CN108495974A - 用于提供对钻井装备的方向控制的设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提供了一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备，其包括：液压泵(20)，该液压泵具有输入轴(21)，用于从钻杆(1)接收输入扭矩并且在使用时连接至钻井头；和控制装置，该控制装置用于改变流经所述泵的流体的流速。该控制装置包括：闭环充油系统，该闭环充油系统包括所述液压泵(20)和主阀(30)，其中，来自所述泵的油在返回到泵输入端之前穿过所述主阀；和孔口控制系统(40)，该孔口控制系统能够操作成响应于来自控制处理器的输入信号来控制所述主阀的位置。

Description

用于提供对钻井装备的方向控制的设备

技术领域

本发明涉及一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备以及提供对钻井装备的方向控制的方法。

背景技术

在钻出井眼的过程中，已知的是提供钻杆或“钻柱”，该钻杆或“钻柱”在上游端处联接到地面钻机。在下游端处，该钻杆连接至钻井头或井底钻具组件(通常称为BHA)。在早期钻井装置中，钻机的旋转驱动器经由钻杆直接刚性地连接到钻头，并且，对井眼方向的控制非常有限。已经尝试通过机械楔形件(造斜器)来控制方向，并且这些装置通常通过钻杆机械操作来定位。

方向控制的进一步发展使用了井下泥浆驱动马达，该井下泥浆驱动马达具有弯曲外壳，该弯曲外壳连接到钻杆的井下端。在这种装置中，这些马达的滚动定向(rollorientation)由钻杆控制。所述泥浆马达具有反作用扭矩，该反作用扭矩经由钻杆返回到地面钻机。通过这种构造，通过操纵地面钻机处的固定钻杆扭转位置来控制井眼偏移。这种钻井装置使用固定钻杆。由于非旋转钻杆和井眼之间的纵向摩擦的影响，这种类型的系统在大位移钻井中受限。

进一步的发展是提供一种在井眼中原位地改变钻井头的定向的机构。钻井头(或BHA)被相对于钻杆的井下端可旋转地连接，并且在申请人的早期专利GB 1268938中公开了这种装置的示例。

旋转可转向钻井系统是已知的，例如在WO2011/160027、EP1024245和EP2559841中。在这些旋转可转向钻井系统中，钻杆输入端直接连接到钻井马达或钻头。通过用通常被称为偏置单元的组件围绕钻杆输入轴来实现钻井系统转向。所述偏置单元通常是液压驱动组件，并且使用液压泵为它们提供动力。该液压泵可由泥浆涡轮机、电动马达或一些其它合适的已知机械驱动器提供动力。

申请人先前已经提出了一种用于控制BHA的定向的装置，其中，提供了一种用于驱动钻头的马达。钻井反作用扭矩通过控制装置而反作用于钻杆。一种装置包括用于锁定钻井头以防止相对于钻杆旋转的离合器，后者在使用中保持不旋转。另一种装置包括扭矩转换器，例如具有可变负载的泵，该扭矩转换器联接到钻杆而由钻杆驱动，该钻杆在使用中被从地面连续地旋转。

GB0602623.1和GB0712874.7中描述了一种由申请人开发的在钻井时提供方向控制的替代方法。这些装置包括安装在钻杆和钻井头之间的滑动离合器机构，使得：通过改变该离合器的接合，能够将来自钻杆的扭矩可控地施加到钻井头。这些装置不使用上述的基本泵机构。

