/或其它參數(shù)的高帶寬測量的鉆井力學(xué)模塊形式的控制模塊66。舉例來說，當(dāng)動控制系統(tǒng)38被構(gòu)造為伺服泥漿馬達(dá)時，扭矩輸出數(shù)據(jù)可用于有泥漿馬達(dá)的反饋布置中，以在鉆柱的一些其它部分處實現(xiàn)所期望的鉆探扭矩或速度。
[0090]致動控制系統(tǒng)38還可被設(shè)計有用于控制各種系統(tǒng)部件(例如，轉(zhuǎn)子、定子套、鉆鋌區(qū)段和/或其它部件)的相互作用的各種制動系統(tǒng)和制動機(jī)構(gòu)。在一些應(yīng)用中，制動機(jī)構(gòu)64,74中的至少一個或類似附加制動系統(tǒng)可被向外定向，以經(jīng)由與周圍裸眼井的摩擦而在致動控制系統(tǒng)38上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)阻力。舉例來說，這樣的制動系統(tǒng)將制動元件(例如，制動墊)定向而向外延伸，以與周圍裸眼井壁相互作用，產(chǎn)生對著周圍裸眼井壁的扭轉(zhuǎn)阻力。各種制動系統(tǒng)可沿著定子系統(tǒng)48定位、定位于定子系統(tǒng)48上方和/或下方。在操作中，對著裸眼井壁作用的制動系統(tǒng)可被控制，以將不需要的能量從鉆桿和井下組件中排出，從而將致動控制系統(tǒng)38 (例如伺服泥漿馬達(dá))從執(zhí)行該任務(wù)中釋放出來。制動機(jī)構(gòu)64、74中的每一個和任何附加制動機(jī)構(gòu)可經(jīng)由控制模塊66、經(jīng)由地面控制或經(jīng)由井下和地面控制的組合來控制。
[0091]致動控制系統(tǒng)38可被利用于控制各種應(yīng)用中的許多類型的部件的致動，如上文所述。以附加示例的方式，致動控制系統(tǒng)38可被用于控制安裝于轉(zhuǎn)子(例如，轉(zhuǎn)子46)的端部處的部件。在這樣的實施例中，致動控制系統(tǒng)可被用于控制安裝于轉(zhuǎn)子46的端部處的閥的致動，并且該控制可經(jīng)由無線通信或其它適當(dāng)?shù)倪b測技術(shù)來完成。
[0092]另外，致動控制系統(tǒng)38可利用具有定子套50的旋轉(zhuǎn)定子套系統(tǒng)44，以抑制鉆柱的振動。在一些應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)的定子套系統(tǒng)44還可以可控制的方式致動，以用作定向器。在一些應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)定子套系統(tǒng)44可被用作攪動器，或該系統(tǒng)可聯(lián)接到被設(shè)計成產(chǎn)生電的部件。進(jìn)一步以舉例來說，當(dāng)鉆探時和當(dāng)離開底部時，可采用旋轉(zhuǎn)定子套系統(tǒng)44來控制鉆頭的負(fù)載、扭矩和/或速度，以減小回旋或以其它方式改進(jìn)鉆頭的操作。旋轉(zhuǎn)定子套系統(tǒng)44還可被用于產(chǎn)生便于遙測使用的能量。
[0093]本文中所述的實施例還可逆向地用于各種泵送應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，軸58可被用作用于致動泵的驅(qū)動器。如果致動控制系統(tǒng)38包括兩個馬達(dá)，那么一些實施例和應(yīng)用可利用在相反旋轉(zhuǎn)方向上的馬達(dá)的操作。另外，旋轉(zhuǎn)定子套50可用于鉆桿或鉆鋌內(nèi)的維護(hù)。舉例來說，旋轉(zhuǎn)定子50可用于鉆頭軸伺服或發(fā)電機(jī)中。各種其它使用和應(yīng)用也可受益于致動控制系統(tǒng)38的控制能力。
[0094]取決于應(yīng)用，致動控制系統(tǒng)也可利用在數(shù)個配置和布置中的各種螺桿系統(tǒng)。螺桿系統(tǒng)可單獨地或組合地用作莫諾式馬達(dá)或泵。在鉆井應(yīng)用和其它井下應(yīng)用中，螺桿系統(tǒng)或多個系統(tǒng)可以是由鉆探泥漿流或由另一類型的致動流體提供動力的泥漿馬達(dá)或泥漿泵的形式。在許多應(yīng)用中，泥漿馬達(dá)可利用薄壁馬達(dá)技術(shù)，然而，可利用各種定子、轉(zhuǎn)子和/或鉆鋌設(shè)計。另外，可以數(shù)個類型的配置構(gòu)造和布置各種類型的制動機(jī)構(gòu)?？梢砸簤?、電地或通過其它適當(dāng)技術(shù)為制動機(jī)構(gòu)供動力的。另外，可采用各種控制系統(tǒng)(例如，基于微處理器的控制系統(tǒng))來控制螺桿系統(tǒng)或多個系統(tǒng)。還可在各種傳感器系統(tǒng)中采用許多類型的傳感器，以為控制系統(tǒng)提供關(guān)于例如角速度和扭矩輸出的數(shù)據(jù)。本文中已描述了莫諾馬達(dá)的原理，然而，相同的構(gòu)思適用于利用渦輪馬達(dá)原理的類似實施例。在其中已使用兩個或多個馬達(dá)的應(yīng)用中，舉例來說，所述馬達(dá)中的至少一個可被構(gòu)造成根據(jù)渦輪馬達(dá)的原理運行。
[0095]盡管上文已詳細(xì)地描述了系統(tǒng)和方法的幾個實施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解，在不實質(zhì)地背離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，許多修改是可能的。因此，這些修改意在包含于如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于控制致動的系統(tǒng)，包括: 鉆鋌； 定子套，所述定子套可旋轉(zhuǎn)地安裝于所述鉆鋌中； 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝于所述定子套中，所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子套的旋轉(zhuǎn)與在所述轉(zhuǎn)子與所述定子套之間通過的流體的體積置換具有關(guān)聯(lián)；和 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述定子套相對于所述鉆鋌的相對旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆鋌安裝于鉆柱中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子的可致動部件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括聯(lián)接到所述定子套的可致動部件。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第二定子套；和 第二轉(zhuǎn)子，所述第二轉(zhuǎn)子聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括壓力致動的制動器，所述壓力致動的制動器選擇性地減小所述定子套與所述鉆鋌之間的滑移。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括電致動的制動器，所述電致動的制動器選擇性地減小所述定子套與所述鉆鋌之間的滑移。