CN114991742A - 地埋操作、系统、通信及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于对检测到包括钻机和地埋工具在内的系统的有害操作状况启动响应的系统、装置和方法。该响应可以基于井上感测参数以及井下感测参数。有害操作状况涉及交叉孔检测、压裂漏出检测、过大的井下压力、喷嘴堵塞指示和钻柱楔孔检测。通信系统包括允许轻便检测器与钻机之间经由地埋工具进行双向通信的地埋通信链路。可以使用逼近积分值的技术进行地埋工具的深度和/或侧向运动的监测。在自动程序的背景下对基于自动刻槽的钻头力进行了描述。定位器至钻机的遥测的丧失可能触发自动切换到系统内的不同通信路径。

Description

地埋操作、系统、通信及相关装置

本申请是申请号为2018103295544、申请日为2013年7月19日、发明名称为“地埋操作、系统、通信及相关装置和方法”的专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2012年7月20日提交的美国临时专利申请No.61/674,248的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。本申请还要求2013年7月19日提交的美国非临时专利申请No.13/946,284和No.13/946,611的优先权，这两个申请的全部内容均以引用的方式并入本文。

技术领域

本申请一般涉及地埋操作，并且更具体地涉及用于以迄今未知的方式进行这种地埋操作的先进系统、装置和方法。

背景技术

通常被称为水平定向钻探(HDD)的技术可以用于在无需挖沟槽的情况下安装公用设施。典型的公用设施安装涉及具有钻柱的钻机的使用，该钻柱的远端或地埋端支撑钻具。钻机通过向钻柱施加推力来迫使钻具穿过地下。在钻柱延伸期间对钻具导向，以形成导孔。在完成导孔后，将钻柱的远端附接在回拉装置上，回拉装置又附接在公用设施的前端上。然后，利用钻柱的回缩将回拉装置和公用设施拉动穿过导孔，以完成安装。在某些情况下，回拉装置可以包括回扩工具，该回扩工具用于扩展公用设施前方的导孔的直径，使得所安装的公用设施可以具有比导孔的初始直径更大的直径。

与沿整个安装路径挖沟槽的现有实践相比，这样的非开挖公用设施安装通常非常适合于发达地区。HDD还被证明在例如河流下方、建筑物下方或一些其它障碍物、人造物或其它物体下方等不能形成沟槽的位置安装公用设施方面是实用的。不幸的是，存在与非开挖公用设施安装相关的一些风险。例如，可能存在与新公用设施的安装的预定路径交叉的预先存在的公用设施。在某些情况下，预先存在的公用设施的位置是已知的，然而，并非总是如此。因此，存在与不慎钻入未知的预先存在的公用设施相关的危险。现有技术包括尝试解决该问题的几种方法，这紧接着将在下文中进行描述。

授权给Staton的美国专利No.5,457,995(在下文中为'995专利)教导了一种方法。Staton尝试使用声学信息结合地震信息来检测钻具是否已经遇到预先存在的公用设施。不幸的是，该技术需要预先存在的公用设施的背景知识以及对预先存在的公用设施的物理接触。至少由于这些原因，该技术不适用于检测与未知的预先存在的公用设施的相遇。应注意的是，该专利简要地描述了监测施加到钻柱且与声学信息和地震信息结合使用的推力。具体而言，'995专利描述了基于推力的增大监测钻机处的液压推力作为据信撞击到公用设施的指示。然而，'995专利同时也承认推力可能不会增大，这取决于形成公用设施的材料，并且在此情况下，也似乎没有提供任何解决方案。申请人进一步认识到，如将在下文中详细描述的那样，钻机处的推力并不一定表示钻具施加至土壤的力。

美国专利No.6,614,354(在下文中为'354专利)描述了现有技术所采取的另一种方法。该专利教导了基于监测声学传感器和外加电流传感器来检测与地埋管线接触的技术。不幸的是，与'995专利一样，为了使用该技术，需要管线存在的背景知识以及物理接触。

在HDD操作期间，无论是为了钻取导孔还是在回拉或回扩期间安装公用设施，钻井流体或泥浆通常都会被传输通过钻柱，以从地埋端排出。在钻孔期间，泥浆能够在这种高压下从钻头排出，这有助于切入位于导孔的端面处的土壤和/或岩石。然后，泥浆可以在将钻屑运回至地面的同时在围绕钻具和钻柱的环形区域中沿相反方向流回到钻机。钻井泥浆还可以用于冷却钻头，并且提供润滑。在回拉/回扩操作期间，当钻柱回缩时，钻井泥浆能够在高压下从回扩工具的前沿面排出，以辅助切入土壤，并且向正被安装的公用设施提供润滑，以便减少公用设施上的张力。如在钻井操作中，钻井流体还可以用于沿井上方向运送钻屑。

考虑到上述情况，与非开挖公用设施安装相关联的另一风险涉及通常称为“压裂漏出(frac-out)”的情况。与从地埋工具排出之后遵循导孔所限定的井上路径不同，加压泥浆有时可能通过地面中的压裂漏出。漏出的泥浆可能会损坏道路或其它结构，并且可能引发环境问题。如将在下面详细描述的那样，申请人还认识到用于压裂漏出检测的前所未见的方法和装置。下文针对用于压裂漏出和交叉孔检测的所述技术描述了进一步的益处。例如，可以检测与钻井泥浆从钻头喷射器的排出相关联的某些操作状况。

相对于非开挖公用设施安装而言的另一风险涉及可以称为楔孔(key-holing)的情况。这后一术语描述了公用设施在回拉操作期间趋于使曲线变直的行为。申请人认识到楔孔的结果可能是新公用设施与预先存在的公用设施或其它地埋障碍物之间的不希望的相交。申请人进一步认识到并在下面描述了用于检测楔孔的前所未见的方法和装置。

本申请的公开内容公开了一些其它改进。例如，所述改进涉及系统通信、地埋工具的深度的确定以及先进的导向技术，该导向技术适用于就对钻具进行导向而言通常会导致困难的地埋状况。

现有技术的前述实例及其相关限制旨在是说明性的，而非排他性的。在对本说明书进行了阅读且对附图进行了研究的基础上，本领域的技术人员将更加清楚现有技术的其它局限性。

发明内容

结合意图进行示例和说明而非限制范围的系统、工具和方法对下面的实施例及其方面进行描述和说明。在各个实施例中，已经考虑到上述问题中的一个或多个，而其它实施例涉及其它事项。

在本发明的一个方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间钻柱的延伸和回缩一般产生地埋工具的对应运动。钻柱限定有用于承载钻井泥浆从钻机至地埋工具的加压流动使钻井泥浆从地埋工具排出的通道。在地埋操作期间，监测地埋工具周围的地中的泥浆环空压力。检测泥浆环空压力的变化。至少部分基于该变化，启动响应作为潜在交叉孔和潜在压裂漏出中的一者的指示。

在本发明的另一方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间钻柱的延伸和回缩将地埋工具移动穿过地下。钻柱限定有通道，通道用于承载钻井泥浆从钻机至地埋工具的加压流动以使钻井泥浆从地埋工具排出。在钻探操作期间，监测地埋工具周围的导孔中的泥浆环空压力。检测泥浆环空压力的超过上限井下压力。至少部分地基于检测到增大来启动响应。

在本发明的另一方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括钻柱，钻柱具有从钻机延伸至带有钻头的地埋工具为止的长度，使得在钻探操作期间钻柱的延伸使钻具前进穿过地下，以形成导孔。在钻具的前进期间，监测由钻头施加在导孔面上的钻头力。检测钻头力的下降。至少部分基于将检测到的下降作为潜在交叉孔的指示来启动响应。

在本发明的另一方面中，描述了一种与用于进行地埋操作的系统结合使用的方法和相关联的装置，该系统至少利用从钻机延伸至地埋工具的钻柱和轻便(walkover)检测器充当归航信标和追踪设备中的至少一者。井下收发器位于地埋工具附近的井下。便携式收发器形成轻便定位器的一部分。井上收发器与井下收发器之间构造有第一双向通信链路，该第一双向通信链路使用钻柱作为电导体，以提供井上收发器与井下收发器之间的通信，并且轻便检测器的便携式收发器与井下收发器之间构造有第二双向通信链路，该第二双向通信链路在轻便检测器的便携式收发器与井下收发器之间采用无线电磁通信，以便通过经由第二双向通信链路将信息从轻便检测器发送至井下收发器，并且此后通过经由第一双向通信链路将信息从井下收发器发送至井上收发器，能够将轻便检测器所产生的信息发送至井上收发器。

在本发明的另一方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间钻柱的延伸一般产生地埋工具通过地下的对应运动。钻柱限定有用于承载钻井泥浆从钻机至钻具的加压流动使钻井泥浆从钻具排出的通道。井上泥浆压力被检测为处于或高于井上泥浆压力阈值。响应于检测到井上泥浆压力处于或高于井上泥浆压力阈值，确定钻具周围的环形区域中的井下泥浆环空压力的当前值。将井下泥浆环空压力的当前值与井下泥浆压力阈值进行比较。响应于井下泥浆环空压力的当前值处于或低于井下泥浆压力阈值，确定通过钻柱的当前泥浆流量。将当前泥浆流量与泥浆流量阈值进行比较。响应于当前泥浆流量处于或低于泥浆流量阈值，启动响应。

在本发明的另一方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括用于进行地埋操作的钻柱，钻柱具有从钻机延伸至地埋工具的长度，钻柱沿路径将地埋工具移动通过地下，钻柱的运动至少部分由地埋工具的俯仰取向(pitch orientation)表征。测量钻柱的运动，以基于钻柱的长度将运动表征为地埋工具的一系列增量运动。与各个增量运动相关联地建立地埋工具的俯仰取向。确定各个增量运动的沿地埋工具深度的增量深度变化量，使得各个增量运动充当俯仰测量间隔。对增量深度变化量进行求和，以作为确定地埋工具在当前位置的当前深度的一部分。

在本发明的另一方面中，描述了一种在地埋操作期间与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，地埋操作包括回拉操作，在回拉操作中，钻柱被钻机拉回，以至少大致沿导孔拉动公用设施，从而可能出现使公用设施不慎被移位到导孔的初始路径的上方的楔孔情况。在测量从钻机延伸至钻具的钻柱的长度的同时，通过响应于钻柱从钻机的延伸使钻具前进通过地下来形成导孔。当钻具前进时，记录表征沿导孔的一系列位置处的导孔的至少一个参数，对于一系列位置中的每一个位置而言，该至少一个参数用导孔的测得长度表示。在形成导孔之后，将回拉工具附接在钻柱的远端上，并且将公用设施附接在回拉工具上。在回拉操作期间，使钻柱回缩，以在测量从钻机延伸至回拉工具的钻柱的长度的同时，至少大致沿导孔朝钻机拉动回拉工具和公用设施。在回缩期间，至少表征用钻柱的测得长度表示的参数的当前值。将在回拉操作期间在回拉工具的当前位置处获得的参数的当前值与在形成导孔期间且在对应于当前位置处获得的参数的记录值进行比较。基于参数的当前值相对于记录值的偏差，启动对至少潜在出现钻柱楔孔的响应。

在本发明的另一方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括钻柱，钻柱具有从钻机延伸至带有钻头的钻具为止的长度，使得在钻探操作期间钻柱的延伸使钻具前进通过地下，以形成导孔。通过使钻柱前进以在使钻头从起始角位置至结束角位置旋转小于一整圈的同时使钻头与导孔端面来接合执行刻槽间隔(carving interval)。与感测到钻头作用在端面上的钻头力协作地使钻柱回缩。与基于感测到的钻头力终止回缩协作地旋转钻柱以使钻头返回至起始角位置，使得作用在端面上的钻头力被至少部分减轻。通过重复前进、钻柱回缩和钻柱旋转来执行一个或多个的自动刻槽迭代。

在本发明的另一方面中，描述了一种与水平定向钻探系统结合使用的方法和相关联的装置，水平定向钻探系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间钻柱的延伸和回缩一般产生地埋工具的对应运动。感测表征地埋工具的井下参数。感测钻机处的表征至少一个操作状况的井上参数。基于井下参数以及至少部分基于井上参数，自动启动针对至少一个有害操作状况的检测的响应。

在本发明的另一方面中，描述了一种与用于进行地埋操作的系统结合使用的方法和相关联的装置，该系统至少利用从钻机延伸至地埋工具的钻柱和至少用于接收从地埋工具发送来的定位信号的轻便定位器。井上收发器位于钻机附近。便携式收发器形成轻便定位器的一部分，并且构造为接收定位信号，以至少周期性地更新地埋工具的深度读数。遥测链路至少用于从轻便定位器的便携式收发器到井上收发器的经由轻便定位器遥测信号的双向通信，以周期性地至少将深度读数发送至井上收发器。处理器构造为监测遥测链路，以检测轻便定位器遥测信号的信号衰减，并且响应于检测到这种信号衰减，将深度读数的周期性发送切换至不同通信路径，以由井上收发器进行接收。

附图说明

在所参考的附图中示出了示例性实施例。本文所公开的实施例和附图旨在是示例性的，而非限制性的。

图1是在交叉孔检测以及用于实现本发明的其它特征的背景下通过钻柱利用信号联接器的系统的示意性正视图。

图2是本发明的联接适配器的一个实施例的示意性透视图。

图3是图2的联接适配器的实施例的示意性分解透视图，在此示出图3是为了示出联接适配器的结构的细节。

图4是图2和图3的联接适配器的实施例的示意性分解正视和局部剖切图，在此示出图4是为了进一步示出联接适配器的结构的细节。

图5是图2至图4的联接适配器的实施例的示意性正视和局部剖切装配图，图5示出了关于联接适配器的装配构造的细节。

图6是在图5的圆圈6-6内截取的部分的进一步放大的正视和局部剖切图，在此示出图6是为了示出关于联接适配器的图5的实施例中的电连接的细节。

图7a是示出本发明的联接适配器的另一实施例的示意性局部剖切正视图，该实施例将电流互感器的两根导线与钻柱电隔离。

图7b是图7a的联接适配器的实施例的示意性正视和局部剖切分解图，在此示出图7b是为了进一步示出联接适配器的结构的细节。

图7c是在图7a的圆圈7c-7c内截取的部分的进一步放大的示意性正视和局部剖切示意图，在此示出图7c是为了示出关于图7a和7b的实施例中的电连接的细节。

图8是与本发明的联接适配器连接的钻头形式的地埋工具和地埋壳体的一个实施例的示意性透视图。

图9是与本发明的联接适配器连接的张力监测器形式的地埋工具和扩孔工具的另一实施例的示意性透视图。

图10是示出了可以与本发明的联接适配器一起使用的电子部分的一个实施例的框图。

图11是示出了可以在钻机处使用或与本发明的充当地埋工具的联接适配器协作作为钻柱中继器的一部分的电子部分的一个实施例的框图。

图12a是示出用于监测来自基于钻机的传感器和基于井下的传感器的数据的各种组合以提供对各种有害操作状况的检测的方法的实施例的流程图。

图12b是示出用于监测来自基于钻机的传感器和基于井下的传感器的数据的各种组合以提供对遇到交叉孔的检测的方法的实施例的流程图。

图13是示出用于根据本发明方法和装置的数据结构的实施例的框图。

图14a至图14c是示出可以基于本文所述的方法呈现出操作者通知的外观的实施例的屏幕截图。

图15a包括为了示出根据本发明的各种操作情况而相对于时间绘制的多个操作参数。

图15b是基于图15a的曲线图的一部分的放大曲线图，并进一步示出时间关系中的钻机推力和钻头力。

图16是图1的地埋工具和钻柱的远端的进一步放大的示意图，在此示出图16是为了描述根据本发明的积分深度技术的细节。

图17是示出用于进行积分深度技术的方法的实施例的流程图。

图18是正在进行回扩操作的区域的示意性正视图，在此示出图18是为了示出钻柱楔孔的出现并且从分析的角度表征钻柱楔孔。

图19是示出用于检测图18所示的钻柱楔孔的方法的实施例的流程图。

图20是代表钻头的滚动取向的示意图。

图21是示出根据本发明的自动刻槽方法的实施例的流程图。

图22是示出用于监测便携式设备和钻机之间的遥测链路的方法的实施例的流程图。

图23是示出用于监测便携式设备和钻机之间的遥测链路的方法的另一实施例的流程图。

具体实施方式

提供下面的描述是为了使本领域普通技术人员能够实现和使用本发明，并且在专利应用及其要求的背景下提供以下描述。所描述的实施例的各种变型例对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文所教导的一般性原理可应用于其它实施例。因此，本发明不意在局限于所示出的实施例，而是如所附权利要求书的范围所限定的那样，与本文所述的原理和特征一致的包括变型例和等同方案在内的最宽范围相符合。应注意的是，附图可能不是按比例绘制并且本质上是以视为最佳示出关注特征的方式进行图解说明的。描述性术语可以相对于这些描述被使用，然而，采用该术语是为了促进读者的理解，而非意在进行限制。此外，出于清楚示出的目的，附图并未按比例绘制。

现在转向附图，其中，在所有各个附图中相同的部件用相同的附图标记表示，紧接着将注意力转到图1，图1是示意性示出一般用附图标记10表示且根据本发明制造的水平定向钻探系统的实施例的正视图。虽然所示系统示出了在用于进行地埋钻探操作的水平定向钻探系统及其部件的框架内的本发明，但本发明相对于其它操作程序享有同等适用性，这些操作程序包括但不限于竖直钻探操作、用于安装公用设施的回拉操作、勘测操作等。

图1示出了在区域12中进行操作的系统10。系统10包括钻机14，钻机14具有从钻机14延伸至钻具20的钻柱16。钻柱可以被推入到地下，以至少大致沿箭头所示的前进方向22移动地埋工具20。虽然本实例构造为是就钻具的使用而言的，但应认识到，讨论也适用于任何合适形式的地埋工具，包括但不限于扩孔工具、在可以安装公用设施或壳体的回拉操作期间使用的张力监测工具、例如使用惯性引导单元和井下压力监测来用于勘测钻孔路径的勘测工具。在钻具的操作中，通常需要基于钻柱的前进进行监测，而在诸如回拉操作等其它操作中，通常响应于钻柱的回缩进行监测。

