用于利用钻孔工具库的水平定向钻探的设备和方法

专利名称：用于利用钻孔工具库的水平定向钻探的设备和方法
技术领域：
本发明一般地涉及地下钻孔领域，并且具体地涉及一种用于利用钻孔工具库的水 平定向钻探的系统和方法。
背景技术：
用于水、电、天然气、电话和有线电视的公用事业线路常常在地下延伸。在许多情 形中，地下公用事业设施可以掩埋于沟槽中，然后回填该沟槽。虽然在新建筑物的区域中有 用，但是在沟槽中掩埋公用事业设施具有某些弊端。在支撑现有建筑物的区域中，沟槽可能 引起对结构或者道路的严重扰动。另外很有可能的是，挖掘沟槽可能损害先前掩埋的公用 事业设施，并且很少将由于挖掘沟槽而受到扰动的结构或者道路恢复至它们的原有状况。 开放的沟槽引发伤及工人和路人的危险。近来已经开发对开发水平地下孔进行钻孔的普通技术，以便克服上述弊端以及在 运用常规挖沟技术时未解决的其它弊端。根据这样的一种普通水平钻孔技术，也称为水平 定向钻探(HDD)或者无沟槽地下钻孔，钻孔系统处于地表面上并且相对于地表面以倾斜角 度将孔钻入地下。钻探流体通常流过钻柱、越过钻孔工具并且回流出钻孔，以便去除切屑和 泥浆。在钻孔工具达到希望的深度之后，然后沿着基本上水平路径导引工具以产生水平钻 孔。在已经获得希望的钻孔长度之后，然后向上导引工具以击穿至地表面。扩孔器然后附 接到经过钻孔被拉回的钻柱，因此将钻孔扩孔至更大直径。一般将公用事业线路或者其它 管道附接到扩孔工具，从而将它与扩孔器一起拖动经过钻孔。与水平定向钻探关联的另一技术(常称为推动扩孔)涉及到在钻孔工具已经在钻 孔的出口侧退出之后在钻孔的入口侧将扩孔器附接到钻柱。然后推动扩孔器经过钻孔而从 钻孔的出口侧向前推出的钻杆在钻孔的出口位置个别地断开。有时使用推动扩充技术是因 为它有利地提供钻探流体的再循环。比如为了在钻孔的出口位置断开钻杆而需要的操作员 与钻柱的直接交互水平比与传统水平定向钻探技术关联的直接交互水平大得多。为了钻孔，钻机根据地下条件和待钻探的特定孔类型而配有不同工具(这里也可 互换地称为钻头、切割工具、钻机附件、钻孔工具)。切割工具具有不同性质并且要求不同地 操作机器。为了高效和有效钻探，部分地基于附接到钻柱的具体切割工具来调节机器参数。 例如，应用的最大推进可以随着切割工具而不同。传统上，针对各工具需要训练操作员，从 而他们可以基于所选工具来设置适当控制参数。由于多个控制参数对应于各工具类型，所 以操作员常常需要依赖于他们随身带到作业现场的参考书。此外，通常需要训练操作员以 从作业现场手工收集关键数据。例如，如果需要在延长的时间段内在单个作业现场钻出多 个孔，则可能希望跟踪最初多个孔的钻探期间的性能和机器反馈，从而可以优化后续孔的钻 探。本公开内容提供一种解决这些问题中的一些问题的改进的水平定向钻探机和有关方法。

发明内容
本公开内容提供一种机器和方法，其中基于对特定切割工具的选择来自动设置机器参数。机器因此更易于操作并且有助于更高效和有效钻探。本公开内容提供一种在各作业现场跟踪和记录机器反馈和其它数据的机器和方 法。数据跟踪例如用来帮助操作员更好地理解工具如何工作并且基于实际数据来进行更好 的工具选择。本公开内容的各种系统实施例涉及一种具有工具库的水平定向钻探(HDD)系统， 该HDD系统包括多个工具，配置成附接到钻柱远端，多个工具中的各个工具被配置用于在 HDD中切割土壤；用户接口，具有配置成输出用户输入信号的显示屏和用户输入装置；以及 控制器，耦合到用户接口和用户输入装置，控制器被配置成接收用户输入信号、存储分别与 多个工具关联的多个操作工具简档，并且基于用户输入信号在显示屏上有选择地显示一个 或者多个操作工具简档，其中多个操作简档中的各个操作简档包含用于多个工具中的、与 该操作简档关联的工具的操作参数。在这些系统实施例中的一些实施例中，各操作工具简档的操作参数包括用于多个 工具中的与该操作简档关联的工具的操作钻孔参数限制。在这些系统实施例中的一些实施 例中，操作钻孔参数限制包括推进限制、旋转限制、压力限制和泥浆递送限制中的一个或者 多个。在这些系统实施例中的一些实施例中，各个操作工具简档的操作参数包括和多个工 具中的与该操作简档关联的工具适合于执行的一个或者多个自动钻探模式有关的信息。这些系统实施例中的一些实施例还可以包括推进泵，配置成基于推进控制信号 来线性前移钻柱；以及旋转泵，配置成基于旋转控制信号来旋转钻柱，其中各操作工具简档 的操作参数包括和多个工具中的与该操作简档关联的工具适合于执行的一个或者多个自 动钻探模式有关的信息，并且控制器被配置成基于经由用户输入信号对与一个或者多个自 动钻探模式关联的操作简档的选择，自动调节推进控制信号和旋转控制信号，以根据一个 或者多个自动钻探模式来操作HDD系统。在这些系统实施例中的一些实施例中，各个操作工具简档的操作参数包括对多个 工具中的、与该操作简档关联的工具的图形描绘，并且控制器被配置成基于对操作工具简 档的用户选择在显示屏上显示图形，该用户选择基于输入控制信号。在这些系统实施例中的一些实施例中，控制器还被配置成将多个操作工具简档组 织成多个定制目录，多个定制目录中的各定制目录基于用户输入信号可由用户选择，并且 在基于输入控制信号来选择搜索定制目录中的一个或者多个时，仅可搜索组织成所选择的 一个或者多个定制目录中的那些操作工具简档。在这些系统实施例中的一些实施例中，多 个定制目录对应于不同作业现场，并且组织成各定制目录的各个操作工具简档对应于在相 应作业现场可用的多个钻孔工具之一。在这些系统实施例中的一些实施例中，控制器还被配置成保存在钻孔操作期间收 集的钻孔数据，该钻孔数据被索引到多个工具中通过在钻孔操作期间对操作简档的选择所 指示的在钻孔操作期间附接到钻柱的工具的操作简档，对操作简档的选择基于输入控制信 号，并且控制器还被配置成在钻孔数据被索引到的操作简档显示于显示屏上时，显示钻孔 数据。在这些系统实施例中的一些实施例中，多个操作工具简档中的至少一个包括默认 设置和定制设置，默认设置和定制设置中的各设置包括与同至少一个操作简档关联的钻孔 工具的操作有关的信息。
