CN1791731B - 使用连续可变传动装置来控制一个或多个系统部件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于钻削一钻孔的系统和方法。一个系统包括一连续可变的传动装置。连续可变的传动装置的一输入轴偶联到一动力源。连续可变的传动装置的一输出轴偶联到一个或多个系统部件，以使连续可变的传动装置控制一个或多个系统部件的转动。一用于钻削一钻孔的方法包括对连续可变的传动装置的输入轴供应动力。该方法还包括在钻削钻孔的过程中使用连续可变的传动装置来控制一个或多个系统部件的转动。一个或多个系统部件偶联到连续可变的传动装置的一输出轴。还提供用该方法钻削的一钻孔。

Description

使用连续可变传动装置来控制一个或多个系统部件的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及用于钻削和/或完成钻孔的系统和方法，其使用一连续可变化的传动装置来控制一个或多个系统部件。某些实施例涉及用于钻削一钻孔的系统，其包括一连续可变化的传动装置来控制一个或多个系统部件的转动。另外的实施例涉及用于完成一钻孔的系统，其包括一连续可变化的传动装置来控制一个或多个系统部件的转动。

背景技术

根据本节中的内容，以下的描述和实例并不认为属于现有技术。

随着用于油田应用中的向下钻进工具日益变得复杂，控制这些工具的控制系统也在增加其复杂性。许多向下钻进的工具企图通过包括电气的、机械的和液压的装置在内的各种装置来控制其相对转动。在一钻孔中用来控制相对转动的实例还包括在钻孔过程中实施的诸多测量技术，例如，泥浆脉动遥感勘测、转动控制钻削系统、盘管上装置的定向、在边钻孔边形成井框过程中的系统控制，以及井的完成。使用直接的或间接的控制方法的系统本身常常形成复杂的离合器或伺服系统。

已经有许多发表的美国专利涉及可转动操纵的系统。转动控制系统的一实例是对准钻头(point-the-bit)的转动控制系统。人们已经利用若干种方法来定向对准钻头系统中的钻头的轴线。两个通用的方法包括偏转一管和使用万能接头。

包括万能接头的对准钻头的转动控制系统的一实例示于授予Noble的美国专利No.RE29,526中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。杰特(Jeter)描述了相对于钻孔链偏移一钻头的轴线。控制该偏移使其合理地静止(不转动)在地表参照框架内。杰特还描述了利用一万能接头，其允许将钻头连接到钻孔链的钻头短接相对于转管沿任何方向枢转一限定量。具体来说，杰特描述了一万能连接，以推压钻头短接沿一个方向枢转，由此，移动钻头的转动轴线脱离与转管转动轴线的对齐，从而推压钻头沿一方向钻削，这将使钻孔链返回到理想的方位角方向和倾斜度。杰特还描述了包含钻头的下部件的轴线相对于上部件的轴线偏移，以及使用流体马达或凸轮来控制轴线的偏移。

包括万能接头的对准钻头的转动控制系统的一实例示于授予Noble的美国专利No.5,113,953中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。Noble描述了用一万能接头偏移钻头轴的轴线，以及相对于地表参考框架控制万能接头以便定向地进行钻削。此外，Noble描述了利用一电机来提供控制装置。

包括万能接头的对准钻头的转动控制系统的另一实例示于授予Kosmala等人的美国专利No.6,092,610中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。Kosmala等人描述了一万能接头，其用来全向枢转地支承一就在其上端和下端的钻头轴。此外，Kosmala等人描述的系统包括一断开装置，以提供系统的可控制性。Kosmala等人还描述了使用一与断开机构偶联的电机来提供转动控制。当利用一电机时，一断开机构是必要的。

图1提供一使用由Kosmala等人描述的电机来主动控制转动控制系统的概图。系统26包括偶联到螺纹部分34的管状轴环32，其允许连接到钻孔链上。传感器支承部分40设置在管状轴环内。诸如一电阻系数测量系统的可能的电子系统41可以被包括在传感器支承部分内。此外，传感器支承部分40可包括插座42，其用来容纳磁力计、加速度计，以及其它电子器件。系统还可包括流体激励的涡轮机48，它包括涡轮定子50。涡轮转子52通过涡轮转子输出轴54偶联到交流发电机56的转子。如图1进一步所示，系统还包括传动装置58、电机60、由电机驱动的齿轮箱或传动装置61、偏移心轴62、包含偏心地定位的定位插座66的转动驱动头64，其接纳钻头轴70的从动端68并枢转万能接头72。当涡轮转动时，交流发电机将转动能转化为电机60所使用的电力。电机提供一伺服控制系统，以确保控制位于管状轴环和钻头轴之间的万能接头72所产生的偏移。

应该指出的是，在由Kosmala等人描述的系统中，涡轮转子转速不受转动控制系统的控制，但由钻削系统中的流量所确定。利用该不受控制的转动来产生转动电机的电力。利用伺服控制系统来控制电机的转动。

一可控制的钻削工具和系统的另一实例示于授予Edisson等人的美国专利No.5,617,926中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。该系统的概念图示于图2中。Edisson等人描述的系统包括一类似于Jeter所述的万能接头74。Edisson等人所述的万能接头与内部偏心质量76、J槽定向的控制机构78和偏移心轴80偶联。图2中所示系统的进一步描述可见授予Edisson等人的美国专利No.5,617,926。

该设计的主要局限性在于，控制机构的实施和由偏心重量施加的扭矩。当偏心重量的重心相对于突出到工具参照框架内的径向轴线上时的重力矢量成90度时，偏心重量提供最大扭矩。当系统在最大扭矩要求内操作时，对于驱动轴的系统定向矢量仅可在一给定的象限内受到控制。定向本身是钻头轴上合力的函数并且不可控制。因此，控制机构仅对钻头轴定向提供有限的控制。当定向钻头轴所需要的扭矩大于偏心重量所能够提供的扭矩时，系统变得不稳定。这些问题可利用本文所述的新颖定向机构得以解决。

对准钻头的转动控制系统的一种变体已经引入到钻具市场，它包括通过一轴的偏移来弄尖钻头。轴的偏移控制可通过各种装置实现。Douglas等人的英国专利申请No.GB2177738提供了轴偏移的概念如何可用于转动控制系统的概述。

这样一系统的实例示于图3中。如图3所示，钻孔系统包括被钻削的钻孔84内的钻削轴环82、两个间隔的稳定器86和88，以及控制稳定器90。控制稳定器90不随轴环转动，并包括一致动机构，其用来施加控制的侧向力或钻削轴环上的位移。力致使轴环弯曲，并在钻头94处造成角度挠曲92。换句话说，控制稳定器90对钻削轴环82施加一控制的侧向力或位移(由箭头96指示)，以便使后者在由稳定器86和88构成的间隔的支承98之间挠曲。图3示出未挠曲的钻孔轴环100，以及挠曲的钻孔轴环102，钻削方向的变化用角度92表示。有选择地控制致动机构力和相对于地表参考框架的方向可允许系统在井钻孔过程中提供控制。

人们已经设计出用于轴挠曲的各种控制组件，以使钻轴在外壳内侧向地或径向地弯曲或挠曲。用于致动所述定向偏置机构的若干个机构描述在Douglas等人的英国专利申请No.GB2177738和授予Ikeda等人的美国专利Nos.5,875,859以及授予Comeau等人的6,244,361中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。

由Douglas等人所述的控制机构包括多个与非转动的控制稳定器偶联的致动器。如图4所示，一致动器组件包括四个个别的致动器104。这些个别的致动器104位于致动器壳108和致动器桥架部件110之间的角度空间106内，且各致动器围绕周缘等距离地设置。个别的致动器104在致动器壳108和致动器桥架部件110之间产生一力。致动器桥架部件解决了致动器和待挠曲的轴之间的相对转动问题。Douglas等人构思个别的致动器做成柔性的液压管，它们独立地受到控制而在轴的端点处产生一特定的输出矢量(有大小和方向)。

Ikeda等人和Comeau等人描述了包括偏心环的轴挠曲组件。Ikeda等人和Comeau等人都利用轴的挠曲来实现对准钻头的系统。Ikeda等人和Comeau等人的系统在钻轴组件方面彼此不同。尽管Comeau等人使用一挠曲的轴，但由Ikeda等人提出的系统在轴的最大应力点处包含一万能接头。这使得系统弯曲而对轴不造成循环疲劳。这些差别可从图5和6中看到。它们分别取自授予Ikeda等人和Comeau等人的专利。图5示出由Ikeda等人描述的挠曲和控制机构。图6示出由Comeau等人描述的挠曲和控制机构。

如图5所示，由Ikeda等人描述的机构包括用于转动钻孔设备的上部转轴112，以及连接到上部转轴的下部转轴114和柔性接头116。该机构还包括钻孔轴环118，其同轴地连接到下部转轴114的远端部分，以及固定在钻孔轴环118的远端处的钻头120。此外，上部转轴112连接到一转动驱动机构(未示出)。

此外，机构包括圆柱型的外壳122，它包围钻孔轴环118和下密封设备124上方的上和下转轴112和114的外周缘表面，所述下密封设备124设置在圆柱型的外壳122的远端部分和下部转轴114之间。示于图5中的系统还包括支点轴承126，它位于下密封设备124上方的圆柱型的外壳122和下部转轴114之间，并从钻头120中接受载荷；双偏心机构128，其安装在支点轴承126上方的圆柱型的外壳122和下部转轴114之间；圆柱型部件130，其固定在圆柱型的外壳122的内周缘表面上；第一可转动的环形部件132，其位于圆柱型部件130内，以及第二环形部件134，其可转动地设置在第一环形部件内。

示于图5中的系统还包括第一协调减速齿轮136，其转动就位于双偏心机构128上方的第一环形部件132；第二协调减速齿轮138，其转动就设置在双偏心机构128下方的第二环形部件134；支承上转动轴112的下部的轴承140，以及设置在圆柱型的外壳122的上部和上转动轴112之间的上密封件142。示于图5中的机构还可构造成如授予Ikeda等人的美国专利5,875,859所描述的机构。

如图6所示，Comeau等人的机构包括钻孔方向控制装置144，其允许在转动钻孔操作过程中通过控制钻头的定向而对连接在装置内的钻头146实施方向性的控制。钻孔方向控制装置144包括可转动的钻削轴148，其在钻削操作过程中连接到或附连到转动的钻孔链150。外壳152可转动地支承钻削轴148的长度，以便在附连的钻孔链150转动后在其中转动。装置144还包括至少一个远端的径向轴承154和至少一个近端的径向轴承156。各个径向轴承154和156包含在外壳152内，以便可转动地支承径向地位于特定径向轴承部位处的钻削轴148。远端的径向轴承154较佳地包括支点轴承158。

较佳地，装置144还包括靠近钻头的稳定器160，其在优选的实施例中定位邻近于外壳152的远端，并与远端径向轴承的位置相一致。此外，装置144包括钻削轴挠曲组件162，其可以沿轴向定位在外壳的远端和近端之间的任何部位或位置。设置挠曲组件162用来在远端径向轴承部位和近端径向轴承部位之间弯曲钻削轴148。装置还包括至少一个远端推力轴承164和至少一个近端推力轴承166。各个推力轴承包含在外壳152内，以便可转动地支承轴向地位于特定推力轴承部位处的钻削轴148。由于推力轴承的缘故，与通过装置的钻削轴相比，钻头上大部分重量可传递到外壳152内并通过外壳152。

装置144还包括与外壳152相连的防转动装置168，以便在旋转钻探后限制外壳152在井孔内的转动。较佳地，装置还包括一远端密封或密封组件170以及一近端密封或密封组件172。远端密封170在外壳152远端处、邻近或靠近外壳152远端径向地定位，并在外壳152和钻削轴148之间提供一转动密封。近端密封172在外壳152近端处、邻近或靠近外壳152近端径向地定位，并在外壳152和钻削轴148之间提供一转动密封。图6中所示机构的进一步细节可见授予Comeau等人的美国专利No.6,244,361。

由Ikeda等人和Comeau等人描述的控制机构包括轴挠曲组件，如图7a和7b所示，其包括偏心环。该类型的组件在本技术领域内是公知的。该组件包括两个偏心环，即，内环174和外环176，它们能作相对转动。两个偏心环之间的相对运动导致外环中心和内环中心之间的相对位移。该系统可设计成：在0度转动时，两个偏心环的中心相一致(如图7a所示)。在180度的相对转动时，诸环在两个中心之间具有最大位移(如图7b所示)。这样一系统提供这样的能力，其在组件的部位处在钻削轴上赋予一控制的挠曲。

两个系统利用协调的装置来控制偏心系统的定向。对每一环需要一协调的驱动。该驱动系统从非转动套筒和驱动轴之间的相对转动中取得动力。

推动钻探(Push-the-bit)转动控制系统利用钻头附近组件上的侧力来提供一偏移机构。概念上各种变化落入到两种分类：同步系统和非转动系统。

同步转动钻孔系统示于授予Russell等人的美国专利No.5,265,682中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。由Russell等人描述的一系统包括一调制的偏置单元，其用来控制钻孔组件的方向，以及一用来调整这样的偏置单元的控制单元。图8提供同步的推动钻头系统的概念性的概图。偏置单元包括围绕单元周缘间隔开的液压致动器178、近端钻头连接器180和一选择器控制阀(未示出)。选择器控制阀通过液压端口182偶联到液压致动器178。各个致动器能提供一力和抵抗构造的向外位移。选择器控制阀调整供应到各致动器上的流体压力，并与钻头转动同步，这样，当钻头转动时，各个可移动的推力部件位移在同一选择的转动位置。可移动的推力部件的该种位移导致钻孔内的一径向点处恒定的相对推力。该控制阀包括两个圆盘。一个圆盘包含一用于各个致动器的端口。第二圆盘可转动地受到控制接头的控制，以便有选择地在规定位置处致动各致动器。

用于同步系统的控制系统利用一向下钻进的仪器包，其相对于钻孔链滚动地进行稳定。由于流体的流动，安装的叶轮184相对于钻孔轴环转动。叶轮安装成其相对转动沿着相对的方向。控制接头186通过轴承也安装在外壳上以允许作相对转动。叶轮通过一诸如电磁离合器那样的离合机构对控制接头施加一有控制的扭矩。控制由各叶轮赋予的扭矩可允许控制接头转动地受到控制并相对于地表参考框架不转动。

