CN1263977A - 使用滑动套筒的旋转式可转向钻井系统 - Google Patents

使用滑动套筒的旋转式可转向钻井系统 Download PDF

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Abstract

可转向钻井系统有在带有供保持与井壁配合的抗旋转件的管状滑动工具接箍内旋转的驱动部件。偏移式工作筒用关节连接件装在接箍内绕枢轴旋转并相对接箍旋转。工作筒的下端从接箍内伸出并支撑钻头。为控制钻头转向,检测接箍方向,工作筒对地静止,绕关节连接件定向接箍使工作筒相对接箍轴向倾斜。接箍内的交流发电机和液压泵由与接箍配合的驱动部件驱动产生驱动钻井工具电子装置包和液压系统部件的电能和液压。液压缸体和活塞装置控制工作筒相对接箍的角位置。液压活塞由工具位置检测系统的信号伺服控制。

Description

使用滑动套筒的旋转式可转向钻井系统
本发明涉及一种钻进井眼尤其是石油生产井的方法和设备，特别是涉及一种可主动控制的旋转式可转向钻井系统，该旋转式可转向钻井系统可以直接连接到钻具组合上的一个旋转钻柱上或者通过一个马达和/或一个推进器和/或一个柔性接头可以连接到该旋转钻柱上，从而实现斜井井段和分支井眼的钻井。本发明还涉及一种对所钻井眼方向进行精确控制的方法和设备。本发明还涉及一种主动控制的旋转式可转向钻井系统，该旋转式可转向钻井系统包括一个液压动力的钻头转轴定位装置，在一个旋转钻柱、泥浆马达或者旋转钻柱和泥浆马达同时使得一个偏移式工作筒和一个钻头旋转过程中，用于完成该偏移式工作筒和该钻头的自动对地静止定位。本发明还涉及一种长的弹性抗旋转叶片，这些叶片从滑动工具接箍上径向伸出，用于保持钻井工具相对于井壁处于抗旋转状态。
一个油井或者气井通常具有一个需要按照一定方向进行钻井的井段，其中所述的方向是指与垂直方向成一定角度，并且其井斜角具有一定的罗盘方向或者方位角。尽管具有斜井井段的井眼可以在任何位置进行钻进，例如一个“水平”井眼或者一个从主井眼分支出的分支井眼，但是更多数量的斜井还是在海洋环境中进行钻进。在从一个单一的海洋钻井平台钻进多个斜井时，这些斜井的底部分布在一个较大面积的产区内，而钻井平台则位于产区的中心，每口斜井的井口装置位于钻井平台结构上。
在钻进具有复杂井眼轨迹的井眼时，本发明的旋转式可转向钻井系统能够在工具接箍旋转钻头的同时使得钻头转向，从而使得钻井人员很容易将所钻的井眼从一个地下地层导向到另外一个地下地层。本发明的旋转式可转向钻井系统使得井眼既可以沿着井斜角方向也可以沿着方位角方向进行转向，从而使得所钻的井眼可以按照可控方式穿过两个或者多个地下区域。
钻一个定向井的一个典型的步骤是在利用钻柱和钻头采用常规的钻井技术钻进一个初始的、垂直的井段后再从该井段内取出钻柱和钻头，然后将在钻柱的下端具有一个弯曲壳体的泥浆马达下入到该井段内，该泥浆马达利用钻井液的循环驱动钻头进行钻井。该弯曲壳体提供一个弯曲角度，从而使得在从上方观看井眼时，其弯曲点以下的轴线相对于参照物具有一个“工具面方位”角；而其弯曲点以下的井段与钻头的转轴对应。该工具面方位角(简称为“工具面方位”)形成了一个方位角或者罗盘方向，在泥浆马达的作用下，斜井井段将按照该方向进行钻井。在通过缓慢旋转钻柱并观测各种定向装置的输出而确定了工具面方位后才下入泥浆马达和钻头，并保持钻柱不旋转从而将其保持在选定的工具面方位，启动钻井液泵(“泥浆泵”)使得钻井液流过钻柱和泥浆马达，从而将旋转运动施加到泥浆马达输出轴，而钻头固定到该泥浆马达输出轴上。由于该弯曲角度的存在导致钻头沿着一个曲线进行钻井，直到获得所需的井斜角位置。为了沿着所需的井斜角和方位角钻进一个井段，钻柱需要旋转，因此钻柱的旋转与泥浆马达输出轴的旋转叠加在一起，从而使得钻柱的弯曲段只是在井眼轴线周围作轨道运动，因此钻头可以按照任何所建立的井斜角和方位角向前钻进。在到达了该井眼的最大深度后，可以按照需要使用同样的定向钻井技术使得井眼弯曲为水平方向，然后沿着水平方向伸入或者穿过产区。随钻测井装置通常放置在位于泥浆马达上方钻柱上，从而检测井眼钻进的过程。因此，如果各个钻进参数显示与钻井计划有任何偏差时可以采取修正措施对井眼方向进行修正。
但是在钻柱不旋转而泥浆马达由钻井液流动驱动而钻井井眼的情况下会产生各种问题。泥浆马达作业所导致的反扭矩可能导致工具面方位逐渐改变，因此井眼不能按照所需的方位角向深处进行钻井。如果不对井眼方位进行修正，井眼可能延伸到与另外一个井眼非常接近的一点、井眼可能错过其所要命中的“地下靶子”或者用于“井眼漂移”而使得井眼的长度过长。这些问题可能导致井眼的成本严重增加，并且降低了感兴趣地下地层的生产流体的渗透效率。而且，一个不旋转的钻柱可能增加较大的摩擦阻力，因此不太容易对“钻头钻压”进行控制，降低了钻头的钻穿速度，这也增加了钻井的成本。而且，当钻柱穿过一个渗透区时，该渗透区导致泥饼在井壁上大量聚集，因此一个不旋转的钻柱比一个旋转的钻柱更容易卡在井眼内。