大位移钻井的当前进展使用了在旋转的钻杆上运行的BHA装置，并且可以通过改变钻杆旋转速度来传输控制信息。

这些系统的一个问题是被称为粘滑(stick-slip)的扭转振荡运动。这种运动导致旋转可转向系统的控制困难，并且可能涉及过度的应力，甚至是机械故障。

典型地，在钻出井眼期间，连续的测量值被从井下端发送到地面处的控制站。钻井过程涉及直进钻井(直通钻井)和路径修正钻井之间的交替。

在直通钻井模式中，在BHA处于固定角度位置的情况下，施加最大扭矩以使钻杆旋转，从而推进钻井组件的下游端以产生直井。经过一段时间的直通钻井后，使钻杆停止并进行检查，这给出了当前路线相对于预期路线的指示。如果当前路线对应于预期路线，则在再一次停止和检查之前在直通模式下继续钻井达到另一段限定的时间。如果当前位置偏离路线，则相应地调节BHA位置，并且在路线修正模式下用固定式(非旋转式)钻杆驱动钻井组件。钻井组件在路线修正模式下(用固定式钻杆)的操作非常困难并且需要操作者的高水平的专业知识。在另一段时间的钻井之后，停止钻井，进行进一步的检查并评估，以确定是否需要进一步的路线调整或是否能够恢复直通钻井。如果不需要变动，则恢复直通钻井，其中钻杆随BHA一起旋转。

本发明的实施例寻求提供一种克服了这些问题中的一些或全部问题的设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备，该设备包括：

液压泵，该液压泵具有输入轴，该输入轴用于从钻杆接收输入扭矩并且在使用中连接至钻井头；和

控制装置，该控制装置用于改变流经所述泵的流体的流速；

其中，该控制装置包括：

闭环充油系统，该闭环充油系统包括液压泵和主阀，其中，来自所述泵的油在返回到泵输入端之前穿过所述主阀；

孔口控制系统，该孔口控制系统能够操作成响应于来自控制处理器的输入信号来控制所述主阀的位置。

所述液压泵可以是正排量泵。

所述孔口控制系统可包括控制阀，该控制阀设置在所述闭环系统中并连接至所述主阀。该控制阀能够操作成控制所述主阀的位置。

所述主阀可包括滑阀。所述主阀可包括阀流出管(valve exit pipe)，该阀流出管连接到油入口管，以使油返回到所述泵的油入口。所述主阀可包括被朝向关闭位置偏置的阀芯，在该关闭位置，阀芯阻塞所述阀流出管。所述孔口控制系统可以控制主阀阀芯的位置。所述主阀可以连接到孔口控制系统，使得：随着所述控制阀两端的压力变化，所述主阀在打开位置和关闭位置之间移动。

所述设备可包括力控制马达，以控制所述控制阀两端的压力变化。

所述设备可使用机械扭矩来控制所述控制阀两端的压力变化。

所述孔口控制系统可包括：齿轮箱；和发电机，该发电机被从所述控制器处理器的输出端提供电流负载。该齿轮箱可包括在使用时由钻杆驱动的机械输入端以及在使用时驱动所述发电机的差动输出端。该齿轮箱可产生机械输出扭矩。来自该齿轮箱的机械输出扭矩可提供用于控制所述控制阀的位置的机械扭矩。该机械输出扭矩可提供给将扭矩转换成力的转换机构，该力被提供给控制阀。

所述齿轮箱可以是差动齿轮箱，该差动齿轮箱产生与输入/输出差动扭矩成比例的机械输出扭矩。该齿轮箱的机械输出扭矩可控制所述控制阀两端的压力变化。

所述齿轮箱可以是行星式的。所述齿轮箱输出扭矩可出现在外同心齿轮处。

所述控制阀可以是瓣阀。所述输出扭矩可以表现为旋转，并且可用于驱动该瓣阀的可移动元件抵靠控制阀孔口出口(control valve orifice outlet)，以提供所述控制阀两端的压力变化，从而控制所述主阀的位置。

所述控制处理器可以产生输出，该输出被电学地转换为向发电机提供负载的比例灌电流(proportional current sink)。

所述控制阀可以是球阀。所述控制阀可以是瓣阀。

所述设备还可包括滚动传感器系统，该滚动传感器系统向所述控制处理器提供输入。该控制处理器可以包括来自其它传感器和/或传感器系统的输入。

该控制处理器可配置成计算输出信号，以限制钻头扭矩。该控制处理器可配置成计算输出信号，以提供对粘滑振荡的衰减。

所述液压泵可包括输入轴，用于在使用时经由可旋转接头将所述设备的上游端连接到钻杆的井下端。所述设备可以在下游端处联接到井底钻具组件。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备，该设备包括：