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本公开内容的各种实施例涉及一种组织水平定向钻探(HDD)中的操作控制参数 的方法，该方法包括在存储器中存储多个操作工具简档，多个操作工具简档中的操作工具 简档分别与可附接到钻柱并且配置用于HHD的多个工具关联，多个操作工具简档中的各个 操作工具简档包括用于多个工具中的、与该操作简档关联的工具的操作参数；并且基于用 户输入在显示屏上有选择地显示操作工具简档。在这些系统实施例中的一些实施例中，各个操作工具简档的操作参数包括用于多 个工具中的、与该操作简档关联的工具的操作钻孔参数限制。在这些系统实施例中的一些 实施例中，操作钻孔参数限制包括推进限制、旋转限制、压力限制和泥浆递送限制中的一个 或者多个。在这些系统实施例中的一些实施例中，各个操作工具简档的操作参数包括和多 个钻孔工具中的与该操作简档关联的钻孔工具适合于执行的一个或者多个自动钻探模式 有关的信息。这些方法中的一些方法还可以包括基于用户输入来选择多个操作简档中的操作 简档，并且选择的操作简档包括用于自动钻探模式的控制指令；并且根据选择的操作工具 简档的自动钻探模式，使用控制电路来自动控制用于线性前移钻柱的推进泵的输出和用于 旋转钻柱的旋转泵的输出。这些方法中的一些方法还可以包括将多个操作工具简档组织 成多个定制目录；基于用户输入来选择多个定制目录中的一个或者多个；并且仅在组织成 所选择的一个或者多个定制目录的那些操作工具简档之中搜索。在这些方法实施例中的一些实施例中，多个定制目分别对应于多个作业现场，并 且组织成定制目录的操作工具简档分别对应于在相应作业现场可用的钻孔工具。这些方法实施例中的一些实施例还可以包括使用与多个操作简档中的选择的操 作简档关联的钻孔工具，对钻孔的至少部分进行钻孔；在对钻孔的部分进行钻孔时收集钻 孔数据；在存储器中保存钻孔数据，该钻孔数据被索引到所选择的操作简档的操作简档； 并且在选择的操作简档显示于显示屏上时，在显示屏上显示钻孔数据。本公开内容的各种实施例涉及一种具有工具库的水平定向钻探(HDD)系统，该系 统包括用于在存储器中存储多个操作工具简档的装置，多个操作工具简档中的操作工具 简档分别与可附接到钻柱并且配置用于HDD的多个工具关联，多个操作工具简档中的各个 操作工具简档包括用于多个工具中的、与该操作简档关联的工具的操作参数；以及用于基 于用户输入在显示屏上有选择地显示操作工具简档的装置。这些系统实施例中的一些实施例还可以包括用于将多个操作工具简档组织成多 个定制目录的装置；用于基于用户输入来选择多个定制目录中的一个或者多个的装置；以 及用于仅在组织成所选择的一个或者多个定制目录的那些操作工具简档之中搜索的装置。本发明的上述发明内容并非为了描述本发明的各实施例或者每个实施方式。通过 结合附图参照下文具体实施方式
和权利要求书，将清楚和理解本发明的优点和效果以及得 到对其的更完整理解。


图1图示了根据本公开内容各种实施例的水平定向钻探(HDD)系统的各种部件和 示出了向下钻孔部件的地面横截面；图2A是根据本公开内容各种实施例的切割工具及其对应默认机器设置的屏幕截图；图2B是根据本公开内容各种实施例的切割工具和关联机器设置的屏幕截图；图3A是根据本公开内容各种实施例的切割工具及其对应默认机器设置的屏幕截 图；图3B是根据本公开内容各种实施例的切割工具和关联机器设置的屏幕截图；图4图示了根据本公开内容各种实施例的用于利用工具库实现HDD的两个流程 图；图5是图示了如何在作业数据库中组织和存储数据的流程图；并且图6图示了根据本公开内容各种实施例的用于利用工具库实现HDD的HDD系统电 路和部件的框图。尽管本发明可有各种修改和替代形式，但是在附图中通过例子已经示出其细节并 且在这里将详细地描述其细节。然而将理解其本意并非使本发明仅限于描述的特定实施 例。相反，本发明旨在于覆盖落入如所附权利要求限定的本发明范围内的所有修改、等效和 替代实施例。
具体实施例方式图1图示了进行钻孔操作的部分地面10的横截面。大体上表示为钻孔机12的地 下钻孔系统处于地上11，并且包括其上置有倾斜纵向构件16的平台14。平台14通过销18 或者其它约束构件固定到地面，以便在钻孔操作期间阻止平台14移动。用于在箭头大体上 示出的向前纵向方向上驱动钻柱22的推进/拉回泵17位于纵向构件16上。钻柱22由端 到端附接的多个钻柱构件23组成。用于旋转钻柱22的旋转电机或者泵19 (图示为在较高 位置19a与较低位置19b之间的中间位置)也位于倾斜纵向构件16上，并且装配成允许沿 着纵向构件16移动。在操作中，旋转电机19旋转钻柱22，该钻柱具有在钻柱22的远端附 接的钻孔工具24。跟踪器单元28可以用来接收钻孔工具24发送的信息信号，该钻孔工具又向处于 钻孔机12处的接收器传达信息信号或者信号的修改形式。钻孔机12也可以包括发送器或 者收发器，以用于从钻孔机12向跟踪器单元28发送和/或接收信息信号如指令信号的目 的。可以代之以通过使用经由钻柱22在钻孔工具24与控制电路25之间建立的通信链路 来有助于传输数据和指令。钻孔操作可以如下进行。旋转电机19起初定位于较高位置19a并且旋转钻柱22。 在通过旋转钻柱22来旋转钻孔工具24之时，旋转电机19和钻柱22由推进/拉回泵17在 向前方向上推向较低位置进入地面，因此产生钻孔26。旋转电机19在钻柱22已经在钻孔 26中推动一个钻柱构件23的长度时到达较低位置19b。然后向钻柱22手动或者自动添 加新钻柱构件23，并且释放和向较高位置19a拉回旋转电机19。旋转电机19用来向钻柱 22装上新钻柱构件23，并且重复旋转/推动过程以便迫使重新加长的钻柱22进入地面更 深，由此延伸钻孔26。通常通过使用泥浆泵经过钻柱22抽运水或者其它流体(这里称为泥 浆)。如果使用气锤，则空气压缩机用来迫使空气/泡沫经过钻柱22。泥浆或者空气/泡 沫经过钻孔26回流以去除切屑、泥浆和其它残渣并且提高钻孔有效性和/或效率。通常提 供用于控制钻孔工具24的方向的定向转向能力，从而可以向所得钻孔26赋予希望的方向。