一个涉及本发明的主题的一个专利是美国专利US5113953。该US5113953专利提供一种定向钻井设备和方法，其中，钻头通过一个万向节连接到钻柱的下端，而钻头转轴可以绕枢轴旋转，并且可以按照等于钻柱速度并且与钻柱旋转速度方向相反的速度在转向钻井工具接箍内进行旋转。和该US5113953专利相比，本发明的改进之处在于，钻头转轴或者工作筒相对于本发明的钻铤的角度是一个变量而不是一个固定值。而且，本发明的旋转式可转向钻井系统包括各种位置测量系统和位置信号感应控制装置。另外一些与本发明有关的专利是英国专利GB2177738B、GB2172324B和GB2172325。GB2177738B专利的题目是“井眼钻进过程中井眼路线的控制”，它公开了一个具有四个激励器44的控制稳定器40。这些激励器为柔性软管或者管线，这些软管或者管线可以选择性地膨胀从而对钻铤施加一个侧向力，如图中22所示，目的是使得钻铤偏移从而改变所钻井眼的路线。GB2172324B与本发明有关之处在于该专利提供了一个具有稳定器8和20的转向钻井工具。在该转向钻井工具的稳定器8和22之间定位有一个控制模块22，用于对钻杆10的的偏移方向进行控制，从而改变所钻井眼的路线。GB2172325专利与本发明有关之处在于它提供了一个具有稳定器壳体31的转向钻井工具，该稳定器壳体31具有传感装置，在钻进过程中，该稳定器壳体31由一个抗旋转装置40保持在静止状态。钻杆10相对于一个井壁接触装置33的运动通过以可控方式给四个激励器44提供不同的压力来实现。钻头的转向是通过测量反应钻杆10偏移的方向来完成。与其相反，本发明是通过液压方式将一个偏移式工作筒保持在对地静止位置，并且在该偏移式工作筒在滑动工具接箍内被驱动旋转时，该偏移式工作筒可以绕一个关节装置或者铰链装置进行定向。在该偏移式工作筒内连接有一个钻头。
本发明还与另外一个现有技术有所不同。在该有关的现有技术中，其可控泥浆马达、推进器和柔性接头可以按照任何合适的方式进行，从而使得可控的定向钻井可以选择一个旋转钻柱、一个泥浆马达或者两者同时来提供动力，并在钻井过程中对钻头钻压和钻头方向精确控制。
美国专利US5265682中提供了一个系统，该系统通过一个叶轮将一个井下仪器包保持在一个稳定滚动方向。该稳定滚动方向用于调节流体压力而施加到一组活塞上，这些活塞按照顺序进行驱动从而迫使钻头进入所需方向。美国专利US5265682的钻头转向系统与本发明的思路的不同之处在于使得钻头偏斜为所需方向的装置不同。这就是说，US5265682专利所描述的装置是利用活塞作用到井壁上从而迫使钻头在井眼内进入所需的侧向方向。与此相反，本发明的旋转式可转向钻井系统则包括一个自动供能、液压传感系统，从而将该钻井系统的钻头转轴保持在一个对地静止方向，并与滑动工具接箍成一定角度，从而将钻头定位到所需的井眼方向。为了使得钻头转轴指向所需方向，该液压钻头转轴定位系统将钻头转轴轴线定位在滑动工具接箍内的一个关节装置或者万向节支撑件内。在本发明的范围内，各种工具的各种位置传感器和电子装置定位在工具的滑动工具接箍内，而不是定位在一个滑动部件内，从而可以保证这些传感器和电子装置的精度并延长了它们的使用寿命。
本发明的一个主要特点就是提供一个新型的钻井系统，该钻井系统由一个旋转钻柱或者一个连接到一个旋转钻柱或者非旋转钻柱上的一个泥浆马达来进行驱动，该钻井系统允许通过对由钻柱和可转向钻井工具旋转的钻头进行精确转向而对曲线井眼进行选择性钻井；
本发明的另外一个特点就是提供一种新型的主动控制的旋转式可转向钻井系统，该钻井系统具有一个钻头转轴，在钻井作业时该钻头转轴由钻铤驱动，该钻头转轴的长度的中部安装在工具接箍内的铰链装置上，其目的是相对于工具接箍对钻头转轴钻头进行对地静止定位，从而使得支撑在工具接箍内的钻头指向所需的井斜角和方位角方向，从而将曲线井眼钻进到目标地层；
本发明的另外一个特点是提供一种新型的主动控制的旋转式可转向钻井系统，该钻井系统具有一个偏移式工作筒或者钻头转轴以及一个轴承，其中，偏移式工作筒或者钻头转轴按照预定的井斜角被保持在静止状态，而轴承是用于使得所钻井眼转向到一个预定的地下目标地层；
本发明的另外一个特点就是提供一种新型的主动控制的旋转式可转向钻井系统，该钻井系统具有一个位于工具内的一个钻井液驱动液压泵，该液压泵通过液压定位式活塞的可控螺线管的激励来为一个偏移式工作筒的位置控制提供压力液体；为使得钻头转向，活塞执行对铰接的偏移式工作筒的对地静止定位；
本发明的另外一个特点就是提供一种新型的主动控制的旋转式可转向钻井系统，该钻井系统具有机载电能装置和位置检测和控制系统，在这些装置和系统安装到工具的一定长度的一个非旋转部件上，因此保护这些装置不会由于旋转而受到破坏；
