NO344006B1

NO344006B1 - Et styreverktøy for bruk under boring av et borehull

Info

Publication number: NO344006B1
Application number: NO20180498A
Authority: NO
Inventors: Kennedy Kirkhope; Paul Rieder; Lisa Yung; Richard T Hay; Gary M Crase
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-08-12
Also published as: BRPI0710493A2; EP2007964B1; US7413034B2; WO2007115397A1; EP2007964A1; AU2007236499B2; MX2008012994A; AU2007236499A1; CA2647032C; EP3098377B1; NO20084692L; CA2647032A1; NO20180498A1; EP2007964A4; NO342610B1; US20070235227A1; EP3098377A1

Description

Teknisk område

Et styreverktøy for bruk under boring av et borehull.

Oppfinnelsens bakgrunn

I vertikal boring er et typisk mål å bore et ensartet vertikalt borehull på en måte som minimerer antallet og størrelsene av utilsiktede avvik av borehullet fra vertikalen. I retningsboring er et typisk mål å bore et borehull langs et eller flere forutbestemte spor for å nå et underjordisk mål på en måte som minimerer antallet og størrelsen av utilsiktede avvik og andre utilsiktede retningsendringer av borehullet.

I begge tilfeller er det ønskelig å ha evnen til å styre boreretningen under boring, siden forekomsten av utilsiktede retningsendringer kompliserer både boring og ferdigstillelse og kan øke mengden av nødvendig tid for å bore og ferdigstille borehullet.

Utilsiktede retningsendringer i et borehull kan være forårsaket av slike årsaker som karakteristikken av formasjonen det bores i, karakteristikken av borestrengen eller av fenomener slik som kronevandring og reaktivt moment. Det resulterende borehull kan vise krokethet eller spiralisering, og kan omfatte knekker og/eller kilespor og kan forårsake øket slep og moment på borestrengen, borestrengsvikt og produksjonsproblemer. Borehullet kan også bomme på et tiltenkt underjordisk mål.

Mangfoldige valgmuligheter er tilgjengelige for å gjøre styreevne tilgjengelig for et boreverktøy under boring i en anstrengelse for å sikre rettlinjethet og/eller ønsket retning av borehullet.

I retningsborende anvendelser er en første valgmulighet å feste et bøyd hus eller en bøyd undergrunns, nedihulls boremotor til enden av borestrengen som et styreverktøy. Når styring er nødvendig (slik som for eksempel for å korrigere virkningene av utilsiktet retningsendring) kan borestrengen bli holdt tilbake fra å rotere, og boremotoren kan bli rettet i en ønsket retning og drevet for både boring og styring i en "glidende boremåte". Når styring ikke er nødvendig kan borestrengen og boremotoren bli rotert sammen i en "roterende boremåte". Én fordel med denne første valgmulighet er dens forholdsvise enkelhet. Én ulempe med denne første valgmulighet er at styring bare er mulig i den glidende boremåte. En andre ulempe ved denne første valgmulighet er at rettlinjetheten av borehullet i roterende boring kan være truet av tilstedeværelsen av den bøyde boremotoren.

En andre valgmulighet for å styre i retningsborende anvendelser er bruken av et "roterende styrbart" boresystem som et styreverktøy. I et roterende styrbart boresystem kan borestrengen bli rotert mens boreverktøyet blir styrt enten ved å bli rettet eller ved å bli skjøvet i en ønsket retning, enten direkte eller indirekte av en styreanordning eller styreanordninger. Et roterbart styrbart boresystem kan omfatte en komponent som ikke er roterende i forhold til borestrengen for å kunne sørge for et referansepunkt for en ønsket retning og en festelokalisering for styreanordningen eller -anordningene. Alternativt kan et roterende, styrbart boresystem være "fullt roterende".

Én fordel ved roterende styrbare boresystemer er at de kan sørge for forholdsvis høy styrenøyaktighet. Én ulempe ved roterende styrbare boresystemer er at de har en tendens til å være forholdsvis dyre og forholdsvis kompliserte apparater, delvis som følge av nødvendigheten av å avgjøre orienteringer og retninger i tre dimensjoner for retningsborende anvendelser.

US-patent nr 5 168 941 (Kruger m. fl.) beskriver et boresystem som omfatter en rekke av utstrekkbare og tilbaketrekkbare kraftoverførende deler og trykkdeler som blir aktuerte som svar på posisjonsdata fra sensorer. De kraftoverførende deler og trykkdelene blir hydraulisk aktuert av elektrisk opererte styreventiler ved å bruke borefluid som hydraulikkfluidet. Det aktuerende trykk blir fremstilt ved etableringen av høytrykks og lavtrykks borefluidstyringer gjennom bruken av reguleringsspjel enten innenfor verktøyet eller i borehullet.

US- patent nr 5 603 386 (Webster) beskriver et boresystem som omfatter en rekke av utstrekkbare og tilbaketrekkbare stabilisatorblader. Systemet kan bli brukt for vertikal brønnstyring. Under bruk i vertikal brønnstyringsanvendelser blir stabilisatorbladene hydraulisk aktuert som svar på bevegelse av kulelager følere som danner en forbindelse i en "hydraulisk solenoid" når verktøyet avviker fra vertikalen. Et system av pilotventiler blir aktuert av den hydrauliske solenoid for å kunne strekke ut eller trekke sammen stabilisatorbladene. Det aktuerende trykk blir fremstilt ved å bruke en pumpe.

For vertikale boreanvendelser blir flere valgmuligheter for styreverktøy fremlagt innenfor den kjente teknikk for å sørge for styreevne for et boreverktøy under vertikal boring av et borehull.

US-patent nr 2 075 064 (Schumacher m. fl.) beskriver et styreverktøy for bruk i roterende boring som omfatter en fritt svingende pendel festet i en tønne, en lukkende plate plassert ved den nedre ende av pendelen, og et flertall av utløpsporter forbundet med den lukkende plate. I drift vil avvik av borestrengen fra vertikalen føre til blokkering av utløpsporten inntil den nedre side av borehullet, med følgen at borefluid som strømmer gjennom tønnen helst blir rettet mot den høye siden av borehullet for å utøve en kraft for å rette borestrengen tilbake til en vertikal orientering.

US-patent nr 2 153 680 (Schumacher m.fl) beskriver et styreverktøy for bruk i roterende boring i hvilket et flertall av utløpsveier er forbundet med forseglende ringer plassert på en ytre overflate av en pendel festet i en tønne. I drift vil avvik av borestrengen fra vertikalen føre til at de forseglende ringer som forsegler utløpsveiene inntil den lave siden av borehullet, med det resultat at borefluid som passerer gjennom tønnen blir rettet mot den høye siden av borehullet for å utøve en kraft for å rette borestrengen tilbake til en vertikal orientering.

US-patent nr. 3 141 512 (Gaskell m.fl) beskriver et styreverktøy for bruk i glidende boring i hvilket en pendel i et foringsrør blir forbundet med et flertall av potensiometre. I drift vil avvik av borestrengen fra vertikalen forårsake at styresignaler blir fremstilt av potensiometrene, som i sin tur aktuerer en elektrohydraulisk styreventil, som fører til energitilførsel til én eller flere stempler lokalisert inne i foringsrøret og dreining av en nedre foringsrørseksjon i forhold til en øvre foringsrørseksjon for å bringe den nedre foringsrørseksjon på linje med pendelen. Sylindrene blir hydraulisk aktuert ved å benytte olje som hydraulikkfluidet, denne oljen blir trykksatt av en pumpe.

US-patent nr 3 243 001 (Vincent) beskriver et styreverktøy for bruk i roterende boring som omfatter en pendel i et hus med en ring ved dets nedre ende, som fungerer for selektivt å fremvise eller blokkere et flertall av porter som er lokalisert inntil den nedre ende av pendelen mens borefluid passerer gjennom huset. Portene kommuniserer med et flertall av kanaler og stempler og hver kanal er forsynt med et utløp for å sørge for et trykkfall i kanalen. I drift forårsaker avvik av borestrengen fra vertikalen at ringen blokkerer porten eller portene inntil den høye side av borehullet og fremviser porten eller portene inntil den lave side av borehullet. Fremvisning av porten eller portene ved den lave side av borehullet fører til aktuering ved borefluid av stemplet forbundet med porten, som i sin tur forårsaker at stemplet utøver en kraft på innsiden av huset for å dreie borestrengen i forhold til huset i en retning bort fra den lave side av borehullet.

US-patent nr. 3 637 032 (Jeter) og forbundne US-patent nr. Re. 29 526 (Jeter) beskriver et styreverktøy for bruk i roterende boring som omfatter et pendelinklinometer og et kompass som retningsfølende middel, som er festet i et hus og som sammen roteter i forhold til borestrengen med hastigheten av borestrengen og i motsatt retning for å kunne holde det retningsfølende middel i hovedsak ikke-roterende i forhold til jorden. I drift vil avvik av borestrengen enten i asimut eller vertikalt føre til aktuering av én eller flere mekaniske ventiler, som fører til selektiv belgoppblåsning av borefluid og utstrekking av ribber for å påføre en sideveis kraft på borekronen for å påskynde borestrengen tilbake på kurs.

US-patent nr. 5 314 030 (Peterson m.fl.) beskriver et styreverktøy for bruk i glidende boring som omfatter en oscillerende pendel som er festet på en roterbar boreaksel. Pendelen er tvunget slik at den kan oscillere bare i ett enkelt plan. I drift vil avvik av borestrengen fra vertikalen føre til liknende avvik av den oscillerende pendel. Amplitude- og faseforhold av oscillasjonen av pendelen i forhold til vinkelstillingen av boreakselen blir følt med en omformer for å fremstille styresignaler. Styresignalene blir brukt til å regulere fluidstråler fra borekronen, dette sørger for foretrukken gjennomskylning for å lede borekronen tilbake til en vertikal kurs.

US 2005/0150690 A1 beskriver en fremgangsmåte og apparat for foringsrør under boring uten bruk av en underreamer.

AutoTrak (TM) boresystemet, utviklet av Baker Hughes INTEQ er et automatisk styresystem for bruk i glideboring for å bore vertikale brønner. Derfor er AutoTrak (TM) systemet tenkt brukt i sammenheng med en boremotor. AutoTrak (TM) -systemet omfatter tre utstrekkbare og tilbaketrekkbare stabilisatorputer, inklinometre, mikroprosessorer og interne hydrauliske pumper. I drift vil avvik av borestrengen fra en ønsket retning bli følt av inklinometrene og føre til en aktivering av de hydrauliske pumper. Signaler fra inklinometrene blir gjort tilgjengelige for mikroprosessorene som beregner den nødvendige kraft for å overvinne avviket. De hydraulisk pumper leverer så en utstrekkende kraft til én eller flere av stabilisatorputene for å kunne rette borestrengen tilbake til den ønskede orientering. VertiTrak(TM) boresystemet, også utviklet av Baker Hughes INTEQ er en versjon av AutoTrak (TM) -systemet som har blitt tilpasset for bruk i vertikale boreanvendelser.

PowerDrive (TM) -boresystemet utviklet av Schlumberger, er et automatisk styresystem for bruk i roterende boring for å bore vertikale brønner. PowerDrive (TM) -systemet er et fullt roterende styrbart system. PowerDrive (TM) -systemet omfatter en forskyvningsenhet med utstrekkbare og tilbaketrekkbare puter. Forskyvningsenheten roterer med borestrengen. Utstrekkingen og tilbaketrekkingen av putene blir synkronisert med roteringen av borestrengen slik at putene blir strukket ut og trukket tilbake ved en fast rotasjonsorientering. Utstrekkingen og tilbaketrekkingen av putene blir styrt av en styreenhet som omfatter elektronikk og følere og er selvforsynt med kraft. Styreenheten er en "rullestabilisert plattform" som opprettholder en konstant orientering ved å rotete i forhold til borestrengen. PowerV (TM) boresystemet også utviklet av Schlumberger er en versjon av PowerDrive (TM) -systemet som har blitt tilpasset for bruk i vertikale boreanvendelser.

Det gjenstår et behov for et styreverktøy som er forholdsvis lett å konstruere og vedlikeholde, og som er forholdsvis enkelt å operere. Det gjenstår et behov for et styreverktøy som ikke trenger elektriske følere eller elektrisk aktuerte ventiler for å kunne utføre styrefunksjonen. Det gjenstår et behov for et styreverktøy som kan bli tilpasset for bruk i enten roterende boring eller glidende boring.

Sammendrag av oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelse er et styreverktøy for bruk ved boring av et borehull. Styreverktøyet er et hydromekanisk verktøy som ikke trenger elektrisk følere eller elektrisk aktuerte ventiler.

Styreverktøyet kan bli brukt ved boring av vertikale borehull eller ikke-vertikale borehull. I én foretrukken utførelse blir styreverktøyet konstruert for bruk ved boring av vertikale borehull.

Styreverktøyet er tenkt å være innlemmet i en borestreng. Styreverktøyet kan bli innlemmet i en borestreng i mange forskjellige konstruksjoner, avhengig av boreanvendelsen.

I en første konstruksjon blir styreverktøyet tilpasset til å bli konstruert som en komponent av en boremotor for å kunne sørge for styreevne for boremotoren. I en annen konstruksjon er styreverktøyet tilpasset som en komponent av et roterende styrbart boresystem av typen i hvilken en styremekanisme er roterbart forbundet med en borestreng. I en tredje konstruksjon er styreverktøyet tilpasset som en komponent av et fullt roterende styrbart boresystem av typen i hvilken en styremekanisme er forbundet med en borestreng slik at styremekanismen roterer med borestrengen. I foretrukne utførelser er styreverktøyet tilpasset for å bli konstruert som en komponent av en boremotor.

I alle konstruksjoner av styreverktøyet, omfatter styreverktøyet et rørformet hus, en verktøyaktiverende anordning, et flertall av hydraulisk aktuerte styreanordninger og et hydraulisk styresystem innplassert mellom den verktøyaktiverende anordning og styreanordningene.

I et mer spesifikt synspunkt er oppfinnelsen et styreverktøy for bruk ved boring av et borehull, omfattende:

a) et rørformet hus, huset har et indre, et ytre og definerer en boring av hus, b) en verktøyaktiverende anordning bevegelig støttet innenfor det indre av huset, den verktøyaktiverende anordning er i stand til å utføre en aktuerende bevegelse i forhold til huset,

c) et flertall av hydraulisk aktuerte styreanordninger satt i omkretsmessig avstand om det ytre av huset, styreanordningene er uavhengig aktuerbare mellom en tilbaketrukket stilling og en utstrukket stilling som et resultat av den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning, og

d) et hydraulisk styresystem oppbevart innenfor det indre av huset og driftsmessig satt inn mellom den verktøyaktiverende anordning og styreanordningene for å omforme den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning til uavhengig aktuering av de styrende anordninger mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrukne stilling.

