井下导向钻井系统的制作方法

本文档是基于2014年8月28日提交的美国临时申请序列号：62/042883以及2015年8月27日提交的美国非临时申请序列号：14/838315，并且要求它们的优先权，所述申请以引用的方式整体并入本文。

背景技术：

已经使用受控定向钻井来提高对各种烃储层的接近能力。定向钻井实现了对偏斜钻孔的钻井。已经采用各种技术来为沿所需的偏斜轨迹钻探钻孔提供便利，所述技术包括使用旋转导向钻井系统和弯壳体马达的技术。弯壳体马达配置包括正排量式马达，诸如泥浆马达；以及弯接头或弯壳体，它们用于提供导向能力和方向控制。弯接头或弯壳体与钻柱的其余部分相比较使钻头定向在偏斜方向上。在钻柱旋转时，弯壳体与钻井系统的钻头一起旋转并且实现对大体直线形钻孔的钻井。为了提供偏斜轨迹，使钻柱保持旋转，直到弯壳体被定向在钻工希望钻孔沿着它延伸的方向上为止。之后使钻柱保持旋转地固定，并且通过例如经由钻柱泵运流体以使与钻头联接的泥浆马达旋转来使钻头旋转。这允许在钻井系统偏离直线形钻孔时通过钻头在由弯壳体确立的偏斜方向上继续钻探偏斜钻孔。

技术实现要素：

一般而言，提供用于在钻孔的钻井期间导向的系统和方法论。所述系统和方法论采用可以沿钻柱设置的钻井系统。钻井系统可以用于沿直线形钻孔轴线钻探钻孔的直线部段，并且还选择性地钻探钻孔的偏斜部段。钻井系统包括壳体；钻头杆，所述钻头杆可旋转地安装在壳体中；以及致动器，所述致动器可以被选择性地致动来使钻头杆相对于直线形钻孔轴线移位至另一个位置。致动器可在未偏置模式与偏置模式之间选择性地移位。在未偏置模式下，钻头杆轴线在钻孔的直线部段的钻探过程中相对于直线形钻孔轴线处于第一位置，例如，与直线形钻孔轴线对准的位置。致动器可以选择性地移位至偏置模式，在所述偏置模式下，钻头杆轴线相对于直线形钻孔轴线偏离轴线以实现对钻孔的所需的偏斜部段的钻探。在一些应用中，允许钻柱在钻孔的直线部段的钻探过程中旋转，并且允许所述钻柱在钻孔的偏斜部段的钻探过程中保持旋转地固定。在这些类型应用中，钻井系统可以有效地用作选择性可控制的弯壳体。

然而，在本质上不脱离本公开的教义的情况下，许多修改是可能的。因此，这类修改意在被包括在如由权利要求书所限定的本公开的范围内。

附图说明

在下文将参考附图来描述本公开的某些实施方案，其中相同参考号表示相同元件。然而，应理解，附图展示本文描述的各种实现方式并且并不打算限制本文描述的各种技术的范围，并且：

图1是根据本公开的实施方案的钻井系统的实例的截面图；

图2是根据本公开的实施方案的图1中所示的但处于不同操作位置的钻井系统的截面图；

图3是根据本公开的实施方案的沿钻井系统的纵向轴线取得的钻井系统的实例的截面图；

图4是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的实例的示意图；

图5是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图6是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图7是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图8是根据本公开的实施方案的用于控制钻井系统的致动器的液压回路的另一个实例的示意图；