本发明的另外一个特点就是提供一种新型的主动控制的旋转式可转向钻井系统，该钻井系统具有一个稳定接箍，该旋转式可转向钻井工具的旋转部件安装在该稳定接箍内，因此该稳定接箍不能受到驱动进行旋转，因此也不能由于工具的内部摩擦而自由滑动或者缓慢旋转，这就克服了在钻井过程中工具接箍沿着井壁移动时工具接箍与井壁之间的摩擦力；以及
本发明的另外一个特点就是提供一种新型的主动控制的旋转式可转向钻井系统，该钻井系统具有一个非旋转工具接箍和长的弯曲弹性稳定筋，在钻井过程中这些稳定筋使得非旋转工具接箍与井壁滑动接触。
简要地说，本发明的各种目的和特点是通过提供一个主动控制的旋转式可转向钻井工具来实现的。该旋转式可转向钻井工具具有一个旋转驱动工作筒，而该旋转驱动工作筒直接连接到一个钻柱旋转驱动部件，例如象一个泥浆马达或者一个旋转钻柱的输出轴。该旋转驱动部件由一个钻机的转盘进行驱动。一个偏移式工作筒又有时又称为钻头转轴，通过一个万向节或者关节连接件安装到滑动工具接箍内，并且为了进行钻井，该偏移式工作筒可以由旋转驱动工作筒驱动直接进行旋转。偏移式工作筒的下部从滑动工具接箍的下段伸出，提供一个连接部，该连接部则直接用螺纹连接一个钻头。根据本发明的思路，在偏移式工作筒由旋转驱动工作筒驱动旋转过程中，偏移式工作筒的轴线保持指向给定的方向，该方向相对于旋转驱动工作筒倾斜一个变化的角度，因此允许钻头沿着一个有选定的角度所确定的曲线进行钻井。通过件钻头转轴与工具轴线之间的角度设为零度可以钻进一个直井。
旋转驱动工作筒的轴线和偏移式工作筒的轴线之间的角度有多个液压活塞来保持。这些活塞位于滑动工具接箍内，通过传感器反应电磁阀来进行选择性地控制和定位，从而将偏移式工作筒的轴线保持在对地静止状态，并具有预定个井斜角和方位角。此外，这些预定的井斜角和方位角可以根据产生自地面的控制信号、计算机产生的信号、传感器产生的信号或者上述的这些信号的结合来选择性地进行控制。因此，本发明的旋转式可转向钻井工具钻井时在井眼内是可以进行调节的，从而可以根据钻头需要由本发明的钻井工具的偏移式工作筒旋转而进行转向的需要，以可控方式改变偏移式工作筒相对于滑动工具接箍的角度。
扭矩从旋转驱动工作筒通过一个铰链式驱动连接直接传递到偏移式工作筒。此外，液压工作筒定位活塞可以进行伺服控制从而保证在出现外部干扰的情况下仍然保持其工具面方位。由于偏移式工作筒应该总是保持对地静止状态，因此偏移式工作筒通过液压驱动活塞而在滑动工具接箍内保持其对地静止状态。液压驱动活塞安装用于在滑动工具接箍内移动。该特点通过定位活塞的自动电磁控制的液压驱动来实现。定位活塞对来自各个位置传感器的信号和欲改变滑动工具接箍和偏移式工作筒的轴线的力作出反应而受到精确的控制。
为了提高主动控制的旋转式可转向钻井工具的柔性，该钻井工具能够选择性地包括多个电子感应、测量、反馈和定位系统。该钻井工具的一个三维定位系统可以使用磁传感器，用来检测地磁场；该钻井工具还可以使用加速度计和陀螺仪，用于及时精确地确定钻井工具在任何一点的位置。为了进行控制，该旋转式可转向钻井工具具有三个加速度计和三个磁力仪。尽管同时使用多个陀螺仪也不偏离本发明的实质和范围，但是一个陀螺仪可以典型地包括在该钻井工具内，以提供转速的反馈，从而有助于工作筒的稳定。该钻井工具还具有一个由钻井工具机载的传感器和电子处理系统，用于在钻井过程中连续地测量方位角和实际的井斜角，从而可以实时采取快速的修正措施，而不必中断钻井的过程。该钻井工具包括一个依据位置式控制回路，该控制回路使用磁传感器、加速度计和陀螺仪，以为偏移式工作筒的轴向方向控制提供位置信号。而且，从操作灵活性的角度考虑，该钻井工具例如可以包括用于反馈、伽玛射线探测、电阻率测井、密度测井、孔隙度测井、声波测井、井眼图像测井、超前式测量、周围式测量和钻头井斜角、钻头转速、振动、钻压、钻头扭矩和钻头侧向力的测量。
此外，旋转式可转向钻井工具的电子和控制仪器提供了从地面对该钻井工具进行编程的可能性，因此可以设定或者改变钻井工具的方位角和井斜角，并且设定和改变偏移式工作筒相对于滑动工具接箍的弯曲角。该钻井工具的机载电子装置的电子内存可以保存、利用和发射完整的井身结构数据，并具有井下转向的功能，因此从起斜到延伸钻井都可以该钻井工具。此外，该钻井工具还可以使用一个柔性接头来将该旋转式可转向钻井工具从井底钻具组合和钻柱的其它部分上分离下来，并且保证由旋转式可转向钻井系统的电子装置进行导向。
除了本发明的其它检测和测量特点外，该主动控制的旋转式可转向钻井工具还可以具有一个感应遥测线圈，以将钻井过程中获得的测井信息和钻井信息通过柔性接头和其它的测量接头沿着双向发射到MWD系统。对于感应遥测线圈，该旋转式可转向钻井工具还可以包括一个位于滑动工具接箍内的一个感应器。该钻井工具还可以包括彼此相距预定距离的的发射器和接收器，从而可以使得信号在靠近井眼的地层中横向穿过一定距离，因此可以在钻井过程中测量地层的电阻率。