Styreverktøyet kan bruke hvilket som helst egnet fluid som et hydraulikkfluid i det hydrauliske styresystem. For eksempel kan styreverktøyet bruke borefluid som hydraulikkfluid.

Helst vil imidlertid styreverktøyet videre omfatte et annet hydraulikkfluid enn borefluid for bruk i det hydrauliske styresystem og helst blir hydraulikkfluidet isolert fra andre fluider slik at det hydrauliske styresystem er et "lukket system".

Hydraulikkfluidet kan omfatte hvilke som helst hensiktsmessige naturlige eller syntetiske fluider som er kjent innen teknikken som et "hydraulikkfluid" og som er i stand til å motstå det miljø som styreverktøyet kan bli utsatt for. Hydraulikkfluidet kan omfatte tilsetningsstoffer slike som korrosjonshindrere og liknende.

I foretrukne utførelser omfatter hydraulikkfluidet et fluid som er kjent i teknikken som en "hydraulikkolje". En hensiktsmessig hydraulikkolje kan bli avledet fra naturlige eller syntetiske hydrokarboner. For eksempel kan en hydraulikkolje valgt fra Mobil SCH 600 Series (TM) av smøremidler som er formulert fra syntetiserte, voksfrie hydrokarbonbasefluider være hensiktsmessig for bruk som hydraulikkoljen i styreverktøyet.

Det hydrauliske styresystem bruker et forholdsvis lavtrykks hydraulikkfluid og et forholdsvis høytrykks hydraulikkfluid for å kunne aktuere styreanordningene mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrukne stilling. Som et resultat omfatter det hydrauliske styresystemet helst en kilde av det forholdsvis lavtrykks hydraulikkfluid og en kilde av det forholdsvis høytrykks hydraulikkfluid. Kildene kan være uavhengige eller de kan være forbundet med hverandre.

Helst omfatter det hydrauliske styresystem en trykksettende anordning for å sette hydraulikkfluidet under trykk for å gjøre tilgjengelig en forsyning av hydraulikkfluid under trykk som kilden av den forholdsvis høytrykks hydraulikkfluid.

Den trykksettende anordning kan omfatte hvilken som helst egnet struktur, anordning eller apparat som er i stand til å sette hydraulikfluidet under trykk. For eksempel kan den trykksettende anordning omfatte en anordning som benytter en omgivende kilde i nærheten av styreverktøyet for å sette hydraulikkfluidet under trykk. Alternativt kan den trykksettende anordning omfatte en pumpe.

Hvis den trykksettende anordning omfatter en pumpe, kan hvilken som helst type av pumpe bli brukt. Pumpen kan være konstruert som en komponent av styreverktøyet eller pumpen kan være lokalisert fjernt fra styreverktøyet. Helst er pumpen konstruert som en komponent av styreverktøyet.

Pumpen kan få kraft forsynt fra hvilken som helst egnet kraftkilde. For eksempel kan pumpen være elektrisk drevet, fluiddrevet eller pumpen kan bli drevet av den relative bevegelse mellom komponenter av styreverktøyet og/eller borestrengen.

Helst blir pumpen plassert delvis eller helt innenfor det indre av huset eller blir på annen måte forbundet med huset.

I noen foretrukne utførelser eller konstruksjoner kan styreverktøyet videre omfatte en aksel som strekker seg gjennom boringen i huset. Akselen kan omfatte eller kan være forbundet med en lengde av en borestreng eller med en motordrivaksel. Akselen kan definere en akselboring for å lede en borefluid gjennom styreverktøyet.

Akselen kan være i stand til å utføre en borende bevegelse i forhold til huset. Den borende bevegelse kan være en roterende eller en resiprokerende bevegelse.

I utførelser eller konstruksjoner av styreverktøyet som omfatter akselen, kan pumpen være forbundet med både huset og akselen og pumpen kan bli forsynt med effekt fra den borende bevegelse av akselen i forhold til huset. Hvor borebevegelsen av akselen er en roterende bevegelse, kan pumpen bestå av en egnet rotasjonspumpe. Hvor borebevegelsen av akselen er en resiprokerende bevegelse, kan pumpen omfatte en hensiktsmessig resiprokerende pumpe.

Pumpen kan være forbundet med huset og akselen på hvilken som helst måte. For eksempe kan pumpen omfatte en ringvolumpumpe som er forbundet med huset og akselen slik at komponenter av pumpen er forbundet med huset og akselen og slik at komponenter av pumpen også er lokalisert i et verktøyringvolum formet mellom huset og akselen.

Hvis pumpen er en rotasjonspumpe, kan en hensiktsmessig rotasjonspumpe for eksempel omfatte en tannhjulspumpe eller en tumleplatepumpe. I foretrukne utførelser omfatter pumpen en tumleplatepumpe som er forbundet med både huset og akselen.

Hvilken som helst type av tumleplatepumpe kan bli brukt i styreverktøyet.

Helst blir imidlertid tumleplatepumpen omfattet av en tumleplatepumpe som har blitt spesifikt konstruert for bruk i styreverktøyet.

En typisk tumleplatepumpe omfatter en tumleplate og en sylinder. Tumleplaten har en vinklet profil. Sylinderen omfatter en rekke av stempelsammenstillinger som er omkretsmessig avstandssatt rundt sylinderen. Hver av stempelsammenstillingene omfatter et stempel og en aktuatorflate med mulighet for resiprokering som er forbundet med stemplet. Tumleplaten og sylinderen roterer i forhold til hverandre for å kunne forårsake etter hverandre følgende resiprokering av stemplene når aktuatorflatene følger den vinklede profil av tumleplaten. I den typiske tumleplatepumpe roterer aktuatorflatene og tumleplaten i forhold til hverandre.

Den foretrukne tumleplatepumpe for bruk i styreverktøyet omfatter videre en stasjonær plate som er både svingbart og roterbart forbundet med tumleplaten, helst med en kulelagersammenstilling satt inn mellom tumleplaten og den stasjonære plate.

Den stasjonære plate er konstruert slik at tumleplaten roterer i forhold til den stasjonære platen og slik at aktuatorflatene og den stasjonære platen ikke roterer i forhold til hverandre. Som et resultat er det nødvendig at aktuatorflatene av stempelsammenstillinge i hovedsak bare beveger seg frem og tilbake i forhold til den stasjonære platen, og trenger ikke å følge den vinklede profilen av tumleplaten.

Den stasjonære plate kan omfatte et flertall av inngrepsflater som er tilpasset til å gå i inngrep med aktuatorflatene av stempelsammenstillingene. Inngrepsflatene kan omfatte topper eller fordypninger som defineres av den stasjonære plate og som er komplementære med de aktuerende flater slik at de aktuerende flater blir opprettholdt i toppene eller fordypningene under rotering av tumleplaten og frem- og tilbakegangen av de aktuerende flater i forhold til den stasjonære plate.

Det hydraulisk styresystem kan omfatte hvilken som helst struktur, anordning eller apparat som er i stand til valgbart og uavhengig å sørge for kommunikasjon av styreanordningene med hydraulikkfluidet under trykk. Det hydrauliske styresystem kan derfor omfatte en hensiktsmessig ventilapparat for å sørge for den nødvendige kommunikasjon. Ventilpparatet kan omfatte en enkelt ventilmekanisme som virker i sammenheng med alle styreanordningene eller kan omfatte et flertall av ventilmekanismer som hver virker i sammenheng med én eller flere av styreanordningene.

Helst omfatter det hydrauliske styresystem et flertall av ventilmekanismer, hvor hver av ventilmekanismene er forbundet med den verktøyaktiverende anordning og med én av styreanordningene og hvor hver av ventilmekanismene er i stand til valgbart å sørge for kommunikasjon av sin forbundne styreanordning med hydraulikkfluidet under trykk som et resultat av den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning.

Ventilmekanismene er mekanisk drevet som et resultat av den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning slik at ingen elektrisk effekt er nødvendig for å drive ventilmekanismene. Som et resultat omfatter hver av ventilmekanismene en mekanisk ventilaktuator for ventilmekanismen slik at én mekanisk ventilaktuator blir forbundet med hver av styreanordningene.

De mekaniske ventilaktuatorene kan omfatte hvilken som helst mekanisk struktur, anordning eller apparat som er forenlig med den verktøyaktiverende anordning og som er i stand til å muliggjøre at ventilmekanismene valgbart sørger for kommunikasjon med det trykksatte hydraulikkfluid som et resultat av den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning. Som et første ikke-begrensende eksempel kan de mekaniske ventilaktuatorer omfatte knapper eller reiler som kan bli flyttet av den verktøyaktiverende anordning. Som et andre ikke-begrensende eksempel kan de mekaniske ventilaktuatorene omfatte armer som kan bli flyttet av den verktøyaktiverende anordning.

I alle utførelser av de mekaniske ventilaktuatorer må de mekaniske ventilaktuatorer være i stand til å bli flyttet av den verktøyaktiverende anordning. Mer bestemt blir en aktuerende kraft forbundet med den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning, den aktuerende kraft må være tilstrekkelig til å forårsake bevegelse av de mekaniske ventilaktuatorer.

Helst er de mekaniske ventilaktuatorer plassert i det indre av huset. De mekaniske ventilaktuatorer er omkretsmessig avstandssatt omkring huset og er plassert inntil den verktøyaktiverende anordning, slik at de kan bli flyttet av den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning.

I foretrukne utførelser omfatter de mekaniske ventilaktuatorer aktuerende armer som er satt i omkretsmessig avstand omkring det indre av huset. De aktuerende armer kan være i hvilken som helst form eller størrelse som er forenlig med både den verktøyaktiverende anordning og huset.

De aktuerende armer omfatter et svingepunkt slik at de aktuerende armer svinger om svingepunktet som svar på den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning. Helst er de aktuerende armer i hovedsak balansert om svingepunktet slik at sentrifugalkraften som blir fremstilt under rotasjon av styreverktøyet ikke tenderer til å forårsake at de aktuerende armer svinger.

De mekaniske ventilaktuatorer blir helst konstruert for å være i stand til bevegelse fra den verktøyaktiverende anordning mellom en første aktuatorstilling og en andre aktuatorstilling. Videre er i foretrukne utførelser styreverktøyet konstruert slik at hver av styreanordningene blir aktuert til den tilbaketrukne stilling når dens forbundne mekaniske ventilaktuator er i den første aktuatorstilling og slik at hver av styreanordningene blir aktuert til den utstrakte stilling når dens forbundne mekaniske ventilaktuator er i den andre aktuatorstilling.

Det hydrauliske styresystem kan videre omfatte et reservoar for hydraulikkfluidet. Helst har reservoaret et reservoartrykk som er lavere enn et trykk av hydraulikkfluidet under trykk. Helst er det hydrauliske styresystem konstruert slik at den trykksettende anordning trekker hydraulikkfluidet fra reservoaret for å kunne sørge for forsyning av hydraulikkfluidet under trykk.

Styreverktøyet kan være konstruert slik at hver av styreanordningene står i kommunikasjon bare med reservoaret når dens forbundne mekaniske ventilaktuator er i den første aktuatorstilling og styreverktøyet kan være konstruert slik at hver av styreanordningene står i kommunikasjon bare med hydraulikkfluidet under trykk når dens forbundne mekaniske ventilaktuator er i den andre aktuatorstilling. Denne konstruksjon sørger for et "enkeltvirkende" hydraulisk system i hvilket styreanordningene aktivt blir aktuert i én retning og passivt aktuert i den andre retning.

Alternativt kan styreverktøyet være konstruert slik at hver av styreanordningene står i kommunikasjon med både reservoaret og hydraulikkfluidet under trykk når den mekaniske ventilaktuator er både i den første aktuatorstilling og i den andre aktuatorstilling. Denne konstruksjon sørger for et "dobbelvirkende" hydraulisk system i hvilket styreanordningene aktivt blir aktuert i begge retninger.

Hver av ventilmekanismene kan videre omfatte hvilken som helst hensiktsmessig type av ventil. Hvis styreverktøyet er konstruert som et enkeltvirkende hydraulisk system, kan en enkelt ventil eller en kombinasjon av ventiler med tre puter bli brukt til å sørge for den nødvendige hydrauliske ruting mellom hydrauliskkkfluidet under trykk, reservoaret og styreanordningen. Hvis styreverktøyet er konstruert som et dobbelvirkende hydraulisk system, så kan en enkelt ventil eller en kombinasjon av ventiler med fire porter bli brukt til å sørge for den nødvendige hydrauliske ruting mellom hydraulikkfluidet under trykk, reservoaret og styreanordningen.

I noen foretrukne utførelser kan ventilmekanismen omfatte en enkelt vekselventil (engelsk: shuttle valve) eller en enkelt spindelventil som resiprokerer mellom å lukke mot en port for hydraulikkfluid under trykk og en port for reservoaret som svar på bevegelse av den mekaniske ventilaktuator, mens den hele tiden opprettholder kommunikasjon med styreanordningen gjennom en styreanordningsport. Denne konfigurasjonen er spesielt egnet for bruk til å sørge for et enkeltvirkende hydraulisk system.

I én bestemt foretrukken utførelse kan ventilmekanisme omfatte en enkelt spindelventil som resiprokerer mellom stillinger i hvilke forskjellige kombinasjoner av par av porter står i kommunikasjon med hver andre som svar på bevegelse av den mekaniske ventilaktuator. I denne utførelse kan, når den mekaniske ventilaktuator er i den første aktuatorstilling, en port for hydraulikkfluid under trykk stå i kommunikasjon med en første styreanordningsport mens en reservoarport kan stå i kommunikasjon med en andre styreanordningsport. Videre kan i denne utførelse, når den mekaniske ventilaktuator er i den andre aktuatorstilling, porten for hydraulikkfluid under trykk stå i kommunikasjon med den andre styreanordningsporten mens reservoarporten kan stå i kommunikasjon med den første styreanordningsporten.

Det hydrauliske styresystem kan videre omfatte én eller flere trykkavlastningsventiler som er forbundne med den trykkgivende anordning og som sørger for valgbar kommunikasjon med reservoaret i tilfellet at trykket av hydraulikkfluid overstiger et terskeltrykk på grunn av for mye motstand eller hindring mellom den trykksettende anordning og de styrende anordninger. I foretrukne utførelser er en første trykkavlastningsventil innrettet til å sørge for kommunikasjon med reservoaret ved et første terskeltrykk og en andre trykkavlastningsventil er innrettet for å sørge for kommunikasjon med reservoaret ved et andre terskeltrykk.