图9是根据本公开的实施方案的沿钻井系统的纵向轴线取得的钻井系统的另一个实例的截面图；

图10是根据本公开的实施方案的图9中所示的但处于不同操作位置的钻井系统的截面图；

图11是根据本公开的实施方案的具有单叶片致动器稳定器的钻井系统的实例的示意图；

图12是根据本公开的实施方案的呈可调稳定器叶片形式的致动器处于缩回位置的钻井系统的示意图；

图13是根据本公开的实施方案的具有可调叶片的稳定器处于延伸或偏置位置的钻井系统的示意图；

图14是根据本公开的实施方案的稳定器具有多个可调叶片的钻井系统的示意图；

图15是根据本公开的实施方案的致动器呈泥浆操作式稳定器叶片形式的钻井系统的截面图；

图16是根据本公开的实施方案的凸轮轨道的实例的示意图，所述凸轮轨道可以用于在钻具组合的导向期间控制致动器；

图17是根据本公开的实施方案的凸轮轨道的另一个实例的示意图，所述凸轮轨道可以用于在钻具组合的导向期间控制致动器；

图18是根据本公开的实施方案的采用斜面机构的处于两个不同操作位置的钻井系统的另一个实例的示意图；并且

图19是根据本公开的实施方案的沿位于钻孔内的钻柱部署的钻井系统的实例的示意图。

具体实施方式

在下文描述中，为了提供对本公开的一些实施方案的理解，阐述了众多细节。然而，本领域普通技术人员将理解，所述系统和/或方法论可以在不具有这些细节的情况下实践，并且对所描述的实施方案的众多改变或修改是可能的。

本公开总体涉及一种有助于钻探偏斜钻孔的系统和方法论。根据本技术的实施方案，致动器可以选择性地操作来使钻头杆轴线不与主轴线，诸如钻孔的直线部段的轴线对准。在一些应用中，致动器可以与稳定器结合使用，而不是采用传统的弯接头或弯壳体泥浆马达系统。根据实施方案，轴承壳体与可旋转地安装在轴承壳体中的钻头杆组合。作为举例，轴承壳体可以是正排量式马达的一部分。结构例如稳定器可以安装在轴承壳体周围并且致动器与所述结构接合。致动器可以定位在轴承壳体与所述结构(例如，稳定器)之间以使轴承壳体以及因此钻头杆轴线相对于主轴线横向地移位。

在一些实施方案中，钻柱和/或钻轴可以被致动器有效地弯曲以在钻头旋转，而钻柱保持固定时实现偏斜钻探。取决于应用，致动器可以与稳定器接合，并且可以是呈可移动稳定器叶片或与稳定器联接的其他横向可移动特征结构的形式。不论具体构造如何，致动器都被定向成使得钻头杆能够选择性偏离轴线(相对于主轴线，例如，直线形钻探钻孔轨迹轴线)以促进直线钻探与偏斜钻探之间的转变。

取决于钻井应用，本文描述的技术可以与推靠式导向系统或指向式导向系统一起采用。在使用指向式导向系统的实施方案中，致动器可以被定位成对另一个钻井系统部件例如套筒起作用。然而，在推靠式导向系统中，致动器可以被定位成对周围井筒壁起作用。

在各种应用中，本文描述的钻井系统实现了对导向致动器速度和钻头速度的解耦。在实施方案中，可致动稳定器安装在轴承壳体，例如正排量式马达的轴承壳体上。在正排量式马达处于滑动模式，即定向钻井模式时，轴承壳体被自动推到一侧。因此，这种类型实施方案中的系统具有推靠式导向系统的性质。然而，本钻井系统在正排量式马达在滑动模式下定向钻井时能够自动激活推力。当马达处于旋转模式时，不激活推力，以使得钻井系统可以在直线方向上钻井。本文描述的钻井系统的实施方案可以用于在单次行程中钻探竖直钻孔部段、高狗腿严重度(DLS)弯曲段和横向钻孔部段，而成本只比标准马达增加一点点。应注意到，指向式导向系统可以通过例如将固定稳定器放置在可致动稳定器与钻头之间来构造。

在某些实施方案中，钻柱在钻孔的直线部段的钻探过程中可以继续旋转。在钻探直线钻孔部段时，致动器保持处于未致动或中性状态，例如，未偏置模式，因此并不产生横向推力。在此未偏置模式下，钻轴/钻头轴线相对于主轴线保持处于未偏置位置，所述主轴线可以是钻孔的直线部段的轴线。直线形钻孔轴线可以是与沿钻孔的直线部段同心地延伸的钻柱的部分相同的轴线。作为举例，钻头轴线的未偏置位置可以是与主轴线大体对准的位置。

当打算钻探钻孔的偏斜部段时，使钻柱旋转至所需的旋转取向并且使致动器转变以施加侧向负载，所述侧向负载可以用于将横向推力施加在钻头上。此致动有效地使致动器移位至偏置模式并且相对于主轴线使钻轴/钻头轴线移动至新位置。例如，可以相对于主轴线使钻头轴线移动脱离大体对准，即相对于主轴线偏离轴线，以实现沿所需轨迹对偏斜钻孔部段的钻探。当移位至偏置模式时，钻头轴线可以平行于主轴线或相对于所述主轴线成一定角度，这取决于总钻井系统的构造和给定应用的参数。