该钻井工具的电阻率系统的电子装置以及各种测量和控制系统的电子装置均安装在该钻井工具的滑动工具接箍内。如上所述，该滑动工具接箍可以沿着井壁进行滑动或者可以缓慢进行旋转，但是不能与钻井工具的旋转部件仪器旋转。因此，可以保护该电子装置系统在钻井过程中不会受到旋转所产生的破坏。
在本发明的一个最佳实施例中，在旋转式可转向钻井工具的滑动工具接箍内具有一个液压泵，以在该钻井工具的机载液压系统内形成液压，从而用于液压驱动部件。该液压泵由该钻井工具的旋转驱动工作筒相对于管状滑动工具接箍的相对旋转来进行驱动。例如可以通过一个直接旋转或者通过一个齿轮链条从而相对于旋转驱动工作筒的转速为液压泵提供最优的转速范围。液压流体以可控方式提供给活塞室，该活塞室可以对电磁阀的驱动所产生的传感器信号进行反应，从而在钻井过程中将偏移式工作筒的轴线保持在对地静止状态，并设定有所需的井斜角和方位角。液压泵所产生的液压也可以用于机载系统，例如象线性差动变换器(LVDT)。该线性差动变换器装置用于测量弹性抗旋转叶片的径向位移，从而精确地确定主动控制的旋转式可转向钻井工具相对于所钻井眼的中心线的精确位置。LVDT还可以用于测量工作筒驱动活塞的位移并提供位移信号，这些信号经过处理后用于控制这些活塞的驱动。
为了提高机械效率，根据本发明的一个实施例，偏移式工作筒的定位系统使用一个万向偏移式工作筒支撑件，该支撑件可以为任何形式的万向节或者关节连接件，从而沿着两个轴向方向为为偏移式工作筒提供有效的支撑，并且同时降低在该万向节处的摩擦力。通过保证在该万向节周围存在有润滑油也可以降低在该万向节处的摩擦力，并且可以避免钻井过程中钻井液进入万向节，同时允许偏移式工作筒在钻井过程中相对于滑动工具接箍和旋转驱动工作筒以可控方式进行转向运动。该万向节也可以采用花键或者环或者使用多个球的万向节形式。这些形式的万向节允许偏移式工作筒相对于旋转驱动工作筒的轴线按照一定角度进行定位。该旋转驱动工作筒位于滑动工具接箍内并与该滑动工具接箍同轴。
用于旋转式可转向钻井工具的电磁阀和电子装置系统的控制和操作的电能由一个机载交流发电机来产生。该交流发电机由旋转驱动工作筒相对于滑动工具接箍的旋转运动提供动力。两者之间的相对旋转通过齿轮进行传递，从而使得交流发电机可以在足以满足该钻井工具的各个电子装置系统所需的电能的输出的一定的转速范围内进行旋转。该交流发电机的电能输出也可以用于对一个蓄电池组进行充电，该蓄电池组可以在交流发电机不能由流动的钻井液提供动力时为机载电子装置和其它的机载电子设备的操作提供电能。
为了更详细地理解本发明所获得的上述的特点、优点和目的，下面参考附图的各个实施例对本发明进行描述。
然而，应该注意，附图只是为了说明本发明的一个典型的实施例，不应当认为是对本发明的范围的限制，因为本发明也承认其它等同效果的实施例。
这些附图包括：
图1是表示依据本发明的所钻井眼的示意图，其中的井眼的下部的斜井是利用主动控制的旋转式可转向钻井系统和方法进行钻井的；
图2是表示本发明的的旋转式可转向钻井工具的另外一种形式的示意图，该钻井工具由一个泥浆马达驱动；
图3是根据本发明的原理建造的一个旋转式可转向钻井系统的上部的剖面图；
图4是图3所示的旋转式可转向钻井系统的下部和一个连接到该钻井系统上用于钻井的钻头的一个部分的剖面图；以及
图5是沿着图4中的5-5线的剖面图，表示液压动力式偏移式工作筒定位活塞和活塞返回元件，该附图还表示了一个液压系统示意图，用于说明该旋转式可转向钻井系统的液压活塞激励系统的控制环路。
参考附图并首先参考图1，一个钻头12钻进一个井眼10，该钻头12连接到一个钻柱14的下端，该钻柱14向上连接到地面，并由地面上的一个典型的钻机(未示出)的一个转盘16驱动。典型的钻柱14包括一个钻杆18，该钻杆18则连接一个或者多个钻铤20，目的是给钻头12提供钻压。如图10所示，井眼10具有一个垂直上部井段或者基本上垂直的上部22和一个倾斜的、曲线的或者水平的下部24，该下部24是由附图标记26所示的根据本发明所建造的一个主动控制的旋转式可转向钻井工具进行钻井的。为了为了使得曲线的井眼下部24的钻柱具有一定的柔性，需要利用一个钻杆28的下段将钻铤20连接到钻井工具26上，因此钻铤将保持在垂直上部井段22内。通过依据本发明的一个钻井工具26的转向运动，井眼10的下部井段24将从垂直上部井段22倾斜。如图所示，钻杆28几乎靠近旋转式可转向钻井工具26，该钻杆28可以包括一个柔性接头，该柔性接头可以提高旋转式可转向钻井系统的钻井的精确性。根据通常的做法，通过地面泥浆泵循环钻井液或者“泥浆”向下穿过钻柱14，然后由设置在钻头12的喷嘴排出，最后通过钻柱14和井眼10的井壁之间的环形空间30返回到地面。正如下面所将要详细描述的那样，旋转式可转向钻井工具26的结构和设置可以使得连接到该钻井工具26上的一个钻头12沿着由该钻井工具26的控制设置装置所指定的一个曲线路线进行钻井。即使钻头和该钻井工具26的内部旋转驱动工作筒由钻柱、泥浆马达或者其它旋转装置旋转的情况下，以可控角度关系支撑钻头12的偏移式工作筒与钻井工具的管状接箍之间的角度仍然保持不变，因此，使得钻头转向而钻进出一个曲线的井段。钻井工具26的转向可以选择性地根据井斜角和方位角来进行。此外，旋转式可转向钻井工具26的偏移式工作筒的设置也可以根据需要(例如象泥浆脉冲遥测)进行改变，从而使得钻头选择性地改变所钻井眼的路线，沿着X、Y和Z轴方向对井眼进行导向，从而对钻头的转向进行精确的控制，并且对所钻井眼进行精确控制。