Den verktøyaktiverende anordning kan omfatte hvilken som helst struktur, anordning eller apparat som er i stand til å gjøre ventilmekanismene i stand til valgbart å sørge for kommunikasjon med hydraulikkfluidet under trykk, som en følge av den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning. Hvor ventilmekanismer omfatter mekaniske ventilaktuatorer er den verktøyaktiverende anordning forenlig med ventilaktuatorene.

Som et første ikke-begrensende eksempel kan den verktøyaktiverende anordning omfatte et gyroskop som frembringer den aktuerende bevegelse i forhold til huset som svar på en endring i orienteringen av huset når gyroskopet utøver en treghetskraft for å opprettholde dets orientering. Som et andre ikke-begrensende eksempel kan den verktøyaktiverende anordning omfatte en vekt som frembringer den aktuerende bevegelse i forhold til huset ved å flytte langs et spor som svar på en endring i orienteringen av huset. Som et tredje ikke-begrensende eksempel kan den verktøyaktiverende anordning omfatte en pendel som er svingbart opphengt fra huset og som frembringer den aktuerende bevegelse i forhold til huset som svar på en endring i orienteringen av huset når pendelen svinger for å opprettholde en vertikal orientering.

I alle utførelsene av den verktøyaktiverende anordning vil bevegelse av huset bort fra en målorientering føre til at den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning, denne aktuerende bevegelse blir omformet av det hydrauliske styresystem for uavhengig å aktuere styreanordningene for å kunne bevege huset tilbake mot målorienteringen.

I noen utførelser av den verktøyaktiverende anordning, kan den aktuerende bevegelse være forårsaket av en gravitasjonskraft som svar på en endring i orienteringen av huset i forhold til tyngdekraften. I andre utførelser av den verktøyaktiverende anordning kan den aktuerende bevegelse være en treghetskraft som svar på en endring i orienteringen av huset i forhold til en målorientering. I ytterligere andre utførelser av den verktøyaktiverende anordning kan den aktuerende bevegelse være forårsaket av en magnetisk kraft som svar på en endring i orienteringen av huset i forhold til et magnetisk felt.

Uansett utførelsen av den verktøyaktiverende anordning kan målorienteringen av huset være en vertikal orientering eller kan være noen annen orientering. Hvor den verktøyaktiverende anordning sørger for den aktuerende bevegelse som svar på en tyngdekraft, må den verktøyaktiverende anordning være orientert i styreverktøyet i forhold til målorienteringen slik at et avvik fra målorienteringen kan bli følt av den verktøyaktiverende anordning for å kunne sørge for den aktuerende bevegelse.

I foretrukne utførelser representerer "avstanden" mellom den første aktuatorstilling og den andre aktuatorstilling av de mekaniske ventilaktuatorer størrelsen av avvik av huset som vil utløse aktueringen av styreanordningene. For eksempel vil i foretrukne utførelser et avvik av huset fra målorienteringen av omtrent 0,183 grader føre til bevegelse av de mekanisk ventilaktuatorer mellom den første aktuatorstilling til den andre aktuatorstilling. Avstanden mellom den første aktuatorstilling og den andre aktuatorstilling kan derfor bli valgt til å sørge for en terskelstørrelse av avvik over hvilken korreksjon av avviket vil skje.

I foretrukne utførelser omfatter den verktøyaktiverende anordning en pendel som er svingbart opphengt innenfor det indre av huset, slik at den aktuerende bevegelse av pendelen er en svingende bevegelse i forhold til huset for å opprettholde en vertikal orientering av pendelen. Den svingende bevegelse av pendelen beveger de mekaniske ventilaktuatorer for å kunne aktuere ventilapparatet.

Pendelen omfatter helst en rørformet del som er plassert i det indre av huset slik at pendelen omgir boringen i huset.

Pendelen omfatter en sentral og en ytre ende. Den sentrale ende er helst svingbart opphengt innenfor huset og de mekaniske ventilaktuatorer er helst plassert inntil den ytre ende av pendelen.

Som nevnt blir en aktuerende kraft forbundet med den aktuerende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning, denne aktuerende kraft må være tilstrekkelig til å forårsake uavhengig aktuering av styreanordningene, slik som ved bevegelse av de mekaniske ventilaktuatorer.

Som en følge blir pendelen helst konstruert slik at størrelsen av den aktuerende kraft blir optimalisert for den valgte type av mekanisk ventilaktuator. For de fleste mekaniske ventilaktuatorer er tyngdepunktet av pendelen helst plassert nærmere den ytre ende av pendelen enn den sentrale ende av pendelen. Tyngdepunktet av pendelen kan bli avgjort ved formen og/eller konstruksjonen av pendelen. Alternativt, eller i tillegg, kan én eller flere vekter bli lagt til pendelen både for å øke vekten av pendelen og for å plassere tyngdepunktet av pendelen mot den ytre ende av pendelen.

I foretrukne utførelser omfatter pendelen minst én vektende ring for å legge vekt til pendelen. Helst blir de vektende ringer plassert nærmere den ytre ende av pendelen enn den sentrale ende av pendelen. De vektende ringer kan omfatte hvilket som helst hensiktsmessig materiale, men i foretrukne utførelser omfatter de vektende ringer materialer med forholdsvis høy tetthet, slike som karbid, slik at de vektende ringer omfatter karbidringer.

Pendelen kan være svingbart opphengt innenfor huset på hvilken som helst måte. Som et første ikke-begrensende eksempel kan pendelen være svingbart opphengt innenfor huset ved et kuleledd. Som et andre ikke-begrensende eksempel kan pendelen være svingbart opphengt innenfor huset ved et enkelt hengsel slik at pendelen kan svinge i ett enkelt plan (dermed begrenses styreevnen av styreverktøyet). Som et tredje ikke-begrensende eksempel kan pendelen være opphengt innenfor huset ved to hengsler orientert i perpendikulære plan, ofte referert til som et universalledd.

I foretrukne utførelser er pendelen opphengt innenfor huset ved et universalledd. Helst blir den svingende bevegelse av pendelen dempet. Den svingende bevegelse av pendelen kan bli dempet på hvilken måte som helst. Helst blir pendelen opphengt innenfor huset i et viskøst medium slik at den svingende bevegelse av pendelen blir utsatt for viskøs dempning. Egenskapene av det viskøse medium og omfanget av den viskøse dempning kan bli styrt ved å velge et hensiktsmessig fluid som det viskøse medium.

Det viskøse medium kan omfatte hvilket som helst fluid som kan sørge for en egnet størrelse av viskøs dempning og som er i stand til å motstå de omgivelser styreverkøyet blir utsatt for. For eksempel kan det viskøse medium omfatte et hensiktsmessig hydraulikkfluid.

I foretrukne utførelser omfatter det viskøse medium et fluid som er kjent innen teknikken som en "hydraulikkolje". En hensiktsmessig hydraulikkolje kan vær avledet fra naturlige eller syntetiske hydrokarboner. For eksempel kan en hydraulikkolje valgt fra Mobil SCH 600 Series (TM) serien av smøremidler, som er formulert fra syntetiserte, voksfrie, hydrokarbonbaserte fluider være hensiktsmessige for bruk som det viskøse medium.

Det viskøse medium kan også omfatte et fluid som er liknende hydraulikkfluidet som blir brukt i det hydrauliske styresystem eller kan omfatte et fluid som ikke er liknende hydraulikkfluidet som blir brukt i det hydrauliske styresystem. Typisk vil det viskøse medium omfatte et fluid som har en høyere viskositet enn hydraulikkfluidet som blir brukt i det hydrauliske styresystem.

Imidlertid omfatter helst styreverktøyet videre et pendelkammer for å oppbevare pendelen og det viskøse medium. Hvis den samme fluid blir brukt som det viskøse medium og som hydraulikkfluidet som blir brukt i det hydrauliske styresystem, kan pendelkammeret kommunisere med det hydrauliske styresystem.

Imidlertid blir pendelkammeret helst isolert fra det hydrauliske styresystem slik at det viskøse medium blir isolert fra hydraulikkfluidet som blir brukt i det hydrauliske styresystem.

Pendelen blir helst opphengt i det indre av huset slik at aksen av pendelen blir på linje med målorienteringen av huset. Som et første eksempel, hvor målorienteringen av huset er en vertikal orientering, blir pendelen helste opphengt i det indre av huset slik at aksen av pendelen er parallell med aksen av huset når huset er i en vertikal orientering. Som et andre eksempel, hvor målorienteringen av huset ikke er en vertikal orientering, blir pendelen helst opphengt i det indre av huset slik at aksen av pendelen ikke er parallell med aksen av huset når huset er i en vertikal orientering, men er i steden for på linje med målorienteringen av huset.

Alternativt eller i tillegg kan hvor målorienteringen av huset ikke er en vertikal orientering, de mekaniske ventilaktuatorer være konstruert slik at de alle er ved den første aktuatorstilling eller de alle er ved den andre aktuatorstilling når huset er orientert ved målorienteringen og slik at de blir flyttet til den andre stilling når orienteringen av huset avviker fra målorienteringen.

Videre omfatter det hydraulisk styresystem helst en fluidtrykkbalanserende hydraulisk mekanisme for å overføre til hydraulikkfluidet et første omgivende trykk. Det første omgivende trykk er helst et trykk ved en første trykkbalanserende stilling på det ytre av huset.

Liknende vil styreverktøyet videre helst omfatte en trykkbalanserende mekanisme for viskøst medium for å overføre et andre omgivende trykk til det viskøse medium. Det andre omgivende trykk er helst et trykk ved en andre trykkbalanserende stilling på det ytre av huset.

Den trykkbalanserende mekanisme for hydraulikkfluid og den trykkbalanserende mekanisme for viskøst medium kan hver omfatte hvilken som helst hensiktsmessig oppbygging, anordning eller apparat som er i stand til å overføre det omgivende trykk til henholdsvis hydraulikkfluidet og det viskøse medium.

Det første omgivende trykk og det andre omgivende trykk kan være det samme trykk eller de kan være forskjellige trykk. Den første trykkbalanserende stilling og den andre trykkbalanserende stilling kan være de samme stillinger på det ytre av huset eller de kan være forskjellige stillinger.

Hvis pendelkammeret kommuniserer med det hydrauliske styresystemet, hvis det første omgivende trykk er tenkt å være det samme som det andre omgivende trykk eller hvis den første trykkbalanserende stilling er den samme som den andre trykkbalanserende stilling, kan en enkelt trykkbalanserende mekanisme bli brukt både som den trykkbalanserende mekanisme for hydraulikkfluid og den trykkbalanserende mekanisme for viskøst medium.

Imidlertid kommuniserer pendelkammeret helst ikke med det hydrauliske styresystemet, det første omgivende trykk er helst ikke det samme som det andre omgivende trykk, og helst er den første trykkbalanserende stilling ikke den samme som den andre trykkbalanserende stilling.

Mer bestemt har huset en øvre ende og en nedre ende og styreanordningene er plassert mellom den øvre ende og den nedre ende av huset.

I foretrukne utførelser blir den første trykkbalanserende stilling helst mellom styreanordningene og den nedre ende av huset og den andre trykkbalanserende stilling blir helst mellom den øvre ende av huset og styreanordningene. Dessuten omfatter i foretrukne utførelser det hydrauliske styresystem videre en nødavlastningsventil som er forbundet mellom det hydrauliske styresystem og pendelkammeret slik at det hydrauliske styresystem kommuniserer med pendelkammeret når nødutløsningsventilen er i en åpen stilling og derved frigir hydraulikkfluidet fra det hydrauliske styresystem inn til pendelkammeret. Denne konstruksjonen muliggjør at hydraulikkfluid fra det hydrauliske styringssystem blir dumpet inn til pendelkammeret i tilfellet av at styreanordningen effektivt "tetter" et borehull under bruk av styreverktøyet, siden pendelkammeret i slike tilfeller er balansert til et lavere trykk enn det hydrauliske styresystem.

Styreverktøyet blir konstruert for å aktuere styreanordningene for å opprettholde en målorientering av huset av styreverktøyet. Med dette hensyn kan styreanordningene være konstruert enten for å strekke seg ut eller for å trekke seg tilbake for å opprettholde målorienteringen.

For eksempel kan styreanordningene være konstruert for å bli aktuert til den tilbaketrukne stilling når huset er ved målorienteringen. I denne konstruksjonen vil avvik av huset fra målorienteringen forårsake at den verktøyaktiverende anordning fremstiller den aktuerende bevegelse, denne aktuerende bevegelse vil bli omformet av det hydrauliske styresystem til å aktuere én eller flere av de styrende anordninger til den utstrakte stilling for å kunne skyve huset tilbake mot målorienteringen.

Alternativt kan styreanordningene være konstruert for å bli aktuert til den utstrakte stilling når huset er ved målorienteringen. I denne konstruksjonen vil avvik av huset fra målorienteringen forårsake at den verktøyaktiverende anordning frembringer den aktuerende bevegelse, denne aktuerende bevegelse vil bli omformet av det hydrauliske styresystem til å aktuere én eller flere av styreanordningene til den tilbaketrukne stilling for at huset skal kunne flytte tilbake mot målorienteringen.

Antallet av styreanordninger som blir aktuert for å korrigere et avvik av huset fra målorienteringen avhenger av retningen av avviket og av antallet av styreanordninger som er gjort tilgjengelige i styreverktøyet. Et minimum av tre styreanordninger er nødvendige for å sørge for styreevne av styreverktøyet i alle retninger. Det største antall av styreanordninger som kan være gjort tilgjengelige i styreverktøyet avhenger av størrelsen og konstruksjonen av styreverktøyet. Helst blir styreverktøyet omfattet av tre eller fire styreanordninger. I foretrukne utførelser omfatter styreverktøyet fire styreanordninger som er omkretsmessig avstandssatt fra hverandre med 90 grader.

I foretrukne utførelser blir styreanordningene konstruert for å bli aktuert til den tilbaketrukne stillingen når huset er ved målorienteringen og til å bli aktuert til den utstrakte stillingen bare når nødvendig for å korrigere et avvik av huset fra målorienteringen. Videre er i foretrukne utførelser styreverktøyet konstruert slik at hver av de mekaniske ventilaktuatorer er ved den første aktuatorstilling når huset er ved målorienteringen og slik at de mekaniske ventilaktuatorer blir valgbart flyttet til den andre aktuatorstilling av den verktøyaktiverende anordning som svar på et avvik av huset fra målorienteringen.

Som et resultat blir styreanordningene og deres forbundne mekaniske ventilaktuatorer helst forskjøvet fra hverandre med i hovedsak 180 grader i de foretrukne utførelser hvor den verktøyaktiverende anordning omfatter en pendel eller noen annen tyngdekraftsavhengig anordning, hvilket betyr at senterlinjene av styreanordningene og senterlinjene av deres forbundne mekaniske ventilaktuatorer helst blir forskjøvet fra hverandre med i hovedsak 180 grader.