液压泵，该液压泵具有输入轴，该输入轴用于接收来自钻杆的输入扭矩并且在使用中连接到钻井头；和

控制装置，该控制装置用于改变流经所述泵的流体的流速；

其中，该控制装置包括：

闭环充油系统，该闭环充油系统包括所述液压泵和主阀，其中，来自所述泵的油在返回到泵输入端之前穿过所述主阀；和

孔口控制系统，该孔口控制系统能够操作成控制所述主阀的位置；

其中，该孔口控制系统包括控制阀，该控制阀设置在所述闭环系统中并连接到所述主阀，使得：在使用中，当该控制阀两端的压力变化时，该压力变化使所述主阀的位置改变；并且

其中，该控制阀两端的压力变化由所述控制处理器控制。

根据又一方面，提供了一种钻井装备布局，其包括钻杆、包括钻井头的井底钻具组件、以及如上所述的用于提供对钻井装备的方向控制的设备。所述液压泵输入轴可以经由旋转接头联接到钻杆的下游端，并且所述设备的下游端可以连接到井底钻具组件。

根据本发明的又一方面，提供了一种对钻井装置提供方向控制的方法，包括：

·提供液压泵，该液压泵在其下游端处连接到井底钻具组件，并且具有上游输入轴，该上游输入轴间接地联接到钻杆的井下端；

·提供闭环油系统和孔口控制系统，该闭环油系统包括泵和主阀，油在返回到所述泵之前被泵送通过所述主阀；该孔口控制系统用于改变所述主阀的位置；

·把与井底钻具组件和钻杆的定向及位置有关的输入接收到控制处理器中；

·计算输出信号以限制钻头扭矩和/或提供对粘滑振荡的衰减；

·将该输出信号提供给所述孔口控制系统；

·改变所述主阀的位置。

在所述闭环油系统中可设置有控制阀，该控制阀连接到所述主阀，并且能够操作成控制所述主阀的位置。改变所述主阀的位置的步骤可通过改变该控制阀两端的压力变化来实现。

所述输出信号可以提供给孔口控制系统中的力控制马达。改变所述主阀的位置的步骤可包括：使用该力控制器来施加力，以改变所述控制阀两端的压力。

改变所述主阀的位置的步骤可包括向所述控制阀提供机械扭矩。

改变所述主阀的位置的步骤可包括：

·提供差动齿轮箱和发电机；

·使用钻杆来驱动差动齿轮箱输入端；

·通过该齿轮箱驱动所述发电机；

·将控制信号电学地转换为比例灌电流，以向所述发电机提供电流负载；

·使用齿轮箱输出端的机械输出扭矩来控制所述控制阀两端的压力。

根据本发明的又一方面，提供了一种操作包括钻杆和井底钻具组件的钻井装置的方法，该方法包括：

·定义预期的井眼路线；

·在直通钻井模式下以高于上限阈值rpm的速度驱动所述钻杆；

·停止所述钻杆并进行检查；

·确定井眼是否偏离路线；

·如果井眼偏离路线，则以低于下限阈值rpm的速度驱动所述钻杆，以在设定工具面模式下改变工具面；

·使钻杆停止一段时间，该一段时间大于预定等待时间；

·感测到钻杆已停止了一段大于所述预定等待时间的时间，并且将当前工具面存储为工具面基准；

·保留该工具面基准，直到钻杆停止时间超过所述预定等待时间；

·以低于上限阈值rpm且高于下限阈值rpm的速度驱动钻杆而处于保持工具面模式下；

·使钻杆停止一段小于所述预定等待时间的时间，进行检查；并确定井眼是否偏离路线；

○如果该井眼在路线上，则在直通钻井模式下以高于上限阈值rpm的速度驱动钻杆；并且