图2是说明本发明的旋转式可转向钻井工具26的示意图。该钻井工具26由泥浆马达34的一个输出轴32(在该例子中为柔性轴)驱动。该泥浆马达34连接到一个旋转钻柱18、非旋转钻柱18或者一个柔性钻柱段28，该泥浆马达34适合于利用电子处理式声波控制脉冲进行转向控制，根据公知技术，上述的声波控制脉冲是穿过泥浆液柱而从地面发射出来的。为了控制脉冲处理，钻柱内连接有一个声波脉冲处理和控制单元36，该声波脉冲处理和控制单元36与旋转式可转向钻井系统的各个可控系统(包括钻井工具26)电子连接。该处理和控制单元36包括一个声波脉冲感应装置，用于检测来自位于地面上的声波脉冲发射设备的泥浆脉冲遥测信号，并根据对该泥浆脉冲遥测信号的反应而产生电子控制信号。然后，这些电子控制信号由机载电子装置进行处理从而提供控制信号，该控制信号用于控制旋转式可转向钻井工具26上的各个设备和系统。例如，一部分控制信号可以用于控制钻头12的转向，从而在钻进时修正或者改变钻进的方向。而另外一些控制信号可以用于驱动或者关闭各种机载系统，例如象地层电阻率测量系统、方向感应遥测系统和泥浆马达控制系统。如图中37所示，一个信号发射系统38()可以连接到钻柱内以提供感应发射信号，这些感应发射信号穿过紧靠井眼周围的地层。并且该信号发射系统38提供与旋转式可转向钻井通径的控制系统之间的通信功能，而且还可以在需要的情况下为旋转式可转向钻井工具26提供地层数据。该系统将该信号发射系统38结合在主动控制的旋转式可转向钻井工具26之间。
现在参考图3和图4，这两个如图分别表示主动控制旋转式可转向钻井工具26的上部和下部，代表了本发明的一个最佳实施例。该钻井工具26具有一个管状滑动工具接箍40，该滑动工具接箍40可以沿着所钻井眼的井壁进行滑动，这种滑动可以是线性滑动或者也可以是在钻井过长中有钻井工具26的内部摩擦力的作用而缓慢旋转。例如，在钻头以较高的转度(例如每分钟50转)进行旋转时，在其内部的摩擦力的作用下滑动工具接箍40可以以每小时几转的转速旋转时。滑动工具接箍40的缓慢旋转不会干扰旋转式可转向钻井工具26的各个机械和电子系统。为了保护滑动工具接箍内的各个系统电子装置和传感器系统受到旋转所产生的力的破坏并维持滑动工具接箍与所钻井眼之间有效和稳定的关系，需要尽可能使得滑动工具接箍的旋转最小。
在管状滑动工具接箍40的上端和下端均具有稳定器元件42和44，从而在钻井时使得滑动工具接箍40在井眼内稳定和对中。一个用于双向感应遥测的天线也与该滑动工具接箍40制成一体。此外，为了防止旋转式可转向钻井工具26在钻井时旋转，滑动工具接箍40还具有多个(最好为3个)长的弯曲弹性抗旋转件，其中的两个弯曲弹性抗旋转件如图中46和48所示，这些弯曲弹性抗旋转件的上端和下端分别与滑动工具接箍40固定连接，而其中部则从滑动工具接箍40向外伸出到足够程度，直到这些弯曲弹性抗旋转件与井壁接触后向着滑动工具接箍40而向内弯曲位置。该弯曲弹性抗旋转件46和48总是与井壁滑动接触，以限制滑动工具接箍40在钻井时旋转，从而使得钻井时的滑动工具接箍40的旋转最小(在大多数情况下，可以消除滑动工具接箍40的旋转)。这些弯曲弹性抗旋转件46和48还有助于稳定器元件在井眼的内的滑动工具接箍40内对中。通过防止旋转式可转向钻井工具26的滑动工具接箍40的旋转，这些弯曲弹性抗旋转件允许使用加速度计测量工具面方位，因此消除了该钻井工具26对较大带宽传感器(例如陀螺仪)的需求，并且显著地简化了该钻井工具26的机载电子系统。此外，弯曲弹性抗旋转件46、48的偏移以及滑动工具接箍40井眼内的的位置也可以进行测量。该弯曲弹性抗旋转件46、48和滑动工具接箍40可以具有液压活塞和缸体式线性差动变换器(LVDT)装置，如图4中的50和51所示。当滑动工具接箍40暂时偏离井眼的中心线而导致弯曲弹性抗旋转件46、48径向向内或者向外移动时，这些线性差动变换器装置可以测量液压流体的位移，并产生位置信号。这些位置信号经过电子处理后用于钻井时的转向。通过测量每一个弯曲弹性抗旋转件的轴向位移，这些位置信号可以用于提供一个井径仪测量功能。
