CN108798518A - 双杆定向钻井系统 - Google Patents

Abstract

钻探头部包括具有井上端部和井下端部的驱动轴。井下端部包括传动特征，传动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。钻探头部还包括联接件，该联接件包括驱动特征，驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。联接件的驱动特征的大小和形状与驱动轴的驱动特征配合。联接件包括轴向流体流动通道和径向流体流动通道。径向流体流动通道与轴向流体通道连通，并且允许在驱动轴的驱动特征和联接件的驱动特征之间的流体流动。

Description

双杆定向钻井系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月1日提交的第62/492,818号；2017年7月10日提交的第62/530,610号；2017年7月10日提交的第62/530,616号；2017年7月10日提交的第62/530,642号；2017年10月2日提交的第62/566,971号；以及于2017年10月3日提交的第62/567,624号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。

背景技术

已知用于具有内杆和外杆的定向钻井的双钻杆(“双杆”)钻井系统。典型的双杆钻井系统通常被构造成将首尾相连的一系列钻杆驱入地下以形成钻柱。在钻柱的端部是一个转动的钻井工具或钻头。双杆钻井系统通常包括控制钻头转动的第一驱动机构和控制转向元件的转动的第二驱动机构。当用双杆钻井系统钻出直线的井时，第一驱动机构和第二驱动机构同时操作，使得钻头和转向元件随着钻柱被推入地面中而转动。当需要方向改变时，因为转向元件与钻柱未轴向对准，所以控制转向元件的驱动机构停止，并且在控制钻头的驱动机构转动的同时将钻柱进一步推入地面中。这导致钻头偏离直线路径并且沿着由转向元件指示的方向。

双杆钻井系统还使用在钻杆内部通过的钻井流体来冷却钻头并且还用于在钻井内输送钻屑。因此，为确保正常操作，减少钻井流体流动路径内的阻塞是非常重要的。然而，由于钻柱内的内钻杆和外钻杆之间的不可避免的相对纵向偏移，这可能是困难的。

此外，每个钻杆组件的内钻杆和外钻杆可以具有由于制造公差引起的长度变化。由于长度变化，钻杆组件设计成使得互连的内钻杆的总长度不会长于相互连接的外钻杆的总长度。如果相互连接的内钻杆长于外钻杆，则而在外钻杆连接在一起的同时内杆会碰撞，从而导致内钻杆和外钻杆中的一个或两个损坏。因此，通过设计，互连的内钻杆的长度略小于互连的外钻杆的长度。然而，这种设计要求导致钻柱的某些部分(例如内钻杆)接触外钻杆并阻碍流体流动路径的情况。这导致能够向钻探头部发送较少的钻井流体和/或可能损坏钻柱的一部分。因此，需要保持开放式钻井流体流路的改进。

为了用第一驱动机构驱动钻头，已经使用了挠性和/或弯曲的驱动轴，以允许转向并仍然有利于扭矩传输。其他设计已经使用了联接件(有时称为“传动装置”)，以允许直线的钻头轴和直线的驱动轴之间的不对准。但是，这种联接件或传动装置传统上包括多个部件，并且需要将润滑和隔离与钻井流体分开，因此使制造和维护复杂化。因此，需要对双杆钻井系统的钻探头部进行改进。

为了驱动钻柱转动，传统上使用具有多个马达的齿轮箱。齿轮箱可以包括齿轮装置，该齿轮装置将动力从多个马达传输到双杆钻井系统的内钻杆和外钻杆。传统上，钻井流体在齿轮箱处引入到钻柱中；然而，将钻井流体与齿轮箱的内部件隔离可能是困难的。此外，如果发生故障并且将钻井流体引入齿轮箱的内部，由于齿轮箱部件的内部定位，操作人员很难在齿轮箱的部件损坏之前将其实现。因此，需要对双杆钻井系统的齿轮箱进行改进。

发明内容

本公开总体上涉及双杆水平定向钻井系统。在一个可能的构造中，并且通过非限制性示例，水平定向钻井系统包括具有球形六角形端部的钻探头部，该球形六边形端部具有扭矩传输特征和径向载荷支承特征。在另一种可能的构造中，并且通过非限制性示例，水平定向钻柱系统包括钻柱装置，该钻柱装置包括至少一个内杆和至少一个联接件，所述至少一个内杆和至少一个联接件一起被构造成在钻柱内提供未被阻碍的流体流动路径。在另一种可能的构造中，并且通过非限制性示例，水平定向钻井系统包括齿轮箱，该齿轮箱包括位于齿轮箱后部处的钻井流体入口和位于齿轮箱前部处的流体渗漏指示器。

在本公开的一个方面中，公开了构造用于定向钻井的钻探头部。钻探头部包括井上部分，该井上部分包括具有主外壳轴线和内径的主外壳。井上部分包括具有井下端部的驱动轴，该井下端部包括作为扭矩传输特征和径向载荷支承特征的驱动特征。驱动轴具有驱动轴轴线和外径。驱动轴轴线与主外壳轴线平行。井上端部包括位于主外壳的内径和驱动轴的外径之间的驱动轴流体流动通道。钻探头部还包括井下部分，该井下部分包括连接到主外壳的端部外壳。端部外壳具有不平行于主外壳轴线的端部外壳轴线。井下部分包括具有钻头轴轴线和流体流动内腔的钻头轴。钻头轴具有包括驱动特征的井上端部，所述驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。钻头轴轴线不平行于驱动轴轴线。钻探头部还包括与钻头轴和驱动轴接合并定位在其之间的联接件。该联接件包括驱动特征，驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。联接件的驱动特征的大小和形状与驱动轴和钻头轴的驱动特征配合。联接件具有联接件流体流动通道。在驱动轴流体流动通道，联接件流体流动通道以及驱动轴和联接件的驱动特征之间允许流体流动。

在本公开的另一方面中，公开了被构造用于定向钻井的钻探头部。钻探头部包括具有井上端部和井下端部的驱动轴。井下端部包括传动特征，传动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。钻探头部还包括联接件，该联接件包括驱动特征，驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。联接件的驱动特征的大小和形状与驱动轴的驱动特征配合。联接件包括轴向流体流动通道和径向流体流动通道。径向流体流动通道与轴向流体流动通道连通，并且允许流体在驱动轴的驱动特征和联接件的驱动特征之间流动。

在本公开的另一方面中，公开了一种用于水平定向钻井的钻探头部的驱动轴。驱动轴包括井上端部和井下端部。井上端部包括具有非圆形轮廓的扭矩携载区段。扭矩携载区段具有第一横截面宽度。井上端部包括具有第二横截面宽度的非扭矩携载部分。第二横截面宽度小于扭矩携载区段的第一横截面宽度。井上端部包括位于扭矩携载区段和非扭矩携载区段之间的槽。井下端部包括形成大致球体轮廓的驱动特征。驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。

将在随后的描述中阐述多个额外的方面。方面可以涉及单独的特征和特征的组合。应该理解，前述的大致描述和下述的详细描述仅是示例性和说明性的，并不限制本文中公开的实施例所基于的广泛的创造性概念。

附图说明

以下附图说明了本发明的特定实施例，并且因此不限制本发明的范围。附图不按比例并且旨在用于与以下详细描述的说明结合。将与附图结合在下文描述本发明的实施例，其中类似的数字表示类似的元件。

图1示出了根据本公开的一个实施例的钻井机械和钻柱的示意性侧视图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的钻井机械的透视图。

图3示出了图2的钻井机械的另一个透视图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的钻杆组件的透视图。