继续参考图1，钻柱16被部分示出并且被分段，钻柱16由多个可拆卸地连接的单独钻管段组成，其中一些钻管段被表示为1、2、n-1和n，钻管段具有段长度或节长度和壁厚。钻管段能被可互换地称为具有杆长度的钻杆。在钻机的操作期间，可以一次将一个钻管段添加至钻柱，并且使用可移动的往复台23借助钻机将钻管段推入到地下，以使地埋工具前进。钻机14可以包括用于测量钻柱进入地下的运动的合适的监测装置24(其可以形成尚待描述的控制台的一部分)，这例如在名称为“SYSTEMS,ARRANGEMENTS AND ASSOCIATED METHODSFOR TRACKING AND/OR GUIDING AN UNDERGROUND BORING TOOL(追踪和/或引导地埋钻具的系统、装置和相关方法)”的美国专利No.6,035,951(在下文中为'951专利)中进行了描述，该美国专利和本申请属同一申请人并且以引用的方式并入本文。应认识到，钻机监测装置基本上可以监测钻机的操作的任意方面。在本实施例中，夹具监测器26可以监测在将新钻管段安装到钻柱上时用于夹持钻柱的井上端的夹具的状态。该操作涉及当新钻管段螺纹接合钻柱的井上端时将大扭矩施加到新钻管段上。钻机监测装置24还可以监测具有发射器单元29a和检测器单元29b的尺码计数器28。作为非限制性实例，发射器单元29a可以发射由检测器单元29b接收的超声波30。因此，为了表征影响钻柱长度的钻柱操作，可以以高精度监测往复台23的相对运动。应认识到，在另一实施例中，可以使用激光束来监测往复台23的相对位置的变化。在该后一实施例中，在反射镜定位在附图标记29b处的同时，激光发射器/检测器对可以定位在附图标记29a处。通过结合往复台23的运动跟踪夹具监测器26的状态，可以以例如几分之一英寸级的精度形成钻柱16的长度。具体而言，当往复台接合钻柱的井上端并且夹具监测器指示钻柱没被夹持时，钻柱的长度响应于往复台的运动发生变化。钻机监测装置24还可以监测压力传感器和流量计31，压力传感器和流量计31感测可以以相对较高的压力沿钻柱向下泵送的钻井流体或泥浆的压力和流量，下文将对此进行描述。在一些实施例中，还可以通过钻机监测装置24监测用于沿钻柱向下泵送钻井泥浆/钻井流体的泥浆泵32。可以通过钻机监测装置24进行监测的另一传感器包括至少一个气体检测器33，气体检测器33可以构造为检测在钻机附近例如从钻柱贯穿地面的坑或从钻柱的井上端正在排出的某些气体，这将在论及交叉孔检测时进一步进行描述。就此而言，应注意的是，气体检测器可以构造为单独地或以任何适当组合的方式检测天然气和其它形式或其它类型的气体，例如下水道管线的气体。

各个钻管段限定了在管段的相反两端之间延伸的贯穿开口34(其中一个被示出)。钻管段可以配备有通常称为盒销配件的部件，使得给定的钻管段的各个端部可以以已知的方式与钻柱中的另一钻管段的相邻端部螺纹接合。一旦钻管段接合组成钻柱后，相邻的各钻管段的贯穿开口对准，以形成箭头所示的整体通道36。通道36可以提供与箭头36的方向一致的钻井流体或泥浆从钻机至钻头的加压流动，这将进一步描述。

钻具在区域12内的位置以及钻具所遵循的地下路径可以在钻机14处设定并显示，例如使用显示器44显示在控制台42上。控制台可以包括处理装置46和控制致动器装置47。

钻具20可以包括钻头50，钻头50具有基于滚动取向用于转向的倾斜面。也就是说，当在无旋转情况下推动钻头前进时，基于钻头倾斜面的滚动取向，钻头通常发生偏转。另一方面，通过在推动钻头时使钻柱如双箭头51所示那样旋转，通常能够使钻头沿直线行进。当然，可预见的转向是以适宜的土壤状况为前提条件的。应注意的是，前述钻井流体可以在高压下射出为射流52，以切入钻头正前方的土地，并且提供钻头的冷却和润滑。钻具20包括收纳电子封装件56的地埋壳体54。地埋壳体构造为使钻井流体在电子封装件周围流动至钻头50。例如，电子封装件可以为筒状构造并且以定位在中心的方式支撑在壳体54中。钻头50可以包括将地埋壳体54的销配件(pin fitting)收纳的盒配件(box fitting)。地埋壳体的相反两端可以包括收纳联接适配器60的销配件的盒配件。联接适配器60的相反两端可以包括盒配件，盒配件收纳限定了钻柱的地埋远端的销配件。应注意的是，钻头、地埋壳体和联接适配器的盒销配件通常与钻柱的钻管段上设置的盒销配件相同，以便于在形成钻柱时钻管段彼此可拆卸地附接。被地埋的电子封装件56可以包括收发器64，在一些实施例中，收发器64可以发送例如偶极定位信号等定位信号66，尽管这不是必需的。在一些实施例中，收发器64可以接收其它地埋部件和/或地面部件所产生的电磁信号，这将在下文中的适当位置处进行描述。出于描述的目的，本实例假定电磁信号是偶极信号形式的定位信号。因此，电磁信号可以称为定位信号。应认识到，偶极信号可以像任何其它电磁信号那样调制，并且调制信号能够在此后从信号中恢复。信号的定位功能至少部分地取决于磁通场的特征形状及其信号强度，而不是其进行调制的能力。因此，无需调制。可以利用位于使用中的钻具或任何地埋工具内的适当的传感器装置67测量例如俯仰和滚动(取向参数)、温度和钻井流体压力等关于钻具的某些参数的信息，传感器装置67可以包括例如俯仰传感器、滚动传感器、温度传感器、用于感测50/60Hz公用设施管线的接近的交流场传感器、以及所需的例如用于感测偏转取向的直流磁场传感器等任何其它传感器(三轴磁力计，其具有3轴加速度计，以形成用于测量偏转取向的电子罗盘)。另一关注参数可以为由定位器基于信号66确定的地埋工具的深度。为了进行从钻具至钻机的参数通信，可以采用任何合适的协议。例如，可以使用数据包协议，其中，从定位器传输包括各关注参数专用的数据包在内的一系列数据包。这些数据包可以为俯仰数据包、滚动数据包、深度数据包等的形式。可以在整个系统中采用这种数据包协议，以进行任何关注参数的通信。地埋工具中的压力传感器可以感测钻头周围的环形区域中的流体压力或例如在公用设施回拉操作中使用的扩孔装置等其它井下组件中的流体压力。作为非限制性实例，与本申请属同一申请人的美国申请No.13/071,302公开了这种压力感测装置的一个合适实施例，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。在一些实施例中，传感器装置67可以包括气体传感器，气体传感器可以构造为响应于例如钻具与钻孔形式的交叉孔68的接触来检测钻孔周围的环形区域中的天然气和/或任何其它关注气体，这将进一步描述。就此而言，应注意的是，气体传感器可以构造为检测其它形式或其它类型的气体，例如下水道/污水管线的气体。可在形成导孔时用于交叉孔检测的另一传感器是力传感器，当钻机将钻柱驱动到地下时，力传感器可以测量钻头施加至土地的力，这将进一步描述。电子封装件56还包括根据需要与传感器装置67和收发器64相接的处理器70。可以形成传感器装置的一部分的另一传感器是加速度计，加速度计构造为用于检测一个或多个轴线上的加速度。壳体内可以设置有电池(未示出)，以产生电力。可以使用例如便携式轻便定位器等便携式设备80检测电磁信号66。与本申请属同一申请人的名称为“FLUX PLANELOCATING IN AN UNDERGROUND DRILLING SYSTEM(定位在地埋钻探系统中的通量面)”的美国专利No.6,496,008中描述了一种合适的且高度先进的便携式定位器，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。尽管出于描述的目的而采用了水平定向钻的框架，但如上所述，本发明适用于各种地埋操作，且不意在进行限制。如上所述，电磁信号可以携带包括例如俯仰和滚动等取向参数在内的信息。电磁信号还可以携带其它信息。举例来说，此类信息可以包括能够在钻具附近或内部测得的参数，包括温度以及诸如电池或电源电压等电压。定位器80包括电子封装件82。应注意的是，电子封装件连接为与定位器的各种部件进行电通信，并且电子封装件可以进行数据处理。可以以任何合适的方式在电磁信号66上调制关注信息，并且将关注信息发送到定位器80和/或钻机处的天线84，尽管这不是必需的。定位器的电子封装件82可以包括用于经由天线94发送可由使用天线84的钻机接收的定位器遥测信号92的遥测收发器。可以使用当前可用或尚待开发的任何合适形式的调制。当前可用和合适类型的调制的实例包括幅值调制、频率调制、相位调制及其变型。当从定位信号恢复时，可以在显示器44上和/或定位器80的显示器86上显示例如俯仰等关于钻探的任何关注参数。钻机14可以发送能够被定位器80接收的遥测信号96。因此，可以在钻机处的天线84与定位器处的天线94之间建立双向遥测通信和信号发送。作为这种信号发送的一个实例，基于钻机监测单元24所提供的状态，钻机可以发送因为钻管段正被添加至钻柱或正从钻柱移除钻管段而使钻柱处于静止状态的指示。定位器80还可以包括例如偶极天线等地埋通信天线98，在天线98设置为与电子器件部分82中的收发器装置电通信的情况下，天线98用于地埋通信信号99的双向接收。因此，经由天线98在定位器80与地埋工具的收发器64之间建立了双向信号发送和通信。如将要看到的那样，这种布置建立了从定位器80到地埋工具20并且沿钻柱16向上到达钻机的非常有利的通信环路。

仍参考图1，电缆100可以从地埋电子封装件56延伸，使得可以在该电缆上电发送与地埋工具的操作相关的任何感测到的值或参数。本领域的普通技术人员应认识到，通常称为“管中线”的装置可以用于将信号发送至钻机。术语管中线指的是容纳在由钻柱形成的内部通道36中的电缆。然而，根据本发明，电缆100延伸至地埋联接适配器60，这紧接着将在下文中进一步进行描述。

现在结合图1来参考图2。图2是进一步详细示出了联接适配器60的一个实施例的示意性透视图。具体而言，该联接适配器包括主体120，主体120形成有用于与地埋壳体54的盒配件(未示出)接合的销配件122。应注意的是，出于清楚示出的目的，未示出销配件上的螺纹，但是应理解到螺纹是存在的。主体包括至少一个高压电连接组件130，将在下文的一个或多个合适之处对高压电连接组件130进行进一步详细的描述。联接适配器60还包括延伸体140，延伸体140可拆卸地附接至主体120，以便能够更换主体或延伸体。主体和延伸体可以由任何合适的材料形成，例如由包括非磁性不锈钢在内的非磁性合金以及例如4140、4142、4340或任何合适的高强度钢等磁性合金形成。特别是，当将联接适配器放置为与驱动联接适配器的电子模块相距许多英尺或多个钻杆时，可以不需要非磁性形式。然而，如果在例如检测地球磁场的导向工具等地埋设备附近使用联接适配器，则使用非磁性材料能够避免势场干扰。就此而言，众所周知，非磁性高强度合金与磁性的对应物相比，通常在成本上高得多。应注意的是，主体和延伸体无需由相同的材料形成。

筒状环144收纳在主体120和延伸体140之间。筒状环可以由基本上能够抵抗地埋环境和电绝缘的任何合适的材料形成。作为非限制性实例，一种合适的材料是相变增韧氧化锆陶瓷，其它陶瓷材料也可能是合适的。如图2和尚待描述的其它附图所示，为了降低对筒状环造成损坏的可能并且减少对筒状环的磨损，筒状环144的外表面145可以相对于主体和延伸体这两者的外表面内凹(inset)。例如，基于筒状环的内凹并且在夹具(未示出)恰好与联接适配器接合的情况下，钻机处的保持管段的夹具基于该内凹而跨接并保持不与筒状环接触。此外，可以减少因钻柱的旋转、前进和回缩而对筒状环造成的地埋磨损。就此而言，应认识到，出于同样的原因，如在图2以及尚待描述的附图中可以看出，电连接组件130也可以内凹。

参考图2至图4，现在将提供联接适配器60的结构的进一步的细节。图3是联接适配器的示意性分解透视图，而图4是联接适配器的示意性局部剖切分解正视图。主体120包括带螺纹而与延伸体140所限定的螺纹接受部152螺纹接合的附接端150。应认识到，螺纹接合不是必需的，并且可以采用任何合适的技术将延伸体附接至主体，包括但不限于使用紧固件、粘合剂、以及带有螺旋销的花键。应认识到，这种附接经受其受到的任何地埋操作的全扭矩、推力和拉力。当使用螺纹实施例时，在扭转联接器之前，为了进一步确保连接不会松动，可以应用环氧树脂或例如甲基丙烯酸酯粘合剂或防水商用螺纹锁固化合物等螺纹锁固化合物。在一个实施例中，阳螺纹的销设计为肩部一接触就到达底部，这在相关技术中称为双肩设计。

电流互感器160构造为安装在由主体120限定的互感器凹部或凹槽162中。电流互感器包括卷绕在环状或环形芯体上的线圈。就此而言，芯体可以包括例如矩形、正方形和圆形等任何合适的横截面形状。在所示实施例中，芯体可以是分割开的，以便于电流互感器安装到互感器凹槽162中。一对电引线164终止于电流互感器线圈的相反两端，以形成尚待描述的外部电连接。应认识到，可以使用任何合适的电流互感器并且本文所述的特定电流互感器不意在进行限制。延伸体140的相反端170限定有用于与钻柱的地埋远端螺纹接合的盒配件172。关于图1，应认识到，当在钻机处装配钻柱时，联接适配器60可以安装在钻管段的任意两个相邻钻管段之间。例如，联接适配器60可以位于图1中的钻管段n-1与n之间。然后，电缆100通过钻管段n从地埋工具延伸到达联接适配器。

结合图2至图4来参考图5和图6，图5是联接适配器60的局部剖切正视装配图，而图6是在图5所示的圆圈6-6内截取的部分的进一步放大的局部剖切装配图。当如图6所示那样装配时，出于尚待描述的目的，O形圈178可以用于形成主体120与筒状环144的内表面之间的密封，而O形圈180用于稳固陶瓷环并且限制与延伸体140的凸缘182的直接接触。O形圈180可以接触陶瓷环、凸缘182和主体120的侧壁184。如图5所示，联接适配器60的各部件装配成共同限定了通道190，当地埋工具需要钻井流体时，通道190作为钻柱的一部分或与整个钻柱协作用于引导这样的流体。基于包括第一肩部186和第二肩部188的双肩构造(图5)，主体120和延伸体140在装配起来时能够实现主体120与延伸体140之间的压力密封，从而钻井流体不能从主体与延伸体之间漏出，甚至当钻井流体处于高压下时也如此。此外，可以将例如环氧化合物等适当的密封化合物施加在肩部186、188之间的螺纹上，以提供额外的密封。

结合图4而主要参考图6，现在将注意力转到高压电连接组件130的一个实施例的细节。就此而言，应注意的是，高压电连接组件在图4中以分解图的形式示出，而在图6中以装配图的形式示出。为了与电流互感器160电连接，高压电连接组件设置在限定于主体120的侧壁中的台阶孔200中。连接组件包括限定有凹槽的下绝缘体204，凹槽内收纳有O形圈206，以将下绝缘体相对于孔200的台阶周部密封，从而例如在钻探操作期间使用时防止加压流体/流体的漏出。下绝缘体204的整体形状为杯子的形状，在杯子的底部中具有中心开口。下绝缘体可以由任何合适的能够忍受有时恶劣的地埋环境的电绝缘材料形成。此类合适的材料包括但不限于不为电导体的高性能聚合物。下绝缘体所限定的杯子的空腔收纳能够使用O形圈212相对于下绝缘体密封的电源引脚210。电源引脚限定有中心孔214。电源引脚可以由任何合适的能够忍受有时恶劣的地埋环境的电导体材料形成。此类材料包括但不限于化学镀镍铍铜或磷青铜。电缆100的远端216收纳在下绝缘体204的中心开口中并且位于电源引脚210的中心孔214内。定位螺钉220与电源引脚的侧壁螺纹接合并且延伸到中心空腔214中，从而以将电源引脚与电缆100电连接的方式接合电缆的远端216并且将电缆的远端216保持在电源引脚内。与定位螺钉220的使用相比，可以使用任何合适的结构来将电缆的远端保持在电源引脚内并且使这两者电连接。

仍参考图6和图4，上绝缘体240收纳在台阶孔200中并且使用O形圈206中的一个将上绝缘体240相对于台阶孔200密封。出于下文将阐明的目的，可将定位螺钉242与上绝缘体螺纹接合。上绝缘体240可以由任何合适的材料形成，包括可以形成下绝缘体204的那些材料。在安装上绝缘体240之前安装定位螺钉242，并且通过移除上绝缘体可以接触到定位螺钉242。出于例如通过收纳拉动工具的螺纹端以便于移除上绝缘体的目的，可以使上绝缘体限定有开口246。盖件260被收纳为抵靠在台阶孔200的上台阶上并且可以例如借助螺纹紧固件262(图4)保持在适当位置。盖件可以由任何合适的材料形成，包括但不限于钢。一种已被发现的合适材料是经过热处理的17-4钢。如图6所示，为了减少磨损且避免与钻机处的夹持机构接触，盖件260的外表面可以相对于主体和延伸体这两者的外表面内凹。

如上所述，例如使用分割式环形芯体270的电流互感器160收纳在环形凹槽162中。引线164a、164b从电流互感器的线圈272延伸。引线164a被定位螺钉276锁位为与主体120电连接。引线164b延伸通过主体120所限定的内部通道280，并且从环形凹槽162通向台阶孔200。引线164b的端部被定位螺钉242锁位为与电源引脚210电连接，使得电流互感器引线164b与电缆100电连接。可以使用任何合适的结构来形成引线164b与电源引脚之间的电连接。电流互感器的设计应至少注意以下几点：

1.冲击和振动。材料选择和构造应能够经受井下钻探环境的冲击和振动。

2.磁性材料的选择应基于工作频率处的低芯体损耗、高磁通饱和度(fluxsaturation)和机械强度。

3.高磁通饱和度允许芯体的横截面面积减小，以增大适配器联接主体的横截面面积以便于扭矩和动力传动。

4.用于高频响应的低绕组间电容。

考虑到上述情况，在一个实施例中并且作为非限制性实例，可以使用带绕芯体。正如本领域的普通技术人员所熟知的那样，与铁氧体芯体相比，此类芯体更不易于受到冲击和振动。可以使用薄的、高磁通饱和度的带制造这种带绕芯体，以避免芯体中的涡流损耗。在一些实施例中，带厚度的范围可以为从0.00025"至0.001"。一种合适的厚度为0.0007"。带绕芯体可以例如使用粉末涂层或环氧树脂涂层完成。在一个实施例中，基于电流互感器安装在凹槽162中的方式，可以向电流互感器及其芯体提供额外的振动和冲击保护。