在一些应用中，致动器的致动例如稳定器的移动在钻柱中有效地产生弯曲部，所述弯曲部有助于在钻柱保持旋转地固定时钻探偏斜钻孔部段。在致动至此偏置模式时，钻头经由钻头杆旋转来在由钻柱的旋转取向确立的方向上钻探偏斜钻孔。如果再次需要直线部段，那么可以使致动器移位回到未偏置模式，在所述未偏置模式下，钻头轴线返回至其原始位置，例如，相对于主轴线大体对准的位置。可以重复这个过程来为给定钻孔钻探所需的偏斜部段和直线部段。可以在井上、在井下或在两处启动对偏斜钻探的控制。应注意到，在一些应用中，钻柱的至少一部分的取向可以通过井下定向器而不是通过使整个钻柱从地面旋转来确立。取决于应用，为了确立偏斜钻探方向而对工具管柱的相关部分进行的控制可以在地面处、在井底组件处或在其间的适当位置处实施。

大体参考图1-3，以各种截面图展示了井下钻井系统20的实例。图1-3中所示的实施方案提供钻井系统20的最初实例，所述钻井系统20可以选择性地在以下两者之间移位：未偏置模式，所述未偏置模式用于钻探钻孔的直线部段；以及偏置模式，所述偏置模式用于钻探钻孔的所需的偏斜部段。在偏置模式下，钻井轴线相对于主轴线选择性地移位或转变为新的取向。主轴线可以被定义为钻井方向出现偏斜之前的钻孔的直线部段的轴线。因此，主轴线是沿钻孔的直线部段且沿同心地定位在钻孔的直线部段中的钻柱纵向地延伸的中心轴线，所述直线部段通向有待钻探的偏斜部段。如下文更详细所描述，在钻探钻孔的偏斜部段(参见，例如图12-14)时，可以采用致动器的各种实施方案来使得钻轴/钻头轴线能够相对于主轴线选择性过渡到新位置。钻井系统20可以用于在钻柱保持旋转地固定时沿所需的钻井轨迹来钻探偏斜钻孔。钻井系统20可以与用于钻探所需钻孔的各种钻柱和井底组件组合。

在图1-3中所示的实施方案中，钻井系统20包括壳体22，例如，正排量式马达的轴承壳体。驱动轴24经由例如径向轴承25而可旋转地安装在壳体22内。例如，驱动轴24可以包括用于使钻头旋转的钻头杆。致动器结构26，例如稳定器安装在壳体22周围并且致动器28与结构26接合。结构26可以包括环29或包围壳体22的至少一部分的其他合适的部件。在本实例中，致动器28设置在轴承壳体22与结构26之间，并且可以包括活塞30。另外，弹簧32可以一种方式定位在轴承壳体22与稳定器26之间，所述方式提供偏压来防止轴24偏离主轴线34。主轴线34可以是在形成钻孔的偏斜部段之前沿直线钻探轨迹钻探的钻孔的直线部段的中心轴线。在钻孔的直线部段的钻探过程中，轴24的钻轴/钻头轴线36相对于主轴线34(例如，在出现偏斜之前沿钻孔的直线部段的直线钻探轴线)定位在未偏置位置(即，钻井系统20处于未偏置模式)。

在一些应用中，钻柱在钻孔的直线部段的钻探过程中可以旋转，而结构26保持处于未偏置模式，并且钻轴/钻头轴线36保持处于未偏置位置，例如与主轴线34大体对准。弹簧32固持稳定器26和轴承壳体22，以使得轴线36与主轴线34充分对准，从而使得正排量式马达壳体22具有允许直线钻探的中性趋势。通过壳体中包括平坦部段37的部段37来控制(例如，限制)结构26与轴承壳体22之间的旋转自由度。