○如果该井眼仍偏离路线，则使用所存储的工具面基准、以低于上限阈值rpm且高于下限阈值rpm的速度驱动钻杆而处于所述保持工具面模式下。

这种方法允许操作者能够进行路线修正并设定工具面基准。然后，操作者能够通过在保持工具面模式和直通钻井模式之间交替而继续钻井，而不需要连续地调节工具面。

钻杆井下速度可以由控制处理器确定并存储在该控制处理器中。该控制处理器可配置成使用所确定的钻杆井下速度来确定操作模式。

钻杆井下速度可以通过用发电机转速减去井底钻具组件速度来确定。应当明白，可以使用其它方法来确定或计算钻杆井下速度。

所述预定等待时间可以在30秒至60秒之间。所述预定等待时间可以是30秒。所述上限阈值可以是大约30rpm。所述下限阈值可以是大约10rpm。在所述保持工具面模式中，钻杆可以在大致在上限阈值和下限阈值中间的速度下被驱动。在所述保持工具面模式中，钻杆可以在大约20rpm的速度下被驱动。

所述方法还可包括：

·使钻杆停止并进行检查；

·确定井眼是否偏离路线；

·如果井眼偏离路线达到一个不同的量，则以低于下限阈值rpm的速度驱动钻杆，以在设定工具面模式下改变工具面；

·使钻杆停止一段时间，该一段时间大于预定等待时间；

·感测到所述钻杆已停止了一段大于所述预定等待时间的时间，并且将当前工具面存储为工具面基准。

以这种方式，操作者能够进行正确的路线修正并重置工具面基准。

虽然上文已描述了本发明，但是它扩展到上文或在下文的描述或附图中阐述的特征的任何创造性组合。

附图说明

现在，将仅通过示例并参考附图详细描述本发明的特定实施例，其中：

图1是所提供的根据本发明的实施例的、在使用时安装在钻井设备中的设备的示意性图示；

图2是图1的设备的更详细的示意图；并且

图3是本发明的第二实施例的详细示意图。

具体实施方式

在以下实施例中，术语“上游”是指钻井设备的面向地面的端部，而术语“下游”和“井下”是指钻井设备的远端。

图1示出了根据本发明的实施例的、用于控制钻杆的扭矩的设备10，它也被称为钻杆扭矩控制装置(DPTC装置或DPTCD)。

在使用时，如图1所示，钻杆驱动器1经由旋转接头2连接至DPTC装置的上游端12。这意味着该DPTC装置被与钻杆驱动器1隔离。井底钻具组件(BHA)3连接至该DPTC装置的下游端14。BHA可以为旋转转向组件或更传统的弯曲外壳式马达的形式。

该DPTC装置包括正排量泵20、主滑阀30、孔口控制系统40、滚动传感器系统60和控制处理器70。该控制处理器向孔口控制系统提供输入72。

图2示出了该DPTC装置的更详细示意图。泵20包括输入端21，在使用时，该输入端21经由旋转接头2连接至钻杆1，由此将该DPTC装置连接至钻杆1的井下端，使得钻杆1驱动泵20的输入端。

该DPTC装置包括闭环油系统。泵20包括通往主阀30的泵油出口22以及由油返回管24馈给的油入口23。主滑阀30包括阀芯32和固定的阀套31。阀芯32具有中心通孔，该中心通孔包括通往下游端36的固定孔口34。主阀30还包括通往油返回管24的阀流出管35。阀芯32被弹簧32朝着关闭位置偏置。主阀30的下游端36连接至孔口控制系统40。