电流互感器可以使用单匝次级绕组形式的钻管和周围土壤，以形成完整的电流通路。在钻管本身用作单匝次级绕组的情况下，电流互感器的初级绕组可以将从驱动电子器件输出的低电流转换成钻管上的高电流信号。当然，术语初级和次级可以基于信号耦合的方向而互换使用，并且出于描述性和非限制性的目的在此进行使用。电流比与初级绕组上的匝数成比例。例如，忽略磁损耗和电阻损耗，如果进入初级绕组的电流为10mA且初级绕组与次级绕组的匝数比是100/1，则钻管上感应得到的电流将为1000mA，这为输入电流的一百倍。如上所述，使用任何合适的热塑性塑料或环氧树脂，带绕芯体可以封装在环氧树脂中，以增加机械强度。出于安装的目的，例如可以使用金刚石锯将成品芯体或环形线圈切割成两个半芯体，从而将互感器绕组施加到每个半芯体上。可以通过在对向面(confrontingsurface)之间粘接一片非磁性材料(例如，迈拉(mylar)、强聚酯薄膜)来在半芯体端的对向面之间形成例如约0.001"的小间隙，以产生磁隙。这个间隙有助于防止芯体的磁饱和。如本领域已知的那样，可以利用频率、磁通密度、磁线(例如，绝缘铜线)的匝数、饱和磁通密度和施加至电流互感器的电压来确定芯体的横截面。对于从几千赫兹到十万赫兹的频率而言，举例来说，横截面可以约为0.2"×0.2"。在一些实施例中，电流互感器以能够经受冲击的方式安装在适配器凹槽中。

可以进行图6所示的实施例的组装，例如，通过首先将电流互感器160安装到环形凹槽162中。电缆100可以延伸到主体的通道190中并且延伸到台阶孔200外。然后，可以通过紧固定位螺钉220将下绝缘体204安装在电缆100上，使得电源引脚210安装到电缆的远端。如图6所示，电源引脚可以收纳在台阶周部中。电流互感器引线164b可以被旋入通过通道280，使引线164b的远端如图6所示那样定位。然后，可以安装上绝缘体240并且紧固定位螺钉242。然后，可以安装盖件260。以直观的方式进行电流互感器引线164a和筒状环144的安装。应认识到，在实际应用中，电流互感器、筒状环和高压电连接组件易于更换/修理。

参考图7a，根据本发明的联接适配器的另一实施例整体用附图标记60'表示并且以局部剖视图示出。出于简洁的目的，不重复前述附图所示的相同部件的描述。就此而言，本实施例与前述实施例之间的区别主要在于作为变型主体120'的一部分的电连接组件130'的构造，这紧接着将在下文中进行详细描述。

结合图7a而转到图7b和图7c，提供了变型的电源引脚210'。图7b是局部剖切正视分解图，而图7c是在图7b所示的圆圈7c-7c内截取的部分的正视和局部剖切图。在本实施例中，变型的电源引脚210'构造为支撑包括同轴插塞302和同轴接受部304的同轴连接器组件300。虽然出于清楚示出的目的，图7c示出插塞302和接受部304未相互连接，但应理解的是，插塞和接受部配合在一起以用于组件的操作。电流互感器引线164a、164b延伸通过内部通道280并且与接受部304的一对端子310电连接。来自电缆100(在本实施例中，其可以为同轴电缆)的电导体312a、312b与插塞302的一对端子320电连接。应注意的是，例如上绝缘体240等一些部件可进行微小的修改，以容纳同轴连接器组件300，然而，在掌握本发明的整个公开内容的情况下，此类微小的修改被视为在本领域的普通技术人员的能力范围之内。应认识到，从电缆100至电流互感器160的电连接保持为与适配器主体电隔离，从而也与钻柱本身电隔离。这种隔离可以减少因在地埋环境中存在50Hz或60Hz的接地电流和噪声而造成的能够耦合到钻柱上的共模噪声。

考虑到上述情况，应认识到，在某些情况下，例如，当钻管段的侧壁厚度足以限定用于电流互感器的支撑凹槽而不会过度削弱钻管段时，钻管段可以构造为以与上述描述一致的方式支撑电流互感器。另外，在掌握本发明的整个公开内容的情况下，本领域的普通技术人员将认识到，在进行有限的修改或不修改的情况下，具有足够厚度的侧壁的钻管段可以支撑上述电连接件、通道和组件。

图8是示出了具有钻头50的钻具形式的地埋工具20的示意性透视图。在本实施例中，地埋壳体54包括用于从收发器64(图1)发射信号66的槽400。联接适配器60可拆卸地附接至地埋壳体54，地埋壳体54本身准备用于可移除地附接至钻柱的远端。

图9是示出了扩孔工具形式的地埋工具20的示意性透视图，该扩孔工具包括可移除地附接至地埋壳体54的一端处的扩孔器420。另外，在本实施例中，壳体54和联接适配器60以与图8相同的方式设置。为了在扩孔工具被钻柱拉向钻机时进行扩孔，沿箭头所示的方向422拉动扩孔工具。扩孔工具的相反端附接至张力监测装置430的一端。张力监测装置的相反端可以附接至公用设施(未示出)，公用设施将被拉动通过扩大的钻孔，以将公用设施安装在钻孔中。在扩孔操作期间，张力监测装置430测量施加在公用设施上的拉力。与本申请属同一申请人的美国专利No.5,961,252中描述了一种合适的且高度优选的张力监测装置，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。张力监测装置430能够发送可以调制张力监测数据的电磁信号434。在实施例中，张力监测装置430能够感测周围的井下压力并且将该压力数据调制到信号434上。收发器64(图1)可以接收信号434，以便可以使用电流互感器160(参见图3至图6)将相应的数据放在钻柱上，从而发送至钻机。应认识到，收发器64能够接收来自任意形式的地埋工具的无线信号，并且描述了张力监测装置的本实施例不意在进行限制。例如，可以在另一实施例中使用勘测装置来代替张力监测装置。例如使用惯性导航系统(INS)可以操作这种勘测装置。还应认识到，可以利用便携式设备80检测信号434，使得恢复的数据可以通过遥测信号92发送到钻机或系统的任何其它合适的上述地面部件。

图10是示出了可以支撑在地埋壳体54中的电子部分(整体用附图标记500表示)的一个实施例的框图。部分500可以包括有助于实现图1的收发器64和处理器70的所有功能的地埋数字信号处理器510。传感器部分67经由模数转换器(ADC)512与数字信号处理器510电连接。对于给定的应用而言，可以设置传感器的任何合适的组合，并且可以例如从加速度计520、磁力计522、温度传感器524、能够感测地埋工具周围的区域中的钻井流体的压力的压力传感器526、以及能够构造为检测任何所需形式的气体(例如天然气、丙烷、其它烃类气体和/或下水道气体)的气体传感器528中选择传感器的任何合适的组合。气体传感器可以具有当前可用或尚待开发的任何合适的类型。力传感器529可以测量在钻探操作期间响应于钻头受迫被压靠在其前方的土壤上而产生的力。该传感器可以以任何合适的方式进行设置，甚至可以设置在安装于地埋壳体54后方的钻柱中的适配器或壳体中。例如，力传感器可以安装在适配器60中。作为非限制性实例，力传感器的实施例可以利用应变仪、压电式传感器和其它常用的测力传感器技术。

电流互感器160可以被连接用于发送模式和接收模式中的一种或两种，在发送模式中，数据被调制在钻柱上，在接收模式中，从钻柱恢复调制数据。对于发送模式而言，使用电连接在地埋数字信号处理器510与电流互感器160之间的天线驱动器部分530来驱动天线。通常，能够耦合到钻柱中的数据可以使用与用于驱动(能够发射前述信号66(图1)的)偶极天线540的任何频率不同的频率来调制，以避免发生干扰。当天线驱动器530关闭时，开关切换器(SW)550能够选择性地将电流互感器160与带通滤波器(BPF)552连接，带通滤波器552具有与从钻柱接收到的数据信号的中心频率相对应的中心频率。BPF 552又与模数转换器(ADC)554连接，模数转换器554本身与数字信号处理部分510连接。从采用的调制的特定形式的方面考虑，本领域的普通技术人员能够容易地构造数字信号处理部分中的调制数据的恢复。

仍参考图10，偶极天线540可以被连接用于发送模式和接收模式中的一种或两种，在发送模式中，将信号66发送到周围的大地中，在接收模式中，可以接收例如信号99(还参见图1)和/或图9的信号434等电磁信号。对于发送模式而言，使用电连接在地埋数字信号处理器510与偶极天线540之间的天线驱动器部分560来驱动天线。此外，信号66、99的频率通常与钻柱信号的频率充分不同，以避免两者之间的干扰。当天线驱动器560关闭时，开关切换器(SW)570能够选择性地将偶极天线540与带通滤波器(BPF)572连接，带通滤波器572具有与从偶极天线接收到的数据信号的中心频率相对应的中心频率。BPF 572又与模数转换器(ADC)574连接，模数转换器574本身与数字信号处理部分510连接。从所采用的调制的一种或多种特定形式的方面考虑，并且从本发明的整个公开内容的方面考虑，在许多合适的实施例中，本领域的普通技术人员能够容易地构造用于数字信号处理部分的收发器电子器件。

参考图1和图11，图11是可以构成与钻柱16耦合的地面收发器装置(整体用附图标记600表示)的一个实施例的部件的框图。地面电流互感器602定位在例如钻机14上，以耦合和/或接收来自钻柱16的信号。电流互感器602可以被电连接用于发送模式和接收模式中的一种或两种，在发送模式中，数据被调制在钻柱上，在接收模式中，从钻柱恢复调制数据。收发器电子封装件606与电流互感器连接，并且可以由电池供电。对于发送模式而言，使用电连接在地面数字信号处理器620与电流互感器602之间的天线驱动器部分610来驱动电流互感器。此外，如图1所示，能够耦合到钻柱中的数据可以使用与用于驱动便携式定位器中的偶极天线98和地埋壳体54中的天线540的一个或多个频率不同的频率来调制，以避免干扰并且避免与电流互感器160(图10)将信号耦合到钻柱的地埋端上的频率不同。当天线驱动器610关闭时，开关切换器(SW)620能够选择性地将电流互感器602与带通滤波器(BPF)622连接，带通滤波器622具有与从钻柱接收到的数据信号的中心频率相对应的中心频率。BPF622又与模数转换器(ADC)630连接，模数转换器630本身与数字信号处理部分620连接。应认识到，数字信号处理部分620和相关部件可以形成钻机的处理装置46(使用虚线示出)的一部分或经由合适的接口632与之连接。收发器606可以将命令发送至地埋工具，以用于各种目的，例如控制发送功率、选择调制频率、改变数据格式(例如，降低波特率来增大解码范围)等。从所采用的调制的一种或多种特定形式的方面考虑，并且从本发明的整个公开内容的方面考虑，在许多合适的实施例中，本领域的普通技术人员能够容易地构造用于数字信号处理部分的收发器电子器件。

参考图1，在另一实施例中，另一联接适配器60和地埋壳体54或54'的另一实例，其中与收发器606(图11)连接的电流互感器160作为一个单元被插入到钻柱的一个接头中，从而以与地埋工具相距1000英尺的中继器的方式进行服务。中继器单元可以插入到形成在图1的钻管段1与钻管段2之间的接头中。用于中继器应用的地埋壳体可以包括位于一端的盒配件和位于相反端的销配件。当然，本领域的普通技术人员将认识到，盒销配件式的适配器是已知的并且容易获得。在另一实施例中，联接适配器60可以插入到接头中，而中继器电子器件容纳在压力桶(pressure barrel)中，压力桶可以由定中心器支撑在相邻钻管段的通道内。在另一实施例中，中继器电子器件可以被置于端载或侧载壳体中，插入到钻柱中，并且与联接适配器电通信。此类端载或侧载壳体可以包括允许钻井流体流动通过的通道。当然，在这些实施例的任一个中，中继器电子器件可以以与上述描述一致的方式与联接适配器的电流互感器电连接。为了避免信号干扰，并且作为非限制性实例，电流互感器可以在一个载波频率获取源自地埋工具或另一中继器的信号，并且中继器电子器件可以在不同的载波频率从电流互感器沿钻柱向上重新发送信号，以使所接收的信号可区别于耦合回钻柱的中继器信号。作为另一实例，可以使用合适的调制来使中继器信号可区别于所接收的信号。因此，中继器电子封装件收纳在地埋壳体的壳体空腔中，并且与联接适配器的信号耦合装置电通信，以基于所接收的数据信号产生可区别于所接收的数据信号的中继器信号。中继器信号被提供至信号耦合装置，以便信号耦合装置将中继器信号电磁耦合回钻柱，以沿钻柱传输作为另一电信号的中继器信号，以便利用构成钻柱的不同部分的至少一些导电钻管段电传导中继器信号。

参考图1和图9，如上所述，在图1的各个钻探操作和图9所示的回拉操作中，可以沿通道36向井下泵送钻井流体，回拉操作可以利用扩孔工具420，扩孔工具420沿箭头422的方向将公用设施(未示出)向井上拉动而通过在图9中部分地示出且用虚线表示的导孔700。应认识到，如相关于图1所述的那样，扩孔器420同样可以构造为例如以射流52的形式排出钻井流体。

与上述地埋操作相关联的一个问题在于与撞击已存在的地埋公用设施相关联的风险。在本发明的背景下，此类已存在的公用设施可以互换性地称为交叉孔。不幸的是，即使采取每一个合理的预防措施来避免撞入交叉孔，例如利用公用设施公司指明地埋公用设施的位置并且利用工作场所的任何可用的公用设施地图来进行钻孔规划，也会至少因可能存在未知的公用设施的原因而还存在撞入交叉孔的可能性。图1示出了这种情况，其中，对于本实例而言，钻具20已经撞入假定为已存在的但未知的下水道管线的交叉孔68。如图1所示，钻井流体射流52正直接射入到下水道管线中。不幸的是，至少因通过交叉孔68的穿行时间可能非常短的原因，而使得钻机14的操作者难以检测到这些情况。接着，在将公用设施安装在图9的导孔700中的回拉操作期间，扩孔器和公用设施管线可能快速穿过交叉孔。最终，结果可能是新的公用设施管线直接穿过诸如下水道管线等原有公用设施管线，这将显著堵塞下水道管线。疏通该水道管线的后续工作可能会导致切断或至少损坏新公用设施。这种损坏的结果可能比较严重，例如，如果新公用设施是气体管线，则可能由于损坏了气体管线而产生天然气直接流到结构中的路径。在某些情况下，如图9所示，交叉孔704可能位于导孔700的外侧，使得钻具不会撞入交叉孔，但由于交叉孔足够接近而可能被扩孔工具420接触到，从而产生从扩孔器周围的环形区域直接到交叉孔中的流动路径。图9示出了正直接射入到交叉孔704中的特定射流52'。在某些情况下，可能因被称为“楔孔”的情况而导致扩孔器与交叉孔之间的接触，在“楔孔”情况中，公用设施回拉趋于使可刻意形成在导孔中的曲线变直。在任何情况下，结果可能是新公用设施与已存在的公用设施之间的不希望的相交。

参考图9，关于钻井流体的另一问题涉及通常称为压裂漏出的情况。在钻探操作或扩孔操作期间可能会发生压裂漏出，使得钻井流体710如箭头所示那样漏出，而在地面上形成水坑或池714。在某些情况下，形成至少临时抬高地面的水泡。关于压裂漏出的问题可能涉及因混合有地下水的钻井流体而造成的污染和/或损坏诸如道路和人行道等现有地面结构。

本发明公开了涉及至少检测潜在交叉孔接触和压裂漏出状况的轻型系统、装置以及相关方法。通过使操作者知道这些状况，操作者可以采取适当的行动，例如洞穴勘测，以确认潜在交叉孔的存在，并且根据需要来启动适当的预防措施和修理。

参考图1、图10和图11，申请人认识到，某些状况至少潜在指示交叉孔和/或压裂漏出状况，并且可以根据这些附图进行监测。在某些情况下，特定种类的信息在试图区分这两种状况方面是有用的，然而，这两种状况都是系统操作者所关注的。如将要看到的那样，可以基于能够从井下、井上以及地面源采集到的信息和数据的组合作出判定。

现在将注意力转到图12a，图12a示出了整体用附图标记900表示且用于监测各种参数的方法的实施例，各种参数的组合可以指示潜在交叉孔和/或压裂漏出状况。该方法始于902处的开始步骤，并且转入步骤906，步骤906可以启动包括借助钻机监测装置24(图1和图11)的监测在内的系统监测。钻机监测装置可以采集关于图11所示的各种传感器装置的信息，包括但不限于井上泥浆压力、泥浆流量、基于钻机往复台的运动和钻柱夹具状态的钻柱长度、以及钻机处的所关注的任何其它可测量的参数。从地埋工具经由钻柱发送的其它参数可以例如由控制台42(图1)接收。此类井下参数包括但不限于压力传感器526(图10)所感测到的井下压力、温度传感器524所感测到的温度、气体检测器528所产生的指示、源自加速度计520的取向参数、磁力计522的读数以及所关注的任何其它可测量的井下参数。应认识到，系统10能够将测量到的参数快速更新并且沿钻柱向上发送到控制台42，使得至少从操作者的角度以及从实际的观点来看，基本上提供实时监测。例如，可以以至少一秒一次的频率发送来自井下压力传感器526的压力信号。同时，也可以从便携式定位器80采集其它信息。例如，便携式定位器可以确定地埋工具的当前深度并且将深度或相关信号经由遥测信号92发送至钻机。如上所述，遥测信号可以采用用于传输深度和其它类型的数据包的包协议。便携式定位器从地埋工具接收到的数据包(例如俯仰数据包和滚动数据包)可以被遥测信号转发到钻机。