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括多個摩擦板，所述定子套抵靠著所述多個摩擦板移動，以減小所述定子套與所述鉆鋌之間的滑移。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括泥漿馬達(dá)，所述泥漿馬達(dá)選擇性地減小所述定子套與所述鉆鋌之間的滑移。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括在所述定子套與所述鉆鋌之間作用的磁流變流體。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括多個傳感器，所述多個傳感器被定位成檢測所述轉(zhuǎn)子和所述定子套中的至少一個的扭矩和角速度。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子包括螺旋形外部表面，且所述定子包括相應(yīng)的螺旋形內(nèi)部表面。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括電磁制動器，所述電磁制動器可致動以選擇性地減小所述定子套與所述鉆鋌之間的滑移。14.一種用于控制部件的致動的系統(tǒng)，包括: 定子; 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝于所述定子中，所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子的旋轉(zhuǎn)與在所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間通過的流體的體積置換相應(yīng)； 流體旁路；和 流量控制系統(tǒng)，所述流量控制系統(tǒng)聯(lián)接到所述旁路，以控制被轉(zhuǎn)向通過所述旁路的流體量，而非在所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間流動的流體量。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旁路延伸通過所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旁路被定向成將流體引導(dǎo)入井眼環(huán)空中。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子和所述定子是鉆柱的一部分，且所述旁路被定向成將流體導(dǎo)回入所述鉆柱中。18.一種用于在井眼中提供控制的方法，包括: 提供具有協(xié)作表面的轉(zhuǎn)子和定子套，以使得所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子套的旋轉(zhuǎn)取決于在所述轉(zhuǎn)子與所述定子套之間通過的流體的體積置換； 在鉆鋌內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地安裝所述定子套，以使所述定子套能夠被允許在所述轉(zhuǎn)子與所述定子套之間通過的流體的所述體積置換期間相對于所述鉆鋌旋轉(zhuǎn)；和 控制所述定子套與所述鉆鋌之間的滑移量，以形成控制所述轉(zhuǎn)子與所述定子套之間的相對動作的井下致動控制系統(tǒng)。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，控制步驟包括:控制通過所述轉(zhuǎn)子和所述定子套的所述流體的旁路流量。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，控制步驟進(jìn)一步包括:控制所述轉(zhuǎn)子相對于所述鉆鋌的扭矩和角向旋轉(zhuǎn)中的至少一個。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用所述轉(zhuǎn)子、所述定子套和所述鉆鋌作為液壓馬達(dá)。22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在井下鉆探操作中使用所述轉(zhuǎn)子、所述定子套和所述鉆鋌。23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括結(jié)合所述井下致動控制系統(tǒng)利用地面控制系統(tǒng)。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括:采用在所述地面控制系統(tǒng)與所述井下致動控制系統(tǒng)之間的雙向遙測系統(tǒng)。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，采用步驟包括:采用具有有線鉆桿的所述雙向遙測系統(tǒng)。26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，控制步驟包括利用制動機(jī)構(gòu)。27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，控制步驟包括利用多個制動機(jī)構(gòu)。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括:利用所述制動機(jī)構(gòu)中的至少一個以抵靠著周圍井眼產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)阻力。29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括:利用安裝于所述鉆鋌上的控制系統(tǒng)部件，控制經(jīng)由無線通信與所述轉(zhuǎn)子聯(lián)接的部件。30.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，控制步驟包括以下各項中的至少一個:抑制鉆柱的振動、定向部件、利用部件攪動、利用部件推進(jìn)、發(fā)電、控制鉆探部件上的負(fù)載、給遙測系統(tǒng)提供動力、給泵提供動力和給井下部件提供動力。31.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，提供步驟包括:提供多個轉(zhuǎn)子和多個定子套，以形成一對螺桿馬達(dá)；和在相反的旋轉(zhuǎn)方向上操作所述馬達(dá)。
【專利摘要】一種技術(shù)通過利用轉(zhuǎn)子和相應(yīng)定子系統(tǒng)幫助對裝置的致動的控制。轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝于定子系統(tǒng)中，且轉(zhuǎn)子相對于定子系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)與在轉(zhuǎn)子與定子系統(tǒng)之間通過的流體的體積置換相關(guān)?？刂葡到y(tǒng)被采用于控制轉(zhuǎn)子的角位移和/或扭矩和/或流到轉(zhuǎn)子的流體的流量。
【IPC分類】F03B13/02, E21B4/02
【公開號】CN104937208
【申請?zhí)枴緾N201380070820
【發(fā)明人】G·C·唐頓
【申請人】普拉德研究及開發(fā)股份有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2013年12月16日
【公告號】CA2897471A1, EP2935753A1, WO2014099783A1