8通过这些动作和这些基本动作的各种组合，钻孔过程可以使钻孔工具24前移经过土壤，包 括通过使钻孔工具24前移经过转弯。常规HDD要求至少一个操作员监视钻孔机的操作。即使使用钻孔计划已经简化一 些钻孔机操作，但是仍然要求操作员将机器参数和钻孔过程与所用工具匹配。例如，硬质土 壤块30可能比周围土壤质密得多。当钻孔工具24遇到硬质土壤块30时，先前使用的钻孔 工具和/或钻孔过程可能进展相对地低效或者甚至无效。一些类型的钻孔工具和关联过程 比其它类型的钻孔工具和关联过程更好地适合于较硬土壤类型，因而钻孔工具24和关联 过程的改变可能在各钻孔开始时以及在对特定钻孔的钻孔时(比如在遇到硬质土壤块30 时)是必需的。这是为什么已经出现用于HDD的多种不同钻孔工具的一个原因。通常将多种不同工具带到各工作现场以在钻孔需要时有选择地使用。通常各 工具与不同操作参数(例如推进压力、旋转速率等)和过程(例如无旋转地推动、岩火 (rockfire)切割过程等)关联。尽管机器控制器可以使常规HDD中的一些钻孔过程自动化， 但是钻孔机控制器必需根据使用哪个钻孔工具来编程，然后每当进行工具更换时被重新编 程。典型HDD过程通过迫使在地下端到端附接的一连串钻柱构件23 (例如导管)形成 钻柱22来工作。钻柱22的近端附接到除了其它动作之外还可以前移、缩回和旋转钻柱22 的地上钻孔机14。钻孔工具24附接于钻柱22的远端，并且在它经过土壤钻孔时适于作为 钻柱22的前沿。由于HDD通常并未钻出距地表面很远的孔，所以必须在许多地下障碍物 (例如下水道、电线、建筑物地基等)周围操控。这样，许多钻孔工具被配置成允许钻孔路径 转弯(左、右、更高、更低)以在地下障碍物周围使钻孔路径弯曲。许多钻孔工具通过具有不对称偏斜远端来有助于转弯。例如，可以偏斜钻孔工具 使得在迫使它无旋转地经过软质土壤时它沿着偏斜的方向偏转。如果一些偏斜钻孔工具在 由钻孔钻机迫使向前之时连续地旋转(例如顺时针)，则它们将沿着直线路径钻孔。将使用 相同工具打出直线路径，因为该旋转保证钻孔工具将在每360度旋转中即刻朝着所有定向 (例如左、右、更高、更低)偏斜，由此刻出工具的型面。可以通过将偏斜钻孔工具反复地旋转有限弧度在较硬类型的土壤中进行转弯。例 如，钻孔工具可以顺时针旋转180度、然后逆时针旋转180度。可以随着偏斜钻孔工具的前 沿刻出钻孔的特定侧而重复这一顺时针_逆时针旋转过程。钻孔工具然后将随着迫使工具 前行而在刻出的方向上弯曲。使用流体喷射和铰接钻孔工具也可以有助于钻孔和转弯操 控。可以在钻孔过程期间采取许多不同钻孔动作以便向前和/或沿着钻孔计划路径 的曲线有效地和高效地前移钻孔工具。这样的动作除了其它动作之外还包括增加或者减少 钻柱上的压力(推动压力)、顺时针旋转或者逆时针旋转钻柱和钻孔工具以及增加或者减 少泥浆流动。可以在各种组合中进行这些动作，以提供可为钻探操作员所用的大量不同钻 孔和转弯操控。 例如，若干自动钻探功能可供机器操作员使用。自动钻探功能可以使钻孔钻机的 一些或者所有输出自动化，以根据某些参数(例如自动钻孔机14对钻柱22的操纵)进行 HDD。例如，用户可以使用接口来输入某个推进压力，并且控制器将调节机器功能(例如旋 转压力和速度、推动压力等)，以维持输入的推进压力。其它自动钻探模式除了其它参数之外还维持恒定旋转转矩、恒定旋转速率或者钻柱前移速率。然而并非所有自动钻探模式适 合于所有工具。例如，恒定钻柱前移速率的自动钻探模式可能会损坏不应受到太多压力的 工具，其中在恒定前移速率的自动钻探模式中，在工具上的压力可能随着遇到更硬土壤而 明显增加。常规HDD要求机器操作员了解哪些自动钻探模式适合于哪些工具，以恰当地将 工具与自动钻探模式匹配并且避免这样的问题。因此，胜任的钻探机操作员必须不仅要了解如何进行各可用操控而且要了解哪一 组动作和模式适合于与哪些工具一起使用。各类工具也可以具有让钻孔工具最有效和/或 高效操作的特定操作参数。例如，特定工具可以在特定旋转速率和/或在特定推动(推进) 压力最高效地钻孔。另外，各类工具可以具有如下操作参数限制，在这些操作参数限制内工 具可以有效地钻孔而不引起对工具、钻柱或者钻机的损坏。例如，特定工具可能被设计成在 给定旋转速率仅耐受有限数量的推进压力。结果是恰当HDD可能要求至少一个高度熟练的人工操作员来将适当钻孔参数和 过程与在项目现场可用的钻孔工具匹配。这样的HDD专家需要的注意力明显增加钻探成 本，并且可能分散其它重要HDD操作(如活跃障碍物检测)的注意力。另外，甚至熟练的 HDD钻机操作员也可能并非总是能够确定多种不同钻探过程中的哪个钻探过程将对于特定 工具是有效和/或高效的。这里提供一种装置和方法，以用于有助于更快和更准确的钻孔机编程，以及用于 增强对钻头使用率和生产率的跟踪而又无需来自高度熟练的HDD操作者的持续决策。例 如，本发明的装置和方法可以提供快速确定哪个钻孔过程和哪些操作参数与一个或者多个 所选工具一起使用为最佳。在一些实施例中，用对于被选择成附接到钻柱的工具而言适合的操作参数对HDD 系统自动编程。HDD系统也可以被编程为自动实现与所选钻孔工具匹配最好的钻孔过程 (例如与工具匹配的自动钻探模式)，其中执行存储于存储器中的程序指令的处理器可以 有助于此。然而，在本发明的一些实施例中，提示(经由显示器、可听信号等)人工操作员 编程或者实施由电路系统匹配到所选钻孔工具的特定参数和过程。工具库有助于显示操作钻孔参数和/或基于所选钻孔工具将操作钻孔参数和过 程编程到控制器中。工具库存储(例如在计算机可读存储器中)与多种不同工具关联的信 息。库或者其定制目录除了其它因素之外还可以基于已知存在的所有钻孔工具的工具简 档、来自特定制造商或者供应商的所有工具、特定公司拥有的所有工具、在特定作业现场的 所有工具、在特定作业现场或者在某些条件之下(例如在软质土壤中或者在爱荷华州中) 先前使用的所有工具或者与特定钻孔机兼容的所有工具。在一些实施例中，工具库可以是更广阔的库的缩减集。例如，可以基于在特定作业 现场存在的也与在作业现场的特定钻孔机兼容的所有工具，来形成定制目录(即可以形成 仅由出现于两个其它具体类别中的那些钻孔工具组成的定制目录)。工具库可以包含用于库内各工具的具体信息。例如，库除了其它参数之外还可以 包括与特定工具关联的推进压力限制和为求最佳钻孔效率的最佳旋转速率。可以通过多个 来源收集这一信息，这些来源包括制造商建议参数、设计限制、工具性能数据分析、工具的 既往使用经验和/或如由钻孔专家确定。HDD机器的控制器可以对这一信息自动编程，从而 人工和 或自动钻探程序必须在钻孔操作期间保持于限制内。