一个旋转驱动轴54伸入到滑动工具接箍40内，并且为了将驱动力传递给一个偏移式工作筒56(这在下面还要进行详细描述)给旋转驱动轴54是可旋转的。该旋转驱动轴54可以是泥浆马达的一个输出轴(如图2中32所示)、泥浆马达的输出轴所驱动的一个驱动连接接头、旋转钻柱的一个驱动连接接头或者任何其它合适的旋转驱动装置。在旋转驱动轴的旋转过程中，旋转驱动轴54在滑动工具接箍40内旋转，而该滑动工具接箍40利用弯曲弹性抗旋转件46和48与井壁之间的摩擦力而被限制不能以与旋转驱动轴54同样的速度进行旋转。通过密封或者封闭装置57，旋转驱动轴54和滑动工具接箍40之间实现密封。这些密封或者封闭装置57与旋转驱动轴54和滑动工具接箍40配合从而形成内部储油腔60的上孔端，而该储油腔的下孔端则通过密封或者封闭装置58防止钻井液穿过旋转驱动轴54而进入到该滑动工具接箍40内。储油腔60内充有一定数量的石油或者其它润滑和保护性液体。密封或者封闭装置58的另外一个功能是将压力流体与内部储油腔60分隔开来。旋转驱动轴54形成一个内部流通道62，钻井液可以通过该内部流通道62沿着路线流动到钻头12。旋转驱动轴54与一个长的的旋转驱动工作筒64配合在一起。该旋转驱动工作筒64通过螺纹连接而固定到该旋转驱动轴54上。该旋转驱动工作筒64也形成一个内孔66，该内孔66也作为钻井液流过该旋转式可转向钻井工具26的钻井液流通道的一部分。长的旋转驱动工作筒64与滑动工具接箍40配合，从而形成一个轴承室，该轴承室具有一个径向轴肩，用于容纳轴承52，从而在钻井时，该轴承室可以承受旋转驱动工作筒64与滑动工具接箍40之间的轴向和径向冲击力。该旋转驱动工作筒64具有一个下部管状驱动段68，在该下部管状驱动段68周围是密封或者封闭装置58，并形成一个端部驱动连接件70，该端部驱动连接件70与一个驱动套筒74形成铰链式驱动连接。多个球形驱动件76放置在端部驱动连接件70和驱动套筒74的上端之间，并座落在驱动槽内。该驱动槽由端部驱动连接件70和驱动套筒74的上端所包围形成。旋转驱动工作筒64和其下部管状驱动段68通过轴承52而与该滑动工具接箍40同轴，而驱动套筒74则可以绕铰链进行运动，并且与偏移式工作筒56保持驱动连接。驱动套筒74的下端与其上端的结构相同。位于驱动槽内的球形驱动件78实现驱动套筒74与偏移式工作筒56之间的驱动连接，而且同时允许驱动套筒74和偏移式工作筒56之间形成铰链连接。上述的驱动槽由驱动套筒74的下端和偏移式工作筒的上部驱动连接件80配合包围而形成。作为另外一种选择，一个具有柔性部分的一体式工作筒也可以用来代替旋转驱动工作筒64、铰链的驱动连接件和偏移式工作筒56。
偏移式工作筒56安装用于在滑动工具接箍40内进行旋转，从而使得该偏移式工作筒56可以围绕一个铰链式关节连接件82作万向运动。该关节连接件82可以是一个球形铰链结构，其功能如图4所示，在下面还要进行描述。作为另外一种选择，关节连接件82可以是一个花键结构或者其它任何合适的结构，只要该结构能够在其旋转驱动过长中允许偏移式工作筒56作万向运动并且允许偏移式工作筒定向在滑动工具接箍40内并相对于所钻地层处于静止状态即可。
如图4所示，偏移式工作筒56的关节连接件82相对于滑动工具接箍40具有一个球形件84。该球形件84与偏移式工作筒56成为一体或者连接到该偏移式工作筒56上。该球形件84形成一个外侧球表面86，该外侧球表面86容纳在一个工作筒支撑槽88内。该工作筒支撑槽88有滑动工具接箍40的下端90所形成。该偏移式工作筒支撑槽88形成一个内侧球支撑表面段，该内侧球支撑表面段与球形关节连接件84的外侧球形表面配合。因此，偏移式工作筒56可以相对于滑动工具接箍40的下端90而围绕一个虚拟的枢轴点P绕枢轴旋转，而同时又在旋转驱动工作筒64的下部管状驱动段68与驱动套筒74之间所建立的旋转驱动连接的作用下作旋转运动。偏移式工作筒56在保持其旋转运动的同时又绕枢轴点P所作的绕枢轴旋转运动是通过各个球形驱动件76以及78在驱动套筒74的端部所建立的铰链式驱动连接来完成的。
在钻井过程中，偏移式工作筒56相对于滑动工具接箍40所作的绕枢轴旋转运动必须受到控制，以防止钻井液从旋转驱动工作筒64的内孔66和通孔92侵入到偏移式工作筒56内。通孔92则延伸穿过偏移式工作筒56，并且与钻头12的内部流通道形成流体连通。根据图3和4所示的实施例，一个可以弯曲的波纹管密封件94在旋转驱动工作筒64的下部管状驱动段68与偏移式工作筒56的上端之间建立密封连接。因此，当偏移式工作筒56绕其枢轴点P作旋转运动时，波纹管密封件94保持有效的密封，从而防止钻井液侵入到滑动工具接箍40内的储油腔或者液压流体腔内。在该旋转式可转向钻井工具26的下端，另外一个波纹管密封件96密封连接到滑动工具接箍40的下端，并且也连接到一个圆形密封保持件98。该圆形密封保持件98位于偏移式工作筒56的圆柱段100周围，具有一个圆形密封件102，该圆形密封件102位于圆形密封保持件98的一个内部密封槽内。当偏移式工作筒56在钻井过程中旋转时圆形密封保持件98相对于滑动工具接箍40不旋转，密封件102这保持与偏移式工作筒56的圆柱段100之间，密封配合。柔性波纹管密封件96在滑动工具接箍40和圆形密封保持件98之间保持密封，从而防止钻井液侵入到内部储油腔61内。