在本实施例中，孔口控制系统40包括移动式磁体线性力马达50，其也被称为磁体和线圈力马达(magnet and coil force motor)。该马达包括附接至电枢52的移动式永磁体54和围绕该移动式磁体54的固定式驱动线圈56。控制阀(或先导阀)42设置在马达50的上游。控制阀42包括被连接至主阀30的下游端36的入口42a、以及通往油返回管24的出口42a。在所示的实施例中，控制阀42是具有球体42a的球阀。电枢52和磁体54能够在无负载的下游位置与上游负载位置之间移动，在该上游负载位置，电枢52接触球体42a并在球体42a上施加上游力。固定式驱动线圈56从控制处理器70接收驱动电流，并在控制阀42上施加轴向力。该力产生所述控制阀42两端的压力变化，并且使球体42a在关闭位置和打开位置之间轴向地移动，在该关闭位置，入口42a被阻塞。

主阀30中的阀芯32的位置由主阀30两端的压降以及弹簧33的关闭力控制。当球阀42被驱动至关闭位置时，阀芯32两端的压力差关闭流出管35，并且该泵的压降增大。这增加了被传递至BHA的扭矩。当球阀42移动至打开位置时，阀芯32打开流出管35，并且该泵的压降减小。

在另一个实施例(未示出)中，该控制阀是瓣阀，它被所述孔口控制系统的电枢在打开位置和关闭位置之间移动。可以提供一种机构，该机构将电枢的轴向运动转换为旋转运动，用于将瓣阀驱动到抵靠孔口出口，以提供控制压力变化来控制主滑阀。

所述力马达阀接收来自控制处理器70的孔口控制信号72，该控制处理器70具有来自滚动传感器系统60的输入。能够在控制处理器中使用各种算法来向孔口控制系统提供适当的控制信号，以限制钻头扭矩和/或提供对粘滑振荡的衰减。此外，当使用弯曲外壳式马达钻井时，能够使用算法来保持恒定的工具面，同时维持钻杆旋转。

图3示出了用于控制所述控制阀42两端的压力变化的孔口控制系统140的第二实施例。

孔口控制系统140包括齿轮箱152、发电机154、扭矩转换机构156和控制阀42。

齿轮箱输入端152a由同轴地延伸DPTC装置的半柔性轴(未示出)驱动，该半柔性轴由钻杆驱动器1驱动并连接到钻杆驱动器1。这意味着齿轮箱输入端152a在与钻杆1相同的转速下被驱动。

齿轮箱152具有在2：1至10：1之间的变速比(step up ratio)。已经发现，特别合适的变速比是6.25：1。变速箱输出端152b驱动发电机154。控制处理器70(图1中所示)产生输出St，该输出St被电学地转换155为向发电机154提供负载的比例灌电流(proportionalcurrent sink)。灌电流负载用于向处理器输出端产生与发电机转速独立的发电机扭矩。

齿轮箱152具有差动构造并且可以是行星式的。由于是差动装置，所以齿轮箱152产生差动输出，该差动输出包括机械扭矩To，该机械扭矩To与发电机154上的电负载成比例。机械扭矩输出To(来自齿轮箱)由简单的机械扭矩转换机构156转换为力F，该力F然后被施加到控制阀42。在本实施例中，力F轴向地移动球阀42的球体42a。扭矩转换机构156可以是简单的连接杆或任何其它适当的已知装置。

应当理解，孔口控制系统140能够用在图1和图2所示的装置中。

在另一个实施例(未示出)中，所述控制阀是瓣阀，其通过力F而在打开位置和关闭位置之间移动。在这种装置中，来自齿轮箱的输出扭矩被转换为旋转力，该旋转力用于驱动瓣阀的元件抵靠孔口出口，以提供控制压力变化来控制主孔口阀。

在使用时，该DPTC装置在其上游端处经由可旋转接头2连接到钻杆1的下游端(如图1所示)。该DPTC装置的下游端联接到BHA。

该DPTC装置能够在几种模式下使用，并且如下所述，其操作模式由控制处理器确定。

能够测量钻杆在地面处的速度。但不可能直接测量井下钻杆速度。如上所述，钻杆驱动该DPTC装置的发电机。发电机转速和BHA速度是已知的。所述控制处理器能够利用这些值根据以下关系来确定井眼钻杆速度：