一第二组的推动钻头系统在于，其包括非转动的稳定器。一侧力通过一非转动的组件施加到其构成上。这样系统的实例示于授予McLoughlin等人的美国专利No.5,979,570和授予Oppelt等人的欧洲专利申请No.0744526中，本文援引其内容以供参考并作完整的阐述。图9a和9b是示意图，示出一利用一非转动套筒和偏心环的推动钻头系统。图10a和10b是示意图，示出一利用一非转动套筒和液压作用的推动钻头系统。

如图9a所示，推动钻头系统附连到适配器接头188，其又附连到钻孔链(未示出)。适配器接头附连到内转动心轴190，如果钻孔链管螺纹与装置螺纹匹配，则可不必需要。该心轴可自由地在内偏心套筒192内转动。如图9a和9b所示，内偏心套筒192可以在外偏心外壳或心轴194内通过一驱动装置(未示出)在一弧内自由地转动。

还如图9a所示，内转动心轴190显示为直接地附连到钻头196上。外壳194包括一孔，该孔纵向地通过接纳内套筒的外套筒。外壳在其外面呈偏心，明显地显示为“怀胎”的部分198。外壳的该怀胎部分或加重侧198形成了外壳的重侧，并制造成外套筒的一部分。该怀胎的外壳包含驱动装置，其用来有控制地在外壳内转动内偏心套筒。此外，怀胎的外壳可包含逻辑电路、电源。液压装置等，它们是(或可以是)与内套筒的“按要求”转动相连。图9a和9b中所示系统的进一步细节可见美国专利No.5,979,570。

如图10a和10b所示，该推动钻头系统包括偶联到液压致动器组件200的钻头198。该液压致动器组件偶联到非转动的套筒组件202。液压致动器组件可构造成一侧力可通过非转动的套筒组件202有选择地施加到一构造上(未示出)。侧力的大小和方向将根据所要求的钻孔方向变化。施加到构造上的侧力大小和方向可由液压控制组件204予以控制，该液压控制组件204偶联到液压致动器组件200。图10a和10b中所示系统的进一步细节可见欧洲专利申请No.0744526。

转动控制系统都企图相对于地表参考框架(重力、磁力矢量等)控制特定系统部件的转动。控制相对转动这种企图可比拟于其它系统中的控制探寻，其采用称之为连续可变传动装置(CVTs)的特殊类型的传动装置。

连续可变传动装置(CVTs)已经问世100多年。然而，它们只是在当今才开始有了广泛的应用，它在汽车工业中用作为一节油的技术。例如，该技术首先在1886年引入，但其实用的汽车上的优点直到Honda在其1996 Civic HX上安装了一CVT后才完全地被认识。

某些重量轻的汽车已经使用了CVT，其中，动力通过与一个或多个皮带轮接触的皮带进行传输。然而，使用皮带(或有时为链)的CVT只局限于轻型车辆，通常在约2000磅以下的重量。例如，Ford Festiva和Subaru Justy使用了一CVT。在轻型客车中，它们已被采用，CVT可提供高的效率，因此，其提高燃料的公里数，同时降低排放。

发明内容

本发明涉及一新型钻孔系统的设计，该系统受机械的连续可变传动装置(CVTs)的控制。CVT通常也可称之为“连续速度传动装置”。各种CVT型式业已包括无限可变传动装置(IVT)、拖拉驱动装置等。如本文中采用的，术语CVT一般地指用来变换相对转速的任何传动装置，包括CVTs、IVTs以及拖拉驱动装置。

一实施例涉及一构造成用来钻孔的系统。该系统包括一CVT。CVT的一输入轴偶联到一动力源。CVT的一输出轴偶联到一个或多个系统部件上，以使CVT控制一个或多个系统部件的转动。在一实施例中，CVT的传动比可根据对钻孔选定的一个或多个特征而变化。在另一实施例中，CVT的传动比可根据将被钻孔的一构造的一个或多个特征而变化。在另外的实施例中，CVT可构造为一IVT。

在某些实施例中，CVT可包括用于控制一个或多个系统部件转动的机械元件。在一特殊的实施例中，CVT可包括锥形元件。锥形元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。在另一实施例中，CVT可包括球形元件。在这样一实施例中，球形元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。在一不同的实施例中，CVT可包括盘形元件，且盘形元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。在还有一实施例中，CVT可包括环形元件。在此实施例中，环形元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。在某些实施例中，CVT包括一个或多个与皮带轮元件偶联的皮带。皮带轮元件的有效直径控制一个或多个系统部件的转动。在其它实施例中，CVT可包括一齿轮和齿组件，其将控制臂偶联到CVT的机械元件上。控制臂的平移转换为机械元件的转动，而机械元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。

在一实施例中，CVT的输出轴可通过一心轴偶联到一个或多个系统部件。在另一实施例中，CVT可包括一经过其纵向轴线的中心圆柱。该中心圆柱可以构造成使钻孔流体可流过该中心圆柱。

在某些实施例中，系统还可包括一偶联到CVT的控制副系统。在一这样的实施例中，控制副系统可包括一电气的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在另一实施例中，控制副系统可包括一电磁的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在一不同的实施例中，控制副系统可包括一机械的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在还有的另一实施例中，控制副系统可包括一液压的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在其它的实施例中，控制副系统可包括以下副系统的某种组合：一电气的副系统、一电磁的副系统、一机械的副系统，以及一液压的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在某些实施例中，控制副系统可构造成主动地变化CVT的一个或多个参数。在一不同的实施例中，控制副系统可构造成被动地变化CVT的一个或多个参数。

在一实施例中，CVT的输入轴可直接地偶联到动力源。在其它的实施例中，CVT的输入轴可间接地偶联到动力源。在某些实施例中，通过系统诸元件之间的相对转动，或系统的一个或多个元件和待钻孔的一构造之间的相对转动，可产生动力源。在其它实施例中，动力源可包括一涡轮组件、一电机、一正向位移马达(PDM)，或一与PDM组合的涡轮组件。

系统的某些实施例还包括一偶联到CVT的固定齿轮比的装置。固定齿轮比的装置构造成对CVT的传动比提供提高的控制能力。系统的其它实施例包括一偶联到CVT的协调装置。与固定齿轮比装置一样，协调装置构造成对CVT的传动比提供提高的控制能力。

在一实施例中，系统可包括传动装置，其构造成移动CVT、动力源，以及一个或多个系统部件。该传动装置可包括钢丝绳、盘管、钻孔链、边钻孔边成箱的装置、自推进装置，或本技术领域内已知的任何其它传动装置。

在某些实施例中，系统可构造成一可转动操纵的系统。在另一实施例中，系统可以构造成一边钻孔边测量的系统(MWD)。在其它实施例中，系统可包括一可调整的稳定器。在某些实施例中，系统可包括一偏置的副系统。在另一实施例中，偏置副系统可构造成转动地定位一个或多个系统部件。在一不同的实施例中，偏置副系统可构造成沿轴向地定位一个或多个系统部件。在一个这样的实施例中，一个或多个系统部件可偶联到一滚珠螺旋器。在某些实施例中，系统还可构造成使用一挠曲工具(例如，一鞭柄)以某一角度钻入孔内。上述系统的各个实施例还可如本文中所描述进行构造。

另一实施例涉及钻削一钻孔的方法。该方法包括对一CVT的输入轴供应动力。该方法还包括在钻孔过程中使用CVT来控制一个或多个系统部件的转动。一个或多个系统部件偶联到CVT的输出轴。在某些实施例中，该方法可包括根据对钻孔选定的一个或多个特征值来变化CVT的传动比。在另一实施例中，该方法可包括根据待钻孔的一构造的一个或多个特征值来变化CVT的传动比。

在一实施例中，该方法还可包括在钻孔过程中电气地、电磁地、机械地、液压地，或它们的某种组合的方式来变化CVT的一个或多个参数。在另一实施例中，该方法可包括在钻孔过程中主动地变化CVT的一个或多个参数。或者，该方法可包括在钻孔过程中被动地变化CVT的一个或多个参数。在某些实施例中，CVT可构造成一IVT。上述方法的各个实施例可包括本文所述的任何其它步骤。另一实施例涉及用本文所述方法的任何实施例进行钻削的孔。

另一实施例涉及构造成完成一井的系统。该系统也包括一CVT。CVT的一输入轴偶联到一动力源。CVT的一输出轴偶联到一个或多个构造工具的部件，以使CVT控制一个或多个构造工具的部件的转动。在一实施例中，系统还可构造成在井孔内定向向下钻进的设备，以在钻削多个侧向井的应用中连接一门闩装置。在另一实施例中，系统可构造成在井孔内定向向下钻进的设备，以在钻孔内定位传感器，或打开或关闭系统的一控制部件(例如，一阀)。

在某些实施例中，CVT可构造成控制向下钻进泵的相对转动，以泵送流体的最大效率和最优转速来操作该泵。在另一实施例中，系统可构造成使用一滚珠螺旋器将转动转换为沿一管的长度的轴向运动。在一个这样的实施例中，轴向运动可在井的钻孔内沿轴向定位一个或多个构造工具的部件。该一个或多个构造工具的部件可包括控制元件、传感器、阀，或它们的某种组合。系统的各实施例还可以如本文中所述进行构造。

另一实施例涉及完成一井的方法。该方法包括对一CVT的输入轴供应动力。该方法还包括在完成井的过程中使用CVT来控制一个或多个构造工具部件的转动。该一个或多个构造工具部件偶联到CVT的一输出轴。在一实施例中，方法还可包括在井孔内定向向下钻进的设备，以在钻削多个侧向井的应用中连接一门闩装置。在另一实施例中，方法可包括在井孔内定向向下钻进的设备，以在钻孔内定位传感器，或打开或关闭系统的一控制部件(例如，一阀)。

在某些实施例中，方法可包括使用CVT来控制向下钻进泵的相对转动，以泵送流体的最大效率和最优转速来操作该泵。在另一实施例中，方法可包括使用一滚珠螺旋器将转动转换为沿一管的长度的轴向运动。在一实施例中，轴向运动可在井的钻孔内沿轴向定位一个或多个构造工具的部件。该一个或多个构造工具的部件可包括控制元件、传感器、阀，或它们的某种组合。方法的各实施例可包括本文中所述的任何其它步骤。另一实施例涉及利用上述方法中的任何实施例完成的一井。

一另外的实施例涉及一构造成定向地钻削一钻孔的系统。该系统包括一偏置的副系统，其构造成在钻削钻孔的过程中控制底部开孔组件的趋势。该系统也包括一CVT。CVT的一输出轴偶联到偏置的副系统，以使CVT构造成在钻削过程中控制偏置副系统的一个或多个部件的相对转动。在某些实施例中，CVT可以构造成一IVT。在一实施例中，系统可构造成一MWD系统。

在另一实施例中，系统可构造成一可转动操纵的系统。在某些实施例中，偏置的副系统构造成在两个尺寸中控制底部开孔组件的趋势。在其它实施例中，偏置的副系统构造成在三个尺寸中控制底部开孔组件的趋势。在一实施例中，偏置的副系统包括一可调整的稳定器。在另一实施例中，偏置的副系统可包括一在盘管上传输的定向器。在某些实施例中，偏置的副系统构造成转动地定位底部开孔组件。在其它实施例中，偏置的副系统构造成沿轴向地定位底部开孔组件。在一个这样的实施例中，一个或多个系统部件偶联到一滚珠螺旋器。在一实施例中，偏置的副系统可构造成一推动钻头系统。在其它实施例中，偏置的副系统可构造成一对准钻头系统

在一实施例中，CVT可包括一机械的CVT。在一不同的实施例中，CVT可包括一电气的CVT。在另一实施例中，CVT可包括一单级的CVT。在其它的实施例中，CVT可包括一多级的CVT。CVT的传动比可根据对钻孔选定的一个或多个特征值进行变化。或者，CVT的传动比可根据将被钻孔的一构造的一个或多个特征而变化。

在一实施例中，CVT可包括机械的元件，其用来控制偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。在一实施例中，CVT可包括锥形的元件。锥形元件的相对转动控制一个或多个部件的相对转动。在另一实施例中，CVT可包括球形元件。在这样一实施例中，球形元件的相对转动控制一个或多个部件的相对转动。在一不同的实施例中，CVT可包括盘形元件，且盘形元件的相对转动控制一个或多个部件的相对转动。在还有一实施例中，CVT可包括环形元件，环形元件的相对转动控制一个或多个部件的相对转动。

在某些实施例中，CVT可包括一个或多个与皮带轮元件偶联的皮带。皮带轮元件的有效直径控制一个或多个部件的转动。在一不同的实施例中，CVT可包括一齿轮和齿组件，其将控制臂偶联到CVT的机械元件上。控制臂的平移转换为机械元件的转动。机械元件的相对转动控制一个或多个部件的相对转动。在某些实施例中，CVT的输出轴通过一心轴偶联到一个或多个部件。在另一实施例中，CVT包括一经过其纵向轴线的中心圆柱。该中心圆柱可以构造成使钻孔流体可流过该中心圆柱。

在一实施例中，系统还可包括一偶联到CVT的控制副系统。在一这样的实施例中，控制副系统包括一电气的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在一不同的实施例中，控制副系统包括一电磁的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在另一实施例中，控制副系统包括一机械的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在另一实施例中，控制副系统包括一液压的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在某些实施例中，控制副系统可包括以下副系统的某种组合：一电气的副系统、一电磁的副系统、一机械的副系统，以及一液压的副系统，它们的组合构造成变化CVT的一个或多个参数。在一实施例中，控制副系统构造成主动地变化CVT的一个或多个参数。在另一实施例中，控制副系统构造成被动地变化CVT的一个或多个参数。

在另一实施例中，副系统包括偶联到CVT的一动力源。在一这样的实施例中，CVT的一输入轴可直接地偶联到动力源。在一不同的实施例中，CVT的一输入轴可间接地偶联到动力源。在一实施例中，通过系统诸元件之间的相对转动，或系统的一个或多个元件和待钻孔的一构造之间的相对转动，可产生动力源。在另一实施例中，通过非转动的套筒和一驱动轴之间的相对转动，可以产生动力源。在某些实施例中，动力源可包括一涡轮组件。在其它实施例中，动力源可包括一电机。在一不同的实施例中，动力源包括一PDM。在另一实施例中，动力源包括一与PDM组合的涡轮组件。