例如，工具库可以指示特定钻孔工具不应受到多于500，000磅的轴向力。可以 用这一信息以及基于用户从库中选择的特定钻孔工具的工具简档的其它信息对控制器进 行编程。随后，如果钻孔机让特定钻孔工具受到多于500，000磅的轴向力(例如基于人 工操作员的输入或者通过自动钻探程序)，则控制器将限制推进泵的推进输出以防止形成 500，000磅的轴向力。以这一方式，可以基于从工具库中选择的特定工具简档力用该特定工 具简档对控制器进行编程，并且控制器将管理HDD机器的操作，从而使得不超过如工具简 档中指示的工具操作限制。除此之外或者取而代之，工具库还可以包含如下信息，该信息指示用于库中各工 具的一个或者多个优选操作参数。可以基于与工具关联的工具简档的用户选择，用优选操 作参数对钻孔机自动编程。例如，优选操作参数可以包括以下其中一个或者多个基于各工 具的特性提供最佳钻孔效率和/或有效性的推进压力、旋转速度、旋转方向、旋转转矩、泥 浆流速和其组合(例如用于给定旋转速率的特定推进压力或者其计算公式)。工具库还可 以将这一信息与土壤条件关联，从而基于当前土壤条件和指示选择使用(例如通过从工具 库中选择关联工具简档)哪个钻孔工具的输入，旋转速率、旋转转矩、推进压力和泥浆流速 参数通过控制器向各种电机全部显示和/或自动实施为输出。如先前讨论的那样，可以通过如下过程执行转弯，在该过程中通过有限、但是重复 的逆时针和顺时针旋转来快速和重复地旋转钻孔工具，从而钻孔工具从未产生完整旋转 (称为“摆动”)。许多钻孔工具钻头被配置成使得钻头在一个方向(顺时针或者逆时针) 上旋转时产生最大的土壤切割。因此，各钻孔工具被配置成切割哪个旋转方向以及旋转摆 动多少度合适是如下信息，该信息可以针对各工具存储于工具库中作为操作工具简档的部 分，并且在选择使用该工具时自动编程到机器控制器中。关于钻孔过程(包括自动钻探程序)的许多其它变化可以包含于工具库中，并且 还可以在通过选择与钻孔工具关联的工具简档来选择使用该工具时由控制器自动执行。例 如，可以在将钻孔工具旋转顺时针角度之时经过钻柱施加推进压力，但是在将钻孔工具旋 转逆时针角度时不施加推进压力。也可以在将钻孔工具旋转顺时针角度之时经过钻柱施加 推进压力，并且可以在将钻孔工具旋转逆时针角度时施加缩回压力(略微拉回钻孔工具)。 在将钻孔工具旋转使钻头通常未在土壤中进行切割的角度之时，缺乏推进压力或者实际缩 回钻孔工具可以允许先前切割的土壤面在进行下一次切割之前保持相对地不受扰动。根据本公开内容的运用岩火切割过程的另一转向过程，向前推进钻孔工具直至钻 孔工具开始它的切割动作。继续向前推进钻孔工具直至满足用于土壤条件的预设压力。然 后在维持当前压力之时在切割持续时间中顺时针旋转钻孔工具。在岩火切割技术的背景 中，术语压力是指钻孔工具上的转矩和推进的组合。在切割持续时间结束时终止钻孔工具 的顺时针旋转，并且将钻孔工具拉回预设距离或者直至在钻孔工具的压力为零。然后将钻 孔工具顺时针旋转至持续时间的开头。重复这一过程直至实现希望的钻孔工具指向。岩火 切割动作仅适合于某些钻孔工具。工具库可以指示哪些钻孔工具适合于与岩火切割过程一 起使用，从而当工具的简档呈现于显示屏上时，显示屏指示岩火切割过程是否可以与呈现 于显示屏上的钻孔工具一起使用。如果选择使用由库指示与岩火切割过程关联的工具，则 控制器可以自动控制去往HDD机器的电机(比如推进/拉回泵17和旋转电机或者泵19) 的信号，以实现组成岩火切割过程的动作。以这一方式也可以实现这里引用或者在阅读本公开内容时另外可认识到的其它过程。钻孔过程可以包括在挖掘期间向钻孔工具递送流体，比如泥浆与水的混合物，或 者空气与泡沫的混合物。人工操作员和/或控制器可以控制各种流体递送参数，如例如向 钻孔工具递送的流体体积以及流体压力和温度。可以类似地控制向钻孔工具递送的流体的 粘度以及流体的组成。例如，钻机控制器可以通过控制向流体添加的固体或者泥浆材料的 类型和数量来修改流体组成。流体组成和/或递送速率可以基于从库中选择的钻孔工具类型，因为一些钻孔工 具可以对于一些类型的流体组成和/或递送速率更有效和高效地操作，而其它钻孔工具将 对于其它流体组成和/或递送速率更有效和高效地操作。工具库可以包括在用于各钻孔工 具的各操作简档中存储的最佳流体组成和/或递送速率，从而当选择特定简档时，显示与 所选钻孔工具关联的最佳流体组成和/或递送速率，和/或将其自动编程到在钻孔期间基 于简档选择来自动控制流体组成和/或递送速率的机器控制器中。钻孔动作可以包括对钻孔工具的配置的物理修改。可以控制根据土壤/岩石类型 和钻孔工具转向/生产率要求对钻孔工具的配置，以优化钻孔有效性和效率。可以控制钻 孔工具的一个或者多个可激励元件，比如可控板、鸭嘴形元件、切割钻头、流体喷射和钻孔 工具的其它土地对接/穿透部分，以增强钻孔工具的转向和切割特性。在运用铰接式钻孔 工具的一个实施例中，控制器可以比如通过向实现头部旋转的步进电机传达控制信号来修 改切割头的头部位置，和/或可以修改切割头的速度，以增强铰接式钻孔工具的转向和切 割特性。可以修改向流体锤型钻孔工具供应的流体压力和体积，这在经过岩石钻探时特别 地有用。可以经历物理修改以变更它的切割或者转弯特性的钻孔工具可以具有适合于多 数条件的通用配置，比如默认设置。通用配置可以包括操作方式，比如活动切割钻头或者流 体喷射。工具库可以将关于将如何控制动态/可铰接钻孔工具以实现通用功能和/或专用 功能(比如在施加推进压力时切割钻头恒定旋转)的信息包含于用于具有这样的能力的各 钻孔工具的各操作简档中。可以显示这一信息和/或将其自动编程到机器控制器中，该机 器控制器在钻孔期间控制钻孔工具功能，以在选择关联操作工具简档时实施动态/可铰接 钻孔工具的通用和/或专用功能。如上文展示的那样，用于恰当地使用HDD工具的许多过程包括钻孔过程的操作改 变而不仅为输出参数(如推进)的调节。这样，存储于库中并且在钻孔工具简档选择时可 由控制器执行的信息不仅可以包含理想操作参数而且可以包含关于多个整体个别钻孔过 程的信息，各钻孔过程由可以由HDD机器自动实现以有效地运用这些过程的、与钻孔工具 匹配的钻孔动作的不同组合组成。根据本公开内容的工具库可以组织这一信息，从而用户 可以快速滚动经过工具简档并且选择使用特定工具。相关操作信息(例如参数和过程)然 后将容易为操作员所用，并且可以编程到控制器中以实现自动钻孔过程和/或维持默认或 者定制钻孔参数。参照图2A-图2B和图3A-图3B，示出了界面屏幕截图200、201、300和301。屏 幕截图200和201示出了用于槽式扩孔器的操作工具简档的不同版本，而屏幕截图300和 301示出了 TRIHAWK工具的操作工具简档的不同版本以及可以被索引到工具的样本参数和 过程。本公开内容的控制系统可以存储与各HDD机器附件关联的操作参数和操作过程(例如默认控制参数)作为工具库的一部分，该信息被索引到与工具关联的相应工具简档。配 置用户接口使得操作员可以滚动经过附件列表并且选择希望的附件。控制系统基于所选附 件来自动填充默认机器设置。如图2A和图3A中所示，各附件与九个默认机器设置对应。默认机器设置类别包 括(1)工具尺寸，可以例如是以英寸为单位的工具直径；(2)钻探模式，可以例如是正常、 岩火、TRIHAWK模式；(3)自动钻探模式设置，可以例如是关闭、拉回速度、推进力、旋转转 矩；(4)自动转向设置，可以例如是关闭、岩石、区段；(5)泥浆体积，例如可以是关闭、每英 尺X加仑；(6)顺时针限制，可以例如是X英尺/磅；(7)逆时针限制，可以例如是X英尺/ 磅；(8)推进限制，可以例如是X英尺/磅；以及(9)拉回限制，可以例如是X磅。