钻杆井下速度(DPDS)＝发电机转速-BHA速度

所确定的DPDS由所述控制处理器使用，以确定操作模式(参见表1)。

表1

当操作该DPTC装置以钻出直井时，通过钻杆驱动最大扭矩，并且下游的钻杆速度高于30rpm。

经过一段时间的钻井之后，钻杆被停止。使用已知的随钻测量(MWD)工具进行检查。MWD工具使用加速度计和磁力计来测量倾角和方位角，并且通常能够实时地进行方向检查。然后，MWD数据被传输回地面。在地面上对检查结果进行评估，并且可以进行计算以确定井眼在路线上还是偏离路线。如果井眼偏离路线，则计算出校正井眼路线所需的变动。

如果在检查之后确定井眼偏离路线并且需要路线变动，则通过从地面移动钻杆来重置工具面以获得正确的工具面，从而校正钻井方向。钻杆井下速度被维持在低范围内，通常为2-3rpm，同时调节工具面。这对应于模式A—设定工具面。

一旦已经设定了工具面，井下组件就会停止一段预定的等待时间。这一段预定的等待时间通常在30秒到60秒之间。然而，应当明白，可以根据特定的操作要求来调节该一段时间。所述控制处理器识别出该组件已经停止达到所述一段等待时间，并且采取上述工具面设定并将其记录为基准。所述控制处理器存储并保持该基准，直到井下组件再次停止所述一段预定的等待时间。这意味着，只要井下组件停止时间不超过所述一段等待时间，就保留该工具面基准。

然后，钻杆旋转并向前驱动整个组件，并且钻杆井下速度被维持在中间范围内。这种模式下的钻杆井下速度应不同于两个阈值。优选的速度是这两个阈值之间的中点。因此，如果范围是10至30rpm，则该模式下的最佳速度将是约20rpm。这对应于模式B—保持工具面。

在模式B(保持工具面)的操作期间，所述控制处理器改变控制阀的位置，由此改变泵上的负载，以便对扭矩作出反应并将工具面维持在基准位置。在这种模式下，钻杆能够被旋转地驱动，同时，工具面被设定以修正路线。换句话说，本发明提供了优于先前装置的显著优点。

在模式B下操作达到一段预定的钻井时间之后，执行另一次检查并且如前所述地将结果传输到地面。井下组件被停止一定时间，该时间小于所述一段等待时间，并且先前定义的基准被保留在控制处理器中。如果该检查表明井眼仍偏离路线且需要在相同方向上进一步修正，则不需要对工具面进行任何更改，这是因为：在随后的钻井时间内维持上述基准，并且与先前一样以中间范围的钻杆井下速度继续钻井。

如果在检查之后确定不需要进一步变动，则所述组件在模式C下操作—通过将钻杆井下速度维持在高范围内而进行直通钻井，在所示的示例中，该钻杆井下速度高于30rpm。

替代地，操作者可以选择在模式C下进行一段短的时间，然后实施进一步的检查以确定是否已实现了正确路线。在该检查期间，井下组件被停止一段时间，该时间小于所述一段预定的等待时间，并且工具面基准维持设定。如果井眼仍偏离路线，则钻杆然后能够在先前设定的基准下以模式B旋转又一段时间，以进行额外的路线修正。

因此，本发明提供了优于已知方法的显著优点，因为在直进钻井(直通钻井)和路径修正钻井的后续部分之后不需要操作者重新计算并重置工具面。这意味着能够更高效和快速地进行钻井。

本发明提供了一种设备，该设备能够通过驱动和旋转钻杆来操作以进行直进钻井(直通模式)和路径修正钻井(保持工具面模式)，此外，当钻井模式在这些模式之间改变时，基准工具面被保留。

