周围的固定密封件1540提供润滑剂1320，并且流体流动路径1532c向内部密封件1372提供润滑剂1520。在图15的构造中，密封件1372将润滑剂与流经盘管1320和钻探短节1390的钻探液1322a造成的污染隔离，并且与盘管1320和钻探短节1390内的钻探液1322a的压力p1隔离，该压力高于钻探操作期间盘管1320和钻探短节1390外部上的压力p2。密封件1324将润滑剂1520与外部流体1322b造成的污染隔离。在一个实施方案中，密封件1324可以是波纹管密封件。柔性波纹管密封件可以用作压力补偿装置(而不是使用专用装置，诸如，如参考图13和图14描述的浮动密封件1335)以将压力从流体1322b传送到润滑剂1520。密封件1325将润滑剂1520与外部流体1322b造成的以及销1310周围的污染隔离。密封件1325允许销1310与钻探短节1390之间的差异移动。密封件1325还通过流体流动路径1532c与润滑剂
1520流体连通。由于流体1322b和润滑剂1520之间的压力通过密封件1324均衡，因此销密封件1325不会隔离两个压力水平，从而实现动态密封功能的更长使用寿命，诸如针对密封件1325。
49.图16示出了图13的偏转装置1300，其可被构造成包括一个或多个柔性密封件，以将动态密封件1324和1372与钻探液隔离。柔性密封件是在此类密封件内部的润滑剂体积分别增加和减小的情况下膨胀和收缩的任何密封件，并且其允许在期望密封的部件之间移动。可以利用任何合适的柔性件，包括但不限于波纹管密封件和柔性橡胶密封件。在图16的构造中，柔性密封件1620设置在动态密封件1324周围，该动态密封件将密封件1324与盘管1320和钻探短节1390的外部上的流体1322b隔离。柔性密封件1630设置在动态密封件1372周围，该动态密封件将密封件1372与盘管1320和钻探短节1390内部的流体1322a阻隔。根据本文公开制造的偏转装置可被构造成单个密封件，诸如密封件1372，该单个密封件将流过钻探组件内部的流体及其压力与钻探组件外部上的流体隔离；第二密封件，诸如密封件1324，其将外部流体与偏转装置1300的内部流体或部件隔离；一个或多个柔性密封件，其用于隔离一个或多个其它密封件，诸如动态密封件1324和1372；以及润滑剂储存器，例如储存器1620(图16)，其由至少两个密封件封闭以润滑偏转装置1300的各个密封件。
50.图17示出了图13的偏转装置1300，其在一个方面包括传感器1710，该传感器提供与钻探短节1390相对于盘管1320的倾斜度或倾斜角有关的测量。在一个非限制性实施方案中，传感器1710(在本文中也称为倾斜传感器)可以沿着、关于销1310放置，或至少部分地嵌入该销。任何合适的传感器可以用作传感器1710以确定倾斜度或倾斜角，包括但不限于角度传感器、霍尔效应传感器、磁传感器和接触或触觉传感器。此类传感器还可以用于确定倾斜度变化的速率。如果此类传感器包括彼此面对或相对于彼此移动的两个部件，则可以将一个这样的部件放置在销1310的外表面1310a上、沿着该外表面放置或嵌入该外表面，并且另一个部件可以放置在销1310周围移动或旋转的下部节段1390的内部1390a上、沿着该内部放置或嵌入该内部。在另一方面，距离传感器1720可以放置在例如间隙1740中，该间隙提供关于间隙1740的距离或长度的测量。间隙长度测量可用于确定倾斜度或倾斜角或倾斜度变化的速率。另外，一个或多个传感器1750可以放置在间隙1740中以提供与钻探短节1390在盘管1320上施加的力的量以及与该力之间的接触的存在相关的信号。
51.图18示出了图13的偏转装置1300，其包括在盘管1320的节段1440中的传感器1810，该传感器提供关于钻探组件参数以及井筒参数的信息，该信息可用于沿着期望的井路径钻出井筒，有时该井路径在本领域中称为“地质导向”。一些此类传感器可以包括提供与诸如工具面、倾斜角(重力)和方向(磁性)等参数相关的测量的传感器。加速度计、磁力计和陀螺仪可用于此类参数。另外，振动传感器可以位于位置1840处。在一个非限制性实施方案中，节段1840可以位于接近端部止挡件1845的盘管1320中。然而，传感器1810可以位于钻探组件中在偏转装置1300上方或下方或钻头中的任何其它合适的位置。另外，传感器1850可以放置在销1310中，用于提供关于偏转装置1300的某些物理条件的信息，包括但不限于扭矩、弯曲和重量。此类传感器可以放置在销1310中和/或周围，因为与此类参数有关的相关力通过销1310传递。