可以在工 具库中针对各工具包括如这里讨论或者在阅读本公开内容时另外可认识到的其它参数和 操作模式。上述设置类别是用户可能另外必须基于操作员的经验或者基于字段手动设置来 手动设置的字段。在图2B和图3B中，针对工具示出了不同操作参数。例如，如图2B中所示针对扩 孔器工具选择恒定功率的自动钻探模式。恒定功率自动钻探模式可以包括自动调节由控制 电路控制的输出HDD机器电机，以维持恒定功率输出。图3A-图3B的工具的推进力自动钻 探模式可以包括自动调节由控制电路控制的输出HDD机器电机(例如旋转)，以维持恒定推进。图4图示了根据本公开内容的两个流程图。一个流程图涉及方法400，该方法包括 存储401多个操作工具简档，多个操作工具简档中的操作工具简档分别对应于可附接到用 于HDD的钻柱的多个工具。各操作工具简档可以包含用于多个钻孔工具中的与该操作简档 关联的钻孔工具的操作参数。简档可以存储于作为HDD钻机的部分或者远离HDD钻机的存 储器(如闪存或者盘存储器)中。在方法400的一些实施例中，各操作工具简档的操作参数包括用于多个钻孔工具 中的与该操作简档关联的钻孔工具的操作钻孔参数限制。这样的操作钻孔参数限制，除了 这里讨论或者在阅读本公开内容时另外可认识到的其它参数之外，还可以例如是最大推进 泵压力或者钻柱前移速率、最大旋转转矩、最大旋转泵压力、最大旋转速率和最大流体递送 粘度和/或递送速率。方法400还包括基于控制输入如用户输入在显示屏上有选择地显示402操作工具 简档。有选择地显示简档是因为用户可以在简档之中滚动并且可以查看用户希望的一个或 者多个简档。在方法400的一些实施例中，各操作工具简档的操作参数包含与多个工具中的与 该操作简档关联的工具适合于执行的一个或者多个钻探模式有关的信息。这样的钻探模 式，除了这里引用或者在阅读本公开内容时另外可认识到的其它钻探模式之外，还可以例 如是自动钻探模式或者岩火切割。在方法400的一些实施例中，各操作工具简档的操作参数包括与多个工具中的与 该操作简档关联的工具适合于执行的一个或者多个自动钻探模式有关的信息。这样的自动 钻探模式可以例如是控制电路可以自动执行和/或维持的不同钻探动作的预定序列。在一 些实施例中，自动钻探模式由控制电路自动实现，以控制推进泵和旋转泵输出，从而维持恒 定推进压力、恒定钻柱前移、恒定旋转转矩或者恒定钻柱旋转速率其中之一。
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本公开内容也提供一种用于通过使用工具库来定制工具设置的手段。例如，操作 员可以调节设置偏离库的默认设置，以使机器更好地适应特定钻探/钻孔应用。具体而言， 控制系统提供预定义数目的可用工具索引。可以向工具库中的各可用工具分配各工具索 引。如果希望，则可以改变与该工具关联的控制参数，然后保存到该工具索引。这允许操作 员定制工具库，从而特定工具可以具有若干编程设置(例如参数限制和钻孔过程)。例如， 钻孔工具可以具有保存到与特定工具关联的工具索引的通用钻孔关联的默认设置。钻孔专 家可以例如基于钻孔工具在特定工作现场的先前使用，定制用于钻孔工具的另一组钻孔参 数和/或过程。随后，钻孔机器操作员可以滚动工具库以选择特定工具，并且例如根据待钻 出的孔是在形成定制参数的相同工作现场还是不同工作现场，来进一步选择通用参数或者 定制参数。因此，本公开内容的一些实施例允许操作员除了与特定附件(工具)对应的默 认机器设置之外或者取而代之，还选择与该附件对应的定制预设机器设置。各默认和定制 设置可以是相同操作工具简档的部分，从而在选择特定工具简档之后，用户然后可以在默 认与定制设置之间选择以被显示和/或由HDD机器自动实施，该HDD机器具有例如在自动 钻探模式中的控制器。本公开内容的各种实施例也包括附件工具定制目录。定制目录可以包括用于库中 的满足一个或者多个条件的所有工具的工具简档。例如，定制目录可以仅包括可以配合到 机器上或者与某个部件一起使用的那些工具(例如仅包括可以附接到某类钻柱管的那些 钻孔工具)。也可以针对一公司拥有的所有工具创建定制目录。也可以针对在特定作业现 场可用的所有工具创建定制目录。一旦创建定制目录并且分配工具索引编号，操作员然后 可以从定制目录中快速地选择待使用的工具，而无需滚动库中的整个工具列表。以这一方 式使用定制目录允许用户浏览工具库的缩减工具简档集，而不是滚动经过库中的所有工具 简档来通过简档选择标识待使用的工具。可以在图4的方法410中使用这样的定制。如在步骤401中一样，在步骤403中 存储403多个操作工具简档，各操作工具简档分别对应于可附接到用于HHD的钻柱的多个 钻孔工具。然后，可以将多个操作工具简档组织404成多个定制目录。各定制目录可以例 如对应于在特定作业现场可用的钻孔工具。然后，可以基于用户输入来选择405多个定制 目录中的一个或者多个定制目录，并且可以仅在组织成基于用户输入来选择405的一个或 者多个定制目录的那些操作工具简档之中进行搜索406。如在步骤402中一样，基于这一缩 减的操作工具简档集，可以基于控制输入在显示屏上有选择地显示407 —个或者多个操作 工具简档。如这里讨论的那样可以进一步选择使用那些简档之一。在一些实施例中，使用与多个操作简档中的所选操作简档(比如在步骤401中已 经选择的多个操作简档之一)关联的钻孔工具来产生钻孔。可以基于在钻孔期间显示的该 操作简档来选择操作简档，这指示使用关联钻孔工具。在这一钻孔期间收集钻孔数据，该钻 孔数据指示当前所用钻孔工具的效率和/或有效性。钻孔数据然后保存于存储器中，其中 钻孔数据被索引到所选操作简档的操作简档(并且由此被索引到所选钻孔工具)。如在步 骤402中一样，当随后显示相同钻孔简档时，可以显示钻孔数据和/或根据钻孔数据导出的 度量作为简档的部分。这样的过程允许跟踪钻孔工具的效率和/或有效性以及允许将其与 其它钻孔工具比较，其中针对其它钻孔工具以相同方式对钻孔数据进行收集、保存和索引。参照图5，本公开内容也提供作业数据库。预定义数目的作业数据库可以用来保存