图5示出了图4的钻杆组件的侧视横截面图。

图5a示出了图4的联接的一对钻杆组件的侧视横截面图。

图6示出根据本公开的一个实施例的内钻杆，内钻杆联接件和流动套环的透视图。

图7示出了图6的内钻杆的井上端部的侧视图。

图8示出了图6的内钻杆，内钻杆联接件和流动套环的井下端部的端视图。

图9示出了图8的内钻杆，内钻杆联接件和流动套环沿线9-9的侧视横截面图。

图10示出了图9的内钻杆和内钻杆联接件沿着线10-10的横截面图。

图11示出了图9的内钻杆和内钻杆联接件沿着线11-11的横截面图。

图12示出了图9的内钻杆和内钻杆联接件沿着线12-12的横截面图。

图13示出了根据本公开的一个实施例的内钻杆联接件的透视图。

图14示出了图13的内钻杆联接件的另一透视图。

图15示出了图13的内钻杆联接件的侧视图。

图16示出了图13的内钻杆联接件的井上端部视图。

图17示出了图13的内钻杆联接件的井下端部视图。

图18示出了图15的内钻杆联接件沿线18-18的横截面图。

图18a图示了根据本公开的一个实施例的内钻杆联接件的透视图。

图18b示出了图18a的内钻杆联接件的侧视图。

图19示出了根据本公开的一个实施例的流动套环的透视图。

图20示出了图19的流动套环的另一透视图。

图21示出了图19的流动套环的侧视图。

图22示出了根据本公开的一个实施例的钻探头部的侧向横截面图。

图23示出了图22的钻探头部的外组件的侧向横截面图。

图24示出了图22的钻探头部的内组件的侧向横截面图。

图25示出了图22的钻探头部的内组件的分解侧视图。

图26示出了根据本公开的一个实施例的钻头轴的透视图。

图27示出了图26的钻头杆的侧视图。

图28示出了图27的沿线28-28的钻头轴的横截面图。

图29示出了根据本公开的一个实施例的驱动联接件的透视图。

图30示出了图30的驱动联接件的侧视图。

图31示出了图30的沿着线31-31的驱动联接件的横截面图。

图32示出了图29的驱动联接件的井下端部视图。

图33示出了图29的沿着线33-33的驱动联接件的横截面图。

图34示出了图29的驱动联接件的井上端部视图。

图35示出了根据本公开的一个实施例的驱动轴的透视图。

图36示出了图35的驱动轴的井下端部的放大透视图。

图37示出了图35的驱动轴的侧视图。

图38示出了图37的沿线38-38的驱动轴的横截面图。

图39示出了图37的沿线39-39的驱动轴的横截面图。

图40示出了图37的沿线40-40的驱动轴的横截面图。

图41示出了图37的沿线41-41的驱动轴的横截面图。

图42示出了图37的沿线42-42的驱动轴的横截面图。

图43示出了图42的驱动轴的井上端部的放大横截面侧视图。

图44示出了图42的驱动轴的井下端部的放大横截面侧视图。

图45示出了图24的内组件的驱动联接件和驱动轴的放大横截面侧视图。

图46示出了图45的沿着线46-46的驱动联接件和驱动轴的放大横截面图。

图47示出了根据本公开的一个实施例的钻探头部的侧向横截面图。

图48示出了根据本公开的一个实施例的驱动联接件和驱动轴的放大横截面侧视图。

图49示出了根据本公开的一个实施例的钻探头部的侧向横截面图。

图50示出了图48的驱动联接件的透视图。

图51示出了图48的驱动联接件的侧视图。

图52示出了图48的沿着线52-52的驱动联接件的横截面图。

图53示出了图48的驱动联接件的井上端部视图。

图54示出了根据本公开的一个实施例的驱动联接件的透视图。

图55示出了图54的驱动联接件的侧视图。

图56示出了图54的沿着线56-56的驱动联接件的横截面图。

图57示出了图54的驱动联接件的井上端部视图。

图58示出了根据本公开的一个实施例的驱动联接件的透视图。

图59示出了图58的驱动联接件的侧视图。

图60示出了图58的沿着线60-60的驱动联接件的横截面图。

图61示出了图58的驱动联接件的井上端部视图。

图62示出了根据本公开的一个实施例的具有平衡特征的端部外壳的纵向截面图。

图63示出了根据本公开的一个实施例的包括辅助保护器的齿轮箱的透视图。

图64图示了图63的辅助保护器的另一透视图。

图65图示了图63的辅助保护器的另一透视图。

图66图示了图63的辅助保护器的侧向横截面图。

图67示出了根据本公开的一个实施例的辅助保护器的内组件的透视图。

图68示出了图67的内组件的分解图。

图69示出了图67的内组件的侧视图。

图70示出了图69的沿着线70-70的内组件的横截面图。

图71示出了图69的沿着线71-71的内组件的横截面图。

图72示出了图69的沿着线72-72的内组件的横截面图。

图73示出了图69的沿着线73-73的内组件的横截面图。

图74示出了图69的沿着线74-74的内组件的横截面图。

图75示出了根据本公开的一个实施例的辅助保护器的侧视横截面图。

图76示出了图75的辅助保护器的分解图。

图77示出了根据本公开的一个实施例的齿轮箱的透视图。

图78示出了图77的齿轮箱的侧视图。

图79示出了图77的齿轮箱的正视图。

图80示出了图79的沿着线80-80的齿轮箱的侧面剖视图。

图81示出了图80的齿轮箱的放大横截面侧视图。

图82示出了图77的齿轮箱的侧视图，其中外钻杆驱动卡盘被分离。

图83示出了图82的外钻杆驱动卡盘的沿线83-83的侧视横截面图。

具体实施方式

将参照附图具体地描述各种实施例，其中在所有的数个视图中，类似的附图标记表示类似的部件和组件。对多个实施例的参考不限制与之联系的权利要求的范围。另外，本文中阐述的任何示例不被认为是限制性的，并且仅阐述了用于随附权利要求的许多可能的实施例中的一些。

图1-3示出了双杆钻井系统100。双杆钻井系统100包括钻柱102，钻柱102通过钻井机械104引导到地面101中。示例钻柱102在图1中示出。

钻井机械104包括原动机122(例如柴油发动机)，齿轮箱124，齿条126和分离机构128(例如虎钳系统)。可选地，钻井机械104可以包括钻杆储存箱130，操作员站132以及一组履带或轮134。

钻柱102由钻杆组件106的各个区段组成，钻杆组件106在井下端部108处连接到钻井机械104并且在井下端部112处连接到钻探头部110。每个钻杆组件106包括井下端部109和井上端部111。钻杆组件106首尾相连地串在一起以形成钻柱102，钻柱102在某些钻井应用中可以延伸相当大的距离。

每个钻杆组件106包括外部管状钻杆114，外部管状钻杆114在一端部处具有外螺纹而另一相反端部处具有内螺纹。在一些示例中，钻杆组件106和相关的钻井机械100被构造成使得当构建钻柱102时，外钻杆114的外螺纹定位在钻杆组件的井上端部111处，并且外钻杆114的内螺纹定位在钻杆组件106的井下端部111处。

每个钻杆组件106还包括更小的内钻杆116。内钻杆116装配在管状外钻杆114内部。每个钻杆组件的内钻杆116通过内杆联接件118与相邻内钻杆相互联接。在一些示例中，每个内杆联接件118在每个钻杆组件106(图5中示出)的井上端部111处固定到每个内钻杆116。

在钻井操作期间，钻井机械104从钻杆储存箱130中分别移除钻杆组件106并将每个钻杆组件106移动到齿条126上。一旦定位在齿条126上，分离机构128和齿轮箱124接合钻杆组件106并且将钻杆组件与紧邻的前面的井下钻杆组件106联接。一旦联接，齿轮箱124被构造成在齿条126上朝向分离机构128纵向行进，同时转动钻杆组件106的外钻杆114和内钻杆116中的一个或两个。当齿轮箱124到达齿条126端部处的分离机构128时，齿轮箱124从钻杆组件106分离，并且从而从钻柱102分离，并收回齿条126，从而可以将另一个钻杆组件106添加到钻柱102。重复该过程，直到钻井操作完成，然后在拉回操作期间反转，其中钻井机械104从地面101移除钻杆组件106。

双杆钻井系统100可操作以执行多个软件指令，所述软件指令在由控制器550执行时使系统100实施所述方法并且另外操作并具有如本文所述的功能。在一些示例中，控制器550与原动机122，齿轮箱124，齿条126，分离机构128，操作员站132和/或系统100的其他部件通信。控制器550可以包括通常被称为微处理器的装置，中央处理单元(CPU)，数字信号处理器(DSP)或其他类似装置，并且可以体现为独立单元或与系统100的部件共用的装置。控制器550可以包括用于存储软件指令的存储器，或者系统100还可以包括用于存储电连接到控制器550的软件指令的单独的存储器装置，以用于指令，数据和信号在其间的双向通信。在一些示例中，在与钻井机械104的部件通信并操作钻井机械104的部件之前，控制器550等待接收来自操作员站132的信号。在其他示例中，控制器550可以在不接收来自操作员站132的信号的情况下自主地操作以与钻井机械104的部件进行通信并对部件的操作进行控制。

操作员站132可以安装到钻井机械104以允许操作员控制钻井机械104的操作。在一些示例中，操作员站132包括多个控件552，操作员可以通过该多个控件552进行交互以控制钻井机械104的部件。在一些示例中，控件552包括操纵杆，旋钮，按钮等。在一些示例中，控件552可以与控制器550通信。在一些示例中，当用户与控件552交互时，控件552生成被发送到控制器550的信号，该信号可以指示用户希望钻井机械104执行的操作。这样的操作可以包括但不限于通过齿轮箱124内钻杆和外钻杆116的单独转动，齿轮箱124经由钻井机械104上的齿条126的移动以及分离机构128的操作。在一些示例中，控件552和控制器550是开环系统，并且在钻井机械104的实际操作与控制器550和控件552之间不存在任何反馈。在其他示例中，控件552和控制器550是闭环系统并且在钻井机械104的操作与控制器550和控件552之间存在反馈。在这样的闭环系统中，可以使用多个传感器来监测钻井机械104的部件的性能。

图4示出了单个钻杆组件106的透视图，图5示出了钻杆组件106的纵向横截面。钻柱102和每个钻杆组件106限定沿着钻杆组件106的长度延伸的流体流动路径103。在一些示例中，钻柱102可以具有多个流体流动路径，例如设置在内钻杆116和外钻杆114之间的环形流体流动路径105以及设置在内钻杆116内的内杆流体流动路径107。在操作中，流体被泵送入钻杆组件106并行进到钻探头部110以用于冷却，输送钻屑，润滑和钻井稳定。如这里将要描述的那样，可以在齿轮箱124处将钻井流体提供给钻柱102。

在一些示例中，内杆联接件118和流动套环119是流动元件，内杆联接件118和流动套环119被构造成允许流体在流体流动路径103内流动通过内杆联接件118和流动套环119中的每一个。在钻杆组件106的井下端部109处在与内杆联接件118相反的端部处，流动套环119被围绕内钻杆116固定。在一些示例中，通过分别与外钻杆114的井上肩部117a和井下肩部117b接合，内杆联接件118和流动套环119帮助将内钻杆116保持在外钻杆114内。内杆联接件118和流动套环119被构造成允许沿着流体流动路径103的流动流体，而不管每个钻杆组件106的内钻杆116和外钻杆114的相对位置。内杆联接件118和流动套环119被构造成在流动套环119和/或内杆联接件118与外钻杆114的井上肩部117a和/或井下肩部117b接合(例如接触)的同时，允许沿着流体流动路径103的流体流动。在图5中用箭头F表示了流过流动套环119和内杆联接件118的流体流动。在一些示例中，流动套环119和/或内杆联接件118与具有连续环形表面的外钻杆114的井上肩部117a和/或井下肩部117b接合。

图5a示出了彼此联接的两个钻杆组件106a，106b。示出了外钻杆114a，114b彼此联接，并且示出了内钻杆116a，116b经由内杆联接件118彼此联接。此外，在流动套环119附近，示出了井上钻杆组件106b联接，但是，没有附接到内杆联接件118上。允许从井上钻杆组件环形流动路径105a穿过并围绕流动套环119，穿过并绕过内杆联接件118，并进入井下钻杆组件环形流动路径105b的流体流动。因此，如图所示，即使当内杆联接件118接触井下钻杆组件106a的外钻杆114a的井上肩部117a并且流动套环119接触井上钻杆组件106a的外钻杆114b的井下肩部117b时，允许两个钻杆组件106a，106b之间的环形流动。

图6示出了具有安装在井上端部111上的内杆联接件118和安装在井下端部109上的流动套环119的内钻杆116的透视图。内钻杆116包括允许每个内钻杆116与另外的类似的内杆和/或钻井工具连接的特征。

图7示出了没有安装内杆联接件118的内钻杆116的井上端部111的侧视图。内钻杆116的井上端部111包括扭矩携载区段121，槽123和非扭矩携载区段125。

扭矩携载区段121被构造成与内杆联接件118配合，使得扭矩可以通过内杆联接件118传输到内钻杆116。在一些示例中，扭矩携载区段121可以具有多边形横截面。在一些示例中，扭矩携载区段121具有六边形横截面。扭矩携载区段121可以具有任何横截面轮廓，该横截面轮廓被构造成最小化摩擦力和卡住的可能性的同时传输扭矩(例如，凸角，平坦面，曲面等)。扭矩携载区段121具有最大宽度W1。

槽123被构造成接收紧固装置(图9中示出)以将内杆联接件118固定到内钻杆116。在一些实施例中，槽123被构造成接收一对紧固装置，例如销，螺栓或其他类似的装置。在一些示例中，槽123可以具有比紧固装置的宽度更大的宽度G.