结合图12a来参考图1，在方法900的背景下和/或就其它技术而言，在便携式定位器或其它地面设备处产生的数据可以经由通信信号99被直接发送至地埋工具，然后经由处理器70和联接适配器60沿钻柱向上发送至钻机而到达钻机处的控制台42。可以经由这条路线发送在定位器80处获得的任何信号，而不论形成该信号的基础的数据是在定位器还是其它地方确定的。作为非限制性实例，可以使用该地埋通信链路经由地埋工具将深度读数或其它信号发送至控制台42。就此而言，可能存在这样的操作情况：诸如在包括视线障碍、可能是被动和/或主动的局部干涉的状况下进行钻孔或回扩，且可选地或同时地，钻探较大距离而遥测信号没有强到足以实现成功通信的情况下，所使用的遥测信号92丢失、太弱以至于不太可靠或不实用。就此而言，一般由国家的特定管理机构规定输出遥测功率的阈值。在此类情况下，经由地埋通信链路的通信可以不用考虑遥测通信链路的断续、缺失或不可用等问题。将在下文的一个或多个合适的位置处对系统的各种通信路径的监测进行描述。然而，就此而言，应认识到，与压裂漏出和/或交叉孔指示状况的检测有关的本讨论不局限于用于数据传输的任何特定通信路线或模式。例如，所有数据通信可以以从地埋工具发送到定位器80并且通过遥测从定位器80发送到钻机14的方式进行。当然，这种通信可以是双向的。不管深度或其它信号到达钻机所经过的路径如何，都可以在控制台42处将数据记录和打上时间戳。当然，数据可以被记录在任何合适的位置，只要可访问即可，这将进一步讨论。

结合图12a来参考图13，图13示出了整体用附图标记920表示且能够记录任何关注参数的数据结构的实施例。该数据结构可以存储和保持在例如钻机处的控制台42中。在另一实施例中，数据结构可以被远程地存储在例如作为主存储器的云存储器中和/或以备份的方式进行存储。在另一实例中，数据结构可以存储在便携式设备和/或地埋工具中。作为非限制性实例，所记录的参数可以包括井上泥浆压力922、井下泥浆压力924、泥浆流量926、泥浆泵状态928、钻柱长度930、钻柱推/拉速率932、深度934、俯仰936、位置938、井上和井下气体检测器读数940、回拉数据942、力数据944以及可以在井上、地面、地下和/或井下表征的任何其它关注参数。如将进一步讨论的那样，力数据可以包括钻机施加至钻柱的井上端上的推力以及钻头响应于推力施加至土壤的钻头力。应注意的是，可以在控制台42中使用预处理(例如，在记录值之前，基于井上数据和井下数据的联合处理)从输入数据得出这些参数中的一些参数。当然，为便于参考，同样可以记录能够得出一个或多个其它参数的任何基本或基础信号。如图13所示，每个输入参数均与使用带有附加上标的相同附图标记表示的输入相关联。再次转向图12a的流程图，在步骤906之后，操作转入步骤950，步骤950确定当前的井上泥浆压力，例如，最近由图1的传感器31测得的井上泥浆压力。在实施例中，当前的井上泥浆压力可以与井上阈值压力相比较。如果井上泥浆压力低于阈值，则以循环的方式重复该步骤。井上泥浆压力阈值可以基于例如土壤和地层类型、所使用的钻头射流的尺寸和/或在井下使用的给定泥浆电动机的流量要求。关于后者，可以使用泥浆电动机来提供地埋钻头的井下旋转，以作为旋转整个钻柱来使钻头旋转的替代。这种泥浆电动机由泥浆压力和流量提供动力，以产生旋转扭矩。应认识到，出于各种原因，例如因向钻柱添加钻管段或从钻柱移除钻管段等，可能在某些时间不存在井上泥浆压力。如果井上泥浆压力被检测为处于阈值或高于阈值，则操作转入步骤952，步骤952测试当前的井下泥浆压力。在一个实施例中，当前的井下泥浆压力可以与井下泥浆压力阈值相比较。井下泥浆压力阈值可以基于例如井下工具的压力等级、电子器件壳体、土壤和地层类型、相距钻机的深度和距离、泥浆重量、弃土(即，钻柱周围向上行进的钻屑和钻井流体的组合)的密度和粘度。如果当前的井下泥浆压力高于阈值，则操作可以返回到步骤950。另一方面，如果当前的井下泥浆压力低于阈值，则操作可以转入步骤956，步骤956可以测试例如与阈值流量相比的当前流量。流量阈值可以基于例如涉及前进速率和钻孔直径的泥浆电动机或钻头的要求。低于阈值的流量值使操作分支到步骤960，并且能够发出操作者应当检查钻头上的堵塞喷嘴或钻柱中的某种流动阻塞的指示。该指示可以是听觉和/或视觉的，例如，在钻柱控制台和便携式设备80中的一者或两者上。如果在钻机控制台42处作出了与步骤960相关联的判定，则可以使用遥测信号96和/或使用地埋通信环路将该指示发送至便携式设备80，地埋通信环路包括沿钻柱向下发送至井下电子器件500，然后井下电子器件500可以经由信号66将该指示发送至便携式设备80。就此而言，应认识到，这些路径中的任一个均能够提供双向通信，并且当一个路径不可用时，可以使用另一个路径。图14a是整体用附图标记962表示的屏幕截图的实施例，该屏幕截图可以表示钻机上的显示器44和/或便携式设备上的显示器86的包括喷嘴堵塞指示在内的外观。在实施例中，钻机的操作可以自动暂停，直到这样的时间：操作者旋转输入控制来指示泥浆流问题已得到解决。当然，然后可以继续监测。在本实施例中，操作者可以进行选择，以清除警告和/或记录警告，但这些各种选项也可以以多种不同的方式实现。可以在与包括但不限于井下泥浆压力、俯仰和钻柱长度的警告结合的情况下呈现任何关注信息。

在步骤956检测到泥浆流量高于泥浆流量阈值的情况下，操作转入数据关联步骤970。该步骤可以根据多种不同的实施例进行构造或在一个实施例中可以是可选的。在另一实施例中，数据关联步骤可以从与当前操作状况相关的各种来源采集数据，例如作为压裂漏出或交叉孔的指示。例如，响应于步骤950、952和956，可以从图13的作为潜在压裂漏出或交叉孔的初始检测的指示的数据结构920获取数据。所采集的数据可以包括井上泥浆压力、井下泥浆压力和泥浆流量。可以从初始检测之前和/或之后的时间采集这些参数的补充数据。此外，可以与可选择的时间间隔对应地采集任何额外的关注数据，例如钻柱长度和钻柱的推/拉速率。在实施例中，系统可以自动确定并选择时间间隔。例如，间隔可以基于井下压力初始下降的第一时间点以及环空压力恢复的第二时间点。自动选择的间隔可以包括偏移量，使得间隔在第一时间点之前开始，并在第二时间点之后结束。在974处，可以以使用合适的显示器的视觉形式和/或以听觉形式向钻机的操作者和/或便携式设备80的操作者发出警告。图14b是整体用附图标记976表示且示意性地示出交叉孔警告的外观的实施例的屏幕截图，而图14c是整体用附图标记977表示的压裂漏出警告的外观的实施例。在每种情况下，作为非限制性实例，操作者选择选项和所显示的数据可以遵照图14a中呈现的选项和数据，但每个屏幕也可以以任何合适的方式进行定制。作为非限制性实例，警告的各种要素可以包括：听觉要素、触觉要素以及当前操作外观、钻柱状态及已被检测到潜在问题的位置的图形显示的任何合适的组合或单个。在实施例中，可以例如基于图13的数据924的相关部分呈现出井下泥浆环空压力相对于钻柱长度的曲线图。就此而言，屏幕976、977中的一个或两个可以提供用于生成且显示合适的曲线图的选项。在980处，在一个实施例中，系统操作者可以暂停操作，例如，以便调查导致产生警告的当前环境。在另一实施例中，操作者可以取消警告。在任一种情况下，可以随后使操作可以转入步骤984，步骤984可以保存或发送例如出于参考和分析目的而由数据关联步骤970生成的记录。在另一实施例中，步骤980可以自动暂停钻机的操作。除了保存且发送数据记录之外，系统可以自动启动可涉及生成关于潜在井下异常的进一步信息的恢复程序。操作暂停之后，然后该方法可以在990结束。在另一实施例中，步骤990可以设置为：响应于操作者例如基于洞穴勘测或其它合适的检查来确认问题已被解决而恢复正常操作。

返回到步骤980的讨论，只要操作未被暂停，系统就可以通过将操作返回到步骤950而在994继续监测。这样，与当前事件相关联的数据采集将继续执行正在进行的操作。步骤974可以保持警告，这可能伴随有对图14b和图14c的屏幕截图的更新。

继续参考图12a，应认识到，除了前述描述之外，数据关联步骤970的实施例可以以任何合适的组合进行与正在进行的系统操作相关的任何适当形式的监测。例如，区分潜在压裂漏出状况与潜在交叉孔状况的一个因素可以基于步骤952所检测到的井下泥浆压力随时间推移的变化率。在交叉孔的情况下，井下泥浆压力可以表现出能够导致突发压降的非常快的下降率。至少从系统操作者的实用角度看，该突发下降可能基于钻柱的推拉速率以及交叉孔的路径宽度而具有短暂持续时间，并可能无法被合理地检测到。接着，在穿过交叉孔之后，井下压力可以表现出相反且快速的增长率。实际上，在井下压力中可能呈现出负向脉冲。经由数据关联步骤970的监测可以涵盖这些脉冲特征和/或其组合中的任何所需的一个。虽然974处的警告可以基于检测井下压力的初始下降，但在一些实施例中，警告可以基于通过检测到负井下压力脉冲的各个部分而得到的与遭遇交叉孔符合的一些特征以及尚待描述的其它因素进行定制。在该情况下，步骤974处的警告可以基于所检测到的压力变化与预期或预定压力分布符合的程度来指示交叉孔的可能性。

在另一方面或实施例中，数据关联步骤970可以监测井下压力增加至能够指示或预测潜在压裂漏出的水平。例如，可以基于每个钻杆形成基线井下压力。如果井下压力表现出增大至高于基于基线井下压力的上限井下压力，则974处的警告可以定制为用于指示存在响应于高井下压力而引起压裂漏出的可能。在实施例中，可以仅基于井下泥浆环空压力的增长率进行监测。例如，响应可以以警告的形式启动和/或系统操作可以自动暂停。就此而言，井下泥浆环空压力的增长率可以与阈值进行比较。监测可以与将在下文进一步详细描述的图1的泥浆泵32的泵送间隔协调配合，使得不会基于因泵送间隔的启动而造成的压力增长率产生响应。使用环空井下压力的增长率，实际上是可以预测响应的，以便至少在某些情况下能够完全避免过大的井下压力。在某些情况下，井下压力的增长率(至少当其超过上限时)可以形成用于增大提供给操作者的警告的表象紧迫程度的基础。在实施例中，系统操作可以响应于超过上限而自动暂停，以至少允许井下压力下降到上限以下的值。在另一实施例中，当接近和/或超过上限时，系统操作可以响应于井下压力的变化率而暂停。

图15a包括相对于时间绘制的各种参数的示意图，各图竖直对准，以示出特定操作状况。曲线图1000示出了随时间变化的钻柱长度s，而曲线图1004示出了关于钻柱是正在前进还是后退方面的状态。出于说明的目的，假定地埋操作正在以t₁-t₂、t₃-t₄、t₅-t₆、t₇-t₈以及仅部分示出且起始于t₉的间隔等一系列间隔开的时间间隔通过使钻柱一次前进一个管段的方式形成导孔，但这不是必需的。因为假定钻柱在每个前进间隔1006a-1006e期间以均一速率前进(但这不是必需的)，在每个前进间隔期间钻柱长度s线性增加并且保持前进间隔之间的固定值，此时可以进行各种操作，例如在钻机处将新钻管添加到钻柱的地面端。示出的其它曲线图的情况与此相同，前进间隔被示出为以等时间间隔开，但这不是必需的。泥浆泵状态曲线图1010示出了泥浆泵32(图1)正在以一系列间隔开的泵送间隔1012a-1012e操作来提供井上泥浆压力的情况。井上泥浆压力以曲线图1020示出，曲线图1020示出了与泥浆泵的操作相对应的一系列井上泥浆压力脉冲1024a-1024e。通常，这些压力脉冲的幅值可以在能够例如基于土壤类型进行选择的大范围可用操作值内指定。举例来说，井上系统所检测到的诸如300psi等相对较低的压力可以用于砂土，使得地埋工具构造为例如通过在地埋工具上使用相对较大的射流来递送相对较大体积的钻井泥浆。虽然对于钻探系统而言300psi可能是相对较低的压力，但它仍然代表了被视为整个高压范围的范围的下限。与此相反，对于粘土为主的土壤而言，在使用相对较小的射流的同时，泥浆压力可以设定在泥浆泵的压力能力的上限，例如1300psi。在任一种情况下以及在中间操作点，较大体积的钻井流体可以被快速地递送到地下，使得就产生压裂漏出而言，当地埋工具静止不动时，这种递送可能会产生问题。在一些实施例中，可以采用另一井下泥浆压力传感器来感测钻柱的靠近其地埋端的内部的压力。可以使用这种测量例如来检测钻管接头之一是否已经松动或断开。

仍参考图15a，曲线图1040示意性地示出了与井上泥浆压力1020相对应的随时间变化的井下泥浆压力，其中，一系列井下泥浆压力脉冲用附图标记1042a-1042e表示。脉冲1042a、1042b和1042d代表在诸如钻孔期间的正常状况。因为钻井泥浆通常是触变性的，从而在受到扰动或泵送时变成流体，而在被允许静止不动时返回到凝胶状态，所以泵送的启动通常随着钻井泥浆开始流动而导致初始井下压力上升1046(示出了其中一个)。在实施例中，该峰值可以被检测出来作为井下泥浆压力的基线压力上限。

在正常操作期间，井下泥浆压力可以表现出通常在井下泥浆压力泵送间隔之间观察到的静水压力1047(其几个实例被指出)。静水压力基于钻井流体的比重

因重力产生的加速度g以及钻机与地埋工具之间的竖直距离h，从而得到以下表达式：

因此，例如在图12a的步骤952的实施例中，井下泥浆压力的最小阈值可以基于静水压力。

如上所述，如果超过井下泥浆压力的基线压力上限，则图12a的数据关联步骤970可以提供警告或通知。举例来说，使用虚线示出峰值压力1048作为井下泥浆压力脉冲1042c的不同形式。如上所述，诸如峰值压力1048所例举的过压状况可能导致压裂漏出，特别是当地埋工具静止不动时。不论脉冲1042c的形状如何，压裂漏出1050被示出为已经在脉冲的末端发生。通常，压裂漏出或遭遇交叉孔可对应于压力下降到正常操作平稳段1054之下，平稳段1054可形成每个井下泥浆压力脉冲的一部分。压裂漏出可以由平稳段1054的过早下降以及过早压降的相对缓慢的速率来表征。举例来说，作为脉冲1042e的一部分的压降1056与由快速的压降和压力变化率表征的交叉孔相对应，将在下文进行进一步描述。

在图12a的步骤970的实施例中，当压力例如下降到平稳段1054之下时，井下泥浆压力的变化率可以用作潜在压裂漏出与潜在交叉孔之间的区别的至少一部分。即使通过交叉孔的穿行时间可能是短的，井下泥浆压力通常也会显著下降，例如每秒负50psi的下降率。在一个实施例中，阈值可以用于在潜在压裂漏出和潜在交叉孔之间进行区别。作为非限制性实例，可以在从-20psi/秒至-100psi/秒的范围内选择阈值。在可以与其它实施例结合的另一实施例中，作为交叉孔的指示的操作状况包括满足图12a的步骤950、952和956以及例如图1的尺码计数器28所指示的钻柱的运动。该逻辑方程/表达式的结果可以通过图12a的步骤970进行监测。就此而言，应认识到，在本实例中，钻柱在钻柱长度曲线图1000中的t₉处开始前进，然而，在钻柱回缩期间，例如，在用于安装公用设施的回扩操作期间，这种表达式的使用同样适用。

交叉孔的另一潜在特征可在于恢复段1060，恢复段1060被表示为井下泥浆压力曲线图1040的虚延长线。最初，井下流体压力下降而接近交叉孔中存在的压力，例如作为非限制性实例，下水道管线压力中存在的压力。如果给定足够的时间，井下流体压力可以与交叉孔中存在的压力匹配。由于钻透并穿过下水道管线可能仅需几秒钟，因此操作者不太能够及时停止钻探来防止穿行通过该管线。恢复段1060的斜率可能比较陡。然而，在恢复段1060期间穿行之后，至少一些钻井泥浆可能会在正被回拉的钻柱或公用设施周围的环形区域中返回行进到交叉孔，这有助于限制压力恢复的幅值。因此，在遭遇交叉孔之前，恢复段中的如图15a所示的初始上升或升高很可能低于井下泥浆压力。基于包括钻柱前进/回缩速率、交叉孔的直径和刺入交叉孔的角度在内的因素，通过交叉孔的穿行间隔I可能是短的。通常，由于存在压裂漏出，不会表现出井下泥浆压力的快速恢复。在一个实施例中，步骤970可以监测恢复段1060以作为潜在压裂漏出和潜在交叉孔状况之间的区别的一部分。应认识到，间隔I可以与数据采集间隔对应，如上所述，使端点建立为涵盖整个关注事件。

参考图12b，现在将注意力转到整体用附图标记1300表示方法的实施例，该方法基于在形成导孔期间能够监测的各种力来检测交叉孔。如上所述，力传感器529可以感测钻头力，钻头力可以例如记录为图13的数据结构中的力数据944的一部分。力数据944还可以包括推力，推力作为在钻柱被驱动到地下时钻机施加在钻柱的井上端上的测量力。可以使用各种方法来测量推力，例如基于液压。所记录的每一种形式的力数据可以与钻柱长度相关联。该方法起始于1302处，并且转入步骤1306，步骤1306例如从图13中的推/拉速率数据932的最新值获取当前的钻柱状态。在1310处，判断钻柱是否正在前进。如果钻柱没有正在前进，则操作返回到1306，从而以循环的方式进行监测。另一方面，如果钻柱正在前进，则操作转入1314，步骤1314获取钻头力以及正由钻机施加的推力的当前值或最近更新值。在1318处，将推力与钻头力进行比较。该比较例如可以基于阈值差。后者的值可以以任何合适的方式确定，包括经验。应认识到，从钻机施加在钻柱上的推力总是高于钻头力。在出现螺旋扭曲的情况下，力传递的损失可能是由摩擦、钻孔几何形状和施加的扭矩造成的。当钻柱以钻头旋转的方式前进时，即使在均质土壤地层中，钻头力测量值也可能表现出大的波动，例如，量级高达30％的波动。然而，只要钻头进入诸如交叉孔等空穴，钻头力就会迅速下降到接近于零。在某些情况下，在钻探时钻头力可能比较低。例如，如果地层是地下水位以下的砂土，则钻头力可能非常小。然而，适当的钻探实践需要使用具有低射流压力的较高粘度的泥浆，以便不在钻具前方产生大量空穴。因此，仍然能够基于钻头力检测交叉孔。在步骤1318的实施例中，阈值可能涉及检测钻头力随时间推移的快速下降。作为非限制性实例，如果在钻头在均质土壤中向前移动的同时钻头力在小于0.1秒内下降到小于10lbs，则钻头已经遇到诸如交叉孔等空穴。