Denne konstruksjon vil gjøre det mulig for pendelen eller annen tyngdekraftavhengig anordning å sørge for den aktuerende bevegelse mot den "lave side" av styreverktøyet og gjøre det mulig for styreanordningen eller -anordningene på den "høye side" av styreverktøyet å aktuere til den utstrakte stilling for å skyve huset bort fra den høye side.

Ventilapparatet kan videre omfatte en forskyvningsanordning for å forskyve de mekaniske ventilaktuatorer mot den første aktuatorstilling. Mer bestemt kan hver av ventilmekanismene videre omfatte en forskyvningsanordning for ventilmekanisme for å forskyve dens forbundne mekaniske ventilaktuator mot den første aktuatorstilling. Forskyvningsanordningene for ventilmekanisme kan omfatte hvilken som helst hensiktsmessig struktur, anordning eller apparat. I foretrukne utførelser omfatter forskyvningsanordningene for ventilmekanisme fjærer.

Ventilapparatet kan videre omfatte en dempemekanisme for mekanisk aktuator for å dempe bevegelsen av de mekaniske ventilaktuatorer. Mer bestemt kan hver av ventilmekanismene omfatte en dempemekanisme for mekanisk aktuator for å dempe bevegelsen av dens forbundne mekaniske ventilaktuator. Dempemekanismene for mekanisk aktuator kan omfatte hvilken som helst struktur, anordning eller apparat som er i stand til å sørge for den ønskede dempning.

Helst omfatter hver dempemekanisme for mekanisk aktuator en fluidmålende anordning som er driftsmessig forbundet med den mekaniske ventilaktuator. I foretrukne utførelser omfatter den fluidmålende anordning:

a) en dempende sylinder,

b) et målende stempel med resiprokerende mulighet oppbevart inne i den dempende sylinder slik at den dempende sylinder blir delt inn i et første kammer og et andre kammer, og

c) en avgrenset strømningsvei mellom det første kammer og det andre kammer for å gjøre mulig en begrenset strøm av et fluid mellom det første kammer og det andre kammer, når målestempelet resiprokerer i forhold til den dempende sylinder, som en følge av bevegelse av den mekaniske ventilaktuator.

Styreanordningene kan omfatte hvilken som helst struktur, anordning eller apparat som er i stand til å bli hydraulisk aktuert mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling. Helst omfatter hver av styreanordningene minst ett styrestempel som er aktuerbart mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling. Mest å foretrekke omfatter hver av styreanordningene et flertall av styrestempler som er aktuerbare samtidig mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling.

Antallet av styrestempler kan bli valgt for å sørge for en ønsket styreanordningskraft for å skyve huset siden antallet av styrestempler vil være direkte proporsjonalt med styreanordningskraften. I foretrukne utførelser omfatter hver av styreanordningene fire styrestempler.

Styreanordningene kan være konstruert slik at styrestemplene direkte kommer i kontakt med en borehullvegg. Imidlertid omfatter hver av styreanordningene videre helst et styreblad som er forbundet med styrestemplene og som strekker seg ut og trekker seg tilbake med styrestemplene.

Styrebladene kan omfatte hvilken som helst hensiktsmessig anordning, struktur eller apparat. Helst er styreanordningene konstruert slik at styrebladene kan bli erstattet uten å plukke fra hverandre styreverktøyet.

I foretrukne utførelser blir hvert av styrebladene forbundet med hvert av dets forbundne styrestempler ved én eller flere bolter som er tilgjengelige fra utsiden av styreverktøyet. Videre blir i foretrukne utførelser hvert av styrebladene holdt tilbake i en styrebladfordypning i det ytre av huset av bladstoppedeler som er plassert ved begge ender av styrebladet. Hver av disse bladstoppedelene er forbundet med huset ved én eller flere bolter som er tilgjengelige fra det ytre av styreverktøyet. Denne konstruksjonen gjør det mulig for styrebladene å bli erstattet uten å plukke fra hverandre styreverktøyet.

Styrebladene kan bli fjernet og erstattet på grunn av slitasje eller for vedlikehold. I tillegg kan styrebladene bli fjernet og erstattet med styreblader av en annen størrelse for å tilpasses til boring av forskjellige størrelser av borehull ved å bruke styreverktøyet.

Vekten av styrebladet blir helst minimert. Som en følge kan styrebladene bli utformet som en gitter- (engelsk: honeycomb) struktur eller liknende rammestruktur som omfatter åpne rom. Styrebladene kan også være konstruert i det minste delvis fra hensiktsmessige materialer som er forholdsvis lette i vekt, slik som aluminium.

Hvis styrebladene er konstruert fra et materiale slik som aluminium, kan et styrebladdeksel være tilgjengelig over aluminiumsstrukturen for å kunne forbedre slitasjemotstanden av styrebladet. Styrebladdekselet kan være formet fra et hensiktsmessig materiale slik som stål og kan være behandlet slik som ved påleggsveising for å forbedre slitasjemotstanden av styrebladdekselet. Helst blir tykkelsen av styrebladdekselet minimert for videre å kunne minimere den samlede vekt av styrebladet.

Hver av styreanordningene omfatter helst videre en forskyvningsmekanisme for styreanordning for å forskyve styreanordningen mot stillingen den er i når huset er ved målorienteringen. Hvis styreanordningen for eksempel er i den tilbaketrukne stilling når huset er ved målorienteringen så blir helst styreanordningen forskjøvet mot den tilbaketrukne stilling. Alternativt vil, hvis styreanordningen er i den utstrakte stilling når huset er ved målorienteringen, styreanordningen helst bli forskjøvet mot den utstrakte stilling.

Som et resultat vil i foretrukne utførelser hver av styreanordningene videre omfatte en forskyvningsmekanisme for styreanordning for å forskyve styreanordningen mot den tilbaketrukne stilling. Forskyvningsmekanismen for styreanordning kan omfatte hvilken som helst struktur, anordning eller apparat som er i stand til sørge for forskyvningsfunksjonen. Forskyvningsmekanismen for styringsanordningen kan være forbundet med styrestemplene og/eller styrebladene. I de foretrukne utførelser omfatter forskyvningsmekanismen for styreanordning et flertall av fjærer som er forbundet med hvert av styrestemplene.

Styreverktøyet kan videre omfatte en stabilisator for å forbedre aktueringen av styreverktøyet. Helst blir stabilisatoren forbundet med huset. Stabilisatoren kan være plassert i hvilken som helst hensiktsmessig stilling i forhold til styreanordningene. Helst blir stabilisatoren plassert mellom den øvre ende av huset og styreanordningene.

Stabilisatoren kan omfatte et flertall av stabilisatorblader omkretsmessig avstandssatt omkring det ytre av huset. Stabilisatorbladene kan kunne fjernes, i hvilket tilfelle stabilisatorbladene kan være forbundet med styreverkøyet på hvilken som helst hensiktsmessig måte. Helst kan stabilisatorbladene fjernes uten å plukke fra hverandre styreverktøyet.

Stabilisatorbladene kan være forbundet med huset ved å bruke bladblokkeringsdeler på en måte liknende hvordan styrebladene er forbundet med huset.

Imidlertid blir helst hvert av stabilisatorbladene holdt tilbake i en stabilisatorbladfordypning i huset av en ring til å holde stabilisator tilbake, og kombinasjonen av et undersnitt formet i stabilisatorbladet og et oversnitt formet i stabilisatorbladfordypningen. Stabilisatorbladet blir satt inn i stabilisatorbladfordypningen slik at undersnittet i stabilisatorbladet griper oversnittet i stabilisatorbladfordypningen og så blir ringen for å holde stabilisator tilbake strammet for å holde stabilisatorbladet i stabilisatorbladfordypningen. Stabilisatorbladet kan bli fjernet fra styreverktøyet ved å løsne ringen for å holde stabilisator tilbake og så trekke tilbake undersnittet i stabilisatorbladet fra oversnittet i stabilisatorbladfordypningen.

I foretrukne utførelser kan det hydrauliske styresystemet være konstruert for å minimere utstrekningen i hvilken styreanordningen blir aktuert til den utstrakte stilling unntatt når nødvendig for å kunne korrigere et avvik av husert fra målorienteringen, dermed minimeres slitasje av styreanordningene, minimere slep på borestrengen og minimere sannsynligheten for at styreverktøyet blir sittende fast i et borehull.

Dette resultat kan bli oppnådd gitt at styreanordningene blir aktuert til den utstrakte stilling mer sakte enn de blir aktuert til den tilbaketrukne stilling. I noen utførelser kan dette bli gjort mulig ved å sørge for at gjennomstrømningsmengden av det trykksatte hydraulikkfluid til styreanordningene når de blir aktuert til den utstrakte stilling er mindre enn gjennomstrømningsmengden av det trykksatte hydraulikkfluid fra styreanordningene når de blir aktuert til den tilbaketrukne stilling.

Gjennomstrømningsmengden av det trykksatte hydraulikkfluid til styreanordningene kan bli begrenset ved å styre pumpehastigheten av den trykkgivende anordning. I foretrukne utførelser kan pumpehastigheten av tumleplatepumpen bli styrt ved å justere den vinklede profil av tumleplaten eller ved å justere størrelsen og/eller antallet av stempelsammenstillinger. Å begrense gjennomstrømningsmengden av det trykksatte hydraulikkfluid til styreanordningene virker til å minimere uunngåelig aktuering av styreanordningene til den utstrakte stilling hvor det hydrauliske styresystem er et enkeltvirkende hydraulisk system.

Gjennomstrømningsmengden av det trykksatte fluid mellom den trykksettende anordning og styreanordningene kan bli styrt ved å begrense strømningsveien mellom den trykksettende anordning og ventilmekanismene ved å begrense dens areale eller ved å sørge for en flytbegrensende anordning i strømningsveien. Å begrense gjennomstrømningsmengden av det trykksatte hydraulikkfluid mellom den trykksettende anordning og styreanordningene virker til å minimere uunngåelig aktuering av styreanordningene til den utstrakte stilling hvor det hydrauliske styresystem er et enkeltvirkende hydraulisk system.

Gjennomstrømningsmengden av det trykksatte hydraulikkfluid til og fra styreanordningene kan også bli styrt med hjelpen av forskyvningsmekanismene for styreanordning som i den foretrukne utførelse forskyver styreanordningene mot den tilbaketrukne stilling. Den forskyvende virkning av forskyvningsmekanismene for styreanordning og/eller av hvilke som helst ytre krefter som kan bli utøvd på styreanordningene virker i mot aktueringen av styreanordningene til den utstrakte stilling og virker hjelpende på aktueringen av styreanordningene til den tilbaketrukne stilling. Den forskyvende virkning kan derfor forårsake at styreanordningene blir aktuert til den utstrakte stilling saktere enn de blir aktuert til den tilbaketrukne stilling.

I foretrukne utførelser hvor styreverktøyet blir tilpasset for å bli forbundet med en borende motor, kan det hydrauliske styresystemet videre bli konstruert for å minimere utstrekningen i hvilken styreanordningene blir aktuert til den utstrakte stilling når borestrengen og dermed huset av styreverktøyet blir roterert under roterende boring, selv når huset ikke er ved målorienteringen.

Dette resultat kan bli oppnådd ved å sørge for at under hver rotering av huset, blir graden i hvilken styrenanordningen blir aktuert til den utstrakte stillingen mindre enn graden i hvilken styreanordningen blir aktuert til den tilbaketrukne stilling. For eksempel kan dette resultat bli oppnådd ved å sørge for at under hver rotering av huset, blir mengden av hydraulikkfluidet som blir levert til styreanordningene for å strekke ut styreanordningene mindre enn mengden av hydraulikkfluidet som blir levert fra styreanordningene for å trekke tilbake styreanordningene.

Resultatet kan også bli oppnådd ved å sørge for at styrenanordningene blir aktuert til den utstrakte stilling saktere enn de blir aktuert til den tilbaketrukne stilling. Som drøftet over kan forskyvningsmekanismene for styreanordning og/eller hvilke som helst ytre krefter som kan bli utøvet på styreanordningene hjelpe til å oppnå dette resultatet ved effektivt å motvirke aktueringen av styreanordningene til den utstrakte stilling og ved effektivt å hjelpe aktueringen av styreanordningene til den tilbaketrukne stilling.

Uunngåelig aktuering av styreanordninger til den utstrakte stilling under rotasjon av borestrengen kan derfor bli minimert ved å bruke de samme teknikker som beskrevet over for generelt å minimere uunngåelig aktuering av styreanordningene til den utstrakte stilling.

I tillegg kan uunngåelig aktuering av styreanordningene til den utstrakte stilling under rotasjon av borestrengen i de foretrukne utførelser bli minimert ved å sikre at de mekaniske ventilaktuatorer er i den andre aktuatorstilling i mindre tid under én rotering av borestrengen enn de er i den første aktuatorstilling i én rotering av borestrengen. Dette kan bli oppnådd ved å sørge for at de mekaniske ventilaktuatorer blir flyttet til den første stilling i mindre enn 180 grader under én rotering av borestrengen. Dette kan i sin tur bli oppnådd ved å sørge for at hver av de mekaniske ventilaktuatorer strekker seg omkretsmessig rundt huset mindre enn 180 grader.

Som nevnt over, kan styreverkøyet bli brukt i mange forskjellige konstruksjoner. I en første konstruksjon er styreverktøyet tilpasset til å bli konfigurert som en komponent av en boremotor for å kunne sørge for styreevne til boremotoren. I denne konfigurasjonen har boremotoren helst et motorhus og en motordrivaksel. Styreverktøyet blir helst plassert under effektdelen av boremotoren. Huset av styreverktøyet blir forbundet med motorhuset enten integrert eller som en atskilt bit eller komponent. Motordrivakselen strekker seg gjennom boringen i huset. Delen av motordrivakselen som strekker seg gjennom boringen i huset kan være formet integrert med motordrivakselen som strekker seg fra effektdelen eller kan være en atskilt del eller komponent som er forbundet med motordrivakselen som en forlengelse av den. En borekrone kan være forbundet til motordrivakselen inntil den nedre ende av styreverktøyet. I denne første konstruksjon kan motordrivakselen være forsynt med en boreaksel slik at borefluid kan bli sendt gjennom styreverktøyet.