在图2的图示中，致动器28已被致动，例如，活塞30已被液压致动并且已移位至延伸位置。活塞30的致动通过相对于主轴线34将钻轴/钻头轴线36推到新位置来使钻井系统20转变为偏置模式。在本实例中，钻头杆24相对于直线形钻孔钻井轴线34已经被推离轴线。此运动提供侧向力，所述侧向力如图3所示作用于钻头38以开始偏斜或定向钻井。借助于进一步解释，相对于轴承壳体22所成的工具面角通过此运动来改变以相对于钻井提供所需的定向改变。如上所述，结构26的致动可以有效地产生钻柱的弯曲部段，以便于钻探钻孔的偏斜部段。

进一步参考图3，控制系统40(例如液压泵和控制系统)可以用于经由液压通道42而选择性地向活塞30(或多个活塞30)供应液压流体。作为举例，控制系统40可以定位在正排量式马达44的轴承壳体22中或定位在另一个合适的位置处。在一些实施方案中，整个油系统可以在控制系统40处且在活塞30处使用波纹管来密封以避免液压流体例如油的泄漏。所述结构实现了低成本导向系统的构造，所述低成本导向系统不具有或具有有限的电子器件并且在既没有传感器又不能与其他工具通信的情况下就可以操作。

在本实例中，致动器28(例如，一个或多个活塞30)可以根据各种方法来自动致动。例如，如图4图解所示，控制系统40可以是基于内部驱动的连续液压和电感测的系统。在本实例中，液压泵46在有泥浆流过马达44时连续泵运和提供加压油。液压泵46可以通过驱动轴/钻头杆24的旋转来启动。阀48定位在液压回路49中并且用于控制流至活塞30的高压油流。传感器50(例如，电动传感器)结合低功率电子器件52一起可以用于检测轴承壳体22相对于重力的旋转并且选择性地致动阀48。小电源(例如，由轴24提供动力的发电机、涡轮机、连接至发电机的小型正排量式马达或其他电源)可以用于向电子器件52和电传感器50供应电力。

在另一个实施方案中，如图5图解所示，控制系统40可以是基于内部驱动的连续液压和外部机械感测的系统。在本实例中，液压泵46在有泥浆流过马达44时连续泵运和提供加压油。液压泵46可以通过驱动轴/钻头杆24的旋转来启动。非旋转式套筒或外部滚筒，例如稳定器叶片中的滚筒可以用作机械传感器54。阀48用于控制流至活塞30的高压油流。阀48可以连接至机械传感器/机构54，以使得阀48在钻孔与轴承壳体22之间不存在旋转时打开，并且在钻孔与轴承壳体22之间存在旋转时关闭。在另一个实例中，机械感测是基于与轴承壳体的旋转相关联的离心力，并且阀48可以在钻孔与轴承壳体22之间不存在旋转时打开并且在存在旋转时关闭。

在另一个实施方案中，如图6图解所示，控制系统40可以是基于外部驱动的非连续液压和外部机械感测的系统。在本实例中，机械传感器/机构再次可以是非旋转式套筒、外部滚筒或其他合适的机构。液压泵46在地层与轴承壳体22之间存在相对旋转时泵运和提供加压油。在本实例中，不使用阀来进行控制，因为控制是随旋转自动进行的。活塞30定位在锁定侧上并且弹簧可以用于激活推力。

在另一个实施方案中，如图7图解所示，控制系统40可以是基于内部泥浆压力和电感测的系统。在本实例中，阀48用于控制从内部泥浆流动通道56流至活塞30的高压泥浆流。低功率电子器件52可以用于检测轴承壳体22相对于重力的旋转并且选择性地致动阀48。如上所述，小电源可以用于向电子器件52供应电力。节流阀58可以被定位来将活塞30排流至井筒的环空60。

在另一个实施方案中，如图8图解所示，控制系统40可以是基于内部泥浆压力和机械感测的系统。例如，机械感测可以包括外部机械感测。在这种类型的布置中，机械传感器54可以包括非旋转式套筒、外部滚筒或其他合适的机构。阀48控制内部通道56中的高压泥浆流，并且连接至机构54，以使得阀48在钻孔与轴承壳体22之间不存在旋转时打开并且在存在旋转时关闭。节流阀58可以使用来将活塞30排流至环空60。

在相关实施方案中，采用内部机械感测。在本实例中，阀48控制从内部通道56流至活塞30的高压泥浆流并且使用轴承壳体22的旋转的离心力。在此布置下，阀48在钻孔与轴承壳体22之间不存在旋转时打开并且在存在旋转时关闭。节流阀58可以再次使用来将活塞30排流至环空60。