如果未超过阈值差，则操作返回到1306。如果超过阈值差，则操作转入1322，在该步骤中能够向操作者发出警告。当然，潜在交叉孔的初始检测可以启动数据采集间隔、记录、远程指示以及反映整个本公开中出现的讨论的活动。就此而言，钻头力数据可以指示这样的间隔：当钻头穿行通过交叉孔时，基本上不存在钻头力，而在该间隔结束时钻头力急剧上升。步骤1322可以监测钻头力的这种恢复的证据。在实施例中，例如如使用虚线在虚拟框中示出的那样，操作可以接至方法900的数据关联步骤970。这样，方法1300所作出的判定可以与例如正利用方法900进行监测的压力相互关联，从而可以增强对交叉孔的检测的可信度。作为非限制性实例，可以在结合钻柱的前进速率的情况下对井上泥浆压力进行监测。如果钻柱在均质土壤中向前移动时井上泥浆压力恒定不变，而此时钻头力显著地下降到零，则这种情况指示遭遇到交叉孔或空穴。就此而言，应认识到，井上泥浆压力的急剧增加可能在钻头前方产生空穴，而这能够减小钻头力。

在方法1300中，在步骤1322之后，操作可以转入步骤1326，步骤1326判断操作是否正在进行以及新数据是否可用。如果操作正在进行并且新数据可用，则操作返回到步骤1310。否则，操作可以前进到1330，在该步骤中，可以进行发送记录或被视为受关注的任何活动。该方法可以在1334处结束或被暂停，以根据需要而恢复。应认识到，方法1300可以独立于图12a的方法900运行、与之并行运行或以向方法900提供额外输入的方式运行。

图15b是表示从图15a截取的某些曲线图的进一步放大部分且从时间t₈开始的示意性曲线图。示出了井下泥浆压力1040、钻柱前进/回缩1004和钻柱长度1000与钻机推力1340和钻头力1344的时间关系。在t₉时，钻柱前进，这产生了钻机推力1348和钻头力的响应增大1350。然而，响应于遭遇到交叉孔，在1354处可以看到钻头力的大幅下降，而钻机推力出现相关但不明显的下降1356。在穿行交叉孔之后，钻头力在1360处的明显恢复以及钻机推力的升高1362反映出井下泥浆压力的恢复段1060。因此，负向脉冲在钻头力中得到证明。如上所述，方法1300可以监测能够证明交叉孔的钻头力中的这些各种形状中的任一个、钻头力中的这些形状的任意组合或所有这些形状。此外，与诸如井下泥浆压力等其它因素的相互关联可能是有价值的。

如上所述，过大的井下泥浆压力可以预测潜在压裂漏出。然而，申请人还认识到，可能会响应于另一组情况遭遇到过大的井下压力。具体而言，响应于遭遇到承受例如高压总气管等内部高压的交叉孔，而可能会产生过大的井下泥浆压力。此类总气管中的压力可以高达每平方英寸1,500磅。通过使用这样的高压，公用设施公司能够采用气体管线本身作为可以被称为管线充填物的储罐。当遭遇到作为交叉孔的高压气体管线时，可以在井下泥浆环空压力的感测值中产生极度快速的增大。举例来说，井下泥浆环空压力中的尖峰或正向脉冲1364被示出为图15b的曲线图中的虚线。申请人认识到，尖峰1364可以与预测压裂漏出的过大井下环空压力区别开来。例如钻柱周围的被钻屑堵塞的环形区域可能产生后者情况。如果图1的泥浆泵32被限制或设置为特定最大压力，则可以基于超过泥浆泵的特定最大压力的井下泥浆环空压力来区别高压交叉孔。因此，高压交叉孔检测阈值可以基于泥浆泵的特定最大压力。当然，该过程也可以导致钻具或扩孔工具的当前深度处的钻井泥浆的静水压力。在一些实施例中，高压交叉孔检测阈值可以为预定固定值。例如，该值可以设置为高于可从泥浆泵获得的最大压力。这样的过程可以容易地结合到图12a的方法中。此外，过大的井下泥浆环空压力本身单独的检测可以帮助高压交叉孔的检测。因此，警告可以指示操作者应当检查高压的原因，如关于钻井泥浆的流动或关于遭遇到高压交叉孔等一些问题。

现在将注意力转到图16，图16是从图1截取的钻柱16的地埋远端和钻具54的进一步示意性放大图，在此示出是为了充当用于积分俯仰(integrated pitch)技术的讨论的框架。申请人认识到，当钻具前进时，钻具的深度受到俯仰取向的直接影响。在现有技术中，通常基于在与各钻管段的相反两端相对应的位置获取的俯仰测量值进行深度确定。也就是说，申请人并不知道依赖于以下情况的任何现有技术：当钻柱前进时，在沿各钻杆的长度的中间位置处获取俯仰取向。根据本文公开的积分深度技术，可以在沿各钻管段的长度的多个位置处获取俯仰读数。在图16中，每个点1400a-1400p表示位置和响应于钻柱的前进而测量到的对应的俯仰读数或值。对于每个俯仰值而言，系统将对应的钻柱长度确定为由钻机处的尺码计数器28提供的输出。应认识到，尺码计数器能够以高精度确定钻柱的长度，例如以至少在四分之一英寸内的精度。对于俯仰确定间隔为2英寸的20英尺的标称钻杆长度而言，可以测量出120个俯仰值。由于典型的钻管在短至2英寸的距离上的弯曲在很多时候忽略不计，因此可以假定钻具沿与每个俯仰值

相对应的直线段Δs_i前进，其中变量i是俯仰测量间隔的索引值。对于给定的钻杆长度而言，随着俯仰测量值的数量i的增大，深度确定精度可以相应地增大，并且接近深度的积分值。在图16的虚线圆内示出的嵌入视图1420示出了沿钻探方向与水平前进方向大致对应的x轴和沿竖直向下方向为正且用于表征深度d的z轴。因此，对于与钻柱中的前进增量Δs_i相对应的给定的俯仰确定增量

而言，深度变化量Δd_i由下面的表达式给出：

当然，在任何给定时间的总深度等于当前深度加上增量深度变化量，增量深度变化量可以是正的或负的。因此，可以以高精度确定钻具的当前深度。增量的增加可以仅基于由监测钻柱的运动的装置(例如图1的计数器28)获取的测量值或基于在每个钻杆的基础上进行一定数量的测量。在最低限度，可以对应于一半钻杆长度进行增量运动，以便能够在钻杆的中点处获取至少一个中间俯仰测量值。作为非限制性实例，测量间隔可以在从一半钻杆下降到计数器28的测量分辨率的范围内。合适且方便的间隔可以为一英尺、二英寸(如上所述)、六英寸、一米和10厘米。然而，应认识到，增加每个钻杆的测量数量(即，减少每次测量的增量移动量)能够提高整个深度确定的精度。虽然所讨论的积分深度技术将地埋工具的运动表征为好像地埋工具按照一系列增量运动来运动，但应认识到，实际上，操作者无需根据增量运动来物理地移动钻柱进而移动地埋工具。可以在后台中以操作者不可见的方式自动确定或表征运动和相关的测量值。

基于上述情况，系统可以在测量间隔方面以意在增加能够从钻具经由钻柱发送至钻机的俯仰读数的数量的方式并且基于尺码计数器28的测量能力进行优化。就此而言，提供了很大的灵活性。在实施例中，增量俯仰读数的数量可以例如基于钻具与钻机之间建立的钻柱通信系统的吞吐量(throughput capacity)(即，带宽)。实际的实施例可以使用从次赫兹(sub-Hertz)到千赫的范围内的间隔。就此而言，无需使用如可以在图16中看到的规则俯仰测量间隔。俯仰测量间隔可以例如基于钻柱通信系统的当前数据流量而变化。在一些实施例中，增量俯仰测量(即，图16中的相邻点1400a-p之间)的频率可以基于当前的俯仰值。例如，如果俯仰读数接近水平，则可以降低俯仰测量的频率，而频率可以与偏离水平的偏移量成比例地提高。在另一实施例中，可以监测俯仰读数的变化率，使得俯仰测量的频率可以与钻具俯仰的增大的变化率成比例地提高。此外，可以自动采集增量俯仰读数和相关数据。在一些实施例中，当出于减轻传感器数据的噪声的目的而采集每个增量俯仰读数时，钻机可以自动地暂时暂停。

结合图16来参考图17，图17是整体用附图标记1200表示的流程图，且示出了根据本发明的用于确定积分深度的方法的实施例。该方法起始于1204处的开始步骤，并且转入步骤1208，步骤1208可以接收第一俯仰读数

钻柱长度的当前变化量Δs_i、当前深度值d作为输入。在1212处，可以基于等式(1)确定用于当前增量i的增量深度变化量Δd_i。在1216处，对另一增量俯仰值

是否可用作出判定。如果作出肯定判定，则操作转入步骤1218，步骤1218接收相关的输入，然后使该程序接回步骤1212，以确定新的增量深度变化量和更新的当前总深度。一旦步骤1216确定所有增量俯仰读数已被处理之后，操作转入步骤1220，以输出积分深度值，并且该方法可以在1224处结束。

在另一实施例中，可以在钻探出各钻杆长度之后的回拉期间测量图16的增量俯仰读数。这样，可以在不受钻柱前进(其通常称为导孔)期间存在的噪声和振动等级影响的情况下获取增量俯仰读数。应认识到，能够自动进行回拉和增量俯仰读数处理。至少出于每个增量俯仰测量与钻柱的独特长度相关联的原因，方法1200可以确定积分深度，而不论获得俯仰读数的具体顺序如何。在一些实施例中，来自导孔操作的俯仰读数可以与回拉期间获得的俯仰读数相结合。

在另一实施例中，当地埋工具包括例如图10的磁力计522等偏转传感器(yawsensor)时，可以确定地埋工具的积分侧向运动。也就是说，可以相对于与图16所示的x-z平面垂直的y轴确定地埋工具的运动。于是测量位置1400a-1400p将代表沿着钻杆长度的偏转传感器读数。可以认为，在掌握本发明的整个公开内容的情况下，本领域的普通技术人员能够容易地实施本实施例。

现在将注意力转到图18，图18示意性地示出了例如使用图9的地埋工具20以及图1的钻机14在区域1600中进行的回拉或回扩操作。可以利用便携式设备80(图1)和相关的通信路径，但出于清楚示出的目的，未在图18中示出该便携式设备。回扩操作被示出为正将公用设施1604(其被示出为粗实线)部分地拉动通过先前形成的导孔1608(其被示出为虚线)。导孔1608在水体1612的下方穿过并且通向钻机14。然而，在所示出的回扩操作期间，在点P1与P2之间沿导孔出现了被称为“楔孔”的情况，使得钻柱且由此使得公用设施偏离了导孔的原有路径。在点P1与地埋工具20之间，移位的钻柱或楔孔的钻柱用附图标记1614表示并且被示出为实线。因此，公用设施将位于P1与P2之间的原有导孔的上方。如图所示，这种钻柱楔孔现象可能成问题地导致沿着部分1614的钻柱、地埋工具20和/或公用设施1604不慎与交叉孔1620或其它地埋障碍物接触。当然，不能检测到在地埋工具后沿着导孔的任何给定位置发生的额外楔孔，因为感测是在地埋工具处进行的，然而，如果在正在进行的回拉操作期间在地埋工具处未检测到楔孔，则不太可能发生这种额外楔孔。此外，在回拉期间由公用设施施加至土壤的向上力通常小于由钻柱施加的力，特别是当操作者采取已知的措施时，例如将公用设施充满水以抵消其浮力。紧接着将在下文中对这些向上力进行详细描述。

仍然参考图18，现在将注意力转到对楔孔产生的因素的分析。钻机14将箭头所示的拉力T施加至在导孔中位于地埋工具20与钻机之间的钻柱16。响应于力T，在公用设施1604到达点P₃时，箭头所示的力T₁施加在公用设施1604上，而在公用设施进入地面的点处，箭头所示的力T₀施加在公用设施上。虽未示出，但该入口点例如可以位于导孔原来延伸所至的凹陷处。公用设施接触土壤时受到的摩擦系数为μ。对于可被表征为例如60秒泥浆(例如使用马氏漏斗粘度计(Marsh funnel)测得)的典型钻井泥浆而言，摩擦系数可以约为0.2至0.4。其中，微分路径长度ds是局部半径和相对应的微分弧长dθ的乘积，T₀与T₁之间的关系可以表示为：

其中，θ₂是基于从P₃到P₄的导孔的至少近似半径的角度。因张力而造成的点P₃与P₄之间的向上力可以表示为：

其中，θ₁是基于从P₅到P₆的导孔的至少近似半径的角度。当假定正被安装的公用设施具有中性浮力时，因张力而造成的点P₅与Ρ₆之间的向上力可以表示为：

其中，箭头所示的T₂是点P₅处的张力。

基于等式(4)和(5)所给定的向上力，如果给定位置处的向上力分布在由正施加力的钻柱或公用设施限定的面积上，则可能在每单位面积所施加的力大于局部土壤地层的每单位面积的抗压强度的任何地方出现楔孔。

在实施例中，可以基于将在钻探导孔时沿钻孔路径获取的导孔俯仰值与在回扩操作期间沿导孔回拉地埋工具20时获取的回拉俯仰值进行比较来检测钻柱楔孔。就此而言，根据本发明的系统可以快速产生取向和其它孔路径相关数据，例如如图16所示的俯仰传感器值1400a-1400p。应认识到，可以在回扩操作期间由地埋工具20以可比较的频率获取俯仰读数。如图18所示，在点P₁与P₂之间，由于出现了钻柱楔孔，因此沿导孔获取的俯仰值与回扩操作期间获取的俯仰值不匹配。因此，对于在回拉操作期间从尺码计数器28(图1)获得的钻柱16的任何给定长度而言，可以将回拉期间地埋工具处的当前俯仰值与相对应的导孔俯仰值进行比较。对于该比较而言，可以将阈值俯仰变化量指定为每当根据该比较的差值超过阈值时就发出警告。在实施例中，阈值俯仰变化量可以为1度或更小。至少从实用的角度来看，基于地埋工具20在回拉期间获得俯仰传感器值的频率，可以提供实时监测，因为导孔形成和回拉的俯仰读数可以相差一英寸的几分之一。在实施例中，随着获取到各个回拉俯仰值，基本上可以实时进行比较。

在可以独立于上述实施例或可以与上述实施例结合地使用的另一实施例中，例如如上文参考图16所述的那样，可以在回拉期间使用积分法来追踪地埋工具20的深度。为了检测钻柱楔孔，可以将回拉期间的当前钻柱长度的深度与当前钻柱长度处的导孔的记录深度值进行比较。此外，当满足和/或超过指定深度变化量阈值时，所记录的导孔深度与当前回拉深度之差可以形成警告的基础。在实施例中，该阈值可以为2英尺或更小。在一些实施例中，使用轻便定位器沿孔路径测得的深度值(其可以称为“置信点(confidence point)”)可以形成上述比较的一部分。可以在形成导孔时和在回拉期间在各点处获取置信点测量值。在实施例中，系统可以在回拉期间提示操作者获取与导孔置信点测量值对应的回拉置信点测量值，以用于直接比较。就此而言，为了回拉操作期间的钻柱楔孔检测，可以自动进行基于俯仰或深度的监测。

在另一实施例中，例如如在美国专利No.7,425,829和美国专利No.8,831,836中所描述的那样，可以使用能够确定地埋工具的实际位置和/或取向的先进系统，这两个专利的全部内容以引用的方式并入本文。在其它实施例中，地埋工具可以包括能够确定地埋工具的位置和/或取向的惯性导航系统(INS)。在此类实施例中，可以以与进行俯仰比较的上述描述一致的方式将钻具沿导孔的记录深度与回拉操作期间的地埋工具20的深度进行比较。参考图19，用于检测钻柱楔孔的方法的实施例整体用附图标记1700表示。该方法起始于1704处，并且转入步骤1708，步骤1708例如从图13的数据结构920检索关注的导孔数据。在1712处，可以在回拉操作期间接收当前参数值并且还可以将当前参数值记录为图13的数据结构中的回拉数据942的一部分。当前参数可以被选择作为俯仰、深度和位置中的任一个。在一些实施例中，可以相对于一个以上参数进行比较。在1716处，可以针对当前参数确定钻柱长度。在1720处，将当前参数与对应的导孔参数进行匹配。在所记录的导孔参数与落在当前钻柱长度的每侧的钻柱长度对应的情况下，可以容易地确定外推值，以用于比较目的。在1722处，基于对应的导孔参数值作出当前参数是否在可接受的范围内的判定。该判定可以基于为应用本方法的各参数建立的阈值。作为非限制性实例，俯仰阈值可以为一度或某个更小的确定值，深度阈值可以为6"至12"，并且位置阈值可以为6"至12"。如果1722处的比较表明当前参数在限值内，则操作可以返回到步骤1712，以在回拉操作继续进行时接收更新的当前参数值。如上所述，比较分析不限于一个参数，而是可以在方法1700中同时使用一个以上类型的参数。此外，可以以与回拉操作期间产生参数的方式不同的方式在导孔形成期间产生作为比较对象的参数。作为非限制性实例，可以在导孔形成期间基于定位信号的测量值(例如，电磁读数)确定深度，而可以基于本文所述积分深度技术使用俯仰测量值表征回拉操作期间的深度。

仍对图19进行描述，如果在步骤1722中当前参数超过相关阈值，则操作可以转入步骤1730，步骤1730可以向操作者发出这样的通知或警告：可能在地埋工具的当前位置发生钻柱楔孔。可以以与上述其它类型的警告一致的方式处理钻柱楔孔警告。例如，日志可以被本地地和/或远程地记录，以及本地记录警告和/或将警告发送至远程位置。在实施例中，可以以图形的方式将表示钻柱长度的数据呈现给操作者和/或呈现至远程位置，以示出潜在钻柱楔孔。可以手动或自动暂停操作，以等候操作者或适合于恢复操作的其它管理者的确定。在步骤1730之后，方法可以在1732处结束，但也可以根据需要重新开始。应认识到，为了检测钻柱楔孔，可以通过使用任何合适的通信路径和/或方式完成数据传输。