在钻井过程中，当偏移式工作筒56由旋转驱动工作筒64驱动旋转时，该偏移式工作筒56的轴线保持静止状态。根据本发明，偏移式工作筒56的这种轴线静止定位是在电磁阀的控制下以液压方式来完成的。这些电磁阀可以根据合适的位置感应信号而选择性地驱动。参考图4，用于控制偏移式工作筒的位置的液压诱导能量是由一个液压泵104来产生的。该液压泵104位于滑动工具接箍40内所形成的一个液压泵槽内。其液压泵驱动轴110由合适的轴承106所支撑。该液压泵104由一个旋转驱动装置108驱动，该旋转驱动装置108则在旋转驱动工作筒64的作用下而相对于滑动工具接箍40进行旋转。该旋转驱动装置108也可以由旋转驱动工作筒64的下部管状驱动段68驱动进行旋转，该旋转驱动装置108可以包括一个内部齿轮链条或者其它传动装置，在下部管状驱动段68与液压泵驱动轴110之间建立旋转驱动连接，从而将合适的旋转运动和扭矩传递给液压泵104的传动装置，因此为液压泵提供合适的液压输出和液压流体，用于当偏移式工作筒56旋转时执行偏移式工作筒的运动。
该液压泵104的的液压流体输出连接到一个流体流通道112，该流体流通道112则与一个环形液压流体腔114连通，该液压流体腔114具有一个环形活塞116，该环形活塞116与液压流体腔114的内侧圆周壁118和外侧圆周壁120之间通过环形活塞116上的密封件槽内的内侧环形密封件124和外侧环形密封件126而进行密封。一个或者多个压缩弹簧128将活塞116挤压向液压泵104，而压缩弹簧128则作用到一个环形集管箱(manifold block)130上，该环形集管箱130具有多个阀。
环形集管箱130的结构如图5所示。一个返回单向阀132(弹簧挤压球形单向阀)控制液压流体返回到液压流体聚集腔134，该液压流体聚集腔134为液压泵104提供液压流体。一对电磁阀140和142控制分别控制液压流体进入液压流体供应通道144和146。该液压流体供应通道144和146将液压流体分别提供到一个液压缸体148和150，用于驱动液压活塞152和154。该液压活塞152和154通过轴承或者其它接触元件156将定位力传递到偏移式工作筒156。活塞152和154可以根据电磁阀140和142的可控驱动所产生的位置信号而互相独立进行移动，从而使得偏移式工作筒56可以绕枢轴点P旋转，因此在这些活塞的作用下偏移式工作筒56可以进行定位。偏移式工作筒驱动活塞152和154的的相对位置由感应装置来确定，并受到电磁阀140和142的控制，以将偏移式工作筒56的纵轴A相对于所钻地层保持静止状态，并按照特定的井斜角和方位角进行定向，从而延伸一个预定的路线完成到达一个地下目标地层的钻井。
如图3所示，本发明的旋转式可转向钻井工具具有电子和传感器包，如图中160所示。这些电子和传感器包包括一个控制回路。该控制回路包括一个三轴加速度计162，用于测量滑动工具接箍40相对于重力场的方向。
如图5所示，活塞和缸体式装置具有一对LVDT(线性差动变换器)164和166，LVDT的作用是在活塞152和154在电磁阀140和142的液压流体的作用下或者弹簧作用返回件(例如象返回件168和170)的作用下而进行移动。两个返回件168和170分别具有压缩弹簧172和174，而压缩弹簧172和174借助于一个工作筒定位件176而通过返回件168和170施加弹簧动力反力。工作筒定位件176通过多个轴承或者接触元件156而与偏移式工作筒56之间形成力传递配合。该这些轴承或者接触元件156在保证偏移式工作筒56作旋转运动和绕枢轴旋转运动的同时，又允许偏移式工作筒56的定位运动。LCDT164h 166用于测量每一个液压活塞152和154相对于滑动工具接箍40的位置，并将这些测量信号通过信号传导装置180和182传递给一个控制器184。来自三轴加速度计162的信号也通过一个信号传导装置186传递到控制器184。
用于运行本发明的旋转式可转向钻井工具26的控制器184和其它电子部件所需的电能由一个交流发电机188来提供，如图4所示。该交流发电机188具有交流驱动耦合或传动装置190，该耦合或传动装置190通过旋转驱动工作筒64的下部管状驱动段68而有该旋转驱动工作筒64来驱动。该交流驱动耦合装置190具有一个输出轴192，该输出轴192则通过轴承194支撑在滑动工具接箍40内，并设置成与交流发电机188之间形成驱动连接。交流驱动耦合装置或者传动装置190可以是具有任何合适的特点，例如，它可以是一个齿轮链条或者带传动装置。