然而，根据给定应用的参数，可以采用对钻井系统20以及液压泵和控制系统40进行的各种添加和/或改变。例如，致动器28可以包括单个垫片，所述单个垫片在垫片未被激活时是不稳定的。一个或多个致动器28还可以包括两个激活垫片和两个稳定叶片。在本实例中，激活垫片在相反径向方向上移动，在这种意义上，一个垫片在对应的垫片径向向外移动时径向向内移动。第二组活塞可以用于替换弹簧32，并且第二组活塞可以与主活塞30相反的方式激活以增大推力和锁定力两者。另外，泥浆致动系统中的阀48可以连接至位于马达44的上部径向轴承上方的泥浆流体以为泥浆游移提供短通道。泥浆激活控制系统40可以被构造来用油推压压力放大活塞。压力放大活塞可以位于轴承部段上方的相对侧。在后一个实例中，封闭式油系统可以定位在放大活塞与主致动器垫片活塞之间以缩短泥浆游移穿过工具的路径长度。另外，钻井系统20可以是指向驱动轴24而不是总钻柱的指向式系统。在这种系统中，驱动轴24的轴线36相对于主轴线34，例如相对于沿钻孔的直线部段延伸的直线形钻孔钻井轴线可以错开一定角度。

大体参考图9和图10，展示了钻井系统20的另一个实施方案。一般而言，所示实施方案提供具有可调近钻头稳定器的可导向马达。近钻头稳定器的至少一个叶片的延伸可以液压-机械地、机械地、电气地或通过另一个合适的系统来调节。在工具正在定向导向(滑动模式)时，可调近钻头稳定器的经调节的外径可以与钻头直径一样大或大于所述钻头直径。可导向马达还可以是模块化的，以使得动力部段可以适当地配置和/或为可变的。

如图9所示，钻井系统20包括壳体22，例如，轴承壳体；以及轴24，所述轴24可旋转地接纳在壳体22中。在本实例中，结构26是呈安装在壳体22周围的稳定器的形式，并且致动器28包括与稳定器26接合的可移位稳定器叶片62。在实例中，可移位稳定器叶片62可以经由例如轨道64而可滑动地安装至壳体22和/或稳定器26。在本实例中，致动器28还包括活塞30，所述活塞30通过对应的致动机构66，例如，液压致动机构来往复运动。然而，致动机构66可以包括各种其他类型的机构，包括液压-机械机构、电-机械机构、电动马达、钻井泥浆系统以及用于沿轨道64移动可移位稳定器叶片62的其他类型的机构。作为举例，可以控制机构66以便以一种方式使活塞30移位，所述方式使可移位稳定器叶片62在如图9所示的缩回位置与如图10所示的延伸位置之间移动。弹簧32可以如所示般定位来防止稳定器叶片62移动至延伸位置。

当钻井系统20处于滑动钻井模式时可以实现定向钻井，在所述滑动钻井模式下，稳定器26的至少一个可移位稳定器叶片62延伸来使壳体22和钻头38偏离轴线，例如，偏离如上所述的直线钻探轴线34。根据实例，可以使钻柱旋转至所需的旋转取向以实现所需方向上的钻井，并且之后可以在钻柱保持固定时使稳定器叶片62移位来通过使钻头轴24和对应的钻头旋转而实现所需方向上的偏斜钻探。在钻柱旋转模式下，钻井系统20通过以下方式来沿大体直线轨迹实现钻井：使可调稳定器叶片62移位至未致动位置，例如，略微低于标准的中性位置，以避免施加横向力。当处于滑动模式或定向钻井模式时，结构26的外径等于或大于钻头38的直径。图11中示意性地展示了从中性旋转模式移位至滑动/定向钻井模式的图示。取决于应用，正排量式马达44和/或总钻井系统20可以是模块化的，并且导向头可以附接至马达44的部段。

大体参考图12-14，提供了实例，在所述实例中，结构26可移位来相对于直线钻探轴线34移动轴/钻头轴线36，以便于改变钻井方向。在图12中，钻头/驱动轴轴线和主轴线(例如，直线形钻孔轴线)对准或处于未偏置关系。在图13-14中，钻头/驱动轴轴线相对于主轴线已经移位或偏置以促成沿偏斜(非直线)轨迹钻井。