在某些实施例中，系统还可包括一偶联到CVT的固定齿轮比的装置。固定齿轮比的装置构造成对CVT的传动比提供提高的控制能力。在其它实施例中，系统可包括一偶联到CVT的协调装置。在这样的实施例中，协调装置构造成对CVT的传动比提供提高的控制能力。

在某些实施例中，固定齿轮比装置对一CVT的偶联可导致一IVT。一IVT设计提供无限的齿轮比。一IVT可在输出轴上不赋予运动，而转动存在于输入轴上。

在一实施例中，系统可包括传动装置，其构造成移动偏置副系统和CVT。传动装置可包括钢丝绳、盘管、钻孔链、边钻孔边成箱的装置、自推进装置，或本技术领域内已知的任何其它传动装置。上述系统的各实施例还可以如本文中所述进行构造。

一另外的实施例涉及一定向地钻削一钻孔的方法。该方法包括在钻削钻孔的过程中使用一偏置的副系统控制底部开孔组件的趋势。控制该趋势可包括在两个或三个尺寸中控制底部开孔组件的趋势。此外，控制趋势可包括轴向地或转动地定位底部开孔组件。

在一实施例中，偏置的副系统构造成一可转动操纵的系统。在某些实施例中，偏置的副系统可包括一可调整的稳定器。在另一实施例中，偏置的副系统可包括一在盘管上传输的定向器。在一实施例中，偏置的副系统可构造成一推动钻头系统。在其它实施例中，偏置的副系统可构造成一对准钻头系统。

该方法还包括在钻孔过程中使用一CVT来控制偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。一个或多个部件偶联到CVT的输出轴。在某些实施例中，CVT可构造成一IVT。在一实施例中，方法还包括根据对钻孔选定的一个或多个特征而变化CVT的传动比。在另一实施例中，方法包括根据将被钻孔的一构造的一个或多个特征而变化CVT的传动比。在某些实施例中，方法可包括在钻削钻孔过程中电气地、电磁地、机械地、液压地，或它们的某种组合的方式来变化CVT的一个或多个参数。在一实施例中，该方法包括在钻孔过程中主动地变化CVT的一个或多个参数。在另一实施例中，该方法包括在钻孔过程中被动地变化CVT的一个或多个参数。上述方法的各个实施例可包括本文所述的任何其它步骤。另一实施例涉及用本文所述方法的任何实施例进行钻削的孔。

本文所描述的系统对用于对准钻头或推动钻头的转动控制的钻孔系统，提供了一低的成本和可靠的控制系统。CVT是一传动级，其允许非控制的转动受到控制并调整为有控制的转动。该方案提供了这样一系统，较之市场上现有的系统，该系统不太复杂、成本低廉且更加可靠。同样的机械CVT可用于泥浆脉动遥感勘测应用中，以提供低成本和改进的可靠性的同样的优点。

一实施例涉及一构造成实施泥浆脉动遥感勘测的系统。该系统包括一调制器和一偶联到调制器的机械CVT。该CVT构造成控制调制器。在一实施例中，CVT还构造成变化调制器进行操作的一频率，以调制一声波或压力波的遥感勘测信号。在另一实施例中，CVT构造成控制调制器，以使调制器的相对转动速度基本上保持不变。在还有的一实施例中，CVT可构造成控制调制器的相对位置。相对位置可以是一转动位置，或可以转化为一轴向位置。在某些实施例中，CVT可以构造为一IVT。

在一实施例中，调制器可以构造成一报警调制器。在另一实施例中，调制器可以构造成一相对转动型调制器。在一不同的实施例中，调制器可以构造成一正脉冲型调制器。在另一实施例中，调制器可以构造成一负脉冲型调制器。在某些实施例中，调制器可包括一CVT与其偶联的转动阀。在一实施例中，调制器可包括一转动阀，其构造成将钻孔流体的一部分倾注到一环腔内。在一不同的实施例中，调制器可包括一转动阀，其构造成阻塞系统的一钻孔链内的流体的一部分。在另一实施例中，调制器可包括一CVT与其偶联的滚珠螺旋摆动器。在某些实施例中，调制器可包括一阀，其构造成轴向地进行操作。在另一实施例中，调制器形成一孔内的限制。

在某些实施例中，系统还可包括一通过CVT偶联到调制器的转动的能量储存装置。由调制器产生的扭矩转换为动能，该动能储存在转动的能量储存装置内。转动的能量储存装置构造成使储存的能量可用作为用于CVT的动力源。在一这样的实施例中，系统还可包括一偶联到CVT的控制的副系统和转动的能量储存装置。控制的副系统构造成控制CVT和控制转动的能量储存装置的转速，以使转动的能量储存装置以某些速度转动，该速度在转动的能量储存装置的操作限值之内。

在一实施例中，系统还包括一偶联到CVT的偏置的副系统。在这样一实施例中，CVT可构造成控制偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。在其它的实施例中，系统可包括一偶联到一偏置的副系统的附加的CVT。该附加的CVT构造成控制偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。在一个这样的实施例中，偏置的副系统可构造成一可转动操纵的系统。在另外一个这样的实施例中，系统可包括一通过CVT偶联到调制器的转动的能量储存装置。如上所述，由调制器产生的扭矩转换为动能，该动能储存在转动的能量储存装置内。然而，在此实施例中，转动的能量储存装置构造成使储存的能量可用作为用于CVT和附加的CVT的动力源。

在一实施例中，CVT包括一用来控制调制器的机械元件。在另一实施例中，CVT可包括锥形的元件。锥形元件的相对转动控制调制器。在一不同的实施例中，CVT包括球形元件。在这样一实施例中，球形元件的相对转动控制调制器。在其它的实施例中，CVT包括盘形元件，且盘形元件的相对转动控制调制器。在还有的实施例中，CVT包括环形元件，环形元件的相对转动控制调制器。

在某些实施例中，CVT可包括一个或多个与皮带轮元件偶联的皮带。皮带轮元件的有效直径控制调制器。在一实施例中，CVT包括一齿轮和齿组件，其将控制臂偶联到CVT的机械元件上。控制臂的平移转换为机械元件的相对转动。机械元件的相对转动控制调制器。在另一实施例中，CVT包括一经过其纵向轴线的中心圆柱。该中心圆柱构造成使钻孔流体可流过该中心圆柱。

在某些实施例中，系统还可包括一偶联到CVT的控制副系统。在一这样的实施例中，控制副系统包括一电气的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在另一这样的实施例中，控制副系统包括一电磁的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在一不同的实施例中，控制副系统包括一机械的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在其它的实施例中，控制副系统包括一液压的副系统，其构造成变化CVT的一个或多个参数。在还有的一实施例中，控制副系统包括以下副系统的某种组合：一电气的副系统、一电磁的副系统、一机械的副系统，以及一液压的副系统，其组合构造成变化CVT的一个或多个参数。在一实施例中，控制副系统构造成主动地变化CVT的一个或多个参数。在一不同的实施例中，控制副系统构造成被动地变化CVT的一个或多个参数。

在一实施例中，系统还包括偶联到CVT的一动力源。例如，CVT的一输入可偶联到动力源，而CVT的一输出可偶联到调制器。在一这样的实施例中，CVT的一输入轴可直接地偶联到动力源。在一不同的实施例中，CVT的一输入轴可间接地偶联到动力源。在某些实施例中，通过系统诸元件之间的相对转动，或系统的一个或多个元件和待钻孔的一构造之间的相对转动，可产生动力源。在一不同的实施例中，通过非转动的套筒和一驱动轴之间的相对转动，可以产生动力源。在另一实施例中，动力源包括一涡轮组件。在一变化的实施例中，动力源包括一电机。在其它的实施例中，动力源可包括一PDM。在还有的另一实施例中，动力源包括一与PDM组合的涡轮组件。

在一实施例中，系统还包括一偶联到CVT的固定齿轮比的装置。固定齿轮比的装置构造成对CVT的传动比提供提高的控制能力。在一不同的实施例中，系统包括一偶联到CVT的协调装置。在这样的实施例中，协调装置构造成对CVT的传动比提供提高的控制能力。

在一实施例中，系统可包括构造成移动CVT的传动装置。该传动装置可包括钢丝绳、盘管、钻孔链、边钻孔边成箱的装置、自推进装置，或本技术领域内已知的任何其它传动装置。

在另一实施例中，系统可构造成一MWD。在一实施例中，系统包括一偏置的副系统。在另一实施例中，系统可包括一可调整的稳定器。偏置副系统可构造成转动地定位一个或多个系统部件。或者，偏置副系统可构造成沿轴向地定位一个或多个系统部件。在一个这样的实施例中，一个或多个系统部件可偶联到一滚珠螺旋器。在某些实施例中，系统可构造成使用一挠曲工具(例如，一鞭柄)以某一角度钻入孔内。

另一实施例涉及一实施泥浆脉动遥感勘测的方法。该方法包括使用一与调制器偶联的CVT来控制泥浆脉动遥感勘测系统的调制器。在一实施例中，方法包括使用CVT来变化调制器进行操作的一频率，以调制一声波或压力波的遥感勘测信号。在另一实施例中，控制调制器包括控制这样的调制器，以使调制器的相对转动速度基本上保持不变。在某些实施例中，方法可包括使用CVT来控制调制器的相对位置。在一实施例中，方法包括将由调制器产生的扭矩转换为动能，储存该动能，并使用储存的动能作为用于CVT的动力源。

该方法的某些实施例可包括使用CVT来控制一偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。该方法的其它实施例可包括使用附加的CVT来控制一偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。在一个这样的实施例中，该方法还可包括将由调制器产生的扭矩转换为动能，储存该动能，并使用储存的动能作为用于CVT和附加的CVT的动力源。上述方法的各实施例可包括本文中所描述的任何其它步骤。一附加的实施例涉及一由本文中所描述的方法的任何实施例钻出的钻孔。

附图的简要说明

阅读以下详细的描述并参照诸附图，将会明白本发明的其它的目的和优点，在诸附图中：

图1和2是示意图，示出使用万能接头的对准钻头转动控制系统的截面图；

图3-7b是示意图，示出使用轴挠曲的对准钻头转动控制系统的截面图；

图8是示意图，示出推动钻头转动控制系统的截面图；

图9a是示意图，示出包括非转动的稳定器的推动钻头转动控制系统的截面图；

图9b是示意图，示出图9a的系统的截面图(沿平面A观看)；

图10a是示意图，示出包括非转动的稳定器的推动钻头转动控制系统的截面图；

图10b是示意图，示出图10a的系统的截面图(沿平面B观看)；

图11和12是示意图，示出带有各种输入、输出和控制装置的机械CVT系统的截面图；

图13是示意图，示出带有不同的输入、输出和控制装置的机械CVT系统的立体图；

图14a和14b是示意图，示出包括行星部件的一CVT的侧视截面图；

图14c-14e是示意图，示出包括一偶联到行星齿轮的CVT的系统的侧视截面图；

图14f是示意图，示出图14e的系统的截面图(沿平面C观看)；

图15是示意图，示出一CVT控制的转动控制系统的侧视图；

图16是示意图，示出一中空盘环形CVT机构的截面图；

图17是示意图，示出一球环形CVT机构的截面图；

图18是示意图，示出一锥形CVT机构的截面图；

图19是示意图，示出一锥形CVT机构的展开图；

图20是示意图，示出一使用一连续的速度传输控制器的主动地控制的转动控制系统的截面图；

图21是示意图，示出一使用一用于产生动力的磁偶联的涡轮的、用于一对准钻头转动控制系统的球环形CVT控制组件的截面图；

图22是示意图，示出沿图21的平面A的截面图；

图23是示意图，示出使用一非转动稳定器作为一转动输入的CVT转动控制系统设计的截面图；

图24是示意图，示出使用一非转动的偏心质量作为一转动输入的CVT转动控制系统设计的截面图；

图25是示意图，示出使用一Moyno(正位移的马达PDM)马达作为一转动输入的CVT转动控制系统设计的截面图；

图26是示意图，示出使用一Moyno(PDM)马达作为一转动输入和一用于钻头轴的附加驱动机构的CVT转动控制系统设计的截面图；

图27是示意图，示出使用一同步的偏置单元的CVT转动控制系统设计的截面图；

图28是示意图，示出使用一弯曲轴作为一偏置单元的CVT转动控制系统设计的截面图；

图29是示意图，示出一泥浆脉动遥感勘测系统的截面图；

图30是示意图，示出一泥浆脉动遥感勘测系统的截面图，其中，一机械的CVT机构代替ECVT伺服控制系统；

图31是示意图，示出使用一CVT机构和一转动的能量储存装置的一泥浆脉动遥感勘测系统的另一实施例的截面图；

图32是示意图，示出一组合的泥浆脉动遥感勘测系统和转动控制系统的截面图；

图33是示意图，示出一被图20所示的系统钻削的钻孔的截面图；

图34是示意图，示出本文所描述的一系统，其应用于钻削一诸如用于油田钻孔那样的钻孔；

图35是示意图，示出一水平定向的钻孔应用，其用于在表面障碍物下安装管道，其中，可使用本文中所描述的系统。

尽管本发明易于作出各种修改和变化的形式，但这里仍借助于附图中的实例示出本发明的具体的实施例并作详细的描述。然而，应该理解的是，附图和其详细的描述无意将本发明限制在所揭示的特定形式，但恰相反，本发明欲涵盖所有落入由附后的权利要求书所定义的本发明的精神和范围内的修改、等价物和变化。

具体实施方式

现转向诸附图，应该指出的是，图11-35(以及上述的图1-10)未按比例画出。尤其是，附图的某些元件的比例大大地夸大以强调元件的特征。还应指出的是，图1-35未按相同比例画出。