非扭矩携载区段125被构造成定位在内杆联接件118内，使得它不承受来自内杆联接件118的任何扭矩力。非扭矩携载区段125具有最大宽度W2。W2小于扭矩携载区段121的宽度W1。在一些示例中，非扭矩携载区段125具有圆形横截面。

本文中将内钻杆116的井上端部111描述为示例，并且认为在本公开的范围内，双杆钻井系统100中的其他钻井部件可以具有与这里描述的内钻杆116的井上端部类似的构造。例如，这些部件可以包括但不限于如关于图48-61所讨论的辅助保护器和如参考图22-47所讨论的钻探头部110。

图8示出了内钻杆116的端视图，图9示出了沿着图8中的线9-9的内钻杆116，内杆联接件118和流动套环119的纵向横截面。图8示出了内钻杆116的井下端部109和井上端部111两者。此外，图8描绘了代表内钻杆116中部的断线。

在井下端部109处，流动套环119被固定在内钻杆116周围。在一些示例中，流动套环被构造成焊接到内钻杆116上。在其他示例中，流动套环119被压配合并且固定在内钻杆116的井下端部周围。在其他示例中，流动套环119通过紧固件(未示出)附接到内钻杆116。在其他示例中，流动套环119松散地附接到井下端部109。

类似于图5，图8还描绘了穿过流动套环119以描绘流体流动的箭头F。如将参照图19-21所讨论的那样，流动套环119包括至少一个外围流体通道127，至少一个外围流体通道127位于内钻杆116和外钻杆114之间的环形流体流动通道103内，以允许在环形流体流动通道107内的大致轴向流体流动。

在内钻杆116的井上端部111处，内杆联接件118通过一对销129固定到内钻杆116。销129被构造成穿过内杆联接件118并穿过内钻杆116中的槽123。由于槽123的尺寸，内钻杆116在内杆联接件118内沿轴向方向被捕获。在一些示例中，槽123可具有宽度G，该宽度允许在内钻杆116和内杆联接件118之间有限的轴向运动。在一些示例中，单个销129可以与内杆联接件118一起使用。

内杆联接件118包括纵向轴线131，内孔133，至少一个穿孔135和流动套筒137。内孔133具有非圆形轮廓，该非圆形轮廓被构造成与内钻杆116的井上端部111的扭矩携载区段121配合。内孔133还可以具有被构造成与内钻杆116的井下端部扭矩携载区段139配合的轮廓，使得其可以连接两个类似的内钻杆116。扭矩携载区段139可以具有任何横截面轮廓，该横截面轮廓被构造成传输扭矩的同时最小化摩擦和卡住的可能性(例如，凸角，平坦面，曲面等)。内孔133被构造成与内钻杆116接合以在连续的内钻杆116之间传输扭矩。

穿孔135被构造成接收并保持销129。在一些示例中，内杆联接件118包括多个穿孔135。

内杆联接件118的流动套筒137被构造成允许通过其中的流体流动，从而允许环形流体流动通道105内的大致轴向流体流动，类似于流动套环119的外围的流体通道127。此外，流动套筒137被构造成与外钻杆114接合以便帮助将内钻杆116保持在外钻杆114内。在一些示例中，流动套筒137可以具有大于外钻杆114的内径的外径。

图10示出沿着图9中的线10-10截取的内钻杆116和内杆联接件118的横截面。如图所示，内钻杆116的非扭矩携载区段125不与内杆联接件118的内孔133接触。此外，在所示的示例中，内杆联接件118的流动套筒137包括围绕内杆联接件118的周边定位的多个流动套筒流体通道147。在一些示例中，流动套筒137可以包括单个流动套筒流体通道147。

图11示出沿着图9中的线11-11截取的内钻杆116和内杆联接件118的横截面。销129定位在内钻杆116的槽123中，并且也位于内杆联接件118的穿孔135内。在一些示例中，内杆联接件118的穿孔135定位在内杆联接件118的相反侧。

图12示出沿着图9中的线12-12截取的内钻杆116和内杆联接件118的横截面。内钻杆116的扭矩携载区段121与内杆联接件118的内孔133配合。在一些示例中，内孔133可以具有六边形横截面，该六边形横截面与扭矩携载区段121匹配。

图13和14示出了内杆联接件118的透视图。图15示出了内杆联接件118的侧视图。图16和17显示了内杆联接件118的端部。

内杆联接件118包括井下端部149和井上端部151。井下端部149被构造成通过销129(如图9所示)固定到内钻杆116上。此外，内杆联接件118的内孔133沿着内联接件的长度具有一致的横截面。

内杆联接件118的流动套筒137可以包括流动套筒主体153和环155。在一些示例中，环155包括比流动套筒主体153更大的外径。在一些示例中，流动套筒主体153可以压配合在内杆联接件118的主体159周围，同时环155保持与内杆联接件118的主体159间隔开。此外，如上所述，流动套筒137包括多个流动套筒流体通道147，多个流动套筒流体通道147允许从井下端部149到内杆联接件118的井上端部151的轴向流体流动。在一些示例中，流动套筒流体通道147是在围绕环155和流动套筒主体153中围绕流动套筒137的周边布置的径向孔。流动套筒流体通道147允许流体围绕流动套筒主体153流动，穿过流动套筒流体通道147并且在内杆联接件118的环155和主体159之间流动。在一些示例中，流动套筒流体通道147大致垂直于内杆联接件118的纵向轴线131。在一些示例中，流动套筒137可以包括不同尺寸的流动套筒流体通道147。

在一些示例中，流动套筒137包括在环155上的外杆接合表面163。外杆接合表面163大致垂直于内杆联接件118的纵向轴线131。外杆接合表面163被构造成周期性地接触钻杆组件106的外钻杆114，内钻杆联接件118是钻杆组件106的一部分。具体地，外杆接合表面163被构造成接触外钻杆114的井上端部肩部117b，如图5所示。在一些示例中，外杆接合表面163是连续环形表面，连续环形表面围绕流动套筒137的整个周边延伸，流动套筒137围绕内杆联接件118的主体159。外杆接合表面163有助于保持在外钻杆114内的内钻杆116。一旦外杆接合表面163与外钻杆114接合，则内钻杆116不能进一步朝着钻杆组件106的井下端部109移动。此外，流动套筒137的流动套筒流体通道147从外杆接合表面163纵向偏移。在一些示例中，当外杆接合表面163接触外钻杆114时，这种纵向偏移防止流动套筒流体通道147被阻塞。

在一些示例中，流动套筒137可被构造成在钻井操作期间的故障期间通过外钻杆114的井上端部肩部117b被迫离开主体159并从主体159移除。这可以是有利的，因为在故障期间可以保持内杆联接件118的完整性。流动套筒137的作用类似于保险丝，在故障期间通过从内杆联接件118移除而失效，但是同时防止内杆联接件118免受损坏。

图18示出了沿着图15中的线18-18截取的内杆联接件118的横截面。穿孔135设置在具有轴线171的主体159中，以便不与内杆联接件118的纵向轴线131相交。通过将穿孔135定位穿过主体159而不与纵向轴线相交，销129位于内孔133的侧面，以便仅与内钻杆116的槽123接合并且不妨碍钻柱的环形流体流动路径105或内杆流体流动路径107中的任一个。特别地，因为槽123围绕内钻杆116的内杆流体流动路径107，所以穿孔135定位销，使得它们从不妨碍流体流动。

穿孔135可以具有各种不同的形状。在一些示例中，穿孔135具有至少等于内钻杆116的槽123的宽度G的宽度A(例如，直径)。

图18a和18b描绘了内杆联接件618。内杆联接件618基本上类似于上面讨论的内杆联接件118。内杆联接件618包括流动套筒637，该流动套筒637被构造成允许流体流过其中以便允许环形流体流动通道103内的大致轴向流体流动。与上述流动套筒137类似，流动套筒637包括围绕内杆联接件618的周边定位的多个流动套筒流体通道647。在一些示例中，流动套筒流体通道647的尺寸和形状被设定为允许通过其中的足够的流量。在一些示例中，流动套筒流体通道647可以是狭槽。

图19-21示出了流动套环119的透视图。流动套环119包括井下端部173和井上端部183。

流动套环119包括具有第一内径的第一内部分185和具有第二内径的第二内部分187。在一些示例中，第一内部分185具有比第二内部分187更小的内径。此外，在一些示例中，第二内部分185被构造成压配合到内钻杆116的井下端部109上。井下端部173被构造成经由销129(如图9所示)固定到内钻杆116。内杆联接件118的内孔133沿着内联接件的长度具有一致的横截面。

类似于上面讨论的流动套筒流体通道147，流动套环119包括多个外围流体通道127。外围流体通道127允许从井上端部183到井下端部173的流体流动。具体地，当安装在内钻杆116上时，流体围绕流动套环119的外部流动，穿过外围通道127，并且在第二内部分187和内钻杆116之间流动。

流动套环119还包括与内杆联接件118的外杆接合表面163类似的外杆接合表面191。外杆接合表面191被构造成周期性地接触钻杆组件106的外钻杆114，流动套环119是钻杆组件106的一部分。外杆接口表面191与内杆联接件118的外杆接口表面163一起帮助将内钻杆116保持在外钻杆114内。在一些示例中，外杆接口表面191是连续的环形表面，环形表面围绕流动套环119的整个周边延伸。一旦外杆接口表面191与外钻杆114接合，则内钻杆116不能进一步朝向钻杆组件106的井上端部111移动。因此，流动套环119也减少了可以被引入到内杆联接件118的轴向力的大小。

图22示出了钻探头部110的纵向横截面。钻探头部110可连接到钻柱102的外钻杆114和内钻杆116。钻探头部110包括井下端部136和井上端部138。此外，钻探头部110包括可更换钻头140，钻头轴142，端部外壳144，多个钻头轴轴承146，驱动联接件148，驱动轴150，主外壳152以及定位在主外壳152内的可选探测器154。在一些示例中，钻探头部110可以包括外杆适配器255以将钻探头部110连接到钻柱102的外钻杆114并包括内杆联接件118以将钻探头部110连接至内钻杆116。

钻柱102的内钻杆116共同用于通过驱动轴150，驱动联接件148和钻头钻杆轴142驱动钻头140的转动。钻柱102的外钻杆114共同用于转动和/或控制连接到端部外壳144的主外壳152的转动定向。

可更换钻头140可以具有各种不同的构造，并且在一些示例中可以是三牙轮钻头。可更换钻头140在钻探头部110的井下端部136处安装到钻头轴142的井下端部141。

钻头轴142通过钻头轴轴承146可转动地安装在端部外壳144内，从而使钻头轴142相对于端部外壳144沿着钻头轴轴线156转动。钻头轴轴线156平行于端部外壳轴线158。钻头轴142包括位于井上端部143处的驱动特征160，所述驱动特征160被构造成与驱动联接件148配合以便于在驱动联接件148与钻头轴142之间的扭矩传输。钻头轴142还包括允许钻井流体流动从钻柱102传输到钻头140的流体流动内腔145。