作为举例，结构26可以包括具有稳定器叶片68的稳定器，所述稳定器叶片68基本上等角度地放置在泥浆马达壳体22的下部周围。作为举例，稳定器叶片68的数目可以是3到5个叶片，但是一些应用中可以使用其他数目的叶片68。叶片68中的至少一个包括可移位稳定器叶片62，并且其他叶片68可以是固定的。固定叶片用于在滑动模式下进行操作并且使得工具面控制更为容易，但是也可以采用固定和可移位叶片68的其他布置。

在图12中所示的实例中，结构例如稳定器26包括四个稳定器叶片68并且这些叶片68中的一个为可移位稳定器叶片62，而其他三个叶片68保持处于缩回位置。所述工具被构造成使得四个稳定器叶片68具有中性未偏置位置，在所述中性未偏置位置上，叶片68延伸相等距离到达低于标准位置，如图12所示。所述工具还实现了处于至少一个偏心位置的操作，其中可移位稳定器叶片62在滑动模式下处于延伸的偏置位置，从而实现定向钻井，如图13所示。然而，应注意到，附加的稳定器叶片68或稳定器叶片68中的每一个可以形成为可移位稳定器叶片62，如同在图14中所示的实施方案中一样。在一些实施方案中，可移位稳定器叶片62的移动可以经由控制系统40，例如井下自动化控制系统来控制。

在钻井系统20中可以采用用于在中性模式与滑动/定向钻井模式之间转变的许多系统和部件。例如，可调稳定器叶片62可以定位在各种工具上，并且可以经由各种内部液压回路来致动。在一些应用中，稳定器26经由可调稳定器叶片62实现的外径可以经由压力下行顺序来编程。稳定器叶片62的位置可以经由合适的遥测系统，诸如泥浆脉冲遥测系统来确认。如图15所示，例如，至少一个可移位稳定器叶片62可以在因泥浆沿内部泥浆流动通道56流动而产生的泥浆压力下操作。用于致动可移位稳定器叶片62的泥浆流可以由合适的泥浆阀70来控制，所述泥浆阀70操作来选择性地允许加压泥浆致动稳定器叶片62或其他合适类型的致动器28。节流阀72可以使用来释放作用于活塞30的压力。

再次参考图15，钻井系统20的一些实施方案可以结合机械激活控制系统74。根据实例，机械激活控制系统74可以包括与凸轮从动件78配合的凸轮轨道76。作为举例，凸轮轨道76可以形成在壳体22或轴24中(取决于总钻井系统20的设计)，并且凸轮从动件78可以与活塞30联接。然而，凸轮轨道76和凸轮从动件78可以倒转或与其他致动器部件配合使用。

在图16中，展示了凸轮轨道76的实例。在本实例中，活塞30经由高于或低于正常操作压力的流体压力(例如，来自泥浆流或来自液压泵46的流体压力)来操作。作为举例，可以对活塞30使用流体压力以压缩弹簧32使其到达后续位置，所述弹簧32为机械激活控制系统74进行索引操作。一旦压力返回到正常操作值，弹簧32就通过使凸轮从动件78沿凸轮轨道76移动来定位下一个轴向位置。在图16中所示的实例中，可移位稳定器叶片62(或其他类型的致动器)在两个位置，例如中性位置与偏置位置之间移位，并且每当活塞30被加压并且抵着弹簧32移动时，这个位置就进行交替。

如图17所示，凸轮轨道76可以各种其他模式布置，例如更为复杂或精密的凸轮轨道模式(参见，例如，美国专利申请公布：2012/0199363)。在后一个实例中，活塞30的位置(例如，中性模式位置或偏置模式位置)可以如图所示通过使用半流索引方法来选择。