以下的描述一般地涉及系统和方法，其使用连续可变的传动装置(CVTs)来控制一个或多个部件。例如，一构造成用于钻削一钻孔和/或完成一井的系统可包括一CVT。CVT的一输入轴偶联到一动力源，而CVT的一输出轴偶联到一个或多个系统部件，以使CVT控制一个或多个系统部件。一个或多个系统部件可包括但不限于：一底部开孔组件、一钻头轴、偶联到底部开孔组件的另一部件、一偏置副系统的一个或多个部件、边钻孔边测量系统的一个或多个部件，以及一泥浆脉动遥感勘测系统的调制器。此外，该系统可包括传动装置。传动装置可包括钢丝绳、盘管、钻孔链、边钻孔边成箱的装置、自推进装置，或本技术领域内已知的任何其它合适的传动装置。如此系统的实施例在本文中还将作描述并示于图11-35中。

在使用盘管传动装置的系统中，盘管不从表面转动。因此，这样的系统包括一向下钻进的泥浆马达。在这样的实施例中，CVT可设置在盘管和泥浆马达之间。CVT可以设置在泥浆马达上方，使涡轮设置在CVT上方。或者，CVT可设置在泥浆马达动力部分和偏置组件之间。CVT可控制偏置组件和利用泥浆马达作为一动力源。在一特定的实施例中，CVT可偶联到一协调装置，它们两者设置在泥浆马达上方。CVT还可控制泥浆马达的转动，以使它以相对低的rpm和相对高的扭矩转动。这些系统还可如本文中所描述进行构造。

一传动装置是一用来从一恒速源提供一组离散的角速度输出的装置。一CVT通常用作如传统传动装置相同的功能，其主要的差别在于，一CVT可产生一不离散范围的输出。大部分机械CVT的基本原理在于，通过锥形的、球形的、盘形或环形的元件的相对转动可发生功率传输。通常地，通过两个基本上光滑表面之间的摩擦接触，而不是通过齿形的齿轮来发生功率的传输。CVT通常可使用包括连续速度传输的各种其它装置。其它的CVT装置包括但不限于：无限可变的传输(IVT)、拖拉装置等。如本文中所使用的，术语“CVT”一般地是指任何连续可变的传动装置，其构造来转换相对转动速度，包括CVT、IVT以及拖拉装置。

一CVT的显著优点源于其变化齿轮比的同时以峰值功率和扭矩保持一输入动力源的能力。相反，一传统的传动装置必须在多个齿轮之间变换，以图将一系统保持在其主操作区域内。CVT的连续变化的功率比，比通过一系列的齿轮实施步进的做法更有效。

CVT的设计简单而有效。不是采用齿轮、摩擦板、液压流体以及功率耗竭的扭矩转换器的组合，一CVT依赖于诸元件之间的简单的相对转动来传递转动和扭矩。一简单的CVT可以用皮带-皮带轮的设计来实现。皮带轮通常是锥形的，而在皮带轮之间运转的皮带可在各皮带轮的窄端和宽端之间滑动。该设计允许一“连续可变”的齿轮比，因为皮带轮的有效直径可在一宽范围上变化而不需齿轮变化。

更加结实的CVT可使用球、锥体、盘或环(油炸圈饼形)元件，而不是使用皮带和链。这些类型的CVT也用于雪上汽车、学走推车(go-cart)以及ATV。人们已经提出用于非皮带型CVT的许多设计。这些机械的CVT设计基于锥形、球形、盘形和/或环形元件的相对转动。在上世纪30年代末，通用汽车(General Motors)获得一用于环形拖拉装置的自动比控制系统的专利，第一个系列的拖拉装置的专利由GM研究得出。若干附加类型的拖拉驱动由美国发明者Charles Kraus在上一世纪的50年代初提出。来自于世界各地的各发明者继续开发和完善各种金属对金属润滑的拖拉驱动或CVT，以用于速度可调整的工业上的、汽车的以及航天的应用中。作为一实例，可对Harrier Jet提供全部电功率的传动装置是一大致香瓜大小的CVT。

CVT的实例示于以下美国专利中：授予Gardner的Nos.4,342,238、授予Ganoung的4,280,469、授予Kemper的4,522,079、授予Kanesaka的4,589,859、授予Tatara的4,660,438、授予Moroto等人的4,735,598、授予Kumm的4,768,996、授予Greenwood的4,922,788、授予Lasoen的5,421,790、授予Tibbles等人的5,514,047、授予Moroto等人的5,662,547、授予Fellows等人的5,766,105、授予Taniguchi等人的5,846,152、授予Tsai等人的6,099,424、授予Van Der Sluis的6,196,806、授予Tsai等人的6,290,620、授予Avidor的6,321,613、授予Parrish的6,387,004、授予Young的6,390,945、授予Morlok的6,394,920、授予Friedmann等人的6,435,994、授予Milner的6,461,268、授予Nakano等人的6,461,271、授予Nakano等人的6,561,941、授予Hirano等人的6,569,051、授予Fleytman等人的6,599,213、授予Fragnito的6,626,780、授予Van Der Kamp等人的6,626,781、授予Fischer等人的6,648,781、授予Van Spijk等人的6,652,399、授予Tay的6,656,070、授予Oshidari的6,659,906、授予Hirano等人的6,659,907、授予Rienks等人的6,679,805、授予Luh等人的6,682,451、授予Hagiwara的6,695,742、授予O’Hora的6,709,355，以及授予Katou的6,712,724，本文援引所有这些专利以供参考，并作充分的阐述。CVT的其它实例示于授予Milner的英国专利Nos.2339863和授予Milner的2342130、授予Milner的英国专利申请Nos.0016261.0、授予Milner的0320462.5、授予Milner的0121330.5、授予Milner的0220741.3、授予Milner的0326596.4，以及授予Milner的国际专利申请No.PCT/GB02/04065，本文援引各个专利以供参考，并作充分的阐述。IVT的实例示于授予Shibukawa的美国专利No.6,616,564中，本文也援引该专利以供参考，并作充分的阐述。包括在本文所述系统中的CVT可以构造成如这些专利中所描述的。

在许多种CVT中的一个CVT中，辊子与成角度的输入轴相遇。拖拉发生在辊子和轴之间的接触。当辊子更加倾斜地朝向输入轴时，速度减小；当它们倾斜远离输入轴时，速度增加。在其它CVT设计中，拖拉发生在一锥和一环之间，一球和一盘之间，或一环元件和一辊子之间。图11-13示出CVT的若干个变体作为例子。

如图11所示，CVT的该实例包括环形的输入轴206。环形的输入轴206偶联到盘控制机构208。盘控制机构208再偶联到环形输出轴210。盘控制机构208的诸盘元件的相对转动控制一个或多个系统部件。具体来说，盘控制机构208的诸盘元件的相对转动控制环形的输入轴206和环形输出轴210的相对转动，它又控制偶联到CVT的输出轴210的一个或多个系统部件。

相反，如图12所示，CVT的另一实例包括环形输入轴212，其偶联到球形控制机构214。球形控制机构214再偶联到环形输出轴216。球形控制机构214的诸球形元件的相对转动控制一个或多个系统部件。在图13所示的实例中，CVT包括偶联到盘控制机构220的锥形输入轴218。盘控制机构220再偶联到锥形输出轴222。CVT的锥形元件(例如，锥形输入轴和输出轴)的相对转动控制一个或多个系统部件。

特别引人注意的CVT装置描述在授予Milner的专利和专利申请中，上文中援引其内容以供参考。例如，如授予Milner的美国专利No.6,461,268中所描述的，Milner提供了具有行星部件类型的CVT装置，其与径向的内道和外道发生滚动接触，各包括两个轴向地间隔开的零件，使用控制装置来有选择地变化一个道的两个零件的轴向分离以及与其滚动接触的行星部件的径向位置，其中，设置有对施加到传动装置的驱动传输部件上的扭矩敏感的装置，所述传动装置的操作既可确定另一道的两个零件分离的补偿变化以及装置的传动比，还可变化诸行星和正交于它们之间接口的诸道之间的互换力。

在一优选的实施例中，行星部件基本上是球体。它们可以是正圆、扁圆或扁长的球体。或者，行星部件可具有各自的包括围绕同一轴线(对每一部件)的回转表面的第一和第二表面部分，诸表面部分围绕回转轴线相对于彼此沿相对方向倾斜。行星部件可具有一由一弧形母线形成的凸出的或凹入的回转表面，所述母线可以是规则的或不规则的曲线或部分圆的曲线。在部分为圆的母线的情形中，圆可以是半圆，在此情形中，行星部件的回转表面是球形。

在这样一结构中，内道和外道较佳地包括两个零件，每一个零件分别与各个第一和第二部分接触，各具有一各自的表面，其由围绕一公共轴线形成的回转表面组成并相对于轴线沿相对方向倾斜。内道和外道之一的两个零件可以这样被支承：可朝向彼此或远离彼此相对地位移，由此，变化一个道和行星部件之间的接触点或接触线的半径。

诸实施例可设置有对扭矩敏感的机械偶联装置，其插在一输入驱动部件和诸道之一之间，由此，平衡该道的两个零件和行星部件的之间的扭矩传递和接触压力。

在实践中，较佳的是，行星部件基本上是球形的并捕获在径向内道和径向外道之间，有多个辊子随动件沿圆周地插入邻近对的行星部件之间，以将驱动传入或传出行星部件。在这样一结构中，如果辊子随动件承载在一行星载体部件上，则它特别地方便，在装置的操作中，将传输入或传输出行星部件的驱动传递到行星载体部件。

概括地说，Milner提供一如上所述的驱动传动装置，其中，行星部件围绕其自己轴线的转动轴线基本上平行于行星围绕径向内道的转动轴线。在这样一驱动传动装置中，一特征在于，径向内道的转动轴线基本上平行于形成径向外道的装置的轴线，径向外道形成行星部件的行星路径。

图14a和14b示出一包括行星部件的CVT的实施例。该CVT可以包括在本文所述的任何系统中。参照图14a和14b，该CVT机构形成为一半径可变的具有滚动的拖拉扭矩传输的周转圆的机构，其优点在于，轴的轴承和外壳不经受大的力，且移动零件可基于传统的辊子和球轴承技术。它还具有的优点在于，它包括一纯机械的预加载和扭矩检测系统，且它通过已知的拖拉流体润滑剂进行飞溅或油脂润滑而不需特殊的润滑技术。从以下的描述中将会认识到，通过一简单的机械装置可以实现传动比的控制。

示于图14a和14b中的半径可变的周转圆的传动装置有时称之为一可变器，其包括输入轴702安装在其中的外壳700，输入轴承载位于装有三个行星随动件710的行星笼罩708内的滚动元件轴承704、706。行星随动件710通过行星随动件轴712可转动地承载在行星笼罩708上。在该实例中，行星笼罩708构成传输机构的外轴。

在输入轴702上承载径向的内道714，其借助于一偶联而接合到轴702，所述偶联包括一呈螺纹啮合716的形式的螺旋形互啮合。径向内道714和螺纹啮合716构造成：输入轴702和内道零件714、718在单一方向意义上的相对转动将致使两个零件朝向彼此位移，而在它们和输入轴702之间存在相对方向意义上的相对转动时，内道的两个零件714、718发生轴向分离。内道零件的这种位移进一步在图14b中显示为高比例位移720和低比例位移722。内道的两个零件714、718的轴向位移受到主弹簧723的限制，该弹簧推开两个内道零件。

三个球形行星部件724啮合在内道的零件714、718之间，而外道也包括两个轴向分离的环形道部件726、728。道部件714、718和726、728的滚动轨道在截面中各包括一部分为圆的弧形表面，其半径稍大于球形行星部件724的半径。

当杠杆732枢转地安装在反作用部件736上时，外道部件726、728通过一轴向调整的机构730而接合，其示意地显示在图14a中，这样，沿一方向或围绕杠杆通过其连接到反作用部件736上的枢轴734转动杠杆，可导致环形道部件726、728沿轴向推压朝向彼此，或借助于外道球螺纹729允许沿轴向彼此分离。外道设置有防止其围绕输入轴702、内和外道、输出轴708和球形行星部件724的公共转动轴线发生转动的装置。

在传动装置操作中，轴702的转动传输到内道的转动，通过与其滚动接触，内道的转动导致球724转动，球724在静止的道部件726、728上滚动。球724的转动通过辊子随动件710传输到辊子笼罩708，因此传输到输出轴上。通过沿一个方向或另一方向位移杠杆732，外道的零件726、728可推压朝向彼此，或允许沿轴向彼此移开。两个外道部件726、728的轴向接近对行星球724施加压力，致使它们沿径向移向传动装置内，推压两个内道零件714、718分离。径向内道的两个零件714、718和输入轴702之间的螺旋形互接合实际上用作一敏感于扭矩的机构，其中，当通过拉曳而受阻时，螺旋形的互接合使得轴702沿驱动的要求方向的转动导致道部件714、718沿轴向彼此接近，这样，环形道和行星球724之间的滚动接触内的任何游隙被吸收，并被道零件714、718彼此接近的趋势所补偿，直到作用在两个零件714、718和驱动轴702之间的螺旋形互接合上的力与两个零件714、718和行星球724之间反作用力相匹配为止，此时，环形道零件714、718的相对轴向位移不再发生，而当此发生时则驱动传输发生在由球724的径向位置确定的传动比上。

在图14b所示的结构中，可以看到，球724和内道之间的滚动接触的半径相对大，而球724和外道之间的接触的半径相对小。在此结构中，输入轴702和输出轴708之间的传动比最低。然而，通过使杠杆732沿相对方向移动，外道零件被允许移开，以使球724可径向向外地移动，并通过内道零件的轴向接近而得到补偿。

内道和外道以及球形行星部件的弧形表面的曲率之间的差将确定接触路径的精确形状，在实践中，该接触路径存在于滚动接触的诸部件之间。尽管在理想的情形中接触实际上是一点接触，但因为这样一可变的传动的内部将包含呈特殊拖拉流体形式的润滑剂，其既润滑移动零件又提高它们之间的滚动拖拉，所以，接触点将构成接触斑点，接触表面的半径彼此越靠近，则斑点越大。当然，不希望这些斑点太大而不能避免所谓的心轴损失，这种损失由滚动接触中的两个元件之间的流体动力学的流体中形成的力所造成。