再次参考图18，申请人认识到，与导孔数据相比，回拉数据经常可以包括公用设施的实际安装位置的更准确表示。因此，可以从图13的回拉数据942中产生用于以完工形式表示公用设施的数据。就此而言，现有技术通常根据导孔数据表征安装的公用设施，当例如钻柱楔孔等因素起作用时，该表征可能非常不准确。参考图1，在使用系统10形成导孔期间，可能存在这样的时候：随着钻柱的协同前进和回缩选择性地致动滚动取向，操作者选择进行钻柱的重复运动。该活动可以称为自动刻槽，举例来说，当试图实现钻头的特定俯仰取向以手动或自动地遵循预定孔规划时，可以采用该活动。

参考图20，图20示出了整体用附图标记1800表示的示意图，图20表示钻头或钻具头围绕由钻头限定的细长轴线1804的旋转，这可以称为路径刻槽处理。当土壤的抗压强度如此高以至于在不旋转钻柱的情况下钻机无法推动钻头穿过土壤来完成导向时，可以使用这样的处理。也就是说，不能通过简单地推动钻头而使钻头前进。路径刻槽的目的在于对钻孔进行机械作业，以提供钻头的偏置取向来实现导向。通常，作为非限制性实例，路径刻槽处理涉及将钻头旋转通过某个有限的旋转范围，例如从位置A到位置B(其为120度的范围)的刻槽间隔1810，但也可以使用任何合适的刻槽间隔角度。当例如沿顺时针方向旋转时，钻头前进大致小于或等于钻管段长度的某个增量距离。在一些实施例中，距离可以仅约为几英寸。然后，钻头沿相同的旋转方向从刻槽间隔的滚动结束位置B旋转回刻槽间隔的滚动开始位置A，这可以称为移位间隔(indexing interval)1814。在移位间隔的协作下，在旋转至刻槽间隔的滚动开始位置之前，钻柱可以回缩例如3"至6"的量，这足以允许钻头与孔的未钻面分离。然后，例如通过操作者手动重复该处理，直到操作者终止该处理为止。由于通常在硬质土壤和岩石中进行自动刻槽，因此可能出现如下的钻管卷绕现象：即，响应于钻机驱动钻柱的旋转，导致钻头的不可预测的转动。当存在卷绕时，钻头可能完全释放而“突然”通过目标滚动位置，例如刻槽间隔的开始位置，或通过整个刻槽间隔。于是，为获得目标滚动位置，需要继续滚动钻柱，直到获得目标滚动位置。显然，路径刻槽可能比较复杂，不仅缺乏准确度，而且还不能快速更新钻头的滚动位置的指示。

现在将注意力转到图21的流程图，图21示出了整体用附图标记2000表示的自动化刻槽或“自动刻槽”技术的实施例。该方法起始于2004处的开始步骤，并且转入步骤2008，步骤2008通常在钻头静止不动时，开始从图13的数据结构920读取诸如当前值等各种值，包括滚动取向、俯仰取向、偏转取向、钻柱长度和钻头力。后者可以在过程开始时为非零值。如果是这样，应认识到，钻头可以以与下文的描述一致的方式自由滚动。在2012处，该方法获得用于限定自动刻槽处理的目标的输入参数。这些值例如可以由操作者使用钻机处的控制台42(图1)指定，但也可以从任何合适的位置指定各参数。使用图20，作为非限制性实例，各种输入可以包括从位置A至位置B的自动刻槽范围、目标俯仰取向T和/或目标偏转取向和待执行的自动刻槽处理的迭代次数。在一些实施例中，可以将默认值用于A和B、迭代次数和/或其它参数。其它参数可以包括例如推力和转速。在2016处，在本实例中钻头沿顺时针方向旋转至位置A。与常规情况一样，仅沿将管线接头旋紧在钻柱中的方向进行旋转。在2020处，在推力施加在钻柱上的同时，进行从滚动取向位置A至滚动取向位置B的刻槽间隔操作。当然，在刻槽间隔期间，钻井泥浆可以喷射为射流52(图1)，但这不是必需的。在刻槽间隔之后，在2024处，钻柱回缩，回缩量足以减轻作用在钻孔面上的压力(例如，由钻头力传感器529指示)。如申请人所认识的那样，出于尚待描述的原因，该回缩量可以限于刚足以提供钻头在钻孔中的自由旋转或非接触式旋转的量。

在2028处，感测钻头力，以确定作用在钻孔面上的压力是否已经减轻了，该压力通常与以下各项相关联：使钻头自由旋转而不与钻孔面接触的能力，或者，至少从实用的角度来看，即使存在不会影响处理结果的偶然接触，也好像不存在接触一样的钻探行为。如果不能减轻钻头力，则重复步骤2024，直到满足测试2028为止。接着，在2032处，进行从滚动位置B返回至滚动位置A的移位间隔操作。滚动可以自动继续，例如，如果在任何给定旋转下钻管卷绕导致系统错过位置A。在2036处，参考步骤2008所述的传感器再次进行读取当前数据值。应注意的是，例如，当钻头静止不动、以无接触的方式旋转(即，自由旋转)和/或回缩时，用于步骤2036的合适数据对应于在刻槽间隔1810之外读取到的任何数据。这样，数据准确度不会因可能在刻槽间隔期间存在的振动和不可预测的加速度而降低。在2040处，可以将当前参数和数据与步骤2012的目标值进行比较。如果判定出已经获得目标参数，则操作可以转入步骤2044，步骤2044可以根据规定的目标，指示该处理已经完成，并且该处理在2048处结束。另一方面，如果步骤2040判定出尚未获得目标，则操作转入步骤2052，步骤2052可以例如基于目标值与来自至少包括当前迭代的一个或多个迭代的累加数据的比较执行处理参数的分析。在2056处，如果分析判定出累加迭代数据以及当前迭代数据逐渐接近目标并且在每目标次数的迭代中可以使用另一迭代，则操作可以返回至2016。如果分析判定出用于当前迭代的数据开始偏离目标值，则操作可以转入步骤2044，步骤2044提供这样的通知：至少根据当前指定的目标参数，应当终止刻槽处理。在某些情况下，分析至少在一定程度上可以依赖于累加迭代数据以及当前迭代数据。在实施例中，步骤2052可以判定出土壤状况允许沿除目标方向或偏转角以外的特定方向的前进。在这种情况下，操作可以转入步骤2044，其中，通知可以告知操作者可用或可选的前进方向，在实施例中，提供修订目标T和/或端点A、B，以便在一组新的迭代期间进行批准和/或修改。然后，操作可以从步骤2056重新开始。

步骤2052处的分析的前提是从步骤2036获得准确表示在自动刻槽迭代期间正在进行的进展的传感器输入和参数输入。应认识到，刻槽间隔之间的钻柱的过度回缩可能产生至少两个有害后果。第一有害后果在于获得不能适当表示进展的传感器值和参数值或缺乏与指定自动刻槽目标相关联的传感器值和参数值。因此，该处理可能被提前终止，而事实上，该处理正处于产生目标结果的正轨上。与此相关的是，当传感器数据应当指示在正在进行迭代的情况下该处理逐渐偏离目标值时，存在继续进行迭代的风险。第二有害后果在于因过度回缩而完全抹消了朝目标值所取得的实际进展。例如，如果期望俯仰值中产生正增加，则重力以及过度回缩的影响可以容易地否定先前所实现的俯仰的正增加。然而，通过步骤2024、2028使用钻头力数据来使钻头的回缩至少大致限于刚足以减轻作用在钻孔面上的钻头压力的距离，这些有害的后果可以被极大地限制或完全消除。这样，钻头响应于回缩的取向变化量可以以继续提供准确传感器读数的方式进行限制。

结合图1来参考图16，系统10消除了关于需要快速更新滚动取向的限制，因为每当对图16中的位置1400a-1400p进行俯仰取向更新时，能够提供滚动取向更新。对应于地埋工具的小于一英寸的运动，可以提供所述俯仰取向更新。就钻头的固定旋转而言，滚动取向更新可以例如至少每0.1秒提供，这与根据钻机操作者所采用的转速或出于自动化目的而被编程的转速的已知钻头旋转量对应。在实施例中，自动刻槽可以请求钻柱通信带宽的额外分配来进行滚动取向更新。就此而言，该分配可以与钻头的静止不动状态(即，没有侧向运动)的监测相协调，使得甚至通常分配给俯仰取向更新的带宽在这些时间也可以被重新分配给滚动取向更新。

本发明公开的技术表示由井上数据源和井下数据源得到或产生的数据的各种组合。当受到适当的分析时，数据的这些各种组合可以导致产生指示，根据本文的教导可以在指示的基础上启动适当的响应。在一些实施例中，组合的数据可以提高追踪地埋工具的位置的能力。例如，所公开的积分深度技术采用源自井下俯仰传感器的俯仰信息以及源自钻机处的尺码计数器的钻柱长度，以更准确地表征钻具的深度。所公开的积分侧向运动技术采用源自井下偏转传感器的偏转信息以及源自钻机处的尺码计数器的钻柱长度，以更准确地表征地埋工具的侧向位置。在其它实施例中，组合的数据可以提高对有害操作状况的检测的监测和管理。例如，压裂漏出和交叉孔检测技术的实施例可以利用例如包括井上泥浆压力、表征钻柱长度和运动的尺码计数器数据、泥浆流数据在内的井上确定参数以及包括例如井下泥浆环空压力在内的井下数据，以产生指示，响应于该指示，系统和/或操作者可以采取额外的行动。在另一实施例中，在独立于前述实施例或与前述实施例组合的情况下，交叉孔检测可以基于包括钻柱推动状态和钻机推力在内的井上数据以及包括例如钻头力在内的井下数据，以检测是否遭遇到潜在交叉孔，从而形成其后续响应的基础。在另一实施例中，可以基于将井下信息与使用井上尺码计数器形成的钻柱长度所表示的导孔和回拉这两者的地层关联起来来检测钻柱楔孔。因此，通过以迄今未知的方式监测和分析钻机派生数据和井下数据的各种组合，所述技术可以提供用于改善追踪精度且用于降低与地埋公用设施的安装相关联的传统风险。

在初始参考图1的本发明的系统的背景下，现在将注意力转到数据通信方面的讨论。应认识到，便携式设备80(其可以为轻便定位器)与钻机之间的遥测通信可能受到接收限制。例如，遥测信号可能太弱而不能确保数据通信具有足够可靠性。范围限制、地形、诸如建筑物等中间结构、局部干扰/噪声、电源线谐波和低信号强度以及其它限制可能引起不可靠的遥测。

结合图1来参考图22，图22示出了整体用附图标记2200表示且用于遥测监测的方法的实施例。该方法起始于2204处，并且转入步骤2208，步骤2208监测遥测信号92的质量。该监测可以例如由钻机处理器70在控制台42处进行，或由一些其它可用部件在钻机处或附近进行。信号的质量可以容易地由信噪比(SNR)表征。一些实施例可以获得信号的误码率(BER)或表征正在丢失或受到破坏的数据包的数量。可以采用任何合适的技术来表征信号质量，并且该过程不限于那些明确描述的技术。当然，在任何给定时间可以采用一个以上的信号质量表征。在2212处，作出遥测信号92的质量是否经受过多衰减而不能用于继续通信的判定。例如可以基于下降至低于SNR阈值和/或BER相关阈值的信噪比、数据包丢失率等进行该测试。如果遥测信号92被判定为被丢失或太弱而不能使钻机可靠地从遥测信号92接收信息，则钻机处理器70可以产生将传达至便携式设备的提示，以指示便携式设备此后经由地埋通信信号99至少将周期性深度读数传输至地埋工具。应注意的是，如果在便携式设备与钻机之间实现和使用双向遥测，则该提示可以经由地埋通信链路和/或经由遥测发送至便携式设备。因此，可用一组冗余通信路径来传输该提示。可以在这些路径之间进行仲裁。例如，如果判定出从钻机至便携式设备的遥测通信不可用，则可以在地埋通信链路上传输该提示。不论接收提示所通过的一条路径或多条路径如何，在2220处，地埋工具上的处理器都能够将消息发送至便携式设备，从而指示便携式设备此后经由通信信号99将深度测量值发送回地埋工具。当然，其它测量值和参数同样可以以相同的方式切换至该路径。在2224处，系统操作重新开始，使得至少深度读数被通信信号99并且沿着钻柱向上发送，从而地埋工具用作中继器。如果2212处的测试判定出遥测信号92是可接受的，则系统操作可以在2228处重新开始，但该处理也可以周期性地通过该遥测监测步骤2208、2212循环回来。

图23示出了整体用附图标记2300表示且用于遥测监测的方法的另一实施例。可以与图22的上述方法2200结合地或单独地执行方法2300。在本实施例中，便携式设备80可以监测从便携式设备回到钻机的控制台42处的遥测信号92是否被丢失或太弱而不能可靠地传输信息。应注意的是，这种形式的监测可以利用系统10的双向遥测，但这不是必需的。该方法起始于2304处，并且转入步骤2308，此时，例如控制台42可以经由钻机的遥测信号96将确认发送至便携式设备，以确认遥测信号92正被接收。在另一实施例中，可以使用地埋通信链路(即，基于定位信号66，经由钻柱，然后传输至便携式设备)将该确认从钻机发送至地埋工具。例如可以在已经接收预定数量的数据包之后或在一组时间间隔或预定时间间隔之后发送该确认，控制台42可以周期性地将确认发送回便携式设备，以用于指示信息已经经由遥测信号92被接收。在2312处，如果定位系统在预期的基础上未接收到这样的确认或握手，例如错过至少一个确认，则便携式设备确定遥测信号被丢失或太弱而不能可靠地接收信息。在这种情况下，在2320处，便携式设备构造为经由通信信号99至少将深度测量值发送至地埋工具，以用于在2324处的系统操作期间由地埋工具进行转发而经由地埋通信链路沿钻柱向上到达控制台或钻机处理器。如果2312处的决定判定出确认已被及时接收到，则使用遥测以及周期性地通过遥测确认步骤循环回来，系统操作可以在2330处继续。

在其它实施例中，可以通过遥测和通过使用地埋通信链路这两者来以冗余的方式发送给定的信号。如果这两种发送都获得成功，则例如基于可用的带宽或手动指定可以在任何给定时间确定最优路线。此外，可以混合数据的仲裁，使得系统不是全有或全无通信链路。例如，如果这两种发送都获得成功，则出于优化各系统的通信链路和实现整体解决方案的最佳性能的目的，系统设计可以构造为经由空气发送某些类型的数据并且经由管线发送其它数据。在一个系统实施例中，无需经由遥测信号92进行地面遥测通信。因此，主题系统实施例无需来自钻机的遥测信号96。在一些系统实施例中，可以使用地埋通信链路或回路进行钻机与其它地面部件之间的所有数据通信，从而使得地埋工具用作源自例如定位器80等地面部件的数据的中间中继器。

本发明的前述描述是为了示例和描述的目的而提供的。其不意在进行穷尽或将本发明限制为所公开的这种确切形式(一种或多种)，根据上述教导，其它实施例、修改和变化是可能的，其中本领域的技术人员将认识到一些修改、置换、添加及其子组合。

本文所述的所有元件、零件和步骤被优选地包括在内。应理解到，如对本领域的技术人员来说将显而易见的那样，任何这些元件、零件和步骤可由其它元件、零件和步骤代替或完全删除。

本文至少公开了以下内容：描述了用于对检测到涉及包括钻机和地埋工具在内的系统的有害操作状况启动响应的系统、装置和方法。该响应可以基于井上感测参数以及井下感测参数。有害操作状况涉及交叉孔检测、压裂漏出检测、过大的井下压力、喷嘴堵塞指示和钻柱楔孔检测。通信系统包括允许轻便检测器与钻机之间经由地埋工具进行双向通信的地埋通信链路。可以使用逼近积分值的技术进行地埋工具的深度和/或侧向运动的监测。在自动程序的背景下对基于自动刻槽的钻头力进行了描述。定位器至钻机的遥测的丧失可以触发自动切换到系统内的不同通信路径。

构思

本文还至少公开了以下构思。

构思1.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩整体产生所述地埋工具的对应运动，所述钻柱限定有通道，所述通道用于承载钻井泥浆从所述钻机至所述地埋工具的加压流动以使钻井泥浆从所述地埋工具排出，所述方法包括：

在地埋操作期间，监测所述地埋工具周围的地中的泥浆环空压力；

检测所述泥浆环空压力的变化；以及

至少部分地基于将检测到所述变化作为潜在交叉孔和潜在压裂漏出中的一者的指示来启动响应。

构思2.根据构思1所述的方法，其中，所述检测步骤检测所述泥浆环空压力的下降。

构思3.根据构思1或2所述的方法，其中，所述响应步骤包括发出警告，以指示潜在交叉孔和潜在压裂漏出中的一者。

构思4.根据构思3所述的方法，其中，发出所述警告，以指示潜在交叉孔，并且发出步骤需要与基于井上泥浆压力阈值检测井上泥浆压力、基于流量阈值检测泥浆流量以及检测所述钻柱的运动结合地检测到所述下降。

构思5.根据构思2、3或4所述的方法，还包括：

在检测到所述下降之后，为了监测所述泥浆环空压力的恢复而继续监测所述泥浆环空压力，从而在所述泥浆环空压力中限定负向脉冲并且响应于所述负向脉冲的识别而发出所述警告。

构思6.根据构思2、3、4或5所述的方法，还包括：

在自检测到所述下降之前和/或之后起的时间间隔内，响应于检测到所述下降而采集补充数据。

构思7.根据构思6所述的方法，其中，所述补充数据包括井上泥浆压力、井下泥浆压力和泥浆流量。

构思8.根据构思5、6或7所述的方法，还包括：

在基于检测到所述下降的第一时间点和检测到所述恢复的第二时间点的可选时间间隔内，采集包括钻柱的长度和钻柱推/拉速率中的至少一个在内的额外的数据。

构思9.根据构思8所述的方法，还包括：

基于偏移量来限定所述可选时间间隔，使得所述第一时间点在泥浆环空压力的下降之前，而所述第二时间点在所述井下泥浆压力的恢复之后。

构思10.根据构思2、3或4所述的方法，还包括：

在检测到所述下降之后，为了监测所述泥浆环空压力的恢复而继续监测所述泥浆环空压力；以及

响应于检测到所述恢复，启动作为潜在交叉孔的指示的所述响应，并且在未检测到所述恢复时，启动作为潜在压裂漏出的指示的所述响应。

构思11.根据构思2-10所述的方法，还包括：

测量所述泥浆环空压力的下降的变化率；以及

基于所述变化率在所述潜在交叉孔与所述潜在压裂漏出之间进行区别，以用于启动所述响应。

构思12.根据构思11所述的方法，包括在从-20psi/秒到-100psi/秒的范围内选择所述泥浆环空压力的下降的变化率的阈值，并且所述区别步骤对测得的变化率与所选阈值进行比较。