致动器28可以包括用于使可移位稳定器叶片62或其他导向机构在操作位置之间移动的各种机构。在图18中所示的实例中，致动器28再次包括可移位稳定器叶片62，但是可移位稳定器叶片62经由斜面机构80而在操作位置之间移动。作为举例，斜面机构80可以包括具有倾斜的斜面表面84的斜面构件82。斜面构件82可以与致动机构66的活塞30联接或者联接至另一种类型的液压活塞或其他致动器。例如，致动机构66可以包括各种其他类型的机构，包括液压-机械机构、机电机构、电动马达、钻井泥浆系统以及用于经由斜面机构80来使可移位稳定器叶片62移动的其他类型的机构。在一些实施方案中，活塞30经由例如控制系统40而在井下致动。

如图所示，倾斜的斜面表面84被定向用于与沿可移位稳定器叶片62形成的对应的倾斜的斜面表面86接合。随着致动机构66使斜面构件82在纵向方向上朝向可移位稳定器叶片62移动，倾斜的斜面表面84抵着对应的倾斜的斜面表面86移动以迫使可移位稳定器叶片62从缩回位置(参见图18的上部部分)抵达延伸或扩展位置(参见图18的下部部分)。斜面构件82可以在稳定器叶片62要从其扩展位置释放时偏离稳定器叶片62。

在许多应用中，地面操作者、地面控制器和/或井下控制器可以使用来追踪致动器28的位置，例如可移位稳定器叶片62的位置，以便于了解钻井系统20是在中性(直线钻探)模式还是在滑动(偏斜钻探)模式下操作。操作位置的追踪可以根据各种技术来完成，诸如纯机械技术或利用井下标记器、传感器和/或电子器件的其他技术。

对于纯机械追踪技术，当选择偏置/滑动模式时，可以使致动流体流中的一些转向至环空和/或钻头喷嘴。在这种方法中，对致动器延伸位置的选择可以通过在地面处监控立管压力来识别。在另一个实施方案中，可以使用仪表化解决方案来进行追踪。作为举例，可以将磁体，例如钐钴高温磁体放置在活塞30内。磁强计或霍尔效应传感器可以安装在扭矩装置(控制单元)中以从活塞拾取磁场以便计算活塞位置。在本实例中，扭矩装置可以是用于计算活塞位置的微控制器，并且这个位置可以由合适的遥测系统，诸如EM遥测系统和/或泥浆脉冲遥测系统以遥测的方式传送至地面。

在其他应用中，可以采用更为复杂的仪表化解决方案来进行追踪。实例包括部署专用非接触式接近度/距离传感器/标记器。这类传感器/标记器的实例包括超声换能器、光-电传感器、电-机械开关、AC磁性接近传感器以及其他合适的传感器。在这些类型解决方案中，在扭矩装置中的控制单元与传感器之间可以采用各种布线。

如果使用至少三个独立受控的致动器28，例如可移位稳定器叶片62，那么可以闭环方式控制滑动模式期间的工具面控制。例如，至少两个横向磁强计组和/或两个横向加速度计组可以用于检测钻井系统20的导向头的磁和/或重力工具面角。可以连续调节致动器28/叶片62的延伸以控制工具面及其导向方向。

大体参考图19，展示了钻井系统20的实例。在本实例中，钻井系统20是部署在钻孔90中的钻柱88的一部分。通过如上所述控制钻柱88的旋转取向和结构26的致动器28的移动，可以将钻孔90钻探出所需的直线部段和在所需方向上延伸的偏斜部段。取决于应用，对致动器28的控制可以通过井下控制器、地面控制器、或者井下控制和地面控制的组合来实行。类似地，通过对钻柱88的旋转控制而确立的钻井方向可以根据各种地面控制器和/或提供在合适的位置处的其他控制器来确定。在一些钻井应用中，结构/稳定器26可以如上所述围绕正排量式马达92的壳体22安装。

上文描述的实施方案便利了各种钻井操作。然而，钻井系统的部件可以根据给定应用的参数和对应的环境来变化。另外，许多类型的致动器、加压流体系统、追踪系统和/或其他系统可以与钻井系统组合以为定向钻井提供相对便宜且稳定可靠的系统和技术。如果例如钻井泥浆用于致动稳定器叶片62或其他致动器28，那么可以从各个位置，例如从马达44的顶部经由枪钻孔或其他通道来供应流体。

虽然上文已经详细描述了本公开的一些实施方案，但是本领域普通技术人员将容易了解，在本质上不脱离本公开的教义的情况下，许多修改是可能的。因此，这类修改意在被包括在如由权利要求书所限定的本公开的范围内。