上述连续可变的传动装置特别地紧凑和高效，并对于润滑或控制的目的，并不需加压的液压回路来达到要求的功能。它可以呈模块的形式并可容易地升级而容纳大的和小的尺寸的应用。

当然，应该认识到，如果输入轴702考虑为一体的部件，则没有办法可使内道的两个零件714、718配装在轴702的无螺纹端上。然而，这可以通过将输入轴702形成为一复合部件来实现，在部件714、718已经配装好之后，使无螺纹的零件组装到有螺纹的零件上。或者，轴702可以简单地在无螺纹的端部处呈较小的直径，以匹配螺纹沿径向最内的尺寸，以允许零件714、718组装时沿着它们滑动。

尽管如图14a所示两个道零件726、728的分离受简单杠杆732的控制，使合适的平衡部件736对两个道零件726、728施加对称力而导致它们移动到一起或移开，由杠杆732的运动所确定，但应认识到，在实际的实施例中，必须在整个的圆周上或至少在若干个对称定位的位置处对环形道零件施加轴向力。

图14c-14f示出各种方式，其中，一类似于由Milner所描述的且示于图14a和14b中的CVT可包括在一构造成钻削一钻孔的系统内，或本文所述的任何其它系统内(例如，构造成完成一井的系统等)。包括在这些系统中的CVT可以构造成IVT。如图14c所示，系统的该实施例设计成具有一内部心轴型的结构。该系统包括偶联到CVT的输入轴512的动力源单元510。动力源单元可包括本文所述的任何的动力源。CVT包括CVT辊子球516和CVT环518。CVT还可如Milner的专利和专利申请中的以上图14a和14b所述地进行构造，上文援引Milner的专利以供参考。

如图14c所示，CVT偶联到输入行星齿轮514和输出行星齿轮520。输入行星齿轮514和输出行星齿轮520可用作为本文中所描述的固定齿轮比的装置。此外，输入和输出行星齿轮可以构造成使CVT用作为一IVT。输入和输出行星齿轮还可以如Milner所描述地进行构造。

系统还可包括CVT控制臂522，其可如本文中所描述地进行构造。CVT的输出轴524偶联到调整装置526。该调整装置可包括本技术领域内已知的任何合适的调整装置。调整装置偶联到钻头轴528。钻头轴528可包括本技术领域内已知的任何合适的钻头轴。枢轴关节530也可偶联到钻头轴528。图14c所示的系统可进一步如本文中所描述的进行构造。

如图14d所示，系统的该实施例设计为具有一环型的结构。换句话说，该系统包括钻孔流体可流过其中的中心圆柱532。该系统还包括偶联到CVT538的输入轴536的动力源单元534。动力源单元534可包括本文中所述的或本技术领域内已知的任何动力源。CVT538还可以如Milner在任何的专利和专利申请中所描述的进行构造，本文援引这些专利以供参考。

CVT538偶联到输入行星齿轮540和输出行星齿轮542。输入行星齿轮540和输出行星齿轮542可用作为如本文还将描述的固定齿轮比的装置。此外，输入和输出行星齿轮可以构造成使CVT用作为一IVT。输入和输出行星齿轮还可以进一步如Milner所描述的进行构造。

系统还包括偶联到CVT的控制臂544，其可以如本文中所描述的进行构造。电子器件546也可偶联到CVT。控制臂和电子器件可以进一步如本文中所描述的进行构造，并可形成一控制副系统的至少一部分。CVT的输出轴548可通过枢轴关节552偶联到钻头轴550。图14d所示的系统可以进一步如本文中所描述的进行构造。

图14e和14f所示的系统也设计为具有一环型的结构。例如，与图14d所示的系统一样，图14e和14f所示的该系统包括钻孔流体可流过其中的中心圆柱554。图14e和14f所示的该系统包括偶联到CVT的输入轴556的动力源单元(未示出)。动力源单元可包括本文中所述的或本技术领域内已知的任何动力源。CVT包括CVT环558、CVT辊子球560，以及CVT随动件组件562。CVT还可以如Milner在任何的专利和专利申请中所描述的进行构造，本文援引这些专利以供参考。

输入行星齿轮564和输出行星齿轮566偶联到CVT。输入行星齿轮564和输出行星齿轮566可用作为如本文还将描述的固定齿轮比的装置。此外，输入和输出行星齿轮可以构造成使CVT用作为一IVT。输入和输出行星齿轮还可以进一步如Milner所描述的进行构造。CVT控制臂568可以偶联到CVT。CVT控制臂可以如本文中所描述的进行构造。CVT的输出轴570可以如本文中所描述的偶联到一钻头轴或其它系统元件(未示出)。图14e和14f所示的系统可以进一步如本文中所描述的进行构造。

几乎所有的CVT也分类为拖拉装置，因为它们通过光滑表面接触传输动力，而不是通过齿轮、链、皮带或皮带轮。呈某种形式的机械CVT的新的进步已允许齿轮部件进行柔性啮合，同时还允许传输相对的转动。正在研究修改这些类型以防止存在于某种形式的拖拉装置中的滑动和后退的问题。一般来说，机械CVT可以定义为具有控制偶联到CVT输出轴的一个或多个部件的转动的机械元件的CVT。例如，如本文中将进一步描述的，机械CVT的一输出轴可以偶联到一个或多个系统部件，而CVT的机械元件可以控制一个或多个系统部件的转动或位置。

另一不同级的CVT是电气的连续速度传动装置(ECVT)。该形式的CVT利用一电机代替控制转速的机械装置。在这些设计中，输入动力转换为电功率，而通过复杂的电子器件来控制电机，以便控制输出轴上的速度和扭矩。ECVT已经在汽车工业中得到发展，其用来着手开发混合和电池动力的车辆。在一混合型的车辆中，电力可直接从电池中取得，或可通过一交流发电机从发电厂中转换得到。对于大规模的应用这些系统提供伺服系统。

ECVT的各种形式已经用于向下钻进的油田的应用中。这些应用涵盖很大范围的领域，包括泥浆脉动遥感勘测、易操纵的控制系统，以及诸如盘管或完成井的应用中的定向机构。这些系统通常使用复杂的电磁伺服系统得以发展。利用ECVT的各种系统的实例包括边钻孔边测量的系统(MWD)，其在编码过程中具有电机速度的探测，编码可见授予Strom等人的美国专利No.4,103,281，一主动控制的转动可操纵的系统可见授予Kosmala等人的美国专利No.6,092,610，以及定向向下钻进工具的装置和方法可见授予Meek等人的美国专利No.6,419,014，本文援引所有这些专利以供参考，并作充分的阐述。新级别的CVT驱动提供一简单的机械系统，其用简单的驱动代替复杂的电磁伺服系统。

由Meek等人描述的定向器特别适用于盘管或小直径钻管。定向器一般地包括电机、涡轮，或有选择地将从流过装置的流体所产生的转动动能转换为机械动力的其它装置，其通过一齿轮系对向下钻进的工具施加机械动力，以便定向该向下钻进的工具。在定向地钻孔和诸如井的干预、打捞和多侧向再进入操作之类的其它操作过程中，可以使用定向器。向下钻进工具较佳地包括一可操纵的泥浆马达。在一实施例中，通过在预定的一系列步骤中改变流体通过定向器的流量，定向器响应于从地表发出的下行线指令而确定的方位转动控制钻孔的方向。本文所述的一定向器还可如Meek等人所述进行构造。

如授予Meek等人的美国专利No.6,419,014中所述和图示的一定向器或本技术领域内已知的任何其它定向器可以容纳在本文所述的诸系统之一中。Meek等人所述的定向器的一变体可以容纳在图26所示的系统中(其将在下文中作详细描述)。具体来说，一定向器可偶联到图26所示系统的马达。这样一系统可具有如图26所示相同的向下钻进结构，并使马达设置在定向器上方或下方。

CVT还有其它的应用用于其它的向下钻进的油田应用中。需要一有控制的转动输出的任何应用都可考虑为使用一机械CVT的候选对象。在钻孔系统向下钻进的操作过程中使用一CVT可允许用简单控制得到高度可靠的系统。此外，包括一CVT的系统可具有多种结构。例如，在一实施例中，系统可构造成边钻孔边测量的系统(MWD)。包括一机械CVT的MWD或“边钻孔边测井”系统的实例可见以下的专利：授予Strom等人的美国专利Nos.4,103,281、授予Bernard等人的4,167,000、授予More的4,216,536、授予Tanguy的4,303,994、授予Petersen等人的4,314,365、授予Tanguy的4,479,564、授予Kruger等人的4,698,794、授予Das的4,805,449、授予Schultz等人的5,149,984、授予Malone的5,237,540、授予Jones等人的5,249,161、授予Schultz等人的5,293,937、授予Aldred等人的5,368,108、授予Gleim的5,371,448、授予Orban等人的5,373,481、授予Malone等人的5,375,098、授予Aron等人的5,387,767、授予Orban等人的5,448,227、授予Moriarity的5,631,563、授予Aron等人的5,753,812、授予Mougel等人的6,267,185，本文援引这些专利以供参考，并作充分的阐述。

此外，一包括一作为控制机构的CVT的系统可构造成钻削一钻孔和/或完成一井。在这样一系统的任一实施例中，CVT的一输入轴偶联到一动力源。在一钻孔的应用中，CVT的一输出轴偶联到一个或多个系统部件，以使CVT控制一个或多个系统部件(例如，控制系统部件的转动或位置)。一个或多个系统部件可包括一钻头轴、一偏置的副系统部件、一边钻孔边测量的部件等。在一完成井的应用中，CVT的一输出轴偶联到一个或多个构造工具部件，以使CVT控制一个或多个构造工具部件(例如，控制构造工具部件的转动或位置)。CVT和系统还可如本文所述进行构造。

在一完成井的应用中，系统还可构造成在井孔内定向向下钻进的设备，以连接一用于钻削多个侧向井的门闩装置。在另一实施例中，系统可构造成在井孔内定向向下钻进的设备，以将传感器定位在钻孔内，或打开或关闭系统的控制部件(例如，一阀)。在另外一实施例中，CVT可构造成转动多个打开一可扩展箱的部件。在某些实施例中，CVT可构造成控制向下钻进泵的相对转动，以最大效率和泵送流体的最优转速来操作该泵。在另一实施例中，系统可构造成使用一滚珠螺旋器将转动转换为沿一管的长度的轴向运动。在一个这样的实施例中，轴向运动可在井的钻孔内沿轴向定位一个或多个构造工具的部件。该一个或多个构造工具的部件可包括控制元件、传感器、阀，或它们的某种组合。

在另一实施例中，系统可构造成可操纵的钻孔系统，例如，可调整的稳定器、可调整的弯头、盘管马达定向器，以及转动的可操纵的系统。由于转动的可操纵的系统具有变革定向钻井方法的潜能，所以，近来转动的可操纵的系统已变得越来越普遍。这些系统具有比传统控制系统钻得更快、更远以及更精确的能力。随着这些系统变得为整个工业界所接受，对其特性的期望也将增加。可靠性和可操作性将成为较重要的首选。

可操纵的系统可根据其操作模式进行分类。对于以下系统存在有两种操纵概念：对准钻头和推动钻头，它们的某些实例已在上面提供。推动钻头工具通过对钻孔内的构造施加一侧力进行操作。在一实施例中，系统可包括一个或多个可调整的稳定器，用来对钻孔内的构造施加一侧力。对构造施加侧力也可用同步垫来实施，或通过在一地表固定的组件上施加恒定的偏向力实施。沿与要求的井路径偏差相对的方向对构造施加一力。由于相对的力造成钻头优先移去切割而由此偏移井的轨迹，在钻头处发生一侧向切割的作用。

通过在底部开孔组件的轴线和钻头的轴线之间设置一相对的偏移，可操作对准钻头系统。系统中的该偏移或弯曲很像在一标准马达组件内由一弯曲的外壳造成的弯曲。在一转动的可操作的系统中，在转动过程中该弯曲相对于构造在地表上保持固定。

为了理解对准钻头的原理，可以与使用马达或涡轮的传统钻孔系统作比较。位于轴承部分上的一弯曲的外壳和稳定器允许马达在一定向的(滑动的)或一转动的模式中钻孔。在转动模式中，钻头和钻孔链都转动。钻孔链的转动打消弯曲的外壳的作用，而钻头钻出一平行于弯曲的外壳上方的钻孔链的轴线的超出规定尺寸的直的路径。在滑动的模式中，只有钻头转动。马达沿弯曲的外壳的方向改变井的进程，而钻孔链在钻头之后的孔上下滑。在对准钻头系统中，“弯曲的外壳”被包含在工具的轴环内。该“弯曲的外壳”借助于一偏置的机构而受到控制，该偏置机构沿相反方向并以与钻孔链相同的速度转动。该控制允许“弯曲的外壳”相对于一地表参考框架保持对地表的固定(不转动)，而轴环在转动。

一可转动操纵的系统一般地可表征为钻孔系统的一偏置系统或一偏置副系统。一般来说，一偏置系统构造成在钻孔过程中控制一底部开孔组件的趋势。这样，一包括一偏置副系统的系统可构造成定向地钻削一钻孔。然而，其它类型的偏置副系统也可用来在钻孔过程中控制一底部开孔组件的趋势。例如，偏置副系统可包括一如下文中将作进一步描述的可调整的稳定器。在一不同的实例中，偏置的副系统可构造成使用一诸如鞭柄那样的挠曲工具或本技术领域内已知的任何其它挠曲工具以某一角度钻入孔内。一使用一鞭柄和盘管来定向地钻削一井的偏置副系统的实例示于授予Leising等人的美国专利No.5,488,989内，本文援引该专利以供参考，并作充分的阐述。该专利中所描述的系统可以修改而包括一如下文中将作进一步描述的CVT。如下文中将作进一步描述的一CVT可与其偶联的偏置副系统的其它的实例示于以下的专利中：授予Malone等人的美国专利Nos.5,421,420、授予Leising等人的5,431,219、授予Orban等人的5,467,832、授予Eddison的5,484,029、授予Eddison的5,520,256、授予Eddison的5,529,133、授予Eddison的5,542,482、授予Eddison等人的5,617,926、以及授予Eddison的5,727,641，本文援引各专利以供参考，并作充分的阐述。