上述实施例中描述的DPTC装置可以作为自给单元被提供，在使用时，该自给单元安装在钻杆的下端与井底钻具组件(BHA)的上端之间。替代地，该DPTC装置可以形成为BHA的一体部件，或者与旋转接头和/或钻杆一体地形成。

虽然上文已参考一个或多个优选实施例描述了本发明，但应明白，在不脱离如所附权利要求书中限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改或变型。

Claims (31)

1.一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备，包括：

液压泵，所述液压泵具有输入轴，所述输入轴用于从钻杆接收输入扭矩并且在使用中连接至钻井头；和

控制装置，所述控制装置用于改变流经所述泵的流体的流速；

其中，所述控制装置包括：

闭环充油系统，所述闭环充油系统包括所述液压泵和主阀，其中，来自所述泵的油在返回到泵输入端之前穿过所述主阀；和

孔口控制系统，所述孔口控制系统能够操作成响应于来自控制处理器的输入信号来控制所述主阀的位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述孔口控制系统包括控制阀，所述控制阀设置在所述闭环系统中并连接至所述主阀；

其中，所述控制阀能够操作成控制所述主阀的位置。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述控制阀两端的压力变化用于改变所述主阀的位置。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中，所述主阀包括滑阀。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，使用力控制马达来控制所述控制阀两端的压力变化。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，使用机械扭矩来控制所述控制阀两端的压力变化。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述孔口控制系统包括：齿轮箱；和发电机，所述发电机被从所述控制处理器的所述输出端提供电流负载，

其中，所述齿轮箱包括在使用时由钻杆驱动的机械输入端以及在使用时驱动所述发电机的差动输出端；并且

其中，来自所述齿轮箱的所述机械输出扭矩提供用于控制所述控制阀的位置的机械扭矩。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的设备，其中，所述齿轮箱是差动齿轮箱，所述差动齿轮箱产生与输入/输出差动扭矩成比例的机械输出扭矩，其中，所述机械输出扭矩控制所述控制阀两端的压力变化。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述齿轮箱是行星式的，并且所述输出扭矩出现在外同心齿轮处。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的设备，其中，所述控制阀是瓣阀，并且

其中，所述输出扭矩表现为旋转，并且用于驱动所述瓣阀的可移动元件抵靠控制阀孔口出口，以提供所述控制阀两端的压力变化，从而控制所述主阀的位置。

11.根据权利要求7至10中的任一项所述的设备，其中，所述控制处理器产生输出，该输出被电学地转换为向所述发电机提供负载的比例灌电流。

12.根据权利要求2至10中的任一项所述的设备，其中，所述控制阀是球阀。

13.根据权利要求2至10中的任一项所述的设备，其中，所述控制阀是瓣阀。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括向所述控制处理器提供输入的滚动传感器系统。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，所述控制处理器被配置成计算输出信号，以限制钻头扭矩和/或提供对粘滑振荡的衰减。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述液压泵包括输入轴，用于在使用时经由可旋转接头将所述设备的上游端连接到钻杆的井下端。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述设备在下游端处联接到井底钻具组件。

18.一种用于提供对钻井装备的方向控制的设备，包括：

液压泵，所述液压泵具有输入轴，所述输入轴用于接收来自钻杆的输入扭矩并且在使用中连接到钻井头；和

控制装置，所述控制装置用于改变流经所述泵的流体的流速；

其中，所述控制装置包括：

闭环充油系统，所述闭环充油系统包括所述液压泵和主阀，其中，来自所述泵的油在返回到泵输入端之前穿过所述主阀；和

孔口控制系统，所述孔口控制系统能够操作成控制所述主阀的位置；

其中，所述孔口控制系统包括控制阀，所述控制阀设置在所述闭环系统中并连接到所述主阀，使得：在使用中，当所述控制阀两端的压力变化时，所述压力变化使所述主阀的位置改变；并且