构思13.根据构思1-12所述的方法，还包括：

作为所述响应，自动暂停所述钻机的操作。

构思14.根据构思1-13所述的方法，还包括：

在所述钻机的正常操作期间基于静水压力建立所述泥浆环空压力的最小阈值，并且使所述响应的启动基于所述最小阈值。

构思15.根据构思1-14所述的方法，其中，

启动所述响应的步骤还要求至少与检测所述钻柱的运动结合地检测所述变化。

构思16.根据构思1-15所述的方法，还包括：

在地埋操作期间，监测用于感测所述地埋工具周围的环形区域中的一种或多种气体的气体传感器，所述气体包括天然气、丙烷、烃类气体和下水道气体。

构思17.根据构思1-16所述的方法，还包括：

在地埋操作期间，监测用于感测所述钻机附近的一种或多种气体的气体传感器，所述气体包括天然气、丙烷、烃类气体和下水道气体。

构思18.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩整体产生所述钻具穿过地下的对应运动，所述钻柱限定有通道，所述通道用于承载钻井泥浆从所述钻机至所述地埋工具的加压流动以使钻井泥浆从所述地埋工具排出，所述装置包括：

监测装置，其构造为在地埋操作期间监测所述地埋工具周围的地中的泥浆环空压力；

传感器，其用于检测所述泥浆环空压力的变化；以及

处理器，其构造为至少部分地基于将检测到所述变化作为潜在交叉孔和潜在压裂漏出中的一者的指示来启动响应。

构思19.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩将地埋工具移动穿过地下，所述钻柱限定有通道，所述通道用于承载钻井泥浆从所述钻机至所述地埋工具的加压流动以使钻井泥浆从所述地埋工具排出，所述方法包括：

在钻探操作期间，监测所述地埋工具周围的导孔中的泥浆环空压力；

检测所述泥浆环空压力的超过上限井下压力的增大；以及

至少部分地基于检测到所述增大来启动响应。

构思20.根据构思19所述的方法，其中，所述启动步骤发出警告，以指示潜在压裂漏出的预测。

构思21.根据构思19-20所述的方法，还包括：

响应于启动泵送钻井流体来检测初始井下压力上升，并且选择所述初始井下压力上升的峰值作为所述上限井下压力。

构思22.根据构思19-21所述的方法，还包括：

当超过所述上限井下压力时，确定所述泥浆环空压力的变化率；以及

启动作为发送给操作者的警告的所述响应，所述响应包括针对所述变化率的值增大来增大警告紧迫表象程度。

构思23.根据构思19-22所述的方法，还包括：

当接近和/或超过所述上限井下压力时，响应于所述泥浆环空压力的变化率而暂停所述系统的操作。

构思24.根据构思19-23所述的方法，其中，所述钻柱由多个钻杆组成，并且监测所述泥浆环空压力的步骤包括在每个钻杆的基础上形成基线井下压力并且基于所述基线井下压力建立所述上限井下压力。

构思25.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩将所述地埋工具移动穿过地下，所述钻柱限定有通道，所述通道用于承载钻井泥浆从所述钻机至所述地埋工具的加压流动以使钻井泥浆从所述地埋工具排出，所述装置包括：

监测装置，其用于在地埋操作期间监测所述地埋工具周围的泥浆环空压力；

传感器，其用于检测所述泥浆环空压力的超过上限井下压力的增大；以及

处理器，其构造为至少部分地基于检测到所述增大来启动响应。

构思26.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱具有从钻机延伸至带有钻头的钻具为止的长度，在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述方法包括：

在所述钻具的前进期间，监测由所述钻头施加在导孔面上的钻头力；

检测所述钻头力的下降；以及

至少部分地基于将检测到的下降作为潜在交叉孔的指示来启动响应。

构思27.根据构思26所述的方法，其中，启动所述响应的步骤包括发出作为所述潜在交叉孔的指示的警告和自动暂停所述钻机的操作中的至少一个。

构思28.根据构思26-27所述的方法，还包括：

在所述钻具的前进期间，记录与所述钻柱的长度相关联的所述钻头力。

构思29.根据构思26-28所述的方法，还包括：

监测由所述钻机施加在所述钻柱上以产生所述前进的推力；以及

记录与所述钻柱的长度相关联的推力。

构思30.根据构思26-29所述的方法，还包括：

响应于检测到所述钻头力的下降并且在启动所述响应之前，确认所述钻头力比所述推力至少小阈值差。

构思31.根据构思26-30所述的方法，还包括：

响应于检测到所述钻头力的下降并且在启动所述响应之前，确认所述钻头力在小于0.1秒的时间内已经下降至小于10磅。

构思32.根据构思26-31所述的方法，还包括：

响应于检测到所述钻头力的下降，继续监测所述钻头力，以检测所述钻头力的恢复，从而确认基本上不存在钻头力的间隔。

构思33.根据构思26-32所述的方法，还包括：

响应于检测到所述钻头力的下降，启动数据采集间隔，以测试所述钻头力的恢复，所述钻头力的恢复证明所述钻头力中的与遭遇到交叉孔符合的负向脉冲。

构思34.根据构思26-33所述的方法，其中，所述钻柱限定有通道，所述通道用于至少在所述钻具的前进期间承载钻井泥浆从所述钻机至所述钻具的加压流动以使钻井泥浆从所述钻具排出，所述方法还包括：

使所述钻头力与所述钻井泥浆被泵送到所述钻柱中时的井上泥浆压力关联起来；以及

在检测到所述下降时，确认在所述钻具前进的同时所述井上泥浆压力保持恒定不变，以提高所述潜在交叉孔的检测的置信度。

构思35.根据构思26-34所述的方法，还包括：

在发出所述警告之后，发送表征所述潜在交叉孔的至少一个数据记录。

构思36.根据构思26-35所述的方法，其中，所述钻柱限定有通道，所述通道用于在所述钻具的前进期间承载钻井泥浆从所述钻机至所述钻具的加压流动以使钻井泥浆从所述钻具排出，所述方法还包括：

使所述钻头力与所述钻具周围的井下泥浆环空压力关联起来；以及

至少确认所述井下泥浆环空压力的与钻头力的下降相对应的下降。

构思37.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱具有从钻机延伸至带有钻头的钻具为止的长度，在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述装置包括：

监测装置，其用于在所述钻具的前进期间监测由所述钻头施加在导孔面上的钻头力；

传感器，其用于检测所述钻头力的下降；以及

处理器，其构造为至少部分地基于将检测到的下降作为潜在交叉孔的指示来启动响应。

构思38.在用于进行地埋操作且至少利用轻便检测器和从钻机延伸至地埋工具的钻柱充当归航信标和追踪设备中的至少一者的系统中，一种通信系统包括：

井上收发器，其位于所述钻机处；

井下收发器，其位于所述地埋工具附近的井下；

便携式收发器，其形成所述轻便定位器的一部分；

所述井上收发器与所述井下收发器之间的第一双向通信链路，其使用所述钻柱作为电导体，以提供所述井上收发器与所述井下收发器之间的通信；以及

所述轻便检测器的便携式收发器与所述井下收发器之间的第二双向通信链路，其在所述轻便检测器的便携式收发器与所述井下收发器之间采用无线电磁通信，从而通过经由所述第二双向通信链路将信息从所述轻便检测器发送至所述井下收发器，并且然后通过经由所述第一双向通信链路将信息从所述井下收发器发送至所述井上收发器，能将所述轻便检测器所产生的信息发送至所述井上收发器。

构思39.根据构思38所述的通信系统，还包括：

遥测链路，其用于所述轻便检测器与所述井上收发器之间的双向通信；以及

处理器，其构造为在所述第一双向通信链路用作第一冗余发送并且与第二冗余发送协作的情况下至少用于在所述井下收发器与所述井上收发器之间临时冗余发送给定信号，所述第二冗余发送使用所述遥测链路和所述第二双向通信链路使得所述第二冗余发送通过轻便检测器。

构思40.根据构思39所述的通信系统，其中，所述处理器构造为在所述冗余发送之间进行仲裁，并且此后基于所述第一冗余发送和所述第二冗余发送选择最优发送路线。

构思41.根据构思40所述的通信系统，其中，所述处理器构造为基于所述第一冗余发送和所述第二冗余发送中的每一个的发送带宽选择最优发送路线。

构思42.根据构思39-41所述的通信系统，其中，所述处理器构造为保持与所述第一冗余数据发送相对应的第一数据传输和与所述第二冗余发送相对应的第二数据传输。

构思43.根据构思42所述的通信系统，其中，所述处理器构造为对所述第一数据传输与所述第二数据传输之间的不同数据类型进行仲裁，以增加所述通信系统的总带宽。

构思44.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸整体产生所述地埋工具穿过地下的对应运动，所述钻柱限定有通道，所述通道用于承载钻井泥浆从所述钻机至所述钻具的加压流动以使钻井泥浆从所述钻具排出，所述方法包括：

检测到井上泥浆压力处于或高于井上泥浆压力阈值；

响应于检测到所述井上泥浆压力处于或高于所述井上泥浆压力阈值，确定所述钻具周围的环形区域中的井下泥浆环空压力的当前值；

将所述井下泥浆环空压力的当前值与井下泥浆压力阈值进行比较；

响应于所述井下泥浆环空压力的当前值处于或低于所述井下泥浆压力阈值，确定通过所述钻柱的当前泥浆流量；

将所述当前泥浆流量与泥浆流量阈值进行比较；以及

响应于所述当前泥浆流量处于或低于所述泥浆流量阈值，启动响应。

构思45.根据构思44所述的方法，其中，启动所述响应的步骤包括发出喷嘴堵塞警告和至少自动临时暂停所述钻机的操作中的至少一个。

构思46.根据构思45或46所述的方法，还包括：

向操作者显示输入控制，以允许操作者清除所述喷嘴堵塞警告。

构思47.根据构思45所述的方法，还包括：

向操作者显示输入控制，以允许操作者记录所述喷嘴堵塞警告。

构思48.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩整体产生所述地埋工具穿过地下的对应运动，所述钻柱限定有通道，所述通道用于承载钻井泥浆从所述钻机至所述地埋工具的加压流动以使钻井泥浆从所述地埋工具排出，所述装置包括：

传感器装置，其用于监测所述钻机处的井上泥浆压力、所述地埋工具周围的地中存在的井下泥浆环空压力以及所述钻井泥浆在所述钻柱的通道内的泥浆流量中的每一个；

处理装置，其构造为：

检测处于或高于井上泥浆压力阈值的井上泥浆压力；

响应于检测到所述井上泥浆压力处于或高于井上泥浆压力阈值，确定所述地埋工具周围的地中的井下泥浆环空压力的当前值；

将所述井下泥浆环空压力的当前值与井下泥浆压力阈值进行比较；

响应于所述井下泥浆环空压力的当前值处于或低于所述井下泥浆压力阈值，确定通过所述钻柱的当前泥浆流量；

将所述当前泥浆流量与泥浆流量阈值进行比较；以及

基于所述当前泥浆流量处于或低于所述泥浆流量阈值，启动响应。

构思49.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱具有从钻机延伸至用于执行地埋操作的地埋工具为止的长度，所述钻柱将所述地埋工具沿路径移动穿过地下，所述钻柱的运动至少部分地由所述地埋工具的俯仰取向表征，所述方法包括：

测量所述钻柱的运动，以基于所述钻柱的长度将所述运动表征为所述地埋工具的一系列增量运动；

建立与各个增量运动相关联的所述地埋工具的俯仰取向；

确定各个增量运动的沿地埋工具深度的增量深度变化量，使得各个增量运动充当俯仰测量间隔；以及

对所述增量深度变化量进行求和，以作为确定所述地埋工具在当前位置的当前深度的一部分。

构思50.根据构思49所述的方法，其中，所述测量基于所述钻柱的长度。

构思51.根据构思49或50所述的方法，其中，在所述地埋工具远离所述钻机前进期间执行所述测量。

构思52.根据构思49、50或51所述的方法，其中，所述地埋工具朝所述钻机回缩期间执行所述测量。

构思53.根据构思49-52所述的方法，还包括：

将增量运动间隔一定量，使得所述钻柱的弯曲是能忽略不计的。

构思54.根据构思49-53所述的方法，还包括：

基于对于各个增量运动而言所述地埋工具沿直线段前进的假定，确定所述增量深度变化量。

构思55.根据构思49-54所述的方法，还包括：

通过使用所述钻柱作为电导体来将各个俯仰取向传输至所述钻机，以便表现出用于传输的吞吐量；以及

基于所述吞吐量修改用于一系列增量运动的俯仰测量间隔。

构思56.根据构思49-55所述的方法，还包括：

通过使用所述钻柱作为电导体经由钻柱通信系统将各个俯仰取向以及其它数据流量传输至所述钻机，以便表现出用于传输的吞吐量；以及

基于所述钻柱通信系统的当前流量改变用于一系列增量运动的俯仰测量间隔。

构思57.根据构思49-56所述的方法，还包括：

以与所述地埋工具相对于水平取向的偏移量成比例的方式修改俯仰测量间隔的频率。

构思58.根据构思49-57所述的方法，还包括：

基于所述地埋工具的当前俯仰值修改俯仰测量间隔的频率。

构思59.根据构思57所述的方法，还包括：

以与所述地埋工具的俯仰的增大的变化率成比例的方式修改俯仰测量间隔的频率。

构思60.根据构思49-59所述的方法，还包括：

响应于获得各个俯仰取向而自动暂时暂停所述钻机。

构思61.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱具有从钻机延伸至用于执行地埋操作的地埋工具为止的长度，所述钻柱将所述地埋工具沿路径移动穿过地下，所述钻柱的运动至少部分地由所述地埋工具的俯仰取向表征，所述装置包括：

所述钻机处的计数器，其用于基于所述钻柱的长度测量所述地埋工具的一系列增量运动；

所述地埋工具处的俯仰传感器，其用于建立与各个增量运动相关联的所述地埋工具的俯仰取向；以及

处理器，其构造为用于确定各个增量运动的沿地埋工具深度的增量深度变化量使得各个增量运动充当俯仰测量间隔，并且对所述增量深度变化量进行求和，以作为确定所述地埋工具在当前位置的当前深度的一部分。

构思62.一种在地埋操作期间与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述地埋操作包括回拉操作，在所述回拉操作中，钻柱被钻机拉回，以至少大致沿导孔拉动公用设施，从而可能出现所述公用设施不慎被移位到所述导孔的初始路径的上方的楔孔情况，所述方法包括：

在测量从所述钻机延伸至钻具的所述钻柱的长度的同时，响应于所述钻柱从所述钻机的延伸使所述钻具前进穿过地下来形成所述导孔；

当所述钻具前进时，记录表征沿所述导孔的一系列位置处的所述导孔的至少一个参数，对于一系列位置中的每一个位置而言，所述参数用所述导孔的测得长度表示；

在形成所述导孔之后，将回拉工具附接在所述钻柱的远端上，并且将所述公用设施附接在所述回拉工具上；

在回拉操作期间，使所述钻柱回缩，以在测量从所述钻机延伸至所述回拉工具的所述钻柱的长度的同时，至少大致沿所述导孔朝所述钻机拉动所述回拉工具和所述公用设施；

在回缩期间，至少表征用所述钻柱的测得长度表示的所述参数的当前值；

将在回拉操作期间在所述回拉工具的当前位置处获得的参数的当前值与在形成所述导孔期间且在对应于所述当前位置处获得的参数的记录值进行比较；以及

基于所述参数的当前值相对于记录值的偏差，启动对至少潜在出现钻柱楔孔的响应。

构思63.根据构思62所述的方法，其中，表征回缩期间的所述参数的当前值的步骤包括在回缩期间感测不同参数，并且基于所述不同参数的感测值生成所述参数的当前值。

构思64.根据构思63所述的方法，其中，所述参数为地埋深度，所述不同参数为回拉操作期间的所述地埋工具的俯仰取向。

构思65.根据构思62-64所述的方法，其中，启动所述响应的步骤包括发出至少潜在出现钻柱楔孔的通知。

构思66.根据构思62-65所述的方法，其中，启动所述响应的步骤包括暂停所述钻机的操作。

构思67.根据构思62-66所述的方法，其中，所述参数为俯仰取向，并且所述比较步骤为将俯仰取向的当前值和记录值之差与阈值俯仰变化量进行比较，以在每当所述当前值和记录值之差超过所述阈值俯仰变化量时启动所述响应。

构思68.根据构思67所述的方法，其中，所述阈值俯仰变化量为1度或更小。

构思69.根据构思62-68所述的方法，还包括：

当所述回拉工具的当前位置至少大致沿着所述导孔朝所述钻机前进时，基本上实时地重复所述比较步骤。

构思70.根据构思62-69所述的方法，其中，所述参数为深度，并且所述比较步骤为将深度的当前值和记录值之差与深度变化阈值进行比较，以在所述当前值和记录值之差超过所述深度变化阈值时启动所述响应。

构思71.根据构思70所述的方法，其中，所述深度变化阈值为2英尺或更小。

构思72.根据构思62-71所述的方法，其中，所述钻柱从所述钻机延伸至所述回拉工具来执行回拉操作，以将所述回拉工具移动穿过地下，所述钻柱的运动至少部分地由所述回拉工具的俯仰取向表征，所述方法还包括：

在回拉操作期间，基于所述钻柱的长度测量所述地埋工具的一系列增量运动；

建立与各个增量运动相关联的所述回拉工具的俯仰取向；

确定充当俯仰测量间隔的各个增量运动的沿回拉工具深度的增量深度变化量；以及

对所述增量深度变化量进行求和，以作为确定所述回拉工具在当前位置的当前深度的一部分。

构思73.根据构思62-72所述的方法，还包括：

在形成所述导孔期间，获取至少一个导孔置信点深度读数；以及

在回拉操作期间，提示所述系统的操作者获取至少一个对应的回拉置信点深度读数，以用于与所述导孔置信点深度读数进行比较。

构思74.根据构思73所述的方法，其中，使用轻便定位器获取所述导孔置信点深度读数和所述对应的回拉置信点深度读数。

构思75.根据构思62-74所述的方法，其中，所述参数为所述钻具和所述回拉工具的位置。

构思76.一种在地埋操作期间与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述地埋操作包括回拉操作，在所述回拉操作中，钻柱被钻机拉回，以至少大致沿导孔拉动公用设施，从而可能出现所述公用设施不慎被移位到所述导孔的初始路径的上方的楔孔情况，所述装置包括：