I en andre konstruksjon blir styreverktøyet tilpasset som en komponent av et roterende, styrbart boresystem av typen i hvilken en styremekanisme er roterbart forbundet med en borestreng. I denne andre konstruksjonen strekker borestrengen seg gjennom boringen i huset og huset er forbundet med borestrengen slik at borestrengen kan rotere i forhold til huset. Huset kan være forbundet med borestrengen ved å bruke egnede kulelagre. I denne andre konstruksjon kan borefluid bli sendt gjennom borestrengen for å kunne sirkulere borefluidet gjennom styreverktøyet.

Styreverktøyet i denne andre konfigurasjonen kan videre omfatte en borehullgripende anordning forbundet med huset for å gå i inngrep med et borehull for å kunne hindre styreverktøyet fra å rotere i borehullet når borestrengen blir rotert. Den borehullgripende anordning kan omfatte et flertall av borehullgripende deler som er omkretsmessig avstandssatt rundt det ytre av huset. De borehullgripende deler kan være fjærbelastet slik at de er i stand til å opprettholde inngrep med borehullet hvis størrelsen av borehullet varierer.

I en tredje konstruksjon blir styreverktøyet tilpasset som en del av et fullt roterende, styrbart boresystem av den typen i hvilken en styremekanisme blir forbundet med en borestreng slik at styremekanismen roterer med borestrengen. I denne tredje konstruksjonen er den verktøyaktiverende anordning, styrende anordninger og det hydrauliske styresystem konstruert slik at styreanordninger er i stand til å aktuere mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling i synkronisme med roteringen av borestrengen slik at styreanordningene blir aktuert i hovedsak ved den samme roterende stilling under rotering av borestrengen for å kunne flytte huset tilbake mot målorienteringen. I denne tredje konstruksjon kan borefluid bli sendt gjennom boringen i huset for å kunne sirkulere borefluid gjennom styreverktøyet.

I alle konstruksjoner av styreverktøyet, kan borestrengen omfatte hvilke som helst hensiktsmessig boreutstyr og boreverktøy for bruk i forbindelse med styreverktøyet.

Kort beskrivelse av tegningene:

Utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til de medfølgende tegninger, i hvilke:

Figurer 1 a til 1 c er skjematiske tegninger av en del av en borestreng, som avbilder tre forskjellige konstruksjoner av et styreverktøy ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 viser et enderiss av et styreverktøy ifølge en foretrukken utførelse av oppfinnelsen som tilsvarer figur 1 a sett fra den øvre ende av huset av styreverktøyet mot den nedre ende av huset av styreverktøyet.

Figur 3 a til 3 h er en lengdesnitts sammenstillingstegning av styreverktøyet lengdedelt fra figur 2 tatt langs strekstiplet linje III – III i hvilken figur 3 a fortsettes i figur 3 b og slik videre til figur 3 h.

Figur 4 a til 4 c er en delvis lengdesnitts sammenstillingstegning av styreverktøyet fra figur 2 tatt langs strekstiplet linje IV – IV, i hvilken figur 4 a fortsettes i figur 4b som igjen fortsettes i figur 4 c.

Figur 5 er en enderiss av komponenter av det hydrauliske styresystem for styreverktøyet fra figur 2.

Figur 6 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styresystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje VI – VI i figur 5.

Figur 7 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje VII – VII i figur 5.

Figur 8 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje VIII – VIII i figur 5.

Figur 9 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje IX – IX i figur 5.

Figur 10 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje X – X i figur 5.

Figur 11 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje XI – XI i figur 5.

Figur 12 er en lengdesnitts sammenstillingstegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2, tatt langs strekstiplet linje XII – XII i figur 5.

Figur 13 er en skjematisk tegning av komponenter av det hydrauliske styringssystem for styreverktøyet fra figur 2 i hvilket det hydrauliske styresystem er et enkeltvirkende hydraulisk system.

Figur 14 er en skjematisk tegning av komponenter av en alternativ utførelse av hydraulisk styringssystem for bruk i styreverktøyet fra figur 2 i hvilket det hydrauliske styresystem er et dobbeltvirkende hydraulisk system.

Figur 15 er et riss fra siden av tumleplatepumpen for styreverktøyet fra figur 2. Figur 16 er et delvis billedlig riss av tumleplatepumpen for styreverktøyet fra figur 2.

Figur 17 er et billedlig riss av aluminiumskjernen av ett av styrebladene for styreverktøyet fra figur 2.

Figur 18 er et billedlig riss ovenfra av aluminiumskjernen av ett av styrebladene for styreverktøyet fra figur 2.

Figur 19 er et billedlig riss ovenfra av ett av styrebladdekslene for styreverktøyet fra figur 2.

Detaljert beskrivelse

Under henvisning til figur 1, blir et styreverktøy 20 ifølge oppfinnelsen avbildet i tre forskjellige eksemplariske konstruksjoner innlemmet innenfor en borestreng 22. I alle tre eksemplariske konstruksjoner blir en borekrone 24 plassert ved en ytre ende av borestrengen 22.

I figur 1 a er styreverktøyet 20 konstruert som en komponent av en boremotor 26 med et motorhus 28 og en motordrivaksel 30. Denne konstruksjonen blir beskrevet i detalj under som en foretrukken utførelse av oppfinnelsen.

I figur 1 b blir styreverktøyet 20 konstruert som en komponent av et roterbart, styrbart boresystem 32 av typen i hvilken en styremekanisme er roterbart forbundet med borestrengen 22. I denne konfigurasjonen strekker borestrengen 22 seg gjennom styreverktøyet 20 og styreverktøyet 20 omfatter en borehullgripende anordning 34 for å hindre styreverktøyet 20 fra å rotere i et borehull (ikke vist) når borestrengen 22 blir rotert.

I figur 1 c blir styreverktøyet 20 konstruert som en komponent av et fullt roterende styrbart boresystem 32 av typen i hvilken en styremekanisme blir koplet med borestrengen 22 slik at styremekanismen roterer med borestrengen 22. I denne konstruksjonen er styreverktøyet 20 fast forbundet innenfor borestrengen 22.

Prinsippene av oppfinnelsen er anvendelige til alle av konstruksjonene av styreverktøyet 20. En foretrukken utførelse av oppfinnelsen i hvilken styreverktøyet 20 er konstruert som en komponent av en boremotor 26 blir nå beskrevet. I den foretrukne utførelse blir styreverktøyet 20 konstruert for å opprettholde boremotoren 26 i en vertikal orientering som en målorientering. Med andre ord blir i den foretrukne utførelse styreverktøyet 20 konstruert som et vertikalt styreverktøy.

I den foretrukne utførelse omfatter boremotoren 26 en rotasjonsmotor slik at motordrivakselen 30 roterer i forhold til motorhuset 28 under drift av boremotoren 26.

Under henvisning til figur 3 og figur 4 blir lengdedelte riss gjort tilgjengelige av styreverktøyet 20 konstruert som en komponent av en boremotor 26, tatt langs de strekstiplete linjer indikert i figur 2. Som avbildet i figur 3 og figur 4 er styreverktøyet 20 innlemmet i boremotoren 26 under overføringsdelen (ikke vist) av boremotoren 26.

Styreverktøyet omfatter et rørformet hus 36, en verktøyaktiverende anordning 38, et flertall av hydraulisk aktuerte styreanordninger 40 og et hydraulisk styresystem 42. Huset 36 har en øvre ende 44 og en nedre ende 46.

Den øvre ende 44 av huset 36 er tilpasset til å sørge for en nedre sammenheng av motorhuset 28. Huset 36 kan omfatte en enkelt del, men i det foretrukne tilfellet omfatter huset 36 et flertall av deler koplet sammen. Huset 36 kan være utformet med motorhuset 28 eller kan på annen måte være forbundet med motorhuset 28.

I figur 3 er den øvre ende 44 av huset 36 avbildet som om den sørger for en gjenget forbindelse til motorhuset 28. Motorhuset 28 er ikke avbildet i figur 3.

Huset 36 har et indre 48, et ytre 50 og definerer en boring 52 i huset. En aksel 54 strekker seg gjennom boringen 52 i huset fra den øvre ende 44 til den nedre ende 46 av huset 36. Akselen 54 er tilpasset for å sørge for en nedre sammenheng av motordrivakselen 30. Akselen 54 kan være utformet med motordrivakselen 30 eller kan på annen måte være forbundet med motordrivakselen 30.

I figur 3 er akselen 54 ved den øvre ende 44 av huset 36 avbildet som om den sørger for en gjenget forbindelse til motordrivakselen 30. Motordrivakselen 30 er ikke avbildet i figur 3.

Akselen 54 strekker seg fra nedre ende 46 av huset 36. En borekrone 24 er forbundet til akselen 54 inntil den nedre ende 46 av huset 36.

Akselen 54 definerer en akselboring 55 for å lede borefluid (ikke vist) gjennom styreverktøyet 20. En liten mengde av borefluid kan også passere gjennom boringen 52 i huset for å sørge for smøring for noen komponenter av styreverktøyet 20. Deler av det indre 48 av huset 36 er isolert fra det ytre 50 av huset 36 og fra boringen 52 i huset ved forseglinger plassert langs lengden av huset 36.

Det indre 48 av huset 36 definerer to kammere som også er isolert fra hverandre. Et første kammer 56 oppbevarer den verktøyaktiverende anordning 38. Et andre kammer 58 sørger for det hydrauliske styresystem 42.

Den verktøyaktiverende anordning 38 omfatter en pendel 60. Det første kammer 56 omfatter derfor et pendelkammer 62. En sentral ende 64 av pendelen 60 er svingbart opphengt i det indre 48 av huset 36 ved et universalledd 66 som omfatter to hengsler plassert i perpendikulære plan. Pendelen 60 svinger om universalleddet 66 for å kunne sørge for en svingende bevegelse som en aktuerende bevegelse for å aktuere styreanordningene 40.

I den foretrukne utførelse er pendelen 60 opphengt konsentrisk innenfor huset 36 slik at aksen av pendelen 60 er parallell med aksen av huset 36 når huset 36 er ved en vertikal orientering.

Pendelen 60 omfatter en rørformet del som er oppbevart i det indre 48 av huset slik at det omgir boringen 52 i huset. Et flertall av karbidringer 68 er montert på pendelen 60 inntil en ytre ende 70 av pendelen. Karbidringene 68 sørger for tilleggsvekt for pendelen 60 for å flytte dens tyngdepunkt mot den ytre ende 70 og øke en aktuerende kraft som er forbundet med den svingende bevegelse av pendelen 60.

Pendelkammeret 62 er fylt med et viskøst medium (ikke vist) som sørger for viskøs dempning av den svingende bevegelse av pendelen 60. I en foretrukken utførelse omfatter det viskøse medium en forholdsvis høy viskositets hydraulikkolje slik som for eksempel Mobil (TM) SHC 639 smøremiddel.

Hensikten med det hydrauliske styresystem 42 er å omforme den aktuerende bevegelse av pendelen 60 til uavhengig aktuering av styreanordningene 40 mellom en tilbaketrukket stilling og en utstrakt stilling. Det hydrauliske styresystem 42 omfatter en trykksettende anordning 72, et reservoar 74 og et flertall av ventilmekanismer 76.

Styreverktøyet 20 omfatter videre et hydraulikkfluid (ikke vist) for bruk i det hydraulisk styresystem 42 for å aktuere styreanordningene 40. I den foretrukne utførelse omfatter hydraulikkfluidet en forholdsvis lavviskositets hydraulikkolje slik som for eksempel Mobil (TM) SHC 624 smøremiddel.

Detaljer av synspunkter av det hydrauliske styresystem 42 omfattende den trykksettende anordning 72, reservoaret 74 og ventilmekanismene 76 er avbildet i figur 3. Videre detaljer av synspunkter av det hydrauliske styresystem 42 er også avbildet i figur 6 til 12 som sørger for lengdedelt riss tatt langs strekstiplete linjer vist i figur 5.

Antallet av ventilmekanismer 76 er likt antallet av styreanordninger 40 slik at hver av ventilmekanismene 76 er forbundet med pendelen 60 og med én av styreanordningene 40.

I den foretrukne utførelse omfatter styreverktøyet 20 fire styreanordninger 40 og dermed omfattes også fire ventilmekanismer 76. De fire styreanordninger 40 er omkretsmessig jevnt avstandssatt omkring det ytre av huset 36 slik at deres senterlinjer er atskilt av 90 grader.

Under henvisning til figur 3 og figur 6 omfatter hver av ventilmekanismene 76 en ventil 78 og en mekanisk ventilaktuator 80. Hver av de mekaniske ventilaktuatorer 80 omfatter en aktuerende arm 82. De aktuerende armer 82 er plassert i det indre 48 av huset 36, er omkretsmessig jevnt avstandssatt omkring det indre 48 av huset 36 slik at deres senterlinjer er atskilt av 90 grader og er plassert inntil den ytre ende 70 av pendelen 60 slik at de kan bli flyttet av den svingende bevegelse av pendelen 60.

Selv om senterlinjene av de aktuerende armer 82 er atskilt av 90 grader strekker hver av de aktuerende armer 82 seg omkretsmessig omkring det indre av huset 36 over omtrent 60 grader med resultatet at et rom på omtrent 30 grader skiller de ytre kanter av de aktuerende armer 82 i den foretrukne utførelse.

Under henvisning til figur 3 og figur 6 svinger de aktuerende armer 82 om et svingepunkt 84. I den foretrukne utførelse blir de aktuerende armer 82 konstruert av aluminium for å redusere deres vekt og minimere sentrifugalkreftene som blir frembragt av de aktuerende armer 82 under rotering av styreverktøyet 20. De aktuerende armer 82 omfatter også en motvekt 86 slik at de aktuerende armer 82 i hovedsak er balansert om svingepunktet 84, dermed reduseres tendensen for de aktuerende armer 82 til å svinge under rotering av styreverktøyet 20.

De aktuerende armer 82 er i stand til å bli flyttet av pendelen 60 mellom en første aktuatorstilling og en andre aktuatorstilling. Når de aktuerende armer 82 er i den første aktuatorstilling, blir deres forbundne styreanordninger 40 aktuert til den tilbaketrukne stilling. Når de aktuerende armer 82 er i den andre aktuatorstilling blir deres forbundne styreanordninger 40 aktuert til den utstrakte stilling.

Når huset 36 er ved en vertikal orientering med det resultat av pendelen 60 blir orientert slik at dens akse er parallell med aksen av huset 36, er de aktuerende armer 82 alle i den første aktuerende stilling. Som et resultat blir når huset 36 er ved en vertikal orientering, alle av styreanordningene 40 aktuert til den tilbaketrukne stilling.