其中，所述控制阀两端的压力变化由控制处理器控制。

19.一种钻井装备布局，其包括钻杆、包括钻井头的井底钻具组件、以及根据权利要求1至18中的任一项所述的用于提供对钻井装备的方向控制的设备，所述液压泵的输入轴经由旋转接头联接到所述钻杆的下游端，并且所述设备的下游端连接到所述钻井头。

20.一种对钻井装置提供方向控制的方法，包括：

-提供液压泵，所述液压泵在其下游端处连接到井底钻具组件，并且具有上游输入轴，所述上游输入轴间接地联接到钻杆的井下端；

-提供闭环油系统和孔口控制系统，所述闭环油系统包括所述泵和主阀，油在返回到所述泵之前被泵送通过所述主阀，所述孔口控制系统用于改变所述主阀的位置；

-把与所述井底钻具组件和钻杆的定向及位置有关的输入接收到控制处理器中；

-计算输出信号以限制钻头扭矩和/或提供对粘滑振荡的衰减；

-将所述输出信号提供给所述孔口控制系统；

-改变所述主阀的位置。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述闭环油系统中设置有控制阀，所述控制阀连接到所述主阀，并且能够操作成控制所述主阀的位置；并且

改变所述主阀的位置的步骤是通过改变所述控制阀两端的压力变化来实现的。

22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述输出信号被提供给所述孔口控制系统中的力控制马达；并且

改变所述主阀的位置的步骤包括：使用所述力控制器来施加力，以改变所述控制阀两端的压力。

23.根据权利要求18所述的方法，其中，改变所述主阀的位置的步骤包括向所述控制阀提供机械扭矩。

24.根据权利要求19或权利要求20所述的方法，其中，改变所述主阀的位置的步骤包括：

提供差动齿轮箱和发电机；

使用所述钻杆来驱动差动齿轮箱输入端；

通过所述齿轮箱驱动所述发电机；

将所述控制信号电学地转换为比例灌电流，以向所述发电机提供电流负载；

使用齿轮箱输出端的机械输出扭矩来控制所述控制阀两端的压力。

25.一种操作包括钻杆和井底钻具组件的钻井装置的方法，所述方法包括：

-定义预期的井眼路线；

-在直通钻井模式下以高于上限阈值rpm的速度驱动所述钻杆；

-停止所述钻杆并进行检查；

-确定井眼是否偏离路线；

-如果所述井眼偏离路线，则以低于下限阈值rpm的速度驱动所述钻杆，以在设定工具面模式下改变所述工具面；

-使所述钻杆停止一段时间，该一段时间大于预定等待时间；

-感测到所述钻杆已停止了一段大于所述预定等待时间的时间，并且将当前工具面存储为工具面基准；

-保留所述工具面基准，直到钻杆停止时间超过所述预定等待时间；

-以低于所述上限阈值rpm且高于所述下限阈值rpm的速度驱动所述钻杆而处于保持工具面模式下；

-使所述钻杆停止一段小于所述预定等待时间的时间，进行检查；并确定所述井眼是否偏离路线；

○如果所述井眼在路线上，则在直通钻井模式下以高于所述上限阈值rpm的速度驱动所述钻杆；

○如果所述井眼仍偏离路线，则使用所存储的所述工具面基准、以低于所述上限阈值rpm且高于所述下限阈值rpm的速度驱动所述钻杆而处于所述保持工具面模式下。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述钻杆井下速度是通过用发电机转速减去井底钻具组件速度来确定的。

27.根据权利要求24或25所述的方法，其中，所述上限阈值为30rpm，并且所述下限阈值为10rpm。

28.根据权利要求24至26中的任一项所述的方法，其中，所述预定等待时间在30秒至60秒之间。

29.一种基本如本文所述和附图中所示的用于提供对钻井装备的方向控制的设备。

30.一种基本如本文所述的提供对钻井装置的方向控制的方法。

31.一种基本如本文所述的操作钻井装置的方法。