在端部外壳144的凹部157内，驱动联接件148位于钻头轴142和驱动轴150之间，以便于钻头轴142和驱动轴150之间的扭矩传输。具体地，驱动联接件148在井下端部162处接收钻头轴142并且在井上端部164处接收驱动轴150。驱动联接件148包括联接件流体流动通道161，以允许从井上端部164流到井下端部162，然后到钻头轴142的流体流动内腔145的流体流动。

驱动轴150包括井下端部166和井上端部165。井上端部165被构造成附接到钻柱102的内钻杆116。在一些示例中，内杆联接件118可以固定到井上端部165。井下端部166包括驱动特征168，驱动特征168是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。驱动轴150的井下端部166被构造成与驱动联接件148的井上端部164配合。驱动轴150可围绕驱动轴轴线167转动并且定位在主外壳152内。在所描绘的示例中，驱动轴轴线167平行于主外壳轴线169。驱动轴轴线167不对准并且不平行于端部外壳轴线158和钻头轴轴线156。在一些示例中，驱动轴轴线167和钻头轴轴线156相对于彼此成在约1度和5度之间的角度θ。在一些示例中，驱动轴轴线167和钻头轴轴线156相对于彼此成等于约2度的角度θ。在一些示例中，可以调整未对准以改变钻探头部110的转向特性。

驱动轴150的外径OD小于主外壳152的内径ID。驱动轴流体流动通道170设置在主外壳152的内径ID和驱动器的外径OD之间。在一些示例中，驱动轴流体流动通道170是在驱动轴150与主外壳152之间的环形流体流动通道。驱动轴流体流动通道170在钻探头部110的井上端部138处与钻柱102的流体流动通道103连通。并且由于驱动联接件148和驱动轴150的位置，驱动联接件148和驱动轴150被来自驱动轴流体流动通道170的流体流动包围。这允许钻井流体与驱动轴150的驱动特征168和驱动联接件148的井上端部164连通。

图23示出了钻探头部110的外组件174，外组件174包括连接到主外壳152的端部外壳144。此外，如图所示，外杆适配器255连接到主外壳152。在一些示例中，探测器154(即，探针或信标)可以定位在主外壳152内。端部外壳轴线158和主外壳轴线169的未对准是固定的，以便允许外组件174与钻井相互作用以允许钻柱102沿着大致水平的路径转向。

图24示出了钻探头部110的内组件172，内组件172包括驱动轴150，驱动联接件148和钻头轴142。内组件172被构造为经由钻柱102的内钻杆116驱动钻头140的转动。如图所示，钻头轴142和驱动轴150都是直线构件，直线构件在驱动联接件148处未轴向对准。在一些示例中，驱动轴150与驱动联接件148的未对准是可调节的。

图25示出内组件172的分解纵向横截面。如图所示，钻头轴142包括在井上端部143处的突起175，并且驱动联接件148在井下端部162处包括凹部176。钻头轴142的驱动特征160被构造成与位于凹部176内的驱动联接件148的驱动特征178配合。此外，驱动联接件148还包括在井上端部164处的第二凹部177，第二凹部177包括凹部177中的驱动特征180，驱动特征180的尺寸和形状与驱动轴150的突起179的驱动特征168配合。在一些示例中，驱动联接件148可以包括一个或多个突起并且与钻头轴142和驱动轴150中的任一个或两个上的凹部配合。

钻头轴142的透视图在图26中示出。钻头轴142的侧视图显示在图27中。在井下端部141处，钻头轴包括界面181，界面181的尺寸和形状被设定为与钻头140配合。在一些示例中，界面181是螺纹界面。钻头轴142可围绕钻头轴轴线156转动。钻头轴142还包括支承部分182，该支承部分182被构造成与钻头轴轴承146接合和围绕钻头轴轴承146转动。

图28示出沿着图27的线28-28的钻头轴的横截面。如图所示，驱动特征160是一系列面184，每个面具有大致平面的构造。在一些示例中，钻头轴142的突起175可以具有大致多边形的横截面。在所描绘的实施例中，突起175的驱动特征160形成大致六边形轮廓。在一些示例中，突起175还可以包括在驱动特征160之间的过渡表面186，以允许钻头轴142的突起175和驱动联接件148的凹部176之间的轻微未对准。

图29示出了驱动联接件148的透视图。图30示出了驱动联接件148的侧视图，图31示出了沿图30中的线31-31的驱动联接件148的横截面图。图32示出了驱动联接件148的端视图。

在所描绘的示例中，联接件流体流动通道161包括多个径向流体流动通道188和轴向流体流动通道190。径向流体流动通道188允许驱动联接件148的外部189与凹部176，177之间的流体连通。如图33所示，径向流体流动通道188围绕驱动联接件148定位并且与轴向流体流动通道190连通。在一些示例中，驱动联接件148可以包括单个径向流体流动通道188。

图32示出了驱动联接件148的井下端部162，图34示出了驱动联接件148的井上端部164。每个凹部176,177的驱动特征178,180是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。在一些示例中，驱动特征178,180包括形成多边形横截面的多个面192,193。在一些示例中，面192,193形成六边形轮廓。面192,193可以形成任何横截面轮廓，该横截面轮廓被构造成最小化摩擦力和卡住的可能性的同时传输扭矩(例如，凸角，平坦面，曲面等)。在一些示例中，面192,193至少部分地被热处理。

如图33的纵向截面所示，凹部176,177通过轴向流体流动通道190彼此连接。在一些示例中，轴向流体流动通道190可以与凹部176,177一样宽。在其他示例中，轴向流体流动通道190设置在每个凹部176,177的两个端面194,195之间。在所描绘的示例中，井上凹部177的端壁195具有非平面结构。在一些示例中，端壁195具有与驱动轴150的井下端部166的端面196的相应形状配合的形状。在一些示例中，端壁195可以具有凹形形状。在一些示例中，驱动联接件148包括纵向轴线197，当钻探头部110被组装时，所述纵向轴线大体上与钻头轴轴线156对准。

图35示出了驱动轴150的透视图。在一些示例中，驱动轴150可以是没有弯曲的实心直线轴。

图36示出了驱动轴150的井下端部166的放大透视图。驱动轴150的井下端部166的驱动特征168是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。在一些示例中，井下端部166的驱动特征168包括多个面198。在所描绘的示例中，驱动轴150的突起179被构造成被接收在驱动联接件148的凹部177内。因此，一旦被接收在驱动联接件148内，驱动轴150可以在通过驱动联接件148传输扭矩并承受径向载荷的同时，驱动轴轴线167保持与驱动联接件轴线197的不对准。

在一些示例中，驱动轴150的井下端部166的一部分(例如，突起179)具有大致球形的外轮廓。在一些示例中，井下端部166的一部分具有大致为椭球体的外轮廓。在其他示例中，井下端部166的一部分具有通常为长椭球体的外轮廓。在其他示例中，井下端部166的一部分具有外轮廓，该外轮廓是具有圆形形状的多个面198的长椭球体。面198一起形成具有大致六边形横截面的轮廓(如图40所示)。仍然在其他示例中，井下端部166的一部分是加冠花键。

图37示出了驱动轴150的侧视图。图38示出了图37的驱动轴150沿着线38-38的横截面。如图所示，面198形成大致多边形的横截面。在一些示例中，横截面轮廓通常可以是六边形的。在一些示例中，驱动轴150的驱动特征168包括定位在周向连续的面198之间的过渡面201。在一些示例中，过渡面201减少了突起179和驱动联接件148的凹部177的驱动特征178之间的结合。在一些示例中，面198紧邻过渡面201。在一些示例中，面198至少部分地被热处理。在其他实例中，每个面198的仅约一半被热处理。

图39示出了图37的驱动轴150沿着线39-39的横截面。驱动轴150包括径向流体端口202和轴向流体端口204。轴向流体端口204被构造成与钻柱102的内钻杆116的内杆流体流动路径107流体连通。轴向流体端口204被构造成将流体传输到径向流体端口202并进入驱动轴流体流动通道170中。

图40示出了图37的驱动轴150沿着线40-40的横截面。驱动轴150包括形成大致多边形横截面轮廓的多个扭矩携载井上端面206。在一些示例中，井上端面206具有大致六边形轮廓。井上端面206可以形成任何横截面轮廓，该横截面轮廓被构造成传输扭矩的同时最小化摩擦力和卡住的可能性(例如，凸角，平坦面，曲面等)。在一些示例中，井上端面206被构造成与内杆联接件118配合以接收来自内杆联接件118的扭矩。

图41示出了图37的驱动轴150沿着线41-41的横截面。驱动轴150包括被构造成被捕获在内杆联接件118内的非扭矩携载表面208。然而，在所描绘的示例中，非扭矩携载表面不接收来自内杆联接件118的扭矩。

图42示出了图37的沿着线42-42的驱动轴150的纵向横截面。图43示出了驱动轴150的井上端部165的放大侧视图。驱动轴150的井上端部165包括槽210，槽210被构造成接收至少一个销(未示出)以保持内杆联接件118。槽210位于扭矩携载井上端面206和非扭矩携载表面208之间。在一些示例中，槽210，扭矩携载井上端面206和非扭矩携载表面208基本上类似于内钻杆116的井上端部111的扭矩携载区段121，槽123和非扭矩携载区段125。

图44示出了驱动轴150的井下端部166的放大侧视图。如图所示，每个面198具有圆形形状，其具有沿着驱动轴150在轴向方向上延伸的曲率半径。一些示例中，每个面198的中点199与每个面198的端点200相比距驱动轴轴线167的距离更大。

图45示出了位于驱动联接件148内的驱动轴150的放大示意性横截面图。如上所述，驱动轴轴线167与驱动联接件轴线197不对准。具体地，驱动联接件轴线197与钻头轴轴线156对准。

图46示出了沿着图45的线46-46的横截面视图。在一些示例中，过渡面201不与凹部177的驱动特征178接触，从而在突起179与驱动联接件148的驱动特征178配合的同时，允许突起179周围的流体流动。

因此，当驱动联接件148和驱动轴150定位在钻探头部110内时，允许从驱动轴流体流动通道170进入凹部177处的驱动联接件148和径向流体流动通道188中的流体流动。该流体流动允许驱动轴150与凹部177处的驱动联接件148之间的润滑连接。流体流动进一步被允许沿着驱动联接件中的轴向流体流动通道190，然后最终进入钻头轴142的流体流动内腔145。