偏置的副系统可构造成在两个或三个尺寸中控制底部开孔组件的趋势。此外，偏置副系统可构造成转动地定位一个或多个系统部件。替换地，或另外地，偏置副系统可构造成沿轴向地定位一个或多个系统部件。在这样一实施例中，一个或多个系统部件可偶联到一球螺旋器。这样，一个或多个系统部件的轴向位置可以合适地变化。

图15示出一CVT控制的转动可操纵的系统的一实施例的视图。该系统包括动力源224。可使用在诸部件之间提供相对转动的任何系统来对CVT226供应输入动力。用于CVT226转动输入的动力源可以是本技术领域内已知的向下钻进的转动动力的多个普通动力源中的任何一种。

某些这样普通的动力源包括(但不限于)一涡轮组件、一电机、一也称之为Moyno电机的正向位移马达(PDM)等。在某些实施例中，动力源可包括一与PDM组合的涡轮组件。相对转动也可通过其它装置产生，包括诸系统零件之间或系统零件和构造之间的相对转动。这样，CVT的动力源可通过系统诸元件之间的相对转动，或系统的一个或多个元件和其中进行钻孔的构造之间的相对转动而产生。相对转动的实例包括系统外壳和与构造接触的非转动外壳之间的转动。一第二实例是通过系统内的一偏心质量和系统的另一部件的相对转动，其中，由于其重力和重力的影响，偏心质量保持对地表固定。在另一实例中，动力源可由一非转动套筒和一驱动轴之间的相对转动产生。

动力源和CVT的输入轴之间的系统输入偶联228可用各种方式实现。选择的偶联主要地取决于动力源。合适偶联的实例包括直接偶联、通过密封装置的直接偶联，以及通过磁性或电磁装置的间接偶联。CVT226通过输出偏置偶联232偶联到定向的偏置组件230。输出偏置偶联232可从上述偶联中选择，或可如本文中所述作进一步构造。

各种CVT设计可应用于上述的系统中。机械CVT的若干种变体的描述可见以上所述。以下的描述重温CVT设计的若干个附加的实例以及可提高系统特性的控制副系统。

在一实施例中，一CVT可设计成允许一中心圆柱经过其纵向轴线。该中心圆柱可用于流体流动，或一用于传输转动能(例如，一PDM马达的驱动轴)的第二轴。包括中心轴的CVT的实例示于图16和17中。图16示出一类似于图11所示的中空的盘环形CVT。可以同样地构造的图11和16的元件已用相同的标号表示。图16的CVT与图11的CVT的不同之处在于，图16所示的CVT包括经过纵向轴线234的中心圆柱232，该轴线延伸通过环形输入轴206、盘控制机构208以及环形输出轴210。这样，中心圆柱232构造成钻孔流体(例如，“泥浆”)可流过中心圆柱。或者，中心圆柱可用来容纳CVT的一第二轴。

图17示出一类似于图12所示的球环形CVT。可以同样地构造的图12和17的元件已用相同的标号表示。图17的CVT与图12的CVT的不同之处在于，图17所示的CVT包括经过纵向轴线238的中心圆柱236，该轴线延伸通过环形输入轴212、球控制机构214以及环形输出轴216。这样，中心圆柱236构造成钻孔流体(例如，“泥浆”)可流过中心圆柱。或者，中心圆柱可用来容纳CVT的一第二轴。

图18提供使用锥体和盘的一中空CVT机构的径向截面图。如图18所示，CVT机构包括内外壳240和外外壳242。内外壳240和外外壳242可由任何合适材料形成，并可具有任何合适尺寸。控制圆盘244设置在内外壳和外外壳之间。输入锥246和输出锥248也设置在内外壳和外外壳之间。各个控制圆盘设置在一输入锥和一输出锥之间。尽管图18的CVT机构显示为包括四个控制盘，各个盘偶联到四个输入锥之一和四个输出锥之一，但应该理解CVT机构可具有任何数量的控制盘、输入锥和输出锥。

图19提供使用锥体和盘244的中空CVT机构的展开视图。输入锥246和输出锥248的轴线偏移而允许控制臂250平行于CVT机构的纵向轴线。控制臂的平移转换为CVT的机械元件的转动，且如上所述，机械元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。该设计使用蜗轮蜗杆齿轮和步进电机对控制盘244提供简单的控制。控制盘借助于与蜗轮蜗杆齿轮或电机的接口252偶联到控制臂250。在一实施例中，接口252可包括一将控制臂偶联到CVT的机械元件的齿轮和齿组件。该齿轮比在锥的直径之间是连续的(但受该锥直径的限制)，诸锥可配合在内和外外壳内。

CVT的控制机构在本技术领域内是公知的。本文所述的各个系统可以包括也可不包括偶联到一CVT的控制副系统。该控制副系统可以构造成变化CVT的一个或多个参数。例如，控制副系统可以构造成变化CVT的传动比。CVT的传动比可以根据对由系统进行钻削的钻孔选择的一个或多个特征进行变化。例如，CVT的传动比可以根据钻孔进行钻削的角度进行变化。或者，CVT的传动比可以根据钻孔将钻削或正在钻削的构造的一个或多个特征进行变化。例如，CVT的传动比可以根据正在钻削的构造的那部分的组成成分进行变化。

控制副系统可包括一电气的副系统、一电磁的副系统、一机械的副系统，一液压的副系统，或它们的某种组合。具体来说，一CVT控制副系统的范围可从一简单的机械反馈系统到使用液压的、电机的、机电的伺服系统、以及它们的组合的复杂的控制系统。可用于本文所述系统内的CVT的控制副系统的实例示于以下的专利中：授予Rienks等人的美国专利Nos.6,679,805以及授予Hagiwara的6,695,742，本文援引各专利以供参考，并作充分的阐述。本文所示和所述的控制副系统还可如这些专利中描述的进行构造。此外，偶联到CVT的一控制副系统可以构造成被动地变化CVT的一个或多个参数。这样一控制副系统的一实例包括一可如本文所描述进行构造的偏心质量。或者，偶联到CVT的一控制副系统可以构造成主动地变化CVT的一个或多个参数。这样一控制副系统的一实例包括一偶联到电子器件的传感器，电子器件与传感器和CVT接口。根据由传感器产生的输出信号，电子器件可以构造成变化CVT的一个或多个参数。

在一实施例中，用于系统的传感器反馈和控制可以安装在CVT的输出轴上，由此，可随输出轴一起转动。或者，传感器反馈和控制可以独立于CVT的输入和输出轴转动地安装。安装机构可根据总的系统设计进行变化。

可操纵的钻削系统内的CVT输出轴参照一地表参考系统(磁力或重力)转动地受到控制。输出轴可相对于包括重力场或磁力场在内的任何地表参考框架保持静止不动。该能力使得系统在钻孔过程中或井孔钻削过程中形成定向的控制。

CVT和定向偏置副系统之间的输出偏置偶联高度地取决于偏置副系统本身。人们已经研制出各种偏置的副系统，且其特征通常表现在油田工业中的推动钻头和对准钻头。

以下的描述重温向下钻进的CVT控制系统的能力，该系统用于各种转动的可操纵的偏置机构，以便改进总体设计、成本、性能和可靠性。

在一实施例中，用于对准钻头的转动的可操纵的系统的CVT控制可采用一万能接头的设计。由于需将转动能转换为电能并回到一控制的转动的要求，该系统具有相当高的成本、复杂性和由此带来的可靠性的限制。我们已经理解到，系统包括一称之为电气连续的速度传动装置(ECVT)的传动形式，所以上述的实施可得到显著的改进。该类型的传动在汽车工业中是公知的。各种形式的ECVT的实例示于以下的专利中：例如，授予King的美国专利Nos.5,345,154、授予Frank的6,054,844、授予Bowen的6,371,878，以及授予Haka的6,447,422，本文援引这些专利以供参考，并作充分的阐述。

由King所描述的系统提供ECVT开发的早期实例，并包括一利用一断开机构的伺服控制的马达，以便控制用于汽车工业中的输出轴转动。由King描述的汽车传动装置和由Kosmala等人描述的用于ECVT的向下钻进的系统之间存在着许多类似方面。由King和Kosmala等人描述的控制系统的方案仅在动力产生机构上有所不同。

由King所描述的动力装置包括普通汽车发动机的任何变体。发动机在其可供选择的动力输出范围内进行操作，以对一发电的交流发电机提供动力。由Kosmala等人描述的动力发生机构是普通的流体涡轮机。该涡轮将钻孔的流体流动转换为转动的动力，其用来转动一发电的交流发电机。控制油田涡轮机的一明显的问题在于，钻孔流体流速需独立于转动的可操纵的系统的动力要求对钻孔参数进行优化。

我们理解到，转动的可操纵的系统复杂的伺服控制系统代表一ECVT并可被一机械的CVT所替代，因此，可实施一新颖的方案。至今，已经发表了有关各种机械CVT设计及其改进的1000个以上的专利，其中有些已经在上面被本文所援引以供参考，且作充分的阐述。开拓汽车工业中CVT的最近的发展和进步可以大大地降低主动控制的转动的可操纵的系统的复杂程度。该新颖的系统利用一机械的CVT来提供简单得多的方案，以将涡轮机的无控制的转动输入转换为一有控制的转动输出。使用一CVT的主动控制的转动的可操纵的系统的概念设计示于图20中。

如图20所示，系统包括偶联到管状轴环256的螺纹部分254。流体激励的涡轮258设置在管状轴环256内。流体激励的涡轮258用作为CVT260的动力源。具体来说，流体激励的涡轮258偶联到CVT260的输入轴262。流体激励的涡轮258可以使用本技术领域内已知的任何合适的偶联方法偶联到CVT的输入轴。CVT260的输出轴264通过偏移心轴268、转动的驱动头270以及偏心的插座272(如图20所示)而偶联到钻头轴266。以类似的方式，CVT的输出轴可通过这样的心轴偶联到系统的其它部件上。系统还包括偶联到钻头轴266的万能接头274。这样，系统可构造为一对准钻头系统。系统还可包括偶联到CVT260的控制副系统276。在某些实施例中，系统还可包括电子器件278。电子器件278可包括本技术领域内已知的任何合适的电子部件。

通过移去交流发电机、电机，以及用来控制电机的复杂的伺服控制系统，它们都是在类似的转动的可操纵系统内所需要的部件，由此，可简化系统。这些部件被一带有较简单的伺服控制机构的CVT机构所替代。新的系统提供移去现有系统内主要的部件而简化设计、降低成本和提高可靠性的能力。系统的整个长度减小，在钻削时这具有另外的优点。机械的CVT具有其它固有的优点，包括以系统内可供的最大输出扭矩进行操作。

对准钻头转动的可操纵系统的全部控制系统的概念设计示于图21和22中。图21是用于对准钻头转动的可操纵系统的球环形CVT控制组件的纵向截面图，其使用一磁性偶联的涡轮来产生动力。图22是沿图21的平面A的径向截面图。

如图21所示，系统包括外外壳280和内外壳282。系统还包括一设置在内外壳282内的CVT。CVT包括CVT球组件284。球组件284偶联到CVT环形输入环286和CVT环形输出环288。因此，CVT具有一球-环形的设计。环形输入环286通过磁性偶联292偶联到涡轮组件290。然而，环形输入环可以使用本技术领域内已知的任何合适的偶联来偶联到涡轮组件。涡轮组件用作为一CVT的动力源。涡轮组件可包括本技术领域内已知的任何合适的涡轮组件。

系统还包括偶联到CVT环形输入环286的轴承组件294。轴承组件294可包括本技术领域内已知的任何合适的轴承组件。此外，系统包括偶联到CVT的环形输出环288的偏移的心轴296。如上所述，偏移心轴可用来将CVT的输出偶联到系统的一个或多个部件(例如，底部开孔组件、钻头，或钻头轴)。系统还包括控制副系统298，其通过双向的蜗轮蜗杆齿轮组件300、轴承组件302以及控制臂304偶联到球组件284。因此，控制臂通过一齿轮和齿组件附连到CVT机构，允许将控制臂的平移转换为CVT机构内的控制球的转动。控制臂使用连接到控制组件的蜗轮蜗杆齿轮而作平移。控制副系统298可偶联到控制电子器件并被控制的电子器件306所控制。控制的电子器件306可包括本技术领域内已知的任何合适的电子器件。例如，控制副系统可包括一诸如线性电机或步进电机之类的电机。电机可受控制的电子器件所控制。控制的电子器件包括一带有传感器的导航包，用来测量一地表的参考框架，一带有电机控制器的反馈系统，以及通讯能力。

在近乎水平和水平钻孔或井的操作中，对其工具可开发出一非常过分简单的控制副系统。一个这样的控制副系统包括一偏心质量，其独立于系统外壳可转动。因此，偏心质量基本上参照于重力。输出轴可以通过电机进行设定以保持在一给定的角度。偏心质量控制组件的设计提供一非常简单的控制副系统。在某些应用中，偏心质量可替代传感器系统、加速度计或磁力计，用来测量一地表参考框架。例如，由于偏心质量固有地参照于重力的缘故，所以其可提供必要的控制反馈。

图21中所示的概念包括一单级的CVT。然而，应该指出的是，可以实施多级的CVT，为更大的精确度，可从两个或多个传输级起，当与涡轮组件一起操作时，其可能最为必要。当确定是否较佳地使用诸如CVT型的多级时，应考虑若干个因素，即，实施特殊的设计、输入和输出盘的平均转动速度、采用的控制副系统的精度，以及对于输出轴所需要的精度。

在使用多级的设计中，可采用各种类型的齿轮减速装置。可实施一多级的CVT，以及固定齿轮比的装置、协调装置等。例如，一固定齿轮比的装置或协调装置可偶联到一CVT。一固定齿轮比的装置和一协调装置可以构造成对CVT的传动比提供提高的控制。这些齿轮减速装置可用作为一固定的减速装置，或可具有其自己独立的控制以达到一恒定的输出范围。协调装置的实例示于授予Kumm的美国专利Nos.4,768,996、授予Kumm的4,810,234、授予Kumm的4,824,419、授予Kumm的5,011,458，本文援引这些专利以供参考，并作充分的阐述。容纳在本文中所述的一系统中的一协调装置可如这些专利中所述地进行构造。可实施若干个方法来从一个或多个这些的装置中形成一“自动的”传动装置。