14用于该具体作业的工具索引选择。这允许操作员在开始作业之前设置用于具体作业类型的 定制目录。它也允许操作员或者其他人员在完成作业之后或者在该过程中的任何中间阶段 分析关于在作业现场的工作的数据。用于在抵达作业现场之前设置机器的能力可以使整个 过程更为可预测和高效。例如，钻孔专家可以基于钻孔专家关于在作业510的项目的了解， 来设置用于作业510的工具511-514的定制目录。可以针对专家认为对于在作业510的条 件而言什么将为最佳来定制一些工具简档(如，例如在工具简档511中除了默认设置之外， 还包括用于进行可以由机器控制器自动执行的定制岩火切割例程的编程指令)。然后可以 将机器操作员与为作业510定制的目录的附件工具511-514对应的物理附件工具(钻孔工 具)一起派遣到作业510现场。机器操作员然后具有在现场时从中选择的少得多的选项， 但是这些选项由专家定制，因此已经简化机器操作员的工作。也与一般使用工具库一样，操 作员误匹配特定工具与不适当参数和/或操作过程的可能性最小化。以这一方式可以在作 业510现场实现工作，而在作业现场无需钻孔专家，这可以降低与HDD关联的总成本。可以产生多个定制目录(例如511-514、521-523和531-533)，各定制目录对应于 不同作业现场(分别为510、520和530)。因此即使机器可以在作业520使用一周、在作业 530使用一周、然后回到作业520，机器操作员仍然可以根据用于该作业520现场的定制目 录如何组织，来选择与作业520关联的定制目录，并且由此来获得例如存在于该作业现场、 预选用于在作业现场使用或者先前在作业520现场使用的钻孔工具522-524的列表。在所示实施例中保存三个作业(510、520和530)。四个工具511-514分别与作业 510关联，三个工具521-523和531-533分别与作业520和530关联。在替代实施例中，可 以存在任何数目的作业，并且各作业可以与任何数目的工具关联。在所示实施例中，各作业510、520和530分别与钻孔数据记录515、524和534相关 联，其跟踪和存储来自机器的反馈信息和其它相关作业有关数据。反馈信息除了其它生产 率和有效性度量之外还可以包括生产率信息，比如用特定钻孔工具每小时钻孔的英尺。反 馈信息也可以包括在钻孔期间取得的传感器数据。例如，钻孔数据记录515可以指示当使 用标准钻头工具511时液压泵压力指示生成6，000PSI，这可以指示相对于产生多少钻孔进 度而言过猛地推动钻孔工具511。基于这一钻孔记录数据515，可以选择540来自定制目录 的不同钻孔工具(例如TRIHAWK工具512)。各种技术可以用来评估钻孔有效性和进度，其结果可以被索引到各种工具简档并 且用于在工具库501的工具之间选择。例如，钻孔中的地上标度或者流速传感器可以计算 退出钻孔的泥浆量，并且比较这些测量与抽运到钻孔中的泥浆量。差值越大可以指示切割 水平越大和钻孔进度水平越大。泥浆输入/泥浆输出之差也可以除以时间，以确定作为有 效性和效率参数的材料去除速率。也可以通过将钻孔工具的移位速率乘以钻孔工具随着它 经过地面前移而产生的钻孔的横截面积，来估计以每单位时间的体积为单位测量的、作为 进度、效率和/或有效性参数的从钻孔去除材料的速率。钻孔工具针对经过钻柱施加的给定压力在钻探或者往回扩孔期间沿着地下路径 移位的速率，通常随着土壤/岩石条件、钻管长度、经过钻柱和钻孔工具的流体流动以及其 它因素而变化。这样的移位速率变化，除了其它参数之外，还通常造成对应旋转改变和推进 /拉回抽运压力，以及引擎/电机负载改变。因此除了其它参数之外，还可以跟踪工具移位、 钻柱长度和压力参数，以指示与特定工具附件和输入参数关联的钻孔有效性和效率。
在一个实施例中，钻孔数据记录可以包括用于主要控制函数集的时间_水平数 据。主要控制函数例如可以包括顺时针旋转转矩；逆时针旋转转矩；旋转温度；推进力；拉 回力；泥浆压力；以及泥浆流速。可以向这些控制函数中的各控制函数给予标准化范围以 测量它的强度。例如可以用从零至一百的数字来表示顺时针旋转转矩的强度。零对应于最 小顺时针旋转转矩水平(例如0.0英尺/磅)，而一百对应于最大顺时针旋转转矩水平(例 如20，000英尺/磅)。范围(0-100)可以划分成相等区段(例如1-20、21-40、41-60、61-80 和 81-100)。 时间-水平数据将代表机器在各区段中的时间。例如，可以用分钟表示顺时针旋转在特定 作业期间在它的最低范围(1-20)中的时间，或者可以用分钟表示拉回力在它的中上范围 (41-60)中的时间。时间-水平数据对于操作员和专家在他们尝试优化钻探机的性能时可能是有用 的。它也可以提供对他们钻探经过的材料类型的更好理解。时间-水平数据也可以用来估 计机器的各种部件(包括附件本身)的有用寿命。例如，存储于钻孔数据记录524中并且 被索引到特定工具的时间-水平数据可以表明VCP钻头521将要超过它的推荐工作寿命 (例如钻孔1000小时)并且推荐更换这一钻孔工具。时间-水平数据对于维修机器的个人 也可以是有用的，因为它提供关于如何使用机器和机器在那些条件之下如何执行的个人理 解。这一信息可以呈现于钻孔机的显示器上和/或回传到维修中心。时间-水平数据的收集以及存储于钻孔数据记录515、524和534中的其它工具特 有数据可以辅助在破坏最少情况下代替机器操作员。例如，在第一操作员操作钻孔机之时， 可以在被索引到特定工具533的钻孔数据记录534中收集时间-水平数据。第二天不同操 作员可以查看时间-水平数据，以确定前一天主要使用哪个或者哪些附件工具，并且恢复 在相同水平使用相同工具和钻孔过程。与具体工具关联的钻孔数据记录也可以保持如下数据，该数据指示在特定作业现 场或者一般地已经如何存在有效和/或高效特定工具。例如，可以在工具简档中显示度量， 以指示钻孔工具如何有效和/或高效操作。此外，可以在工具简档中显示度量，以指示与钻 孔工具关联的一个或者多个钻孔过程的有效性和/或效率。这样的信息可以帮助操作员从 工具库中选择钻孔工具。对钻孔工具的选择(例如通过选择它的关联操作工具简档)可以由操作员550查 看与在工具库501中被索引的钻孔工具关联的并且显示于显示屏上信息来完成。在一些实 施例中，通过在屏幕上显示简档来选择它，其中假设只要用户在屏幕上保持简档，则用户就 正在使用工具。在一些实施例中，可以由简档的用户相对于工具库的其它简档推动按钮或 者以别的方式操纵输入设备指示选择，来进行对简档的选择(并且由此相对于库的其它工 具选择与所选简档关联的工具)。也可以通过电路540基于这里讨论的任何度量自动进行对钻孔工具的选择，比如 除了这里讨论的其它参数之外还基于在有效性参数、效率参数、时间-水平数据(基于更多 先前使用的选择)和/或生产率参数之间的比较。基于工具选择，可以将来自库501的参 数数组信息560手动或者自动编程到机器控制系统570中，以实现如这里描述的HDD钻孔 操作。