Når huset 36 er ved en orientering som avviker fra den vertikale orientering, med det resultat at pendelen 60 er orientert slik at dens akse ikke er parallell med aksen av huset 36 blir én eller to av de aktuerende armer 82 flyttet fra den første aktuatorstilling mot den andre aktuatorstilling. Som et resultat blir én eller to av styreanordningene 40 aktuert til den utstrakte stilling når huset 36 er ved en orientering som avviker fra den vertikale orientering.

I den foretrukne utførelse vil et avvik av huset 36 på minst omtrent 0,183 grader fra en vertikal orientering føre til at én eller to av de aktuerende armer 82 blir flyttet til den andre aktuatorstilling, dermed forårsakes full aktuering av styreverktøyet 20.

Styreanordningene 40 og deres forbundne mekaniske ventilaktuatorer 80 blir omkretsmessig forskjøvet fra hverandre med i hovedsak 180 grader med hensyn til senterlinjene av styreanordningene 40 og de mekaniske ventilaktuatorer 80.

Bevegelse av én av de aktuerende armene 82 fra den første aktuatorstilling mot den andre aktuatorstilling fører til å operasjon av dens forbundne ventil 78 for å kunne sørge for kommunikasjon mellom den trykksettende anordning 72 og styreanordningen 40 som er forbundet med den enkelte ventilmekanisme 76.

I den foretrukne utførelse er det hydrauliske styresystem 42 et "enkeltvirkende" hydraulisk system som omfatter bare en enkelt kommunikasjonsvei mellom ventilen 78 og dens forbundne styreanordning 40. Som en følge blir styreanordningene 40 i den foretrukne utførelse av det hydrauliske styresystem 42 aktivt aktuert til den utstrakte stilling, men passivt aktuert tilbake til den tilbaketrukne stilling.

Som avbildet i figur 3 og figur 6 er hver ventil 78 en enkelt vekselventil som omfatter et ventillegeme 98 som resiprokerer mellom å lukke mot en port 100 for trykksatt hydraulikkfluid og en reservoarport 102 som svar på bevegelse av den mekaniske ventilaktuator 80. Når den mekaniske ventilaktuator 80 er i den første aktuatorstilling lukker ventillegemet 98 mot porten 100 for trykksatt hydraulikkfluid slik at styreanordningen 40 kommuniserer gjennom en styreanordningsport 104 bare med reservoaret 74 gjennom reservoarporten 102. Når den mekaniske ventilaktuator 80 er i den andre aktuatorstilling lukker ventillegemet 98 mot reservoarporten 102 slik at styreanordningen 40 kommuniserer gjennom styreanordningsporten 104 bare med den trykksettende anordning 72 gjennom port 100 for trykksatt hydraulikkfluid. Når den mekaniske ventilaktuatoren 80 er mellom den første aktuatorstilling og den andre aktuatorstilling lukker ventillegemet 98 ikke mot hverken port 100 eller 102, med følgen at styreanordningen 40 kommuniserer gjennom porten 104 for styreanordning med både reservoaret 74 og den trykksettende anordning 72.

Spor eller kanaler i komponentene av huset 36 sørger for ledeveier mellom henholdsvis portene 100, 102 og 104 og den trykksettende anordning 72, reservoaret 74 og styreanordningene 40.

Det hydrauliske styresystem 42 av den foretrukne utførelse er skjematisk avbildet i figur 13. I figur 14 er en alternativ utførelse av det hydrauliske styresystem 42 skjematisk avbildet.

I den alternative utførelse av det hydrauliske styresystem 42 avbildet i figur 14 er det hydrauliske styresystem 42 et "dobbeltvirkende" hydraulisk system som omfatter to kommunikasjonsveier mellom ventilen 78 og dens forbundne styreanordning 40. Som en følge blir styreanordningene 40 i den alternative utførelse av det hydrauliske styresystem 42 aktivt aktuert til både den utstrakte stilling og den tilbaketrukne stilling.

I en alternativ utførelse av det hydrauliske styresystem 42 avbildet i figur 14 omfatter hver ventil 78 helst av en ventil med fire porter, slik som en enkelt spindelventil, i hvilken ventillegemet 98 resiprokerer mellom stillinger i hvilke forskjellige kombinasjoner av par av porter står i kommunikasjon med hverandre som svar på bevegelse av den mekaniske ventilaktuator 80.

Når den mekaniske ventilaktuator 80 er i den første aktuatorstilling kommuniserer i den alternative utførelse styreanordningen 40 gjennom en første styreanordningsport 110 med reservoaret 74 gjennom en reservoarport 112 og styreanordningen 40 kommuniserer gjennom en andre port 114 for styreanordning med den trykksettende anordning 72 gjennom en port 116 for trykksatt hydraulikkfluid. Når den mekaniske ventilaktuatoren 80 er i den andre aktuatorstillingen kommuniserer styreanordningen 40 gjennom den første porten 110 for styreanordning med den trykksettende anordning 72 gjennom porten 116 for trykksatt hydraulikkfluid og styreanordningen 40 kommuniserer gjennom den andre port 114 for styreanordning med reservoaret 74 gjennom reservoarporten 112.

Spor eller kanaler i komponentene av huset 36 sørger for ledeveier mellom portene 110 og 114 og styreanordningene 40 og henholdsvis mellom portene 112 og 116 og reservoaret 74og den trykksettende anordning 72.

I alle utførelser av det hydrauliske styresystem 42 omfatter hver av ventilene 78 helst en anordning som ikke er trykkavhengig i dens virkemåte. For eksempel kan en vekselventil i hvilken endene av ventillegemet går i inngrep med portene for å kunne lukke med ventillegemet være fordelaktig på grunn av dens enkelhet. Imidlertid er en vekselventil også trykkavhengig i dens virkemåte fordi trykkene ved porten 100 for trykksatt hydraulikkfluid og reservoarporten 102 virker på ventillegemet 98 i retninger som er parallelle med resiprokeringen av ventillegemet 98.

I motsetning er en spindelventil, i hvilken portene er oppstilt langs sidene av ventillegemet og ventillegemet omfatter ett eller flere spor eller flenser for å muliggjøre for fluid å passere forbi ventillegemet, ikke trykkavhengig i dens virkemåte fordi trykk ved porten 100 for trykksatt hydraulikkfluid og reservoarporten 102 virker på ventillegemet 98 i retninger som er perpendikulære til resiprokeringen av ventillegemet 98. Som en følge kan spindelventiler være mer å foretrekke hvis trykkavhengighet av ventilene 78 skal unngås, selv om vekselventiler er avbildet som ventilene 78 i den foretrukne utførelse.

Under henvisning til figur 3 og figur 6 omfatter hver av ventilmekanismene 76 videre en forskyvningsanordning 120 for ventilmekanisme for å forskyve den mekaniske ventilaktuator 80 mot den første aktuatorstilling. I den foretrukne utførelse omfatter forskyvningsanordningen 120 for ventilmekanisme en fjær 122 som er forbundet med vekselventilen.

Under henvisning til figur 3 og figur 6 omfatter hver av ventilmekanismene 76 videre en dempemekanisme 130 for mekanisk aktuator for å dempe bevegelsen av den mekaniske ventilaktuator (80). I den foretrukne utførelse omfatter dempemekanismen 130 for mekanisk aktuator en fluidmålende anordning 132 som driftsmessig er forbundet med den mekaniske ventilaktuatoren 80. Den fluidmålende anordning 132 omfatter en dempende sylinder 134 og et målestempel 136 som er resiprokerbart oppbevart i den dempende sylinder 134 slik at den dempende sylinder 134 blir delt inn i et første kammer 138 og et andre kammer 140. Målestempelet 136 er underdimensjonert i forhold til dempesylinderen 134 slik at en begrenset strømningsvei 142 blir gjort tilgjengelig mellom det første kammer 138 og det andre kammer 140 når målestempelet 136 resiprokerer i forhold til dempesylinderen 134 som et resultat av bevegelse av den mekaniske ventilaktuator 80.

Den trykksettende anordning 72 trekker hydraulikkfluidet fra reservoaret 74 for å kunne sørge for en forsyning av trykksatt hydraulikkfluid. Som en følge blir reservoaret 74 konstruert for å ha et reservoartrykk som er lavere enn et trykk av det trykksatte hydraulikkfluid som blir forsynt av den trykksettende anordning 72.

I den foretrukne utførelse omfatter den trykksettende anordning 72 en tumleplatepumpe 150. Under henvisning til figur 3 til 4 og figur 15 til 16 omfatter tumleplatepumpen en tumleplate 152 og en sylinder 154 som er forbundet med henholdsvis akselen 54 og huset 36.

Tumleplaten 152 er forbundet med akselen 54 slik at tumleplaten 152 roterer med akselen 54. Som avbildet i figur 3 til 4 og figur 16 er tumleplaten 152 fast forbundet med akselen 54 slik at tumleplaten 152 beveger seg aksialt med akselen 54. Mer å foretrekke er imidlertid at tumleplaten 152 blir forbundet med akselen 54 ved å bruke splines (ikke vist) slik at tumleplaten 152 kan bevege seg aksialt i forhold til akselen 152 for å kunne kompensere for slitasje i styreverktøyet 20 som kan forårsake at akselen 54 beveger seg aksialt i forhold til sylinderen 154.

Sylinderen 154 er festet til huset 36 slik at tumleplaten 152 roterer i forhold til sylinderen 154 når akselen 54 roterer. Sylinderen 154 omfatter en rekke av stempelsammenstillinger 156 som er omkretsmessig avstandssatt rundt sylinderen 154. Hver av stempelsammenstillingene 156 omfatter et stempel 158 og en resiprokerbar aktuatorflate 160 som er forbundet med stemplet 158 for å forårsake resiprokering av stemplet 158.

Under henvisning til figur 3 til 4 og figur 6 til 7 er hvert av stemplene 158 oppbevart i et pumpekammer 162 slik at stemplet 158 kan resiprokere i pumpekammeret 162 for å kunne trykksette hydraulikkfluidet og sørge for det trykksatte hydraulikkfluid. En fjær 163 er gjort tilgjengelig i pumpekammeret 162 for å forskyve stemplet 158 og aktuatorflaten 160 mot tumleplaten 152.

Tumleplatepumpen 150 omfatter videre et pumpeinntak 164 som kommuniserer med reservoaret 74 og et pumpeutløp 166 som kommuniserer med ventilen 78 gjennom porten 100 for trykksatt hydraulikkfluid. Et filter 168 er gjort tilgjengelig ved pumpeutløpet 166 for å filtrere hydraulikkfluidet som blir levert av tumleplatepumpen 150 til porten 100 for det trykksatte hydraulikkfluid. Pumpeinntaket 164 og pumpeutløpet 166 er begge forsynt med fjærbelastete stengeventiler 170 for pumpe som blir forskjøvet mot en lukket stilling av fjærer.

Under henvisning til figur 3 til 4 og figur 15 til 16 omfatter tumleplaten 152 en vinklet profil. Tumleplatepumpen 150 omfatter videre en stasjonær plate 172 som er roterbart og svingbart forbundet ved et kulelager 174 med den vinklede profilen av tumleplaten 152. Den stasjonære plate 172 er forbundet med huset 36 slik at den stasjonære plate 174 ikke roterer i forhold til huset 36.

Den stasjonære plate 174 definerer et flertall av inngrepsflater 176 for å gå i inngrep med aktuatorflatene 160 når aktuatorflatene 160 er forskjøvet mot den stasjonære plate 174. I den foretrukne utførelse omfatter inngrepsflatene 176 topper eller fordypninger som er motsvarende til aktuatorflatene 160.

Under rotering av tumleplaten 152 med akselen 54 roterer ikke den stasjonære plate 172, men svinger når den følger den vinklede profil av tumleplaten 152. Aktuatorflatene 160 består i inngrep med inngrepsflatene 176 på den stasjonære plate, som forårsaker at stemplene 158 resiprokerer i pumpekamrene 162, dermed forårsakes at hydraulikkfluidet blir trukket fra reservoaret 74 og trykksatt av tumleplatepumpen 150 for å gjøre det trykksatte hydraulikkfluid tilgjengelig.

Tumleplaten 152 den stasjonære platen 172 og kulelageret 174 blir smurt av borefluid som passerer gjennom boringen 52 i huset mellom huset 36 og akselen 54.

Under henvisning til figur 7 og figur 8 omfatter det hydrauliske styresystem 42 videre en første trykkavlastningsventil 180 som blir satt ved å bruke en første forskyvningsfjær 182 ved et første terskeltrykk og en andre trykkavlastningsventil 184 som blir satt ved å bruke en andre forskyvningsfjær 186 ved et andre terskeltrykk. Trykkavlastningsventilene 180 og 182 blir plassert mellom tumleplatepumpen 150 og ventilene 78 og kommuniserer med reservoaret 74 når deres terskeltrykk blir overskredet på grunn av alt for høy motstand eller blokkering mellom tumleplatepumpen 150 og styreanordningene 40. I den foretrukne utførelsen er trykkavlastningsventilene 180 og 184 satt til et trykk av omtrent 850 psi (eller omtrent 5860 kPa) og omtrent 1250 psi (eller omtrent 8620 kPa).

Under henvisning til figur 4 omfatter i den foretrukne utførelse hver av styreanordningene 40 fire styrestempler 190 som hydraulisk kommuniserer med hverandre slik at styrestemplene 190 samtidig er aktuerbare for å aktuere styreanordningen 40 mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling.

Under henvisning til figur 3 til 4 og figur 6 til 12 er i den foretrukne utførelse styrestemplene 190 hydraulisk forbundet med ventilen 78 via en kanal som omfatter spor eller kanaler utformet i huset 36.

Under henvisning til figur 4 oppbevares hvert av styrestemplene 190 i en styrestempelsylinder 192 slik at styrestemplene er hydraulisk forbundet med ventilen 78 gjennom styrestempelsylindrene 192. Siden det hydrauliske styresystem 42 i den foretrukne utførelse omfatter et enkeltvirkende hydraulisk system er bare en side av styrestemplene 190 hydraulisk forbundet med ventilen 78.

Følgelig fører bevegelse av én av de mekaniske ventilaktuatorer 80 fra den første aktuatorstilling til den andre aktuatorstilling til at dens forbundne styrestempler 190 kommuniserer med det trykksatte hydraulikkfluid gjennom styrestempelsylindrene 192 som i sin tur fører til at styrestemplene 190 strekker seg utover fra huset 36 når styrestempelsylindrene 192 fylles med det trykksatte hydraulikkfluid fra tumleplatepumpen 150. Omvendt vil bevegelse av den mekaniske ventilaktuator 80 fra den andre aktuatorstilling til den første aktuatorstilling føre til at styrestemplene 190 kommuniserer med reservoaret 74 som i sin tur fører til at styrestemplene 190 trekker seg innover mot huset 36 når det trykksatte hydraulikkfluid dreneres fra styrestempelsylindrene 192 tilbake til reservoaret 74.