图47示出了根据本公开的另一实施例的具有井上端部209和井下端部207的钻探头部211。钻探头部211包括驱动轴250，该驱动轴250包括位于井下端部254处的凹部252。凹部252被构造成与附接到具有外壳轴线258的钻头轴242的突起256配合。凹部252被构造成将扭矩从驱动轴250传输到钻头轴242。在一些示例中，突起256基本上类似于如上所述的驱动轴150的突起179。此外，如上所述，驱动轴250的凹部252基本上类似于驱动联接件148的凹部177。

图48示出了通过驱动联接件748联接到驱动轴150的钻头轴142。如图所示，驱动联接件748基本上类似于上述驱动联接件148。联接件748包括一对凹部776,777，一对凹部776,777分别被构造成与钻头轴142和驱动轴150配合。每个凹部776,777包括驱动特征778,780，驱动特征778,780是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。如图所示，容纳驱动轴150的凹部777的驱动特征780可以具有与驱动轴150的突起179的横截面轮廓大致配合的横截面轮廓。在一些示例中，驱动特征780是圆形的，或者当驱动特征780沿着纵向方向大致朝向驱动联接件748的井上端部764或下坡端762延伸时是弯曲的。在一些示例中，驱动特征780形成多边形横向横截面轮廓，类似于上述驱动特征180。在一些示例中，驱动特征780具有大致六边形横向横截面轮廓。在一些示例中，驱动特征780可以形成任何横向横截面轮廓，横向横截面轮廓被构造成传输扭矩的同时最小化摩擦力和卡住的可能性。在一些示例中，驱动特征780至少部分地被热处理。

认为在本公开的范围内的是，本文公开的任何驱动轴和驱动联接件可以具有大致圆形的纵向横截面轮廓。如在图48所示的例子中那样，牵伸轴150的驱动特征168和驱动联接件748的驱动特征780可以包括圆形纵向横截面轮廓。如在图45所示的例子中那样，牵伸轴150的驱动特征168具有圆形的纵向横截面轮廓，而驱动联接件148的驱动特征180具有直线的/平坦的纵向横截面轮廓。在其他示例中，牵伸轴150的驱动特征168具有直线/平坦的纵向横截面轮廓，并且驱动联接件148,748的驱动特征180,780具有圆形的纵向横截面轮廓。

在一些示例中，驱动联接件748和/或驱动轴150可以彼此组装以防止在钻井操作期间彼此分离。在一些示例中，防止分离的组装可以包括将驱动联接件748和驱动轴150压配合在一起。在一些示例中，防止分离的组装可以包括在联接之前加热驱动联接件748和驱动轴150中的至少一个。在一些示例中，防止分离的组装可以包括在驱动联接件748(或者如图47所示的实施例中所示的驱动轴250)上提供接缝以允许驱动联接件748分成多个部件。然后可以通过例如诸如粘合剂，螺栓，螺钉，焊接或其他类型紧固件的紧固件将多个部件固定在驱动轴150周围。

图49示出了根据本公开的一个示例的邻近驱动联接件848并且在钻探头部110内的流动套环819。

流动套环819基本上类似于流动套环119。流动套环119被示出为围绕驱动轴150，邻近驱动联接件848定位。在一些示例中，主外壳152限定凹部203，当端部外壳144和主外壳152彼此附接时，凹部203与端部外壳144的凹部157连通。在一些示例中，流动套环819围绕驱动轴150定位在主外壳152的凹部203内。流动套环819有助于防止驱动联接件848在端部外壳144的凹部157内的轴向运动，还允许从驱动轴150周围到驱动联接件848周围的流体流动。

流动套环819包括多个外围流体通道827。外围流体通道827允许从围绕驱动轴150的环形流体流动路径105到限定在流动套环819和凹部203之间并且也限定在凹部157和驱动联接件848之间的环形流体流动通道849的流动流体。因此，流体不仅被允许围绕在驱动联接件848内的突起179(即，联接件润滑)，而且流动套环819也便于流体流围绕凹部157中的驱动联接件848流动。在一些示例中，流动套环819定位在凹部157内。在一些示例中，流动套环819定位成在凹部203内自由移动。在其他示例中，流动套环819压配合到凹部157,203中的至少一个中。

驱动联接件848基本上类似于这里公开的驱动联接件148,748。相应地，驱动联接件848在井下端部862和井上端部864处具有一对凹部876,877，一对凹部876,877分别被构造成与钻头轴142和驱动轴150配合。在所描绘的示例中，驱动联接件848包括联接件流体流动通道861，联接件流体流动通道861包括至少一个径向流体流动通道888和轴向流体流动通道890，径向流体流动通道888在外表面889和轴向流体流动通道890之间延伸。

驱动联接件848的外表面889包括具有不同外部尺寸(例如，外径)的部分以允许在端部外壳144的凹部157内围绕驱动联接件848的流体流动。具体地，流体流动被允许围绕驱动联接件848的井上端部864的外表面889。流体可以流入和流出径向流体流动通道888以便润滑凹部876,877。因此，外表面889的部分891的尺寸小于端部外壳144的凹部157的尺寸以允许在其间的流体流动。然而，希望驱动联接件848在凹部157内对准以减少过早磨损。为了将驱动联接件848稳定在凹部157内，驱动联接件848包括设置在外表面889上的平衡特征850，所述平衡特征850被构造成帮助将驱动联接件848稳定在端部外壳144的凹部157内。然而，因为在钻井操作期间，驱动轴150通过驱动联接件848将转动传输给钻头轴142，由此转动驱动联接件848，所以必须在凹部157和驱动联接件848之间保持足够的空间。因此，至少在钻井操作期间的时间点处，驱动联接件848与驱动轴150一起在端部外壳144中的凹部157内并且相对于凹部157转动。

平衡特征850的尺寸更接近于凹部157的尺寸并且大于部分891的尺寸，以允许驱动联接件848和凹部157之间的转动运动，但是限制了横向于端部外壳轴线158的在驱动联接件848和凹部157之间的大幅相对运动。在一些示例中，这有助于减少驱动联接件848的大致垂直于端部外壳轴线158的运动(例如，摆动)。这种运动可以通过由驱动轴150施加在驱动联接件858上的弯曲力导致，特别是由在凹部877内施加力的突起179导致。弯曲力可以源自钻柱102的内钻杆116的井上端部。驱动联接件848在凹部157内的相对移动可以使得突起179放置在驱动联接件的凹部877内以在驱动联接件848的凹部877内松开(即“行进”)。这种行进可以不同地分配来自驱动轴150的弯曲力，因此导致驱动联接件848，凹部157和/或钻头轴142上的磨损。通过减少驱动联接件848在凹部157中的相对运动，在驱动联接件848的凹部877和驱动轴150的突起179之间的连接的松开被减小，从而限制了过早的磨损。

在一些示例中，平衡特征850包括在井上端部864处的井上平衡特征852和在驱动联接件848的井下端部862处的井下平衡特征853。然而，因为期望稳定流体流动，特别是围绕井上端部864的流体流动，井上平衡特征852包括流体流动通道851以允许在井上端部864与端部外壳144的凹部157之间的流体流动。

如图49所示，驱动轴150的突起179被示出为定位在驱动联接件848的凹部877内，使得力感应部分860与端部外壳144和主外壳152的横向于端部外壳轴线152的连接部对准。这样的对准被描绘为平面F。

图50示出了驱动联接件848的透视图。图51示出了驱动联接件848的侧视图。图52示出沿着图51中的线52-52的驱动联接件848的纵向横截面。图53示出了驱动联接件848的井上端部视图。如图所示，平衡特征850大致设置在井下端部864和井上端部862处的外表面889上。如图49-53所示，井上平衡特征852包括流体流动通道851。如图49-52中所示，井上平衡特征852大致是矩形突起。然而，认为在本公开的范围内的是，井上平衡特征可以以各种不同的方式构造以实现稳定并允许流过其中的流体流动。在其他示例中，井上平衡特征852可通过例如紧固件(例如，螺栓，粘合剂，焊接等)固定到驱动联接件848的外表面889。

图54-57示出了具有本质上为偏心球形的井上平衡特征952的驱动联接件948。图58-61示出了具有套筒1053形式的井上平衡特征1052的驱动联接件1048，套筒1053具有在其中设置的多个流体流动通道1051。或者，如图62所示，端部外壳1144的凹部1157与上述端部外壳144的凹部157基本相似，可以包括设置在其中的(即，压配合，紧固或一体形成)套筒1153以充当定位在凹部1157内的驱动联接件的平衡特征。在一些示例中，套筒1153与套筒1053基本类似。因此，驱动联接件，诸如上述驱动联接件148可定位在凹部1157内。

图63示出了具有安装在前端部上的辅助保护器300的齿轮箱124的透视图。齿轮箱124被构造成驱动钻杆组件106，具体地外钻杆114和内钻杆116。在一些示例中，辅助保护器300可以首先安装到齿轮箱124的内驱动轴和外驱动轴上，并且然后钻杆组件106可以附接到辅助保护器300和齿轮箱124组件并由辅助保护器300和齿轮箱124组件驱动。辅助保护器300在后端部302处连接到齿轮箱124的前侧502，并且还被构造成在前端部304处附接到外钻杆114和内钻杆116。

图64和图65示出了辅助保护器300的透视图。辅助保护器300包括容纳在外杆构件308内的内杆构件306。外杆构件308被构造成驱动钻杆组件106的外钻杆114，并且内杆构件306被构造成驱动钻杆组件106的内钻杆116。

图66示出了辅助保护器300的纵向横截面。辅助保护器300包括内组件301，内组件301被构造成定位在外杆构件308中，并且围绕辅助保护器300的纵向轴线303单独地转动。内组件301包括内杆构件306，辅助保护器联接件310，内杆适配器312和辅助保护器弹簧314。

内杆适配器312与内杆构件306一起定位在辅助保护器联接件310内。在一些示例中，内杆适配器312和内杆构件306都使用定位在相应的槽318，320中的销316保持在联接件内。这种销和槽装置基本上类似于上述的内杆联接件118，内钻杆116和驱动轴150的销和槽装置。在一些示例中，内杆构件306的槽320具有大于销316的宽度的宽度G2。在一些示例中，宽度大于销316的宽度的细长槽可以由内杆适配器312而不是内杆构件306限定。在其他示例中，具有比销316的宽度大的宽度的细长槽可以由辅助保护器联接件310的穿孔332限定。