图6图示了电路框图。图6的电路600包括可以有助于和控制如这里描述的钻孔操作的控制器601。控制器601可以包括处理器602和存储器603。实施例可以使用耦合到处理器602的存储器603以进行这里描述的过程。存储器 可以是用计算机程序、软件、计算机可执行指令、能够由计算机执行的指令等来编码以由电 路(如处理器602)执行的计算机可读介质。例如，存储器可以是存储计算机程序的计算机 可读介质，处理器执行该计算机程序使多个操作工具简档存储于存储器中，多个操作工具 简档中的操作工具简档分别对应于可附接到用于HDD的钻柱的多个工具，并且多个操作工 具简档中的各操作工具简档包括用于多个钻孔工具中的与该操作简档关联的钻孔工具的 操作参数，并且基于控制输入在显示屏上有选择地显示操作工具简档。以类似方式，可以使 用图6中表示的电路来实现这里讨论的其它方法和技术。钻孔操作可以由控制器601执行，该控制器监视来自反馈传感器612 (例如测量推 进/拉回泵608中的液压的传感器)的反馈信号并且控制推进/拉回泵608、旋转泵609和 泥浆泵610的输出。控制器601可以除了 HDD机器的其它部件之外还通过控制推进/拉回 泵608、旋转泵609和泥浆泵610的输出，来实现如这里描述的钻孔过程，比如岩火切割和自 动钻探模式。例如，控制器601可以向推进/拉回泵608输出信号以使它在近端(脱离钻 孔)或者远端(进入钻孔)移动钻柱，向旋转泵609输出信号以使它旋转钻柱，并且向泥浆 泵610输出信号以使它经过钻柱递送流体。以这一方式，电路600可以基于被索引到所选 操作钻孔工具简档的过程使这里讨论的各种钻孔过程自动化。用户接口 615提供用于操作员与钻孔机之间的交互。用户接口 615可以包括显示 屏604以及各种输入装置，比如键区605和操纵杆606。用户可以在显示屏604上查看工具 附件简档以及监视钻孔参数。用户接口 615的输入可以允许用户手动控制钻孔机的操作，比如推进/拉回泵 608、旋转泵609和泥浆泵610的输出。在手动控制钻孔机之时，用户也可以监视由反馈传 感器612收集的在显示屏604上显示的反馈参数。工具库中的所选简档指示的当前所选附 件工具的最佳和/或最大参数可以同时显示于显示屏604上，以帮助用户维持最佳机器输 出(例如来自推进/拉回泵608的推进)，而又允许用户在手动控制之下操作钻孔机。如果 切换当前所用附件工具，则可以从工具库中选择新附件工具(例如TRIHAWK)并且可以将该 工具的简档与它的关联最佳和/或最大参数限制一起进行显示。在图6的实施例中，工具库和关于HDD机器功能的其它信息可以在存储器603中 存储为可由处理器602执行的程序指令，以除了 HDD机器的其它部件之外还控制推进/拉 回泵608、旋转泵609和泥浆泵610的功能。然而各种其它实施例不限于此，并且可以包括 在钻机上和/或远离钻机的多组存储器和/或处理器。例如，一个存储器单元(例如闪存 驱动)可以包含工具库，另一存储器单元(例如硬驱动)可以包含用于操作钻孔机的通用 操作指令，并且来自各闪存驱动和硬驱动的程序指令可以由相同处理器(例如处理器602) 或者两个或者更多不同处理器执行，以实现这里讨论的过程。可以使用单个设备实施例(例如具有图6电路的图1系统)来执行这里图示和/ 或描述的各种过程(例如图4的过程)，该单个设备实施方式配置成执行各过程，包括在显 示屏604上显示与图2A-图2B和图3A-图3B关联的信息。本公开内容提供一种比先前钻探方法更高效和有效并且对高度熟练专家在场以 对钻孔钻机进行管理和编程的需要最小化的钻探方法。操作员根据这一方法无需重度依赖
17于先前经验和/或训练。此外，操作员无需浪费时间现场查阅参考书。机器提供如下默认 设置，这些默认设置为各可用工具提供可接受的工具性能。另一方面，机器操作员可以手动 设置某些条件以使工具更好地适应特定应用。另外，本公开内容提供一种使操作员能够容易和高效地从作业现场收集操作数据 和机器反馈信息的钻探方法。操作员可以现场分析数据和进行调节，和/或可以在以后时 间分析数据以评估机器的性能或者更好地理解作业现场的物理条件(例如土壤类型、岩石 硬度等)。上文说明书、例子和数据提供对本发明组成的制造和使用的完整描述。由于可以 实施本发明的许多实施例而不脱离本发明的精神实质和范围，所以本发明存在于所附权利 要求书中。以示例形式呈现这里提供的讨论和图示，其中描述和图示所选实施例以呈现本发 明的各种方面。根据本发明的系统、设备或者方法可以包括这里描述的特征、结构、方法或 者其组合中的一个或者多个。例如可以实施设备或者系统以包括下面描述的一个或者多个 有利特征和/或过程。可以实施根据本发明的设备或者系统以包括在单独例子和/或图示 中图示和/或讨论的多个特征和/或方面。其本意在于这样的设备或者系统无需包括这里 描述的所有特征，而是可以被实施成包括提供有用结构、系统和/或功能性的所选特征。虽然可以仅将某些功能的例子描述为由电路执行以求简洁，但是如本领域普通技 术人员将理解的那样，可以使用这里描述的电路和方法来实现任何功能、方法和技术。
权利要求
一种具有工具库的水平定向钻探(HDD)系统，包括多个工具，配置成附接到钻柱的远端，所述多个工具中的各个工具配置用于在HDD中切割土壤；用户接口，具有配置成输出用户输入信号的显示屏和用户输入装置；以及控制器，耦合到所述用户接口和所述用户输入装置，所述控制器被配置成接收所述用户输入信号、存储分别与所述多个工具关联的多个操作工具简档，以及基于所述用户输入信号，在所述显示屏上有选择地显示所述操作工具简档中的一个或者多个，其中所述多个操作简档中的各个操作简档包含用于所述多个工具中的、与所述操作简档关联的工具的操作参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述各个操作工具简档的操作参数包括用于所述 多个工具中的、与所述操作简档关联的工具的操作钻孔参数限制。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述操作钻孔参数限制包括推进限制、旋转限制、 压力限制和泥浆递送限制中的一个或者多个。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述各个操作工具简档的操作参数包括这样的信 息，即所述信息和所述多个工具中的、与所述操作简档关联的工具适合于执行的一个或者 多个自动钻探模式有关。