I den foretrukne utførelse og under henvisning til figur 4 omfatter hver av styreanordningene 40 en forskyvningsmekanisme 194 for styreanordning som forskyver styreanordningene 40 mot den tilbaketrukne stilling. Hver forskyvningsmekanisme 194 for styreanordning omfatter forskyvningsfjærer 196 for styreanordning som oppbevares i styrestempelsylindrene 192 og som går i inngrep med styrestemplene 190 for å påskynde dem innover.

Under henvisning til figur 14 er i den alternative utførelse i hvilken det hydrauliske styresystem 42 er et dobbeltvirkende hydraulisk system, begge side av styrestemplene 190 hydraulisk forbundet med ventilen 78 gjennom atskilte ledeveier som omfatter spor eller kanaler i huset 36.

Følgelig vil bevegelse av én av de mekaniske ventilaktuatorer 80 fra den første aktuatorstilling til den andre aktuatorstilling føre til at styrestemplene 190 strekker seg utover fra huset 36 når styrestempelsylindrene 192 på en første side av styrestemplene 190 fylles med det trykksatte hydraulikkfluid fra tumleplatepumpen 150 og styrestempelsylindrene 192 på en andre side av styrestemplene 190 drenerer det trykksatte hydraulikkfluid tilbake til reservoaret 74. Omvendt vil bevegelse av den mekaniske ventilaktuator 80 fra den andre aktuatorstilling til den første aktuatorstilling snu prosessen slik at styrestempelsylindrene 192 på den første side av styrestemplene 190 drenerer det trykksatte hydraulikkfluid tilbake til reservoaret 74 mens styrestempelsylindrene 192 på den andre side av styrestemplene 190 fylles med trykksatt hydraulikkfluid fra tumleplatepumpen 150.

I den foretrukne utførelse omfatter hver av styreanordningene 40 videre et styreblad 198. Under henvisning til figur 17 til 19 omfatter hvert av styrebladene 198 en styrebladkjerne 200 med en gitterstruktur og konstruert fra aluminium og hvert av styrebladene 198 omfatter videre et styrebladdeksel 202 konstruert fra påleggsveiset stål. Styrebladdekselet 202 passer over styrebladkjernen 200 for å kunne beskytte styrebladkjernen 200.

Styrebladkjernen 200 og styrebladdekselet 202 er begge forbundet med hvert av styrestemplene 190 ved bolter som er tilgjengelige fra det ytre 50 av huset 36 uten å plukke fra hverandre styreverktøyet 20.

Styrebladene 198 blir holdt tilbake i en styrebladfordypning 204 som er formet i det ytre 50 av huset 36 av to bladstoppedeler 206 som er plassert ved begge ender av styrebladet 198. Hver av bladstoppedelene 206 er forbundet med huset ved en bolt som er tilgjengelig fra det ytre 50 av huset 36 uten å plukke fra hverandre styreverktøyet 20.

Under henvisning til figurene 3 og 4 omfatter det hydrauliske styresystem 42 videre en trykkbalanseringsmekanisme 220 for hydraulikkfluid for å overføre et første omgivende trykk til hydraulikkfluidet ved en første trykkbalanseringsstilling 222 på det ytre 50 av huset 36. Trykkbalanseringsmekanismen 220 for hydraulikkfluid omfatter et balanseringsstempel 224 for hydraulikkfluid i en balanseringssylinder 226 for hydraulikkfluid. En balanserende port 228 for hydraulikkfluid er plassert i det ytre 50 av huset 36 ved den første trykkbalanserende stilling 222.

Også under henvisning til figur 3 omfatter styreverktøyet 20 videre en trykkbalanseringsmekanisme 230 for viskøst medium for å overføre et andre omgivende trykk til det viskøse medium oppbevart i pendelkammeret 62 ved en andre trykkbalanserende stilling 232 på det ytre 50 av huset 36. Balanseringsmekanismen 230 for viskøst mediumtrykk omfatter et balanseringsstempel 234 for viskøst medium oppbevart i en balanseringssylinder 236 for viskøst medium. En balanserende port 238 for viskøst medium er plassert i det ytre 50 av huset 36 ved den første trykkbalanserende stilling 232.

I den foretrukne utførelse er den første trykkbalanserende stilling 222 og dermed den balanserende port 228 for hydraulikkfluid plassert mellom styreanordningene 40 og den nedre ende 46 av huset 36. Den andre trykkbalanserende stilling 232 og dermed den balanserende port 238 for viskøst medium er plassert mellom den øvre ende 44 av huset 36 og styreanordningene 40.

Det første omgivende trykk ved den første trykkbalanserende stilling 222 vil trolig bli større enn det andre omgivende trykk ved den andre trykkbalanserende stilling 232 under aktueringen av styreverktøyet 20. I tillegg kan i tilfellet at styreanordningene 40 "tetter til" et borehull under bruk av styreverktøyet, en stor trykkimpuls inntreffe ved den første trykkbalanserende stilling 222.

I den foretrukne utførelse omfatter det hydrauliske styresystem 42 derfor videre en nødavlastningsventil 240 som er forbundet mellom det hydrauliske styresystem 42 og pendelkammeret 62 slik at det hydrauliske styresystem 42 kommuniserer med pendelkammeret 62 når nødavlastningsventilen 240 er i en åpen stilling, derved frigis en mengde av hydraulikkfluidet fra det hydrauliske styresystem 42 til pendelkammeret 62. I den foretrukne utførelse blir nødavlastningsventilen 240 satt til omtrent 2000 psi eller omtrent 13800 kPa.

Under henvisning til figur 3 omfatter i den foretrukne utførelse styreverktøyet 20 videre en stabilisator 250 på det ytre 50 av huset 36. I den foretrukne utførelse er stabilisatoren 250 plassert mellom den øvre ende 44 av huset 36 og styreanordningene 40.

Stabilisatoren 250 omfatter et flertall av stabilisatorblader 252 omkretsmessig avstandssatt omkring det ytre 50 av huset 36. Stabilisatorbladene 252 er avtakbar fra huset 36 uten å plukke fra hverandre styreverktøyet 20.

Hvert av stabilisatorbladene 252 blir holdt tilbake i en stabilisatorbladfordypning 254 i det ytre 50 av huset 36 ved en stabilisatorholdende ring 256 som er plassert ved én ende av stabilisatorbladet 252. Hvert av stabilisatorbladene 252 blir videre holdt tilbake i stabilisatorbladfordypningen 254 ved en kombinasjon ved den andre ende av stabilisatorbladet 252 av et undersnitt 258 formet i stabilisatorbladet 252 og et oversnitt 260 formet i stabilisatorbladfordypningen 254.

Stabilisatorbladene 252 blir installert i styreverktøyet 20 ved først å sette hvert av stabilisatorbladene 252 i sin respektive stabilisatorbladfordypning 254 slik at undersnittene 258 griper oversnittene 260 og så blir den stabilisatorholdende ring strammet over alle av stabilisatorbladene 252 for å holde stabilisatorbladene 252 i stabilisatorbladfordypningene 254.

Under henvisning til figur 3 omfatter styreverktøyet 20 videre en trykklagersammenstilling 270 for å overføre aksiallast fra borekronen 24 og akselen 54 til huset 36, slik at den aksielle last ikke passerer gjennom rotoren (ikke vist) av boremotoren 26. I utførelser av styreverktøyet 20 i hvilket styreverktøyet 20 er tilpasset for å bli forbundet med boremotoren 26 som et atskilt verktøy eller en atskilt komponent kan trykklagersammenstillingen 270 være sørget for av boremotoren 26. Trykklagersammenstillingen 270 blir smurt av borefluid som passerer gjennom boringen 52 i huset mellom huset 36 og akselen 54.

Under henvisning til figur 3 omfatter styreverktøyet 20 videre også et øvre radiallager 272, et mellomliggende radiallager 274 og et nedre radiallager 276 for å støtte akselen 54 radiellt innenfor huset 36. I den foretrukne utførelse er radiallagrene 272, 274 og 276 forholdsvis tett passende kulelagre som gjør veldig liten radiell bevegelse av akselen 54 i forhold til huset 36 mulig, dermed maksimeres virkningen av styreanordningene 40 i å trykke huset 36 tilbake mot målorienteringen når styreanordningene blir aktuert til den utstrakte stilling. Radiallagrene 272, 274 og 276 blir smurt av borefluid som passerer gjennom boringen 52 i huset.

For å sørge for tilstrekkelig strøm av borefluid forbi radiallagrene 272, 274 og 276 omfatter radiallagrene heliske rifler (ikke vist) som sørger for heliske kanaler for å la borefluid passere gjennom, mens tett kontakt stadig sørges for mellom kulelagrene 272, 274 og 276 og akselen 54. Den heliske konstruksjon av riflene sikrer kontakt mellom kulelagrene 272, 274 og 276 og akselen 54 uansett den relative stilling av akselen 54 og kulelagrene 272, 274 og 276 siden riflene følger hverandre og kontinuerlig beveger seg inn til kontakt og ut fra kontakt med akselen 54.

I den foretrukne utførelse omfatter de parede overflater av radiallagrene 272, 274 og 276 presstilpassede karbidkraver som sørger for en lang slitasjelevetid og som også er lett utskiftbare. I den foretrukne utførelse blir de heliske rifler konstruert som venstregjengede for å hindre forurensninger omfattet av borefluidet fra å skru seg inn i riflene under rotasjonen av akselen 54 og derved forårsake moment eller skade på styreverktøyet 20 eller at akselen 54 setter seg fast.

Under bruk av den foretrukne utførelse, innlemmes styreverktøyet 20 i borestrengen 22 slik at styreverktøyet 20 er mellom effektdelen (ikke vist) av boremotoren 26 og borekronen 24.

I den foretrukne utførelse blir borestrengen 22 omfattende styreverktøyet 20 og boremotoren 26 ikke typisk rotert under boring. I steden blir borekronen 24 rotert av boremotoren 26.

Aksen av pendelen 60 vil bestå hovedsakelig parallell med aksen av huset 36 så lenge som huset 25 består i en vertikal orientering som målorienteringen. Som en følge består de fire aktuerende armer 82 i den første aktuatorstilling og styreanordningene 40 består i den tilbaketrukne stilling.

Mindre svingende bevegelse av pendelen 60 på grunn av vibrasjon eller forbigående avvik av huset 36 blir dempet av det viskøse medium oppbevart i pendelkammeret 62 og av dempemekanismen 130 for mekanisk aktuator .

Hvis huset 36 begynner å avvike fra den vertikale orientering vil pendelen 60 svinge i pendelkammeret 62 og dermed sørge for en aktuerende bevegelse i retningen av den svingende bevegelse. Den aktuerende bevegelse blir ledsaget av en aktuerende kraft på grunn av vekten av pendelen 60.

Den ytre ende 70 av pendelen 60 vil gå i inngrep med én eller to av de fire aktuerende armer 82 og den aktuerende bevegelse vil bevege de aktuerende armer 82 i inngrep, fra den første aktuatorstilling mot den andre aktuatorstilling, når den aktuerende kraft er tilstrekkelig til å overvinne eventuell motstand fra de aktuerende armer 82 i inngrep på grunn av friksjon og/eller på grunn av forskyvningsanordningen 120 for ventilmekanisme.

Bevegelse av de aktuerende armer 82 i inngrep mot den andre aktuatorstilling vil forårsake aktuering av ventilene 78 som er forbundet med de aktuerende armer 82 i inngrep.

I den foretrukne utførelse som avbildet i figur 3 og figur 6 hvor ventilene 78 er vekselventiler vil ventillegemene 98 forbli lukket i porten 100 for trykksatt hydraulikkfluid så lenge som de aktuerende armer 82 i inngrep forblir i den første aktuatorstilling med følgen at styreanordningene 40 forbundet med de aktuerende armer 82 i inngrep står i kommunikasjon bare med reservoaret 74. Liten bevegelse av de aktuerende armer 82 i inngrep mot den andre aktuatorstilling vil åpne ventillegemenet 98 fra portene for trykksatt hydraulikkfluid 100, derved etableres noe kommunikasjon mellom det trykksatte fluid forsynt fra tumleplatepumpen 150 og styreanordningene 40 under opprettholdelse av noe kommunikasjon mellom reservoaret 74 og styreanordningene 40. Svingende bevegelse av pendelen 60 som reflekterer avvik av huset 36 fra den vertikale orientering av omtrent 0.183 grader eller mer vil sørge for en aktuerende bevegelse som er tilstrekkelig til å bevege de aktuerende armer 82 i inngrep til den andre aktuatorstilling. Ved den andre aktuatorstilling vil ventillegemene 98 av vekselventilen lukke reservoarportene 102 av ventilene 78, derved opphører kommunikasjonen mellom reservoaret 74 og styreanordningene 40, mens full kommunikasjon mellom det trykksatte hydraulikkfluid forsynt fra tumleplatepumpen 150 og styreanordningene 40 etableres.

Styreanordningene 40 blir aktuert til den utstrakte stilling på grunn av kommunikasjonen mellom det trykksatte hydraulikkfluid sørget for av tumleplatepumpen 150 og styreanordningene 40. I den foretrukne utførelse hvor ventilene 74 er vekselventiler, vil styreanordningene 40 bli aktuert til den utstrakte stilling når de aktuerende armer 82 blir beveget nærmere den andre aktuatorstilling når kommunikasjonen mellom det trykksatte hydraulikkfluid og styreanordningene 40 blir proporsjonalt større og kommunikasjonen mellom reservoaret 74 og styreanordningene 40 blir proporsjonalt mindre, på grunn av bevegelse av ventillegemene 98 mellom porten 100 for trykksatt hydraulikkfluid og reservoarporten 102.

Når de aktuerende armer 82 som er i inngrep er forholdsvis nære den første aktuatorstilling, kan styreanordningene 40 forbli aktuert i den tilbaketrukne stilling. Når de aktuerende armer 82 i inngrep er forholdsvis nære den andre aktuerende stilling, kan styreanordningene 40 bli aktuert til den utstrakte stilling forholdsvis hurtig. Aktueringen av styreanordningene 40 til den utstrakte stilling vil bli motvirket av de forskyvende krefter som er sørget for av forskyvningsmekanismene 194 for styreanordning og av hvilke som helst ytre krefter som kan bli utøvd på styreanordningene 40 fra borehullet eller noen annen kilde.

Tumleplatepumpen 150 arbeider kontinuerlig så lenge akselen 54 roterer på grunn av driften av boremotoren 26. Som en følge returneres det trykksatte hydraulikkfluid til reservoaret 74 gjennom én eller begge av trykkavlastningsventilene 180 og 184 hvor pumpehastigheten av tumleplatepumpen 150 overskrider omfanget i hvilket det trykksatte hydraulikkfluid kan bli overført til styreanordningene 40.