在操作中，内杆适配器312和辅助保护器联接件310可滑动地附接到内杆构件308，以被构造成沿着纵向轴线303与内杆构件306分离地轴向运动。在这种轴向运动期间，杆适配器312和辅助保护器联接件310作用于被保持在内杆构件306和辅助保护器联接件310之间的辅助保护器弹簧314上。辅助保护器弹簧314将辅助保护器联接件310和内杆适配器312偏压到第一位置。第一位置是内杆适配器312的位置，在该位置处，没有由内杆适配器312通过内钻杆116施加在辅助保护器弹簧314上的力。因此，内杆适配器312可以定位在第一位置和弹簧314被完全压缩的位置之间的任何位置处。

如上所述，内钻杆116和外钻杆114具有不同的长度，并且每个钻杆组件106被构造成允许内钻杆116在外钻杆114内移动，这种移动受到流动套环119和内杆联接件118/618限制。然而，这种移动导致最靠近井上的钻杆组件106的内钻杆116和外钻杆114的井上端部111的不同相对定位。例如，在一些情况下，内杆联接件118/618的外杆接合表面163与外钻杆114的井上肩部117a间隔开，并且在其他示例中，内杆联接件118/618的外杆接合表面163与外钻杆114的井上肩部117a接触。因此，为了适应这种相对定位，辅助保护器300包括辅助保护器弹簧314，辅助保护器弹簧314允许不论其相对位置如何辅助保护器300都附接到钻杆组件106的内钻杆116和外钻杆114。此外，这种相对运动有助于防止损坏钻杆组件106，特别是内钻杆116和内杆联接件118/618。

类似于每个钻杆组件106，在一些示例中，辅助保护器300包括内部流动路径307和环形流动路径305。内部流动路径307沿内组件301内的辅助保护器300的轴线303布置。环形流动路径305被构造成布置在内组件301和外杆构件308之间。在一些示例中，辅助保护器300可以仅包括环形流动路径305并且不包括内部流动路径307。

图67示出了辅助保护器300的内组件301的透视图，图68示出了辅助保护器300的分解图。

内杆构件306被构造成附接到齿轮箱124的内钻杆驱动轴组件510。内杆构件306包括轴向流体流动通道322，径向流体流动通道324，扭矩携载部分326，槽320以及非扭矩携载部分328。

轴向流体流动通道322被构造成允许沿着辅助保护器300的轴线303的流体流动。此外，轴向流体流动通道322可接收来自齿轮箱124的流体并将流体从径向流体通道324转移到辅助保护器300的环形流体流动通道305。

除了非扭矩携载部分328之外，内杆构件306可以包括与内杆联接件118的特征基本相似的扭矩传输特征(即，扭矩携载部分326和槽320)。具体地，内杆构件306在扭矩携载区段326处可以具有多边形横截面，该多边形横截面被构造成与辅助保护器联接件310配合并与辅助保护器联接件310联接。扭矩携载区段326可以具有任何横截面轮廓，该横截面轮廓被构造成最小化摩擦力和卡住的可能性的同时传输扭矩(例如，凸角，平坦面，曲面等)。如上所述，在一些示例中，内杆构件306的槽320可具有比销316的宽度大的宽度G2。这允许辅助保护器联接件310相对于内杆构件306轴向地移动。辅助保护器联接件310相对于内杆构件306的移动受到槽320的径向壁319的限制。取决于期望的轴向移动，槽320可具有宽度G2的范围。在运动期间，销316在槽320内滑动，同时辅助保护器联接件310的内孔330的一部分在扭矩携载区段326上自由地滑动。由于辅助保护器联接件310和扭矩携载区段326的内孔330的构造，这允许非结合伸缩连接，非结合伸缩连接可以导致内杆116和外杆114的相对定位以及同时传输扭矩。

辅助保护器联接件310包括内孔330，内孔330被构造成与内杆构件306的扭矩承载区段326和内杆适配器312配合。辅助保护器联接件310包括多个穿孔332，类似于内杆联接件118的孔135，多个穿孔332被构造成接收销316。每个穿孔332的尺寸和构造设置成保持每个销316，以便将内杆适配器312和内杆构件306保持在辅助保护器联接件310的内孔330中。

内杆适配器312被构造成与位于钻杆组件106的井上端部111上的内杆联接件118接合。因此，内杆适配器312可以在第一区段334处具有多边形横截面，多边形横截面配合内杆联接件118的内孔133。此外，内杆适配器312可以包括第二区段336，该第二区段336包括扭矩携载部分338，槽318和非扭矩携载部分340，它们基本相似于内杆联接件118的特征。第二区段336被构造成通过捕获内杆适配器312的槽318的至少一个销316保持在辅助保护器联接件310内。内杆适配器312也可以包括内部流动路径342以便向钻柱102提供流体流动。此外，在一些示例中，内杆适配器312可以与整个内组件301分开地更换。

辅助保护器弹簧314被构造为与辅助保护器联接件310接合并且被定位在内杆构件306的一部分周围。具体地，辅助保护器弹簧314被构造成围绕内杆构件306的扭矩携载部分326的一部分且被捕获在辅助保护器联接面311和内杆构件面313之间。

图69示出了辅助保护器300的内组件301的侧视图。

图70示出沿着图69中的线70-70截取的内杆适配器312的横截面。在所描述的示例中，内杆适配器312的第一区段334具有六边形横截面。然而，在其他示例中，第一区段334可以具有各种不同的横截面形状。

如上所述，内杆适配器312被构造成与内杆联接件118的内孔133配合。具体地，第一区段334被构造成与内杆联接件118的内孔133可滑动地配合。因此，通过机械地移动辅助保护器300与钻杆组件106的内杆联接件118接合来进行连接，内杆适配器312的第一区段334适当地配合于内杆联接件118的内孔133内是有利的，以防止可能损坏内杆联接件118和内杆适配器312。为了促进该对准，内杆适配件312的第一区段334包括多个面335，所述面335布置成多边形图案，多边形图案匹配内孔133的形状。在一些示例中，面335是平坦的。在其他示例中，面335是圆形的。由于面335的构造，通过允许与内杆联接件118的内孔133滑动连接，面335促进扭矩传输，同时最小化内杆联接件118内的未对准的机会。面355导致耐损坏的简化的结构。例如，即使面335(即，由于意外，磨损等)部分变形，仍然可以与内杆联接件118的内孔133适当对准。对于更复杂的横截面轮廓来说情况并非如此，其中这种轮廓的损坏可能导致不能与钻杆组件配合或导致内杆联接件和辅助保护器之间的卡住连接，卡住连接可能导致损坏钻杆组件和/或辅助保护器。

进一步帮助内杆适配器312与内杆联接件118的内孔133对准，内杆适配器312被构造成通过辅助弹簧314而被弹簧加载。因此，在接合期间，即使内杆适配器312与内杆联接件118的内孔133未对准，辅助保护器弹簧314以及辅助保护器联接件310和内杆构件306的扭矩携载部分326之间的非结合伸缩运动防止内杆适配器312与内杆联接件118强制接合，这可能导致辅助保护器300的内杆适配器312和内杆联接件118的损坏。因此，在一些示例中，辅助保护器弹簧314允许内杆适配器118与内杆适配器312自对准并可滑动地接合。

在一些示例中，内杆适配器312的至少部分面335被热处理以防止磨损和意外损坏。此外，在其他示例中，内杆适配器可以包括滑动特征(未示出)以促进伸缩连接。这样的滑动特征可以包括涂层，处理或促进布置在内杆适配器312的面335上的低摩擦连接的其他材料。

图71示出沿着图69中的线71-71截取的内杆适配器312和辅助保护器联接件310的横截面。示出了扭矩携载部分338与辅助保护器联接件310的内孔330配合。这种配合允许扭矩从辅助保护器联接件310传输到内杆适配器312。扭矩携载部分338可以形成任何横截面轮廓，该横截面轮廓被构造成最小化摩擦力和卡住可能性的同时传输扭矩(例如，凸角，平坦面，曲面等)。

图72示出沿着图69中的线72-72截取的内杆适配器312和辅助保护器联接件310的横截面。如图所示，非扭矩携载部分340不接合辅助保护器联接件310的内孔330。

图73示出沿着图69中的线73-73截取的内杆构件306和辅助保护器联接件310的横截面。类似于内杆适配器312的非扭矩携载部分340，内杆构件306的非扭矩携载部分328不与辅助保护器联接件310的内孔330接合。

图74示出沿着图69中的线74-74截取的内杆构件306和辅助保护器联接件310的横截面。类似于内杆适配器312的扭矩携载部分338，扭矩携载部分326被示出为与辅助保护器联接件310的内孔330配合。这种配合允许扭矩从内杆构件306连接到辅助保护器联接件310。在所描绘的示例中，内杆构件306的扭矩携载部分326具有多边形横截面。在其他示例中，内杆构件306的扭矩携载部分326具有六边形横截面。然而，在其他示例中，扭矩携载部分326可以具有各种不同的横截面形状。

类似于内杆适配器312，内杆构件306，具体为扭矩携载部分326具有便于在辅助保护器联接件310和内杆构件306的扭矩携载部分326之间的伸缩连接的构造。在内杆适配器312和辅助保护器联接件310相对于内杆构件306轴向移动时发生该运动。尽管辅助保护器联接件310的销316被构造成定位在槽320内并且可沿槽320移动，但是辅助保护器联接件310的内孔330在扭矩携载部分326上滑动。具体地，扭矩携载区段326包括被构造成在内杆联接件310的内孔330内平稳地滑动的多个面327。在一些示例中，面327是平坦的。在其他示例中，面327是圆形的。由于面327的构造，内孔330和扭矩携载部分326之间的卡住或结合被最小化。通过不结合或卡住，它确保内杆适配器312和辅助保护器联接件310可以在需要时相对于内杆构件306自由移动。如果内杆构件306和辅助保护器联接件310之间的连接被构造成使得允许周期性卡住(例如，具有更复杂轮廓的横截面，例如花键)，则内杆适配器312和钻杆组件的内联接件118的连接可能未对准。这种未对准可能会损坏内杆联接件118，内杆适配器312和/或钻杆组件106的部分。然而，通过将内杆适配器312和内杆构件306被构造成具有扭矩携载部分338,326，扭矩携载部分338,326能够抵抗卡住或结合，减少了未对准和随后损坏部件的可能性。

在一些示例中，内杆构件306的至少部分面327被热处理以防止磨损和意外损坏。此外，在其他示例中，辅助保护器联接件310的内孔330和/或扭矩携载区段326可以包括滑动特征(未示出)以促进伸缩连接。这样的滑动特征可以包括涂层，处理或促进设置在辅助保护器联接件310和/或扭矩携载区段326上或之间的低摩擦连接的其他材料。