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括推进泵，配置成基于推进控制信号来线性前移所述钻柱；以及旋转泵，配置成基于旋转控制信号来旋转所述钻柱，其中所述各个操作工具简档的操作参数包括这样的信息，即所述信息和所述多个工具中 的、与所述操作简档关联的工具适合于执行的一个或者多个自动钻探模式有关；以及所述控制器被配置成基于经由所述用户输入信号对与所述一个或者多个自动钻探模 式关联的操作简档的选择，自动调节所述推进控制信号和所述旋转控制信号，以根据所述 一个或多个自动钻探模式操作所述HDD系统。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述各个操作工具简档的操作参数包括对所述多 个工具中的、与所述操作简档关联的工具的图形描绘，并且所述控制器被配置成基于对所 述操作工具简档的用户选择在所述显示屏上显示所述图形，其中所述用户选择基于所述输 入控制信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成将所述多个操作工具简档组织成多个定制目录；所述多个定制目录中的各个定制目录基于所述用户输入信号可由用户选择；以及在基于所述输入控制信号选择搜索所述定制目录中的一个或者多个时，仅可搜索组织 成所选择的一个或者多个所述定制目录中的那些操作工具简档。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个定制目录中的各个定制目录对应于不同 作业现场，以及组织成各个定制目录的各个所述操作工具简档对应于在所述相应作业现场 可用的多个钻孔工具之一。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成保存在钻孔操作期间收集 的钻孔数据，所述钻孔数据被索引到所述多个工具中的、通过在钻孔操作期间对所述操作 简档的选择所指示的在钻孔操作期间附接到所述钻柱的工具的操作简档，对所述操作简档的选择基于所述输入控制信号，以及所述控制器还被配置成在所述钻孔数据被索引到的所述操作简档显示于所述显示屏 上时，显示所述钻孔数据。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个操作工具简档中的至少一个包括默认 设置和定制设置，所述默认设置和所述定制设置中的各个设置包括和与所述至少一个操作 简档关联的钻孔工具的操作有关的信息。
11.一种组织水平定向钻探(HDD)中的操作控制参数的方法，包括在存储器中存储多个操作工具简档，所述多个操作工具简档中的操作工具简档分别与 可附接到钻柱以及配置用于HDD的多个工具关联，所述多个操作工具简档中的各个操作工 具简档包括用于所述多个工具中的、与所述操作简档关联的工具的操作参数；以及基于用户输入，在显示屏上有选择地显示所述操作工具简档。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述各个操作工具简档的操作参数包括用于所 述多个工具中的、与所述操作简档关联的工具的操作钻孔参数限制。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述操作钻孔参数限制包括推进限制、旋转限 制、压力限制和泥浆递送限制中的一个或者多个。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述各个操作工具简档的操作参数包括这样的 信息，即所述信息和所述多个工具中的、与所述操作简档关联的钻孔工具适合于执行的一 个或者多个自动钻探模式有关。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括基于所述用户输入，选择所述多个操作简档中的操作简档，所述选择的操作简档包括 用于自动钻探模式的控制指令；以及根据所述选择的操作工具简档的自动钻探模式，使用控制电路来自动控制用于线性前 移所述钻柱的推进泵的输出和用于旋转所述钻柱的旋转泵的输出。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述多个操作工具简档组织成多个定制目录；基于用户输入来选择所述多个定制目录中的一个或者多个；以及仅在组织成所选择的一个或者多个定制目录的那些操作工具简档之中搜索。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个定制目录分别对应于多个作业现场， 以及组织成所述定制目录的所述操作工具简档分别对应于在所述相应作业现场可用的钻 孔工具。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括使用与所述多个操作简档中的所选择的操作简档关联的钻孔工具，对钻孔的至少部分 进行钻孔；在对所述钻孔的所述部分进行钻孔时收集钻孔数据；在存储器中保存所述钻孔数据，所述钻孔数据被索引到所述选择的操作简档的操作简 档；以及在所述选择的操作简档显示于所述显示屏上时，在所述显示屏上显示所述钻孔数据。
19.一种具有工具库的水平定向钻探(HDD)系统，包括用于在存储器中存储多个操作工具简档的装置，所述多个操作工具简档中的操作工具简档分别与可附接到钻柱以及配置用于HDD的多个工具关联，所述多个操作工具简档中的 各个操作工具简档包括用于所述多个工具中的、与所述操作简档关联的工具的操作参数； 以及用于基于用户输入，在显示屏上有选择地显示所述操作工具简档的装置。
20.根据权利要求19所述的HDD系统，包括用于将所述多个操作工具简档组织成多个定制目录的装置；用于基于用户输入，选择所述多个定制目录中的一个或者多个的装置；以及用于仅在组织成所选择的一个或者多个定制目录的那些操作工具简档之中搜索的装置。
全文摘要
各种实施例涉及一种用于利用工具库的水平定向钻探的方法和装置。各种方法包括在存储器中存储多个操作工具简档，多个操作工具简档中的操作工具简档分别与可附接到用于HDD的钻柱的多个钻孔工具关联，并且多个操作工具简档中的各个操作工具简档包括用于多个钻孔工具中的、与该操作简档关联的钻孔工具的操作参数；并且基于用户输入在显示屏上有选择地显示操作工具简档。
文档编号E21B7/04GK101978130SQ200980110224
公开日2011年2月16日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年2月18日
发明者P·R·莱恩 申请人:弗米尔制造公司