De aktuerende armer 82 i inngrep og deres forbundne styreanordninger 40 blir forskjøvet ved i hovedsak 180 grader. Som en følge fører svingning av pendelen 60 mot den "lave" side av styreverktøyet 20 til at styreanordningene 40 ved den "høye" side av styreverktøyet blir aktuert til den utstrakte stilling for å kunne skyve huset 36 tilbake mot den vertikale orientering.

Når huset 36 beveger seg tilbake mot den vertikale orientering svinger pendelen 60 tilbake mot stillingen hvor aksen av pendelen 60 er i hovedsak parallell med aksen av huset 36. En aktuerende bevegelse av pendelen 60 blir derfor frembragt som muliggjør for de aktuerende armer 82 i inngrep å bevege seg tilbake mot den første aktuatorstilling.

Når de aktuerende armer 82 i inngrep beveger seg mot den første aktuatorstilling avtar overføringen mellom det trykksatte hydraulikkfluid og styreanordningene 40 og overføringen mellom reservoaret 74 og styreanordningene 40 blir etablert og/eller blir øket. Når de aktuerende armer 82 i inngrep beveger seg nærmere den første aktuatorstilling blir styreanordningene 40 aktuert til den tilbaketrukne stilling hjulpet av den forskyvende kraft fra forskyvningsmekanismen for styreanordning 194 og av hvilke som helst ytre krefter utøvd på styreanordningene 40.

Som en følge kan det bli sett at styreverktøyet 20 i den foretrukne utførelse blir konstruert slik at utilsiktet aktuering av styreanordningene 40 til den utstrakte stilling blir minimert på grunn av den dempende virkning av det viskøse medium i pendelkammeret 62, den dempende virkning av dempemekanismen 130 for mekanisk aktuator, forskyvningsvirkninger av forskyvningmekanismer 194 for styreanordning og konstruksjonen av de aktuerende armer 82 og ventilene 74 hvis konstruksjon effektivt begrenser aktuering av styreanordningene 40 til den utstrakte stilling hvis ikke de aktuerende armer 82 blir beveget betydelig mot den andre aktuatorstilling.

I tilfellet at borestrengen 22 blir rotert for å utføre roterende boring med borestrengen 22 vil styreanordningene 40 bli hindret fra å aktuere eller bevege seg til den utstrakte stilling på grunn av deres reduserte vekt (som begrenser sentrifugalkreftene) på grunn av de forskyvende virkninger av forskyvningsmekanismene 194 for styrenanordning og på grunn av den forholdsvis lette vekt og betydelige balansering av de aktuerende armer 82.

I tillegg strekker i den foretrukne utførelse hver av de aktuerende armer 82 seg omkretsmessig omkring det indre av huset 36 over omtrent 60 grader, med den følge at et rom på omtrent 30 grader atskiller de ytre kanter av de aktuerende armer 82. Som en følge blir under roterasjon av borestrengen 22 under roterende boring de aktuerende armer 82 i den andre aktuatorstilling under mindre enn halve av hver rotasjon av borestrengen 22 uansett orienteringen av huset 36. Styreanordningene 40 har derfor mer mulighet til å bevege seg til den tilbaketrukne stilling enn til den utstrakte stilling under rotasjon av borestrengen 22.

Under henvisning til figur 1b i en andre konstruksjon blir styreverktøyet 20 tilpasset som en komponent av et roterende styrbart boresystem 32. I denne andre konstruksjon kan huset 36 bli koplet til en borestreng 22 med hensiktsmessige kulelagre (ikke vist) slik at borestrengen 22 gjør akselen 54 tilgjengelig. Den trykksettende anordning 72 kan være omfattet av tumleplatepumpen 150 som kan være forbundet med både borestrengen 22 og huset 36 på en liknende måte som i den foretrukne utførelse. Alternativt kan den trykksettende anordning 72 omfatte en annen type av pumpe eller kan omfatte et system for å bruke trykket av borefluidet for å kunne aktuere styreanordningene 40.

I en andre konstruksjon kan en borehullgripende anordning 34 bli forbundet med huset 36 for å kunne hindre huset 36 fra å rotere med borestrengen 22 når borestrengen 22 roterer under boring. I den andre konstruksjon kan borefluid las passere gjennom borestrengen 22 for å kunne sirkulere borefluidet gjennom styreverktøyet 20, og en liten mengde av borefluid kan bli gitt mulighet til å passere mellom borestengen 22 og huset 36 for å kunne smøre komponenter av styreverktøyet 20.

Den andre konstruksjon av styreverktøyet 20 kan ellers bli konstruert og aktuert på en liknende måte som styreverktøyet 20 beskrevet i den foretrukne utførelse.

Under henvisning til figur 1c i en tredje konfigurasjon blir styreverktøyet 20 tilpasset som en komponent av et fullt roterende, roterende styrbart boresystem 32 av typen i hvilken en styremekanisme blir koplet til borestrengen 22 slik at styremekanismen roterer med borestrengen 22 under roterende boring.

I denne tredje konstruksjon blir den verktøyaktiverende anordning 38, styreanordningene 40 og det hydrauliske styresystem 42 konstruert slik at styreanordningene 40 blir i stand til å aktuere mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling i synkronisme med roteringen av borestrengen 22 slik at styreanordningene 40 blir aktuert i hovedsak ved den samme roteringsmessige stilling under rotasjonen av borestrengen 22 for å kunne bevege huset 36 tilbake mot målorienteringen.

I denne tredje konstruksjon kan en aksel 54 være /ikke være gjort tilgjengelig for styreverktøyet 20. En aksel 54 kan være gjort tilgjengelig av en borende motor (ikke vist) som er innlemmet i borestrengen 22 eller av en del (ikke vist) som er oppbevart innenfor boringen 52 i huset. Målet med akselen 54 kan være å sørge for en roterende bevegelse for å drive en pumpe på liknende måte som beskrevet i den foretrukne utførelse. Alternativt kan den trykksettende anordning 72 omfatte en forskjellig type av pumpe eller omfatte et system for å bruke trykket av borefluid for å kunne aktuere styreanordningene 40.

Borefluid kan bli overført gjennom boringen 52 i huset for å kunne sirkulere borefluidet gjennom styreverktøyet 20. Hvis en aksel 54 er gjort tilgjengelig i styreverktøyet 20 kan alternativt eller i tillegg borefluidet bli overført gjennom akselboringen 55.

I denne tredje konstruksjon kan det være nødvendig å sørge for modifikasjoner til den foretrukne utførelse av styreverktøyet 20 slik at styreanordningene 40 er i stand til å bli aktuert hurtig nok til å sørge for synkronisering med rotasjonen av borestrengen 22. Som et første eksempel kan de dempende virkninger av det viskøse medium i pendelkammeret 62 og dempemekanismen 130 for mekanisk aktuator bli redusert. Som et andre eksempel kan gjennomstrømningsmengdene av hydraulikkfluid til og fra styreanordningene 40 bli øket ved å øke størrelsen av ledeveiene mellom den trykksettende anordning 72, reservoaret 74 og styreanordningene 40. Som et tredje eksempel kan pumpehastigheten av den trykksettende anordning 72 bli øket. Som et fjerde eksempel kan et dobbelvirkende hydraulisk system bli benyttet. Som et femte eksempel kan en verktøyaktiverende anordning 38 som har en kortere naturlig frekvens enn pendelen 60 fra den foretrukne utførelsen bli benyttet.

Til sist: i hvilke som helst av konstruksjonene av styreverktøyet 20, kan styreverktøyet sørge for en vertikal orientering som målorienteringen eller kan sørge for noen annen orientering som målorienteringen. Hvis målorienteringen ikke er en vertikal orientering, kan orienteringen av den verktøyaktiverende anordning 38 i huset 36 bli endret for å gjenspeile målorienteringen. Alternativt eller i tillegg kan de mekaniske ventilaktuatorer 80 bli konstruert slik at den første aktuatorstilling og den andre aktuatorstilling blir gjort tilgjengelig med referanse til målorienteringen.

Hvis målorienteringen ikke er en vertikal orientering kan styreverktøyet 20 eller borestrengen 22 videre omfatte et oppmålingssystem (ikke vist) for å avgjøre orienteringen av styreverktøyet 20 i forhold til en referanseorientering, slik at målorienteringen av styreverktøyet 20 har en referanse.

Videre kan i hvilke som helst av konstruksjonene av styreverktøyet 20 borestrengen 22 videre omfatte hvilke som helst egnede boreutstyr og boreverktøy for bruk i forbindelse med borestrengen 22 og/eller i forbindelse med hvilke som helst komponenter av borestrengen 22 også omfattende styreverktøyet 20.

Claims

Patentkrav

1. Styreverktøy (20) for bruk ved boring av et borehull, omfattende:

a) et rørformet hus (36) med et indre (48), et ytre (50) og en boring (52) i huset, b) en verktøyaktiverende anordning (38) bevegelig støttet innenfor det indre (48) av huset (36), den verktøyaktiverende anordning (38) er istand til å utføre en aktiverende bevegelse i forhold til huset (36),

c) et flertall av hydraulisk aktiverte styreanordninger (40) omkretsmessig avstandssatt omkring det ytre av huset (36), styreanordningene (40) er uavhengig aktiverbare mellom en tilbaketrukket stilling og en utstrakt stilling som en følge av den aktiverende bevegelse fra den verktøyaktiverende anordning (38),

d) et hydraulisk styresystem (42) oppbevart innenfor det indre (48) av huset (36) og driftsmessig innpasset mellom den verktøyaktiverende anordning (38) og styreanordningene (40) for å omforme den aktiverende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning (38) til uavhengig aktivering av styreanordningene (40) mellom den tilbaketrukne stilling og den utstrakte stilling, og

e) hvori den verktøyaktiverende anordning (38) omfatter en pendel (60), svingbart opphengt, innenfor det indre (48) av huset (36) og der den aktiverende bevegelse er en svingende bevegelse i forhold til huset (36) for å kunne opprettholde en vertikal orientering av pendelen (60), karakterisert ved at

f) pendelen (60) omfatter en rørformet del som er plassert innenfor det indre (48) av huset (36) slik at pendelen (60) omgir boringen (52) i huset.

2. Styreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at styreverktøyet videre omfatter et hydraulikkfluid for bruk i det hydrauliske styresystem (42) for å kunne aktivere styreanordningene (40) der hydraulikkfluidet blir isolert fra andre fluider.

3. Styreverktøy ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det hydrauliske styresystem (42) omfatter en trykksettende anordning (72) for å trykksette hydraulikkfluidet for å sørge for en forsyning av trykksatt hydraulikkfluid.

4. Styreverktøy ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at det hydrauliske styresystem (42) omfatter et flertall av ventilmekanismer (76), der hver av ventilmekanismene (76) er forbundet med den verktøyaktiverende anordning (38) og med én av styreanordningene (40), og der hver av ventilmekanismene (76) er i stand til valgbart å sørge for kommunikasjon av dens forbundne styreanordning (40) med det trykksatte hydraulikkfluid som et resultat av den aktiverende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning (38).

5. Styreverktøy ifølge krav 4, karakterisert ved at hver av ventilmekanismene (76) omfatter en mekanisk ventilaktuator (80) for ventilmekanismen (76), der de mekaniske ventilaktuatorer (80) er plassert i det indre (48) av huset (36), der de mekaniske ventilaktuatorer (80) er omkretsmessig avstandssatt omkring det indre (48) av huset (36), og der de mekaniske ventilaktuatorer (80) er plassert inntil den verktøyaktiverende anordning (38) slik at de kan bli beveget av den aktiverende bevegelse av den verktøyaktiverende anordning (38).

6. Styreverktøy ifølge krav 5, karakterisert ved at de mekaniske ventilaktuatorer (80) er i stand til å bevege seg av den verktøyaktiverende anordning (38) mellom en første aktuatorstilling og en andre aktuatorstilling og der styreverktøyet (20) er konstruert slik at hver av styreanordningene (40) blir aktuerte til den tilbaketrukne stilling når dens forbundne mekaniske ventilaktuator (80) er i den første aktuatorstilling og slik at hver av styreanordningene (40) blir aktivert til den utstrakte stilling når dens forbundne mekaniske ventilaktuator (80) er i den andre aktuatorstilling.

7. Styreverktøy ifølge ethvert av kravene 1-6, karakterisert ved at pendelen (60) er svingbart opphengt innenfor huset (36) ved et universalledd (66).

8. Styreverktøy ifølge ethvert av kravene 1-7, karakterisert ved at pendelen (60) er opphengt i huset (36) i et viskøst medium slik at den svingende bevegelse av pendelen (60) innenfor huset (36) blir utsatt for viskøs dempning.

9. Styreverktøy ifølge ethvert av kravene 1-8, videre karakterisert ved et pendelkammer (62) for å oppbevare pendelen og det viskøse medium.

10. Styreverktøy ifølge krav 9, karakterisert ved at pendelkammeret (62) er isolert fra det hydrauliske styresystem (42) slik at det viskøse medium er isolert fra hydraulikkfluidet.

11. Styreverktøy ifølge krav 5, karakterisert ved at pendelen (60) omfatter en sentral ende (64) og en ytre ende (70), der den sentrale ende (64) av pendelen (60) er svingbart opphengt innenfor huset (36), og der de mekaniske ventilaktuatorer (80) er plassert inntil den ytre ende (70) av pendelen (60).

12. Styreverktøy ifølge krav 11, karakterisert ved at pendelen (60) har et tyngdepunkt og der tyngdepunktet av pendelen (60) er plassert nærmere den ytre ende (70) av pendelen (60) enn den sentrale ende (64) av pendelen (60).

13. Styreverktøy ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at pendelen (60) omfatter minst én vektende ring for å tilføre vekt til pendelen (60) og der den vektende ring er plassert nærmere den ytre ende (70) av pendelen (60) enn den sentrale enden (64) av pendelen (60).

14. Styreverktøy ifølge krav 1-13, karakterisert ved at pendelen (60) er opphengt innenfor huset (36) slik at aksen av pendelen blir på linje med målorienteringen av huset (36).

15. Styreverktøy ifølge krav 9, karakterisert ved at det hydrauliske styresystem (42) omfatter en nødavlastningsventil (240) som er forbundet mellom det hydrauliske styresystem (42) og pendelkammeret (62) slik at det hydrauliske styresystem (42) kommuniserer med pendelkammeret (62) når nødutløsningsventilen (240) er i en åpen stilling og derved frigir en mengde av hydraulikkfluidet fra det hydrauliske styresystem (42) inn til pendelkammeret (62).