对于CVT输入的转动动力的产生可取自于各种装置。如上所述，图21所示的实施例使用一流体的涡轮来对系统产生动力。图23-26中所示的实施例提供利用对CVT形成输入转动的各种装置的替代的设计实施例。图23示出一利用非转动稳定器作为一转动输入的CVT转动的可操纵的系统设计的实施例。如图23所示，系统包括CVT308，其通过偏移的心轴312、转动的驱动头314和偏心的插座316而偶联到钻头轴310。系统还包括CVT控制副系统318，其构造成控制CVT的一个和多个参数。此外，系统包括偶联到钻头轴310的万能接头320。因此，系统构造成一对准钻头系统。非转动的稳定器322用作为一CVT308的转动系统。非转动的稳定器可以通过设置在管状轴环326内的磁性偶联324而偶联到CVT。然而，非转动的稳定器可以使用本技术领域内已知的任何合适的偶联来偶联到CVT。如图23所示，系统还包括上径向轴承328和设置在管状轴环326内的推力轴承330，管状轴环326可包括本技术领域内已知的任何合适的轴承。图23所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图24示出使用一非转动的偏心质量作为CVT的一转动输入的CVT转动可操纵的系统的另一变化的实施例。如图24所示，该系统包括机械的CVT332，其通过偏移的心轴336偶联到钻头轴334。系统还包括偶联到钻头轴334的万能接头338。此外，系统包括用作为CVT332的转动输入的非转动的偏心质量340。图24所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图25示出使用一Moyno或正位移的马达(PDM)作为一转动输入的CVT转动可操纵的系统的另一变化的实施例。如图25所示，该系统包括通过偏移的心轴346、转动的驱动头348和偏心插头350而偶联到钻头轴344的CVT342。系统还包括偶联到钻头轴344的万能接头352。此外，系统包括偶联到CVT342的CVT控制副系统353。CVT控制副系统353构造成控制CVT342的一个和多个参数。系统还包括设置在管状轴环356内的PDM354。PDM354通过磁性偶联358而偶联到CVT342。然而，PDM354可使用本技术领域内已知的任何合适的偶联来偶联到CVT342。图25所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图26示出使用一Moyno或PDM作为一转动输入以及用于钻头轴的一附加的驱动机构的CVT转动可操纵的系统的另一变化的实施例。如图26所示，该系统包括CVT360。驱动轴362用作CVT360的输出轴并通过偏移的心轴366、转动的驱动头368和万能接头370而偶联到钻头轴364。系统还包括偶联到钻头轴364的推力轴承372。此外，系统包括偶联到CVT360的CVT控制副系统374。CVT控制副系统374构造成变化CVT360的一个和多个参数。系统还包括设置在管状轴环378内并通过磁性偶联380偶联到CVT360的PDM376。然而，PDM376可通过本技术领域内已知的任何其它的偶联来偶联到CVT360。图26所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

一使用一非转动的稳定器(NRS)的系统的实施例允许稳定器和轴环之间作相对转动。该转动用作为机械CVT的输入并提供一简单的机构和控制结构。在该设计中，非转动的稳定器偶联到CVT输入，而控制副系统附连到轴环。CVT具有近似1∶1的齿轮比。CVT纠正由于钻孔内的NRS的转动引起的系统内的漂移。转动的频率通常非常小，例如，在几赫兹的量级上。图18和19所示类型的锥-盘CVT可用于这样的实施例中。系统的控制电子器件也可简化，因为控制系统不必补偿底部开孔组件的蠕动。蠕动是钻孔中的一种现象，其中，当转动能储存和被钻孔链释放时，摩擦力导致每分钟转数(rpm)发生大的变化。

如上所述，图24中提出的概念使用一偏心质量来对一CVT输入提供相对转动。该概念相对于由美国专利No.5,617,926中Eddison等人所描述的概念提供一相当大的改进。例如，由Eddison等人所提出的概念不提供对钻头轴的方向矢量的精确控制，如Eddison等人所描述的，如果要求的扭矩大于偏心质量所提供的扭矩，则系统会变得不稳定。图24中所考虑的系统克服这些设计的局限，同时提供一精确控制钻头轴的装置。该概念还允许超过最大扭矩输出而没有系统不稳定的风险。

一对准钻头系统的第三实施例使用一也可称之为一Moyno泵的正位移电机(PDM)作为如上所述的CVT的输入。如图25所示，CVT可直接地或间接地偶联到PDM。如图26所示，一变化的实施例允许PDM通过为控制的目的而偶联到CVT的一轴在钻头处提供附加的动力。

同样地，控制副系统可用于各种转动的可操纵的偏置单元，其在成本、可靠性和功能上具有很大的改进。两个变化的实施例示于图27和28中。图27示出使用同步的偏置单元的CVT的转动的可操纵的系统的一实施例。如图27所示，该系统包括机械的CVT382。控制的电子器件(未示出)集成到CVT内。机械的CVT382的输入轴384偶联到涡轮组件386。然而，机械的CVT382可偶联到本技术领域内已知的任何合适的动力源。机械的CVT382的输出轴388通过控制阀392偶联到钻头连接器390。此外，致动器394偶联到钻头连接器390。各致动器394偶联到一液压端口396，致动器可通过端口396进行致动和控制。图27所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图28示出使用一用于偏置单元的弯曲轴的CVT转动可操纵的系统的另一变化的实施例。该系统包括偶联到柔性轴400的机械CVT组件398和偏心环挠曲装置402。系统还包括偶联到柔性轴400的支点轴承404。图28所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

如上所述，CVT机构可用于需要转动的动力转换的各种向下钻进的应用。CVT控制也可在其它向下钻进的应用中用于变化相对转动。作为一实例，一CVT可用作为泥浆遥感勘测系统中的控制机构。然而，应该理解到，CVT可在本技术领域内已知的任何其它边钻孔边测量的系统中用作为一控制机构。一CVT可在其中用作为一控制机构的边钻孔边测量的系统的实例包括以下的系统：在钻孔过程中依赖于振动的系统、使用凸轮以特定的速度上下移动的系统、在专利中描述的边钻孔边测量的系统，本文援引这些专利以供参考，并作充分的阐述，以及本技术领域内已知的任何其它边钻孔边测量的系统。

一泥浆脉动遥感勘测系统的实例由Strom等人在美国专利No.4,103,281中作了描述，本文援引这些专利以供参考，并作充分的阐述。该系统包含一ECVT伺服系统。对该系统的基本概念图示于图29中。如图29所示，该系统包括通过偶联410而偶联到调制器408的马达406。调制器408包括转子412和定子414。系统还包括偶联到马达406的马达控制电子器件416。马达控制电子器件416可根据传感器418的输出变化一个或多个马达参数。动力通过涡轮422施加到交流发电机420，涡轮通过偶联424偶联到交流发电机。系统还包括交流发电机电压控制426，该电压控制426构造成将交流发电机的输出电压调节到一合适值以便被系统使用。

图29中所示的系统可通过包容一机械CVT系统而相当地进行改进。基于CVT的系统相对于图29中所示的系统具有若干个优点，其包括较小的尺寸、提高的可靠性和较低的成本。通过包容一机械CVT系统而也可相当地进行改进的边钻孔边测量或边钻孔边测井类型系统的其它附加的实例示于以下的美国专利中：授予Godbey的3,309,656、授予Manning的3,764,970、授予Sexton等人的3,770,006、授予Patton的3,789,355、授予Patton等人的3,792,429、授予Sexton等人的3,820,063，以及授予Sexton等人的3,886,495，本文援引这些专利以供参考，并作充分的阐述。此外，本文所述的系统还可如这些专利中所述地进行构造。

机械CVT控制的边钻孔边测量(MWD)脉动系统的两个变体示于图30和31中。如图30所示，一构造成实施泥浆脉动遥感勘测的系统包括一机械CVT代替图29的ECVT伺服控制系统。具体来说，图30所示的系统包括CVT428。动力通过涡轮组件430供应到CVT428。尤其是，CVT的输入偶联到涡轮组件。然而，任何其它合适的动力源可用于系统中。系统还包括CVT控制电子器件432，它们构造成变化一个或多个CVT428的参数。CVT428的输出通过偶联436而偶联到调制器434。CVT428构造成控制该调制器。在某些实施例中，CVT428可构造成变化调制器操作而调制一声波或压力波的遥感勘测信号的频率。在其它的实施例中，CVT428可以构造成控制调制器，以使调制器的相对转动速度基本上恒定不变。在还有一实施例中，CVT可构造成控制调制器的相对位置。该相对位置可以是转动位置或可以转换为一轴向位置。

如上所述，调制器434包括转子438和定子440。然而，应该理解到，本文中所描述的调制器可包括本技术领域内已知的任何调制器。例如，调制器可以构造为一报警调制器。在其它的实例中，调制器可以构造成一相对位置型的调制器。在一不同的实例中，调制器可以构造成一正脉冲型调制器或一负脉冲型调制器。在某些实施例中，调制器可包括一CVT偶联到其上的转动阀。转动阀可以构造成将一部分钻孔流体倾注到一环腔内。或者，转动阀可以构造成阻塞系统钻孔链内的一部分流动。在另一实例中，调制器可包括一CVT与其偶联的球螺旋摆动器。在一不同的实例中，调制器可包括一阀，其构造成沿轴向地进行操作。在还有一实例中，调制器可形成一孔内的限制。

系统还包括传感器442。传感器442可包括本技术领域内已知的任何合适的传感器。此外，尽管系统在图30中显示为具有一传感器，但应该理解到系统可包括一个以上的传感器。各个传感器可以类似地或不同地进行构造。图30所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图31示出一使用一CVT的泥浆脉动遥感勘测系统的另一实施例。如图31所示，系统包括CVT444。CVT444通过偶联448而偶联到调制器446。如上所述，调制器446包括转子450和定子452。系统还包括CVT控制副系统454，其可以构造成变化CVT的一个或多个参数。此外，系统包括转动的能量储存装置456。转动的能量储存装置456通过CVT444偶联到调制器446。由调制器446产生的扭矩转换成储存在转动的能量储存装置456内的动能。转动的能量储存装置456构造成使储存的能量可用作为CVT444的动力源。在一实施例中，控制的副系统454可以偶联到转动的能量储存装置456。控制副系统可构造成控制CVT444以及控制转动的能量储存装置的转速，以使转动的能量储存装置在其操作限值内的转速上转动。图31所示的系统还可包括传感器458。传感器458可包括本技术领域内已知的任何合适的传感器。此外，尽管系统在图31中显示为具有一传感器，但应该理解到系统可包括一个以上的传感器。各个传感器可以类似地或不同地进行构造。图31所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图31所示的系统提供一泥浆脉动遥感勘测系统的概念性实施例，其使用一CVT来确保调制器内的转速基本上保持恒定。由调制器产生的扭矩转换成动能并储存在转动的能量储存装置内。呈最简化形式的该装置是一位于轴承上的转动质量。调制器和储存装置之间的高的齿轮比提供给调制器以相对低的频率转动，同时，在储存装置处提供一高的转速。CVT电子器件的控制系统确保在调制器处的恒定转速，以及改变频率而调制如Strom等人所述的声波或压力波遥感勘测信号的能力。电子器件的控制副系统还可对储存装置限制最大的转速，以将其保持在安全操作限制内。

转动的能量储存装置456构造成使储存的能量可用作为CVT444的动力源。在一实施例中，控制的副系统454可以偶联到转动的能量储存装置456。控制副系统可构造成控制CVT444以及控制转动的能量储存装置的转速，以使转动的能量储存装置在其操作限值内的转速上转动。图31所示的系统还可包括传感器458。传感器458可包括本技术领域内已知的任何合适的传感器。此外，尽管系统在图31中显示为具有一传感器，但应该理解到系统可包括一个以上的传感器。各个传感器可以类似地或不同地进行构造。图31所示的系统还可以如本文中所描述地进行构造。

图31所示的系统提供泥浆脉动遥感勘测系统的一概念性的实施例，其使用一CVT来确保调制器内的转速保持基本上恒定。由调制器产生的扭矩转换为动能并储存在一转动的能量储存装置内。呈最简单形式的该装置是一位于轴承上的转动质量。调制器和储存装置之间的高齿轮比提供调制器以相对低的频率转动，同时，在储存装置处提供高的转速。CVT电子控制系统在调制器处确保恒定的转速，以及改变调制由Strom等人所描述的声波或压力波遥感勘测信号的频率的能力。电子控制副系统还可对储存装置限制最大转速，以将其保持在安全的操作限值内。限制rpm的一简单的设计可以通过一电磁制动机构来实现。

另一可能的方案是将遥感勘测和转动的可操纵系统(RSS)组合到一单一的包内，由此，获得包的紧凑和成本降低的额外的好处。这样一系统的概念性图示于图32中。如图32所示，该系统包括CVT460。CVT460设置在管状轴环462内。CVT460还通过偶联466而偶联到调制器464。如上所述，调制器464包括转子468和定子470。系统还包括可如上所述进行构造的转动的能量储存装置472。例如，转动的能量储存装置472通过CVT460偶联到调制器464。此外，由调制器464产生的扭矩转换为储存在一转动的能量储存装置472内的动能。转动的能量储存装置472构造成使储存的能量可用作为CVT460的动力源。系统还包括偶联到CVT460的CVT控制电子器件474。CVT控制电气器件474构造成变化CVT460的一个或多个参数。

因此，图32中所示的系统包括控制系统的泥浆脉动遥感勘测部分的调制器的CVT460。该系统还可包括附加的CVT476。CVT476可以构造成控制一个或多个系统部件的转动。在一特殊的实施例中，一个或多个系统部件可包括偏置副系统的一个或多个部件。此外，偏置副系统可构造为一转动的可操纵的系统。例如，CVT476可以通过偏移心轴480、转动的驱动头482和偏心的插座484而偶联到钻孔轴478。万能接头486还偶联到钻孔轴478。CVT476可以偶联到控制副系统，其与CVT460的控制副系统分离和/或不同于CVT460的控制副系统。例如，系统可包括控制副系统488，其构造成变化CVT476的一个或多个参数。然而，CVT460和CVT476可偶联到同一动力源。例如，转动的能量储存装置472可偶联到CVT460和CVT476，以使转动的能量储存装置可对两个CVT提供动力。因此，转动的能量储存装置472被两个独立的CVT利用，它们分别地控制遥感勘测和定向工具，使调制器用作将流动转换为储存于储存装置的高rpm能量。在一变化的实施例中，CVT460和CVT476可被一单一的CVT所替代，其构造成控制调制器以及偏置副系统的一个或多个部件的相对转动。