图75示出了根据本公开的一个实施例的辅助保护器400的纵向截面。图76示出了辅助保护器400的分解图。

辅助保护器400以与辅助保护器300基本类似的方式操作，其中辅助保护器400被构造为使用辅助保护器弹簧401来容纳钻杆组件106的外钻杆114和内钻杆116之间的一定范围的相对位置。辅助保护器400在后端部402处连接到齿轮箱124的前侧502并且被构造成在辅助保护器400的前端部404处连接到内钻杆116和外钻杆114。辅助保护器400包括内杆构件406，外杆构件408，辅助保护器联接件410和内杆适配器412，所有这些与上文关于辅助保护器300所描述的部件基本类似。

然而，在辅助保护器400中，辅助保护器弹簧401定位在内杆适配器412和内杆构件406之间以及内杆适配器412和内杆构件406内。这样的定位允许内杆适配器412相对于内杆构件406的弹簧加载的相对运动，使得内杆适配器被偏压到第一位置。第一位置是内杆适配器412的位置，在该位置处，没有由内杆适配器412通过内钻杆116施加在辅助保护器弹簧401上的力。当内杆适配器接收到力时，内杆适配器414可根据需要压缩弹簧401以适应钻杆组件106的外杆114和内杆116的相对定位。因此，内杆适配器412可以定位在第一位置和弹簧401被完全压缩的位置之间的任何位置处。

内杆适配器412可滑动地配合在辅助保护器联接件410内，而内杆构件406固定地安装到内杆结合件410。为了适应外杆114和内杆116的不同相对定位，内杆适配器412可以在限定在辅助保护器联接件410内的凹部414内滑动。内杆适配器412可以使用各种不同的方法保持在凹部414内。在一个示例中，内杆适配器412可以使用保持环416保持在凹部414内。在其他示例中，内杆适配器412可以使用单个销或多个销(未示出)保持在凹部414中。

图77是齿轮箱124的透视图，图78示出了齿轮箱124的侧视图。如上所述，齿轮箱124被定位在齿条126上，并被构造为接合每个钻杆组件106并使每个钻杆组件106围绕它们各自的纵向轴线转动，并且还将每个钻杆组件106与直接在先的井下钻杆组件106联接。

当将钻杆组件驱动到地面中时，齿轮箱124被构造成在将钻杆组件106推入地面中的同时朝向分支机构128行进。同时，齿轮箱124被构造成选择性地驱动(即，转动)钻杆组件106的外钻杆114和内钻杆116。

当从地面拉动钻杆组件106时，齿轮箱124被构造成在齿条126上远离分离机构128移动，同时选择性地转动钻杆组件106的外杆114和内杆116。

齿轮箱包括前部502，后部504，壳体505，至少一个外钻杆驱动马达506，内钻杆驱动马达508，内钻杆驱动轴组件510(即内杆驱动轴)和外钻杆驱动轴组件512(即，外杆驱动轴)。此外，齿轮箱124包括被构造成将齿轮箱124安装到齿条126的附接特征511。

齿轮箱124被构造成在齿轮箱124的前端部502处驱动(即，转动)钻杆组件106，并且还被构造成经由齿轮箱124的后部504处的流体枢轴514接收钻井流体，这将在下面更详细地描述。

外钻杆驱动马达506和内钻杆驱动马达508可以是被构造成使用钻井机械104的机载液压系统(未示出)来操作的液压马达。在一些示例中，齿轮箱124利用两个外钻杆驱动马达506a，506b和单个内钻杆驱动马达508。

外钻杆驱动马达506一起被构造成驱动外钻杆驱动轴组件512的转动，从而驱动钻杆组件106的外钻杆114，并由此驱动钻柱102的所有连接的外钻杆。

内钻杆驱动马达508被构造成驱动内钻杆驱动轴组件510的转动，由此驱动钻杆组件106的内钻杆116，从而驱动钻杆组件106的所有联接的内钻杆116。此外，在一些示例中，内钻杆116连接到钻探头部110的驱动轴150，并且因此内钻杆驱动马达508被构造为驱动钻头钻头轴142和钻头140的转动。

在一些示例中，齿轮箱124被构造成使得内钻杆驱动轴组件510和外钻杆驱动轴组件510之间不允许相对轴向运动。

图79示出了齿轮箱124的正视图，图80示出了图79的沿线80-80的齿轮箱124的横截面。

外钻杆驱动马达506被构造成驱动一对齿轮516和518。这些部件被构造成向外钻杆驱动轴组件512提供转动驱动扭矩。具体地，动力从马达508传输到齿轮516，齿轮518，外钻杆头轴520，然后到外钻杆驱动卡盘522。

外钻杆头轴520被构造成基本上容纳并支撑在齿轮箱124的壳体505内。具体地，外钻杆头轴520被构造成与容纳在壳体505的内腔521内的齿轮箱润滑流体(例如油)连通。此外，一对轴承524被构造成将外钻杆头轴520支撑在壳体505内。

外钻杆驱动卡盘522被构造成在齿轮箱124的前端部502处可移除地联接到外钻杆头部轴520。外钻杆驱动卡盘522进一步被构造成联接到钻柱102的外构件的端部。在一些示例中，外钻杆驱动卡盘522通过多个紧固件523联接到外钻杆头轴520。在一些示例中，外钻杆驱动卡盘522被构造为进一步直接联接到钻杆组件106的外钻杆114。在其他示例中，外钻杆驱动卡盘522被构造成直接螺纹连接到辅助保护器300/400的外杆构件308/408。

内钻杆驱动马达508位于齿轮箱124的后部504处。内钻杆驱动马达508被构造成直接向内钻杆驱动轴组件510提供转动驱动扭矩。具体而言，动力从内钻杆驱动马达508传输到内钻杆头轴526，然后传输到钻柱102的内构件。在一些示例中，内钻杆头轴526被构造成连接到辅助保护器300/400的内杆构件306/406。在其他示例中，内钻杆头轴526可以直接联接到钻杆组件106的内钻杆116。

在一些示例中，内钻杆头轴526可以通过一对轴承528支撑在壳体505内。此外，与外钻杆头轴520相似，内钻杆头轴526被构造成与容纳在壳体505的内腔521内的齿轮箱润滑流体(例如，油)连通。

内钻杆驱动马达508还包括轴向钻井流体通道529，该轴向钻井流体通道529大致与内钻杆头轴526轴向对准。轴向钻井流体通道529由马达508限定并被构造成通过流体枢轴514在第一端部530处从钻井流体源(未示出)接收钻井流体。然后，轴向钻井流体通道529将钻井流体在轴向钻井流体通道529的第二端部532处输送到内钻杆头轴526。具体地，内钻杆头轴526在与壳体505的内腔521隔离的头轴轴向钻井流体通道534处接收钻井流体。然后，内钻杆头轴526将钻井流体输送到钻柱102的内钻杆。在一些示例中，钻井流体从内钻杆头轴526递送到辅助保护器300的内部流动路径307。在一些示例中，钻井流体从内钻杆头轴526输送到辅助保护器300的内杆构件306的轴向流体流动通道322。

流体枢轴514被构造成将钻井流体输送到内钻杆驱动马达508的轴向钻井流体通道529中。在一些示例中，流体枢轴514可以连接到钻井流体泵(未示出)，该钻井流体泵连接到钻井流体贮存器(未示出)。在一些示例中，流体枢轴514被构造成围绕轴线536自由地转动，以适应齿轮箱124的移动。在一些示例中，流体枢轴可以可移除地安装到内钻杆驱动马达508。

图81示出了图80中的纵向横截面区段的齿轮箱124的前部502的放大视图。齿轮箱124还包括钻井流体密封件538，油密封件540，渗漏腔542和至少一个渗漏指示器544。

为了防止容纳在钻柱102内的钻井流体回到齿轮箱124，特别是腔521中，齿轮箱124包括位于内钻杆驱动轴组件510和外钻杆驱动轴组件512之间的钻井流体密封件538。具体地，钻井流体密封件538定位在内钻杆头轴526和外钻杆驱动卡盘522之间。流体密封件538可以是各种不同类型的密封件。在一个示例中，密封件538是陶瓷密封件。在一些示例中，钻井流体密封件可以定位在内钻杆驱动轴组件510和外钻杆驱动轴组件512之间，在那里可以容易地进行维护。如图所示，为了防问密封件538，操作员必须仅移除外钻杆驱动卡盘522。

相反，为了防止油从齿轮箱124的壳体505的腔521进入钻柱，齿轮箱124包括在内钻杆驱动轴组件510和外钻杆驱动轴组件512之间定位在壳体505内的油密封件540。具体地，油密封件540位于外钻杆头轴520和内钻杆头轴526之间。因此，在一些示例中，油密封件540定位成靠近齿轮箱124的后部504。油密封件540的这种定位允许外钻杆驱动卡盘522从外钻杆头轴520上移除，而不必将油从腔521排出。这种布置方便了维护。

齿轮箱124进一步限定了渗漏腔542。渗漏腔542限定在内钻杆驱动轴组件510，外钻杆驱动轴组件512，钻井流体密封件538和油密封件540之间。在正常情况下操作期间，由于油密封件540和钻井流体密封件538，所以渗漏腔542不包含油并且不包含钻井流体。然而，如果油密封件540或钻井流体密封件538中的任一个发生故障，则渗漏腔542被构造为接收逸出密封件540,538的任何流体。

在一些示例中，渗漏指示器544被构造为指示流体何时存在于渗漏腔542内。在一些示例中，渗漏指示器544是设置在渗漏腔542内的传感器。在其他示例中，渗漏指示器544是限定在外钻杆驱动轴组件512中的通道。此外，在一些示例中，可以通过至少一个渗漏指示器544将渗漏腔542排放成大气压力。因为在齿轮箱124的壳体505内的钻井流体124可以快速损坏部件并且钻柱102内的油不是优选的，因此，渗漏腔542和渗漏指示器544允许指示这种故障，使得操作员可以在对钻井系统的部件进行损坏之前停止操作。

图82示出了移除了外钻杆驱动卡盘522的齿轮箱124的侧视图。在所描述的示例中，一旦外钻杆驱动卡盘522被移除，钻井流体密封件538保持围绕内钻杆头轴526定位。在一些示例中，钻井流体密封件538分成两个半部，连接到内钻杆头轴526的一个半部以及附接到外钻杆驱动卡盘522的一个半部。

图83示出沿着图82中的线83-83截取的外钻杆驱动卡盘522的横截面。在所描绘的示例中，外钻杆驱动卡盘522包括多个渗漏指示器544。如图所示，渗漏指示器544是围绕外钻杆驱动卡盘522的周边定位的径向渗漏通道。渗漏通道544允许进入渗漏腔542的任何泄漏的流体(例如，油或钻井流体)逸出渗漏腔542，由此向操作员提供发生故障的视觉指示。在其他示例中，除了外钻杆驱动卡盘522或者替代外钻杆驱动卡盘522，渗漏指示器544可以设置在外钻杆头轴520中。