钻机监测装置，其用于(i)在通过在测量所述钻柱的长度的同时使所述钻具响应于所述钻柱从所述钻机的延伸而前进穿过地下来形成所述导孔期间，以及(ii)在将所述公用设施安装在地下的回拉操作期间，测量所述钻柱的长度；以及

控制器，其构造为：

在形成所述导孔期间，记录至少一个参数，所述至少一个参数表征由测得长度表示的所述导孔，

在回拉操作期间，当所述钻柱回缩以至少大致沿由所述钻柱的测得长度表示的导孔朝所述钻机拉动所述回拉工具和所述公用设施时，至少表征所述回拉工具处的所述参数，

将回拉操作期间的所述参数的当前值与所述参数的记录值进行比较，以及

基于所述参数的当前值相对于记录值的偏差，启动对至少潜在出现钻柱楔孔的响应。

构思77.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至带有钻头的钻具，使得在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述方法包括：

通过在使所述钻头从起始角位置至结束角位置旋转小于一整圈的同时使所述钻柱前进以使所述钻头与导孔端面接合来执行刻槽间隔；

与感测所述钻头作用在所述导孔端面上的钻头力协作地使所述钻柱回缩；

与基于感测到的钻头力终止所述回缩协作地旋转所述钻柱以使所述钻头返回至所述起始角位置，使得作用在所述导孔端面上的所述钻头力被至少部分地减轻；以及

通过重复上述操作来进行一个或多个自动刻槽迭代。

构思78.根据构思77所述的方法，还包括：

在开始执行所述刻槽间隔之前，接受输入参数，所述输入参数包括具有起始位置和停止位置的自动刻槽范围、目标俯仰取向和/或目标偏转取向以及刻槽间隔的迭代次数。

构思79.根据构思78所述的方法，其中，所述输入参数被接受为默认值。

构思80.根据构思78所述的方法，其中，所述输入参数是操作者限定的。

构思81.根据构思78-80所述的方法，其中，所述输入参数还包括推力和转速。

构思82.根据构思77-81所述的方法，其中，响应于检测到作用在所述导孔端面上的钻头力已经减轻而终止所述回缩。

构思83.根据构思82所述的方法，其中，在所述旋转钻柱以使所述钻头返回至所述起始角位置的步骤之前，终止所述回缩。

构思84.根据构思77-83所述的方法，还包括：

响应于检测到已经实现目标参数而终止所述方法的任何进一步的迭代。

构思85.根据构思84所述的方法，其中，所述目标参数是目标俯仰取向，并且所述方法包括感测所述刻槽间隔之外的所述钻具的俯仰取向，从而提高俯仰取向的数据精度，以便用于与所述目标俯仰取向进行比较。

构思86.根据构思84或85所述的方法，其中，所述目标参数是目标偏转取向，并且所述方法包括感测所述刻槽间隔之外的所述钻具的偏转取向，从而提高偏转取向的数据精度，以便用于与所述目标偏转取向进行比较。

构思87.根据构思77-86所述的方法，还包括：

将目标参数与用于当前迭代的当前参数进行比较；

识别到还未获得所述目标参数；

将当前迭代数据与来自至少一个先前迭代的数据进行累加，以产生累加数据，从而用于与所述目标参数进行比较；

判断所述累加数据和所述当前迭代数据是否逐渐接近所述目标参数；以及

如果所述累加数据和所述当前迭代数据正逐渐接近所述目标参数，则进行另一次迭代，否则指示应当终止迭代，因为所述累加数据和所述当前迭代数据正偏离所述目标参数。

构思88.根据构思77-87所述的方法，还包括：

将目标参数与用于当前迭代的当前参数进行比较；

识别出还未获得所述目标参数；

判定出能获得沿除目标方向以外的特定方向的所述钻具的前进；以及

向操作者发出通知，以至少通知操作者能获得沿所述特定方向的前进。

构思89.根据构思88所述的方法，其中，所述发出步骤包括基于所述特定方向提供将在一组新的迭代期间进行的刻槽间隔的修正目标和一组修正端点中至少一者。

构思90.根据构思77-89所述的方法，还包括：

在所述系统操作期间，将滚动取向读数更新从所述钻具反复传输至所述钻机并且通过使用所述钻柱作为电导体经由钻柱通信系统在所述钻具与所述钻机之间传输其它数据；以及

响应于开始执行所述刻槽间隔，相对于其它数据将钻柱通信系统的额外带宽分配给滚动取向更新，并且保持额外带宽的分配，至少直到已经完成自动刻槽迭代。

构思91.根据构思90所述的方法，还包括：

在所述系统操作期间，将俯仰取向读数更新从所述钻具反复传输至所述钻机并且通过使用所述钻柱作为电导体经由钻柱通信系统在所述钻具与所述钻机之间传输其它数据；以及

响应于在开始执行所述刻槽间隔之后检测到所述钻具静止不动，为滚动取向更新调用钻柱通信系统带宽的进一步分配，否则将所述带宽分配给俯仰取向读数更新。

构思92.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至带有钻头的钻具，使得在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述装置包括：

钻头力传感器，其用于感测由所述钻头施加在所述导孔端面上的钻头力；以及

控制器，其构造为：

通过在使所述钻头从起始角位置至结束角位置旋转小于一整圈的同时使所述钻柱前进以使所述钻头与所述导孔端面接合来执行刻槽间隔，

与感测所述钻头作用在所述导孔端面上的钻头力协作地使所述钻柱回缩，

与基于感测到的钻头力终止所述回缩协作地旋转所述钻柱以使所述钻头返回至所述起始角位置，使得作用在所述导孔端面上的所述钻头力被至少部分地减轻，以及

至少重复一次所述执行步骤、回缩步骤和所述旋转步骤。

构思93.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩整体产生所述地埋工具的对应运动，所述方法包括：

感测表征所述地埋工具的井下参数；

感测表征所述钻机处的至少一个操作状况的井上参数；以及

基于所述井下参数并且至少部分地基于所述井上参数，自动启动针对至少一个有害操作状况的检测的响应。

构思94.根据构思93所述的方法，其中，所述有害操作状况是潜在压裂漏出、潜在交叉孔、潜在钻柱楔孔和过大的井下泥浆环空压力中的一者。

构思95.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，使得在地埋操作期间所述钻柱的延伸和回缩整体产生所述地埋工具的对应运动，所述装置包括：

井下传感器，其用于感测表征所述地埋工具的井下参数；

井上传感器，其用于感测表征所述钻机处的至少一个操作状况的井上参数；以及

处理器，其构造为基于所述井下参数并且至少部分地基于所述井上参数自动启动针对至少一个有害操作状况的检测的响应。

构思96.在用于进行地埋操作且至少利用钻柱和轻便定位器的系统中，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，所述轻便定位器至少用于接收从所述地埋工具发送而来的定位信号，一种通信系统包括：

井上收发器，其位于所述钻机附近；

便携式收发器，其形成所述轻便定位器的一部分，并且构造为接收所述定位信号，以至少周期性地更新所述地埋工具的深度读数；

遥测链路，其至少用于从所述轻便定位器的便携式收发器到所述井上收发器经由轻便定位器遥测信号的双向通信，以至少周期性地将所述深度读数发送至所述井上收发器；以及

处理器，其构造为监测所述遥测链路，以检测所述轻便定位器遥测信号的信号衰减，并且响应于检测到所述信号衰减，将深度读数的周期性发送切换至不同通信路径，以由所述井上收发器进行接收。

构思97.根据构思96所述的通信系统，还包括：

所述轻便检测器的所述便携式收发器还构造为发送由所述地埋工具接收的地埋通信信号，以形成地埋通信链路；以及

井下收发器，其由所述地埋工具支撑以用于发送所述定位信号，通过使用所述钻柱作为电导体来提供所述井上收发器与所述井下收发器之间的通信，使得所述井下收发器与所述井上收发器进行双向通信，从而充当双向通信链路，其中，所述不同通信路径包括所述地埋通信链路和所述双向通信链路。

构思98.根据构思97所述的通信系统，其中，所述处理器位于所述钻机处并且进一步构造为响应于检测到至少经由所述双向通信链路发送至所述地埋工具的信号衰减而产生提示，并且所述地埋收发器构造为将所述提示转发至所述便携式设备，以指示所述便携式设备此后经由所述地埋通信链路至少将周期性深度读数传输至所述地埋工具，以便后续经由所述双向通信链路传输至所述井上收发器。

构思99.根据构思98所述的通信系统，其中，所述遥测链路是双向的，并且所述处理器进一步构造为经由所述遥测链路将所述提示传输至所述便携式设备，使得一对冗余通信路径能用于所述提示。

构思100.根据构思97所述的通信系统，其中，所述处理器位于所述钻机处并且进一步构造为产生提示，所述提示作为发送至所述地埋工具的信号衰减的指示，并且所述遥测链路是双向的，并且所述处理器构造为至少经由所述遥测链路将所述提示传输至所述便携式设备，以指示所述便携式设备此后经由所述地埋通信链路至少将周期性深度读数传输至所述地埋工具，以便后续经由所述双向通信链路转发至所述井上收发器。

构思101.根据构思97所述的通信系统，其中，所述处理器进一步构造为响应于经由所述遥测链路接收到来自所述轻便定位器的数据而至少周期性地产生确认，并且构造为发送所述确认，以由所述轻便定位器进行接收。

构思102.根据构思101所述的通信系统，其中，所述轻便定位器构造为监测所述确认的周期性接收，并且响应于至少一个缺失的确认而切换至所述不同通信路径。

构思103.根据构思101或102所述的通信系统，其中，所述处理器构造为经由所述双向通信链路将所述确认发送至所述轻便检测器并且发送所述定位信号。

构思104.根据构思102所述的通信系统，其中，所述遥测链路是双向的，并且所述处理器构造为经由所述遥测链路将所述确认发送至所述轻便检测器。

构思105.根据构思96-104所述的通信系统，其中，所述处理器构造为监测所述轻便遥测信号的至少一个特征，以检测信号衰减。

构思106.根据构思105所述的通信系统，其中，所述特征为信噪比、误码率和数据包丢失率中的至少一个。

构思107.在用于进行地埋操作且至少利用钻柱和轻便定位器的系统中，所述钻柱从钻机延伸至地埋工具，所述轻便定位器至少用于接收从所述地埋工具发送而来的定位信号，一种方法包括：

将井上收发器布置在所述钻机附近；

将便携式收发器构造为形成所述轻便定位器的一部分来接收所述定位信号，以至少周期性地更新所述地埋工具的深度读数；

形成遥测链路，所述遥测链路至少用于从所述轻便定位器的便携式收发器到所述井上收发器经由轻便定位器遥测信号的双向通信，以至少周期性地将所述深度读数发送至所述井上收发器；

自动监测所述遥测链路，以检测所述轻便定位器遥测信号的信号衰减；以及

响应于检测到所述信号衰减，将深度读数的周期性发送切换至不同通信路径，以由所述井上收发器进行接收。

Claims (28)

1.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱具有从钻机延伸至带有钻头的钻具为止的长度，使得在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述装置包括：

监测装置，所述监测装置用于在所述钻具的前进期间监测由所述钻头施加在导孔面上的钻头力；

传感器，所述传感器用于检测所述钻头力的下降；以及

处理器，所述处理器构造为至少部分地基于将检测到的下降作为潜在交叉孔的指示来启动响应。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器启动所述响应作为指示所述潜在交叉孔的警告、和自动暂停所述钻机的操作中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器在所述钻具的前进期间记录与所述钻柱的长度相关联的所述钻头力。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述监测装置监测由所述钻机施加在所述钻柱上以产生所述前进的推力，以及所述处理器记录与所述钻柱的长度相关联的推力。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，响应于检测到所述钻头力的下降并且在启动所述响应之前，所述处理器确认所述钻头力比所述推力至少小阈值差。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，响应于检测到所述钻头力的下降并且在启动所述响应之前，所述处理器确认所述钻头力在小于0.1秒的时间内已经下降至小于10磅。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，响应于检测到所述钻头力的下降，所述处理器继续监测所述钻头力，以检测所述钻头力的恢复，从而确认基本上不存在钻头力的间隔。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，响应于检测到所述钻头力的下降，所述处理器启动数据采集间隔，以测试所述钻头力的恢复，所述钻头力的恢复证明所述钻头力中的与遭遇到交叉孔符合的负向脉冲。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述钻柱限定有通道，所述通道用于至少在所述钻具的前进期间承载钻井泥浆从所述钻机至所述钻具的加压流动以使钻井泥浆从所述钻具排出，并且所述处理器构造为：

使所述钻头力与所述钻井泥浆被泵送到所述钻柱中时的井上泥浆压力关联起来；以及

在检测到所述下降时，确认在所述钻具前进的同时所述井上泥浆压力保持恒定不变，以提高所述潜在交叉孔的检测的置信度。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括：

在发出所述警告之后，所述处理器构造为发送表征所述潜在交叉孔的至少一个数据记录。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述钻柱限定有通道，所述通道用于至少在所述钻具的前进期间承载钻井泥浆从所述钻机至所述钻具的加压流动以使钻井泥浆从所述钻具排出，并且所述处理器还构造为：

使所述钻头力与所述钻具周围的井下泥浆环空压力关联起来；以及

至少确认所述井下泥浆环空压力的与钻头力的下降相对应的下降。

12.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱具有从钻机延伸至带有钻头的钻具为止的长度，使得在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述方法包括：

在所述钻具的前进期间监测由所述钻头施加在导孔面上的钻头力；

检测所述钻头力的下降；以及

至少部分地基于将检测到的下降作为潜在交叉孔的指示来启动响应。

13.一种与水平定向钻探系统结合使用的装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至带有钻头的钻具，使得在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述装置包括：

钻头力传感器，所述钻头力传感器用于感测由所述钻头施加在所述导孔端面上的钻头力；以及

控制器，所述控制器构造为：

a)通过在使所述钻头从起始角位置至结束角位置旋转小于一整圈的同时使所述钻柱前进以使所述钻头与所述导孔端面接合，来执行刻槽间隔，

b)与感测所述钻头作用在所述端面上的钻头力协作地使所述钻柱回缩，

c)与基于感测到的钻头力终止所述回缩协作地旋转所述钻柱以使所述钻头返回至所述起始角位置，使得作用在所述端面上的所述钻头力被至少部分地减轻，以及

d)至少重复步骤a)-c)一次。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，在开始执行所述刻槽间隔之前，所述控制器构造为接受输入参数，所述输入参数包括具有起始位置和停止位置的自动刻槽范围、目标俯仰取向和/或目标偏转取向以及刻槽间隔的迭代次数。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述控制器接受所述输入参数为默认值。

16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述输入参数是操作者限定的。

17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述输入参数还包括推力和转速。

18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制器构造为响应于检测到作用在所述导孔端面上的钻头力已经减轻而终止所述回缩。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述控制器构造为在所述旋转钻柱以使所述钻头返回至所述起始角位置的步骤之前，终止所述回缩。

20.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制器构造为响应于检测到已经实现目标参数而终止步骤a)-c)的任何进一步的迭代。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述目标参数是目标俯仰取向，并且所述方法包括感测所述刻槽间隔之外的所述钻具的俯仰取向，从而提高俯仰取向的数据精度，以用于与所述目标俯仰取向进行比较。

22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述目标参数是目标偏转取向，并且所述控制器构造为感测所述刻槽间隔之外的所述钻具的偏转取向，从而提高偏转取向的数据精度，以用于与所述目标偏转取向进行比较。

23.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制器还构造为：

将目标参数与用于当前迭代的当前参数进行比较；

识别到还未获得所述目标参数；

将当前迭代数据与来自至少一个先前迭代的数据进行累加，以产生累加数据，以用于与所述目标参数进行比较；

判断所述累加数据和所述当前迭代数据是否逐渐接近所述目标参数；以及

如果所述累加数据和所述当前迭代数据正逐渐接近所述目标参数，则进行另一次迭代，否则指示应当终止迭代，因为所述累加数据和所述当前迭代数据正偏离所述目标参数。

24.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制器还构造为：

将目标参数与用于当前迭代的当前参数进行比较；

识别出还未获得所述目标参数；

判定出能获得沿除目标方向以外的特定方向的所述钻具的前进；以及

向操作者发出通知，以至少通知操作者能获得沿所述特定方向的前进。

25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述通过控制器发出的步骤包括基于所述特定方向提供将在一组新的迭代期间进行的刻槽间隔的修正目标和一组修正端点中至少一者。

26.根据权利要求13所述的装置，其中在所述系统操作期间，所述控制器构造为：

将滚动取向读数更新从所述钻具反复传输至所述钻机、并且通过使用所述钻柱作为电导体，经由钻柱通信系统在所述钻具与所述钻机之间传输其它数据；以及

响应于开始执行所述刻槽间隔，相对于其它数据将钻柱通信系统的额外带宽分配给滚动取向更新，并且保持额外带宽的分配至少直到已经完成自动刻槽迭代。

27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述控制器还构造为：

在所述系统操作期间，将俯仰取向读数更新从所述钻具反复传输至所述钻机、并且通过使用所述钻柱作为电导体，经由钻柱通信系统在所述钻具与所述钻机之间传输其它数据；以及

响应于在开始执行所述刻槽间隔之后检测到所述钻具静止不动，为滚动取向更新调用钻柱通信系统带宽的进一步分配，否则将所述带宽分配给俯仰取向读数更新。

28.一种与水平定向钻探系统结合使用的方法，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸至带有钻头的钻具，使得在钻探操作期间所述钻柱的延伸使所述钻具前进穿过地下，以形成导孔，所述方法包括：

a)通过在使所述钻头从起始角位置至结束角位置旋转小于一整圈的同时，使所述钻柱前进以使所述钻头与所述导孔端面接合来执行刻槽间隔；

b)与感测所述钻头作用在所述端面上的钻头力协作地使所述钻柱回缩；

c)与基于感测到的钻头力终止所述回缩协作地旋转所述钻柱以使所述钻头返回至所述起始角位置，使得作用在所述端面上的所述钻头力被至少部分地减轻；以及

d)通过重复步骤a)-c)来进行一个或多个自动刻槽迭代。

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