以上详细所述的各个系统可用来执行各种方法。例如，用来钻孔的一个方法包括对一CVT的输入轴供应动力。该方法还包括在钻孔过程中使用CVT来控制一个或多个系统部件的转动。还如以上所述，该一个或多个系统部件偶联到CVT的输出轴。CVT还可如上所述地进行构造。例如，在一实施例中，CVT可构造成一IVT。

在一实施例中，方法可包括根据对于钻孔所选定的一个或多个特征值来变化CVT的传动比。在另一实施例中，方法可包括根据其中进行钻孔的一构造的一个或多个特征值来变化CVT的传动比。在任一实施例中，CVT的传动比还可如上所述地变化。在某些实施例中，方法可包括在钻孔过程中用电气的、电磁的、机械的、液压的，或它们的某种组合等的方法来变化CVT的一个或多个参数。还可如上所述地变化一个或多个参数。此外，方法可包括在钻孔过程中主动地或被动地变化CVT的一个或多个参数。该方法可包括本文中所述的任何其它的步骤。

一另外的实施例涉及到完成一井的方法。该方法包括供应动力到一CVT的输入轴。该方法还包括在完成井的过程中使用CVT来控制一个或多个构造工具的部件(例如，控制一个或多个构造工具部件的转动或位置)。一个或多个构造工具的部件偶联到CVT的一输出轴。在一实施例中，方法还可包括将向下钻进设备定向在一井孔内以连接一用于钻削多个侧向井的门闩装置。在另一实施例中，方法可包括将向下钻进设备定向在一井孔内，以将传感器定位在钻孔内或打开或关闭系统的控制部件(例如，一阀)。在某些实施例中，方法可包括使用CVT来控制一向下钻进泵的相对转动，以便以最大效率和泵送流体的最优转速来操作该泵。在另一实施例中，方法可包括使用一滚珠螺旋器将转动转换为沿一管的长度的轴向运动。以最大效率和泵送流体的最优转速来操作该泵。在另一实施例中，系统可构造成使用一滚珠螺旋器将转动转换为沿一管的长度的轴向运动。在一实施例中，轴向运动可在井的钻孔内沿轴向定位一个或多个构造工具的部件。该一个或多个构造工具的部件可包括控制元件、传感器、阀，或它们的某种组合。该方法可包括如本文中所述的任何其它步骤。

可用上述系统来执行的另一方法包括一定向地钻削一钻孔的方法。一个这样的方法包括在钻削钻孔的过程中使用一偏置的副系统控制一底部开孔组件的趋势。如上所述，偏置副系统可构造成一转动的可操纵的系统。此外，偏置副系统可包括一个或多个可调整的稳定器。还如上文中所述的，偏置的副系统可以构造成一推动钻头系统或一对准钻头系统。控制底部开孔组件的趋势可包括在两个或三个尺寸中控制底部开孔组件的趋势。此外，控制底部开孔组件的趋势可包括转动地定位底部开孔组件或轴向地定位底部开孔组件。

该方法还包括在钻孔过程中使用一CVT来控制偏置的副系统的一个或多个部件的相对转动。一个或多个部件偶联到CVT的输出轴。如上所述，CVT可构造成一IVT。在某些实施例中，方法还可包括根据对钻孔选定的一个或多个特征，和/或根据其中进行钻孔的一构造的一个或多个特征而变化CVT的传动比。在一实施例中，方法还可包括在钻削钻孔过程中电气地、电磁地、机械地、液压地，或它们的某种组合的方式来变化CVT的一个或多个参数。此外，该方法可包括在如上所述的钻孔过程中主动地或被动地变化CVT的一个或多个参数。该方法还可包括本文所述的任何其它步骤。

可用上述系统来执行的另一方法包括一实施泥浆脉动遥感勘测的方法。一个这样的方法包括使用一偶联到一调制器的CVT来控制泥浆脉动遥感勘测系统的一调制器。在一实施例中，方法可包括使用CVT来变化调制器进行操作的一频率，以调制一声波或压力波的遥感勘测信号。在另一实施例中，调制器可构造成使调制器的相对转动速度基本上保持不变。在某些实施例中，方法可包括将由调制器产生的扭矩转换为动能，储存该动能，且使用储存的动能用作为CVT的动力源。在一实施例中，方法还可包括使用CVT来控制偏置副系统的一个或多个部件的相对转动。在一不同的实施例中，方法可包括使用一附加的CVT来控制偏置副系统的一个或多个部件的相对转动。在一个这样的实施例中，方法可包括将由调制器产生的扭矩转换为动能，储存该动能，且使用储存的动能用作为CVT和附加CVT的动力源。该方法还可包括本文所述的任何其它步骤。

此外，可使用上述的系统和方法来钻削各种钻孔。图33示出使用图20中所示的系统钻削出的钻孔的一实例。示于图20和33中的元件和可以类似地进行构造的元件已经使用相同的标号来表示。还如图33所示，系统钻削出钻孔490。尽管钻孔490在图33中显示为沿大致垂直方向钻削，但应该理解到，钻孔也可以各种方向或角度(例如，水平地)进行钻削。此外，尽管全部的钻孔显示为沿一个一般的方向进行钻孔，但应该理解到，钻孔的不同部分可以沿不同的方向进行钻孔。

系统包括钻孔链492和一支承钻孔内的钻孔链的支承台架(未示出)。钻孔链492包括钻头494、一个或多个钻孔轴环496，以及延伸入钻孔内的一长度的钻管498。该管偶联到一传动钻杆(kelly)(未示出)，其延伸通过一转动的驱动机构(未示出)。致动转动的驱动机构可转动传动钻杆，传动钻杆又转动钻管和钻头。

定位在钻孔入口附近的是一钻孔流体循环系统(未示出)，其将钻孔流体(通常指泥浆)向下循环到钻孔内。在钻孔过程中，泥浆向下循环通过钻管，通过钻头内的射流(未示出)退出而进入环腔，并返回到被系统所接纳的上向钻孔。循环系统可包括本技术领域内已知的任何合适的循环系统。从向下钻进孔返回的泥浆从箱500内的一孔在钻孔490嘴附近退出，该孔在钻孔壁和钻管之间提供流道502。图33所示的系统和钻孔还可以如本技术领域内已知的方式进行构造。在一特定的实施例中，图33所示的系统还可如授予Strom等人的美国专利No.4,103,281所述进行构造，本文援引该专利以供参考，并作充分的阐述。

图34示出一本文中所述的系统，其应用于钻削诸如一油井中的钻孔之类的钻孔。如图34所示，系统600偶联到一传动装置602。系统600可以根据上述任一实施例进行构造。在此实施例中，传动装置602可包括一钻孔链。或者，传动装置602可包括本文中所述的任何其它传动装置系统，或本技术领域内已知的任何其它传动装置系统。当钻孔在构造606内进行时，传动装置602在钻孔604内移动系统600。构造606可包括本技术领域内已知的任何构造。如图34所示，钻孔是多角度的钻孔。换句话说，钻孔由系统600定向地进行钻削。或者，钻孔可沿单一方向钻削。平台608位于构造606表面610上方。平台608可如本技术领域内已知的方式进行构造。台架612设置在平台608上并偶联到钻孔604内的传动装置602。台架可包括本技术领域内已知的任何合适的台架。

尽管上述实施例已经一般地参照油井钻孔应用进行了描述，但应该理解到，本文所述的系统和方法可用于各种其它的应用。例如，本文所述的系统和方法可用于建筑应用，以及用于在地下安装管子或其它设备的应用中。

在一特殊的实例中，图35示出一水平方向的钻孔(HDD)应用，其在地表障碍物下方安装管子，其中，可使用本文所述的系统。如图35所示，图中所示的HDD是一采取不挖沟渠安装地下管子的技术，在此情形中，如一河流。然而，HDD技术也可用来在任何其它障碍物下面或周围进行钻孔。由于HDD技术类似于对一油井的定向钻孔，所以钻管和向下钻进孔工具一般是可互换的。

示于图35中的第一阶段包括沿着一设计的定向路径定向地钻削一相对小直径的先导孔。在所示的实例中，水平的钻孔台架620和钻管622可分别包括本技术领域内已知的任何合适的钻孔台架和钻管。此外，在某些实施例中，钻管可用不同的传动装置替代。可根据本文所述的任何实施例来构造系统624。系统624构造成从进入点630在河634下面沿大致的方向632将孔626钻入构造628内。该构造可包括本技术领域内已知的任何构造。钻孔流体(未示出)可从进入点630附近的包围钻管622的环形空间636退出钻孔。还如图35所示，设计的钻孔路径638还必须钻入构造628内。在钻孔完成时，钻孔设计成在退出点640处退出构造。

掌握本发明优点的本技术领域内的技术人员将会认识到，可以认为本发明提供了使用用于钻削和其它应用的连续可变传动机构的系统和方法。本技术领域内的技术人员根据本文的描述将显然会明白本发明各个方面的其它改型和变体的实施例。因此，本文的描述应被认为仅是说明性的描述，且其目的是对本技术领域内的技术人员传授实现本发明的一般的方法。应该理解到，本文所显示和描述的本发明的形式可看作是目前优选的实施例。本文中所展示和描述的元件和材料可以替代，零件和过程可以反过来，可以独立地使用本发明的某些特征，本技术领域内的技术人员在掌握本发明描述的优点之后显然会明白所有这些好处。在不脱离由附后的权利要求书所描述的本发明的精神和范围的前提下，本文所述的诸元件可以作出各种变化。

Claims (24)

1.一构造成用来钻孔的系统，该系统包括一底部开孔组件，其中，底部开孔组件包括一机械的连续可变的传动装置，其中，机械的连续可变的传动装置的一输入轴偶联到一动力源，且其中，机械的连续可变的传动装置的一输出轴偶联到一个或多个系统部件上，以使机械的连续可变的传动装置控制一个或多个系统部件的转动。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置包括机械元件、锥形元件、球形元件、盘形元件，或环形元件，其中，机械元件、锥形元件、球形元件、盘形元件，或环形元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置包括一个或多个与皮带轮元件偶联的皮带，其中，皮带轮元件的有效直径控制一个或多个系统部件的转动。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置包括一齿轮和齿组件，该组件将控制臂偶联到机械的连续可变的传动装置的机械元件上，其中，控制臂的平移转换为机械元件的转动，而其中，机械元件的相对转动控制一个或多个系统部件的转动。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置的输出轴还通过一心轴偶联到一个或多个系统部件。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置包括一经过其纵向轴线的中心圆柱，其中，该中心圆柱构造成使钻孔流体可流过该中心圆柱。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一偶联到机械的连续可变的传动装置的控制副系统，其中，控制副系统包括：一电气的副系统、一电磁的副系统、一机械的副系统、一液压的副系统、或它们的某种组合，并构造成改变机械的连续可变的传动装置的一个或多个参数。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过系统诸元件之间的相对转动、或系统的一个或多个元件和待钻孔的一构造之间的相对转动产生动力源。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，动力源包括一涡轮组件、一电机、一正向位移马达，或一与正向位移马达组合的涡轮组件。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置构造为一无限可变的传动装置。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一偶联到机械的连续可变的传动装置的固定齿轮比的装置或协调装置，其中，固定齿轮比的装置或协调装置构造成对机械的连续可变的传动装置的传动比提供提高的控制能力。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还构造为一可转动操纵的系统。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还构造为一边钻孔边测量的系统。

14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一偏置的副系统。

15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还构造为使用一挠曲工具以某一角度钻削钻孔。

16.一钻削一钻孔的方法，其包括：

对一包括在一底部开孔组件内的机械的连续可变的传动装置的输入轴供应动力；以及

在钻孔过程中使用机械的连续可变的传动装置来控制一个或多个系统部件的转动，其中，一个或多个系统部件偶联到机械的连续可变的传动装置的输出轴。

17.一由一方法钻削出的钻孔，该方法包括：

对一包括在一底部开孔组件内的机械的连续可变的传动装置的输入轴供应动力；以及

在钻孔过程中使用机械的连续可变的传动装置来控制一个或多个系统部件的转动，其中，一个或多个系统部件偶联到机械的连续可变的传动装置的输出轴。

18.一构造成完成一井的系统，包括一底部开孔组件，其中，底部开孔组件包括一机械的连续可变的传动装置，其中，机械的连续可变的传动装置的一输入轴偶联到一动力源，且其中，机械的连续可变的传动装置的一输出轴偶联到一个或多个构造工具的部件，以使机械的连续可变的传动装置控制一个或多个构造工具的部件的转动。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，系统还构造成在井孔内定向向下钻进的设备，以在钻削多个侧向井的应用中连接一门闩装置。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，系统还构造成在井孔内定向向下钻进的设备，以在钻孔内定位传感器，或打开或关闭系统的一控制部件。

21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，机械的连续可变的传动装置还构造成控制向下钻进泵的相对转动，以泵送流体的最大效率和最优转速来操作该泵。

22.如权利要求18所述的系统，其特征在于，系统还构造成使用一滚珠螺旋器将转动转换为沿一管的长度的轴向运动。

23.一完成一井的方法，其包括：

对一包括在底部开孔组件内的机械的连续可变的传动装置的输入轴供应动力；以及

在完成井的过程中使用机械的连续可变的传动装置来控制一个或多个构造工具部件的转动，其中，一个或多个构造工具部件偶联到机械的连续可变的传动装置的一输出轴。

24.一由一方法完成的井，该方法包括：

对一包括在底部开孔组件内的机械的连续可变的传动装置的输入轴供应动力；以及

在完成井的过程中使用机械的连续可变的传动装置来控制一个或多个构造工具部件的转动，其中，一个或多个构造工具部件偶联到机械的连续可变的传动装置的一输出轴。

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