将钻杆组件106驱动到地面中的过程需要控制齿轮箱124以执行多个步骤。在一个示例中，这些步骤中的一些步骤由控制器550(在图2中示出)自动执行，而在其他示例中，所有这些步骤由控制器550自动执行。

首先，当齿轮箱124已经到达齿条126上的其最靠近井下的位置时，分离机构128夹持钻柱102，并且齿轮箱124可以分离以沿着齿条126向井上返回。分离步骤需要外钻杆驱动轴组件512在其从钻柱102的外杆114脱开时沿相反方向转动，同时齿轮箱124必须在齿条126上向井上移动以与钻柱102分离。在该过程期间，内钻杆驱动轴组件510同时滑动脱离以与钻柱102的内杆116脱离接合。在该步骤的一个示例中，每当分离机构128被夹持到钻柱106上时，控制器550自动向内钻杆驱动轴组件510，特别是内杆头轴526，施加振荡的相对较低的扭矩，用于外钻杆驱动轴组件512的控制信号(例如，经由控件552从控制器550生成或自动从控制器550生成)被操作以在相反方向上转动，或者使齿轮箱124沿着齿条126移动的控制信号(例如，经由控件552从控制器550生成或从控制器550自动生成)被操作以向井上移动。在一个示例中，振荡扭矩被限制为最大150ft-lbs。

一旦齿轮箱124已经到达齿条126上的其最靠井上的位置，单个钻杆组件106就定位(例如通过未示出的杆装载器组装机构)与钻柱102和齿轮箱124对准。齿轮箱124然后向井下移动并与单个钻杆106接合，包括外钻杆驱动轴组件512和外杆114的联接以及内钻杆驱动轴组件510和内杆116的同时联接。在该步骤的一个示例中，每当分离机构128被夹持到钻柱102上时，控制器550自动向内钻杆驱动轴组件510，特别是内杆头轴526，施加振荡的相对较低的扭矩，用于外钻杆驱动轴组件512的控制信号(例如，经由控件552从控制器550生成或自动从控制器550生成)被操作以在向前方向上转动，或者使齿轮箱124沿着齿条126移动的控制信号(例如，经由控件552从控制器550生成或从控制器550自动生成)被操作以向井下移动。控制器550还可以包括闭环控制，其中测量内钻杆驱动轴组件510的移动以确保在此步骤中内钻杆驱动轴组件510，特别是内杆头轴526在120度加或减60度的整个角度范围内振荡。在一个示例中，振荡扭矩被限制为最大150ft-lbs。

一旦齿轮箱124联接到单个杆106上，齿轮箱124继续在齿条126上向井下移动，从而推动单个杆106与钻柱102接合。将单个杆106与钻柱102接合需要在内杆114同时联接时，外杆以螺纹连接在一起。在该步骤的一个示例中，每当分离机构128被夹持到钻柱102上时，控制器550自动向内钻杆驱动轴组件510，特别是内杆头轴526，施加振荡的相对较低的扭矩，用于外钻杆驱动轴组件512的控制信号(例如，经由控件552从控制器550生成或自动从控制器550生成)被操作以在向前方向上转动，或者使齿轮箱124沿着齿条126移动的控制信号(例如，经由控件552从控制器550生成或从控制器550自动生成)被操作以向井下移动。控制器550还可以包括闭环控制，其中测量内钻杆驱动轴组件510，特别是内杆头轴526的运动，以确保在此步骤中内杆头轴526振荡通过120度加或减60度的总角度。在一个示例中，振荡扭矩被限制为最大150ft-lbs。

上述多个实施例仅通过举例说明而被提供，并且应该不被解释为将随附权利要求限制于此。本领域技术人员将很容易地认识到可以在未脱离以下权利要求的真实精神和范围的情况下，进行未按照示例性实施例以及图示的和本文中描述的应用的各种修改和改变。

Claims (28)

1.一种被构造为定向钻井的钻探头部，所述钻探头部包括：

井上部分，所述井上部分包括：

主外壳，其具有主外壳轴线和内径；

驱动轴，其具有井下端部，所述井下端部包括作为扭矩传输特征和径向载荷支承特征的驱动特征，所述驱动轴具有驱动轴轴线和外径，其中所述驱动轴轴线与所述主外壳轴线平行；和

驱动轴流体流动通道，其在主外壳的内径和驱动轴的外径之间；

井下部分，所述井下部分包括：

端部外壳，其连接到所述主外壳，所述端部外壳具有不与所述主外壳轴线平行的端部外壳轴线；和

钻头轴，其具有钻头轴轴线和流体流动内腔，所述钻头轴具有包括驱动特征的井上端部，所述驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征，其中所述钻头轴轴线不平行于所述驱动轴轴线；和

联接件，所述联接件与钻头轴和驱动轴接合并定位在钻头轴和驱动轴之间，所述联接件具有作为扭矩传输特征和径向载荷支承特征的驱动特征，联接件的驱动特征的大小和形状形成为与驱动轴和钻头轴两者的驱动特征配合，所述联接件具有联接件流体流动通道，其中在所述驱动轴流体流动通道和所述联接件流体流动通道之间以及在所述驱动轴和所述联接件两者的驱动特征之间允许流体流动。

2.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述联接件流体流动通道包括轴向流体流动通道和径向流体流动通道中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴和所述联接件的所述驱动特征包括具有相应非圆形横截面的突起和凹部，其中，所述驱动轴和所述联接件中的至少一个的驱动特征包括多个圆形面。

4.根据权利要求3所述的钻探头部，其中，

所述多个圆形面具有沿着所述钻探头部大致在轴向方向上延伸的曲率半径。

5.根据权利要求3所述的钻探头部，还包括，

在每个圆形面之间的过渡面，其中每个过渡面具有沿着钻探头部沿轴向方向延伸的曲率半径。

6.根据权利要求3所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴包括所述突起，并且所述联接件包括所述凹部。

7.根据权利要求3所述的钻探头部，其中，

所述联接件包括所述突起，并且所述驱动轴包括所述凹部。

8.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴具有非平面轴向井下端面。

9.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴和所述联接件中的至少一个的所述驱动特征被热处理。

10.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴的所述驱动特征在所述井下端部处具有大致多边形的横截面。

11.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴在井下端部处具有大致球形轮廓。

12.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述联接件与所述驱动轴和所述钻探头部轴中的至少一个一体形成。

13.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述联接件流体流动通道包括轴向流体流动通道和径向流体流动通道，并且其中所述径向流体流动通道与所述轴向流体流动通道连通。

14.根据权利要求1所述的钻探头部，其中，

所述联接件定位在所述端部外壳的凹部内，并且其中所述联接件包括布置在所述联接件的外表面处的平衡特征，所述平衡特征件被构造成允许所述联接件相对于所述凹部的转动并且限制横向于所述端部外壳轴线的联接运动，其中所述平衡特征包括在所述联接件与所述凹部之间大致平行于所述端部外壳轴线的至少一个流体通道。

15.根据权利要求1所述的钻探头部，还包括，

流动套环，其围绕所述驱动轴定位且邻近所述联接件，其中所述流动套环至少包括外围流体流动通道，从而允许来自在所述流动套环和所述驱动轴之间的所述第一环形通道以及在所述流动套环与所述端部外壳和所述主外壳中的至少一个之间的第二环形流体流动通道的流体流动。

16.一种被构造为定向钻井的钻探头部，所述钻探头部包括：

驱动轴，其具有井上端部和井下端部，井下端部包括作为扭矩传输特征和径向载荷支承特征的驱动特征；和

联接件，其具有作为扭矩传输特征和径向载荷支承特征的驱动特征，所述联接件的驱动特征的尺寸和形状被设计成与驱动轴的驱动特征配合，联接件包括轴向流体流动通道和径向流体流动通道，径向流体流动通道与轴向流体通道连通，并且其中允许在驱动轴的驱动特征与联接件的驱动特征之间的流体流动。

17.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴和所述联接件的所述驱动特征包括具有相应的非圆形横截面的突起和凹部中的至少一个，其中所述突起的所述驱动特征包括多个圆形面，并且其中所述凹部具有圆筒形状并且被构造成接收所述突起。

18.根据权利要求17所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴包括所述突起，并且所述联接件包括所述凹部。

19.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴的扭矩传输特征和所述联接件的扭矩传输特征至少部分地被热处理。

20.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴和所述联接件的所述驱动特征包括多个面，其中每个面的仅一部分被热处理。

21.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴和所述凹部中的至少一个的驱动特征包括多个外围圆形面，并且其中所述圆形面具有沿着钻探头部沿轴向方向延伸的曲率半径。

22.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述驱动轴的井下端部具有大致多边形的横截面。

23.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述联接件的所述驱动特征设置在凹部内，所述联接件的所述驱动特征包括多个平坦面，并且其中所述凹部进一步包括大致非平坦的井下端面。

24.根据权利要求16所述的钻探头部，其中，

所述联接件定位在所述端部外壳的凹部内，并且其中所述联接件包括布置在所述联接件的外表面处的平衡特征，所述平衡特征件被构造成允许所述联接件相对于所述凹部的转动并且限制横向于所述端部外壳轴线的联接运动，其中所述平衡特征包括在所述联接件与所述凹部之间大致平行于所述端部外壳轴线的至少一个流体通道。

25.根据权利要求16所述的钻探头部，还包括，

流动套环，其围绕所述驱动轴定位且邻近所述联接件，其中所述流动套环至少包括外围流体流动通道，从而允许来自在所述流动套环和所述驱动轴之间的所述第一环形通道以及在所述流动套环与所述端部外壳和所述主外壳中的至少一个之间的第二环形流体流动通道的流体流动。

26.一种用于水平定向钻井的钻探头部的驱动轴，所述驱动轴包括：

井上端部，所述井上端部包括：

具有非圆形轮廓的扭矩携载区段，所述扭矩携载区段具有第一横截面宽度；

具有第二横截面宽度的非扭矩携载部分，所述第二横截面宽度小于所述扭矩携载区段的第一横截面宽度；

位于扭矩携载区段和非扭矩携载区段之间的槽；和

井下端部，所述井下端部包括：

驱动特征，所述驱动特征形成大致球形轮廓，所述驱动特征是扭矩传输特征和径向载荷支承特征。

27.根据权利要求26所述的驱动轴，其中，

所述驱动轴具有非平坦的轴向井下端面。

28.根据权利要求26所述的驱动轴，其中，

所述驱动特征在所述井下端部处具有大致多边形的横截面。