52.下面示出了前述公开的一些实施方案：
53.实施方案1。一种钻探井筒的方法。所述方法包括在所述井筒中设置管，所述管包
括联接到所述管的定向装置和连接到所述定向装置并且可由所述定向装置旋转的钻探短节。所述钻探短节包括驱动器，所述驱动器被构造成使钻头在所述钻探短节的端部旋转；壳体，所述壳体具有第一节段和第二节段；以及枢转构件，所述枢转构件联接到所述壳体的所述第一节段和所述第二节段。通过维持所述定向装置旋转静止，在所述第二节段与所述壳体的所述第一节段之间产生关于所述枢转构件的倾斜，以允许经由所述驱动器的旋转钻出所述井筒的弯曲节段。旋转所述定向装置以减小所述第一节段和所述第二节段之间的所述倾斜，从而允许钻出所述井筒的较直节段。
54.实施方案2。根据任何前述实施方案所述的方法，其中所述定向装置包括能够附接到所述管的定子节段，以及能够相对于所述定子节段旋转的转子节段，所述钻探短节联接到所述转子节段。
55.实施方案3。根据任何前述实施方案所述的方法，还包括使所述定向装置旋转以使所述转子节段在顺时针方向和逆时针方向中的一者上旋转。
56.实施方案4。根据任何前述实施方案所述的方法，还包括经由所述定向装置倒置所述壳体的工具面方向以减小所述井筒的曲折度。
57.实施方案5。根据任何前述实施方案所述的方法，还包括当在所述钻探组件上施加轴向负载时启动所述倾斜。
58.实施方案6。根据任何前述实施方案所述的方法，还包括经由力施加装置启动所述倾斜。
59.实施方案7。根据任何前述实施方案所述的方法，其中所述力施加装置选自：(i)弹簧，所述弹簧在所述第二节段上施加力；和(ii)液压装置，所述液压装置响应于压差在所述第二节段上施加力。
60.实施方案8。一种钻探系统，所述钻探系统包括管；附接到所述管的定向装置；具有壳体的钻探短节，所述壳体具有第一节段和第二节段，其中所述第一节段联接到所述定向装置的可移动元件；设置在所述壳体中的轴，所述轴联接到所述驱动器和所述钻头；以及枢转构件，所述枢转构件联接到所述壳体的所述第一节段和所述第二节段，其中当所述定向装置旋转静止时，所述壳体的所述第二节段相对于所述壳体的所述第一节段关于所述枢转构件倾斜，以允许钻出所述井筒的弯曲节段，并且其中所述壳体经由所述定向装置的旋转减小所述第一节段与所述第二节段之间的所述倾斜以允许钻出所述井筒的较直节段。
61.实施方案9。根据任何前述实施方案所述的系统，其中所述定向装置包括附接到所述管的定子节段，以及可相对于所述定子节段旋转的转子节段，所述钻探短节联接到所述转子节段。
62.实施方案10。根据任何前述实施方案所述的系统，其中所述定向装置能够在以下方向中的至少一者上旋转所述转子节段：顺时针方向和逆时针方向。
63.实施方案11。根据任何前述实施方案所述的系统，其中所述定向装置被构造成使所述壳体的工具面方向倒置以减小所述井筒的曲折度。
64.实施方案12。根据任何前述实施方案所述的系统，其中所述枢转构件选自：(i)销；和(ii)球形接头。
65.实施方案13。根据任何前述实施方案所述的系统，其中所述壳体被进一步构造成当在所述钻探组件上施加轴向负载时启动所述倾斜。
66.实施方案14。根据任何前述实施方案所述的系统，还包括力施加装置，所述力施加装置在所述壳体上施加力以启动所述倾斜。
67.实施方案15。根据任何前述实施方案所述的系统，其中所述力施加装置选自：(i)弹簧，所述弹簧在所述第二节段上施加力；和(ii)液压装置，所述液压装置响应于压差在所述第二节段上施加力。
68.实施方案16。根据任何前述实施方案所述的系统，还包括倾斜传感器，所述倾斜传感器提供与所述管和所述钻探短节之间的所述倾斜有关的测量。
69.实施方案17。根据任何前述实施方案所述的系统，还包括定向传感器，所述定向传感器提供与所述钻探短节的方向有关的测量。
70.实施方案18。根据任何前述实施方案所述的系统，还包括力传感器，所述力传感器提供与由所述钻探短节在所述管上施加的力有关的测量。
71.实施方案19。根据任何前述实施方案所述的系统，还包括至少一个密封件，所述至少一个密封件密封所述枢转构件的表面的至少一部分。
72.实施方案20。根据任何前述实施方案所述的系统，还包括阻尼装置，所述阻尼装置被构造成抑制所述倾斜的变化。
73.在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。
74.虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。