如图5所示，控制器184通过一个信号传导装置196为电磁阀操作提供控制信号输出，从而用于控制电磁阀140的驱动；同时该控制器184通过另外一个信号传导装置198为电磁阀操作提供另外的信号输出，从而用于控制电磁阀142的驱动。因此，电磁阀140和142根据控制器184的控制信号进行驱动，而控制器184这依据LCDT 164和166以及加速度计162的输入而进行工作。来自LVDT164和166的信号确定偏移式工作筒56沿着X轴和Y轴方向的偏移；因此根据电磁阀140和142的控制而液压驱动液压活塞152和154，从而液压活塞152和154控制滑动工具接箍40内的偏移式工作筒56的轴线A的方向。对液压缸体148和150的压力控制是通过释压阀210和212来完成的。
现在参考图3，滑动工具接箍40形成一个环形腔214，各种电子装置、控制和传感器系统位于该环形腔214内。这个环形腔214通过一个分隔套筒216与与保护性油介质分离开。该分隔套筒216的上端通过一个圆形密封件218与滑动工具接箍40之间形成密封。圆形密封件218容纳在分隔套筒216的端部上所形成的各个密封槽内。各个电子部件例如象遥测包220、中央处理器222和一个数据采集包位于内壁环形腔214内。除了控制器184外，一个电容器组226也可以位于环形腔214内，以为电磁阀的电磁驱动和完成旋转式可转向钻井工具26的转向控制的其它合适的功能存储和提供足够的电能。
内部储油腔228通过一个自由活塞230而与周围外部的环境介质分隔开来。该自由活塞230通过一个圆形密封件236与内侧圆柱面232和外侧圆柱面234之间形成密封。通过一个通气孔238将环境压力连接到储油腔的环境一侧240，内部储油腔228与周围的环境介质压力保持平衡。因此，在内部储油腔228内的保护性油介质的压力与周围环境压力保持平衡，而与旋转式可转向钻井工具26在井眼内的位置无关。
如上所述，很显然本发明适合获得所有上述的目的和特点以及其它本发明的装置所固有的目的和特点。
对本领域的普通技术人员来说是显而易见，本发明很容易按照其它特别的形式来进行实施，而不偏离本发明的精神和基本特点。因此，本发明的实施例只是说明性的而不是限制性的，本发明范围由权利要求书而不是上述的说明书来定义。所有与权利要求书的含义和范围等同的改变均在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种利用一个主动控制的旋转式可转向钻井系统进行钻井并且同时使得钻头转向的方法，包括下列步骤：
(a)在所钻的井眼内旋转一个滑动工具接箍内的一个驱动部件，所述的驱动部件与一个偏移式工作筒形成旋转驱动连接，所述的偏移式工作筒可绕枢轴旋转地安装在所述的滑动工具接箍内，并支撑一个钻头；
(b)提供转向控制信号；
(c)对所述的转向控制信号作出反应，从而在所述的偏移式工作筒由所述的旋转驱动部件驱动而进行旋转过程中，以液压方式围绕偏移式工作筒的枢轴定位该偏移式工作筒，从而使得所述的偏移式工作筒的轴线保持对地静止状态，并保持在预定的井斜角和方位角方向上；以及
(d)在钻井过程中滑动地移动所述的滑动工具接箍与井壁配合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的滑动工具接箍具有外部弹性件，所述的外部弹性件从所述的滑动工具接箍上径向向外申出，所述的方法还包括下列步骤：
(e)在钻井过程中保持所述的外部弹性件与井壁滑动接触，从而防止在钻井过程中所述的滑动工具接箍旋转。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的滑动工具接箍包含机载系统和液压活塞装置，所述的机载系统用于产生液压流体压力和电能，所述的液压活塞装置在所述的偏移式工作筒由所述的旋转驱动部件驱动旋转过程中，对所述的偏移式工作筒相对于所述的滑动工具接箍提供定位控制，所述的液压活塞装置具有电子控制阀装置，所述的电子控制阀装置用于控制所述的液压活塞装置诱导产生的液压，所述的方法还包括下列步骤：
(e)对钻井液流动作出反应而产生液压和电能；以及
(f)对所述的转向信号作出反应从而电子驱动所述的电子控制阀装置，所述的转向信号用于控制液压到所述的液压活塞装置的传递，以使得所述的偏移式工作筒液压定位。
4.根据权利要求3的所述的方法，其中，所述的液压活塞装置至少包括两个活塞，所述的两个活塞放置在所述的滑动工具接箍和所述的偏移式工作筒之间，并与滑动工具接箍和所述的偏移式工作筒形成力传递配合，所述的方法还包括下列步骤：
(g)选择性并且相互独立地以可控方式增加和减少到达所述的两个活塞的液压，利用所述的活塞使得所述的偏移式工作筒在所述的滑动工具接箍内进行定位并可绕枢轴旋转。
5.根据权利要求4的方法，其中所述的液压活塞装置位于液压缸体装置内并且可以移动，所述的方法还包括下列步骤：
(h)检测在所述的液压缸体装置内的各个活塞的位置，并将所述的各个液压活塞装置的位置与所述的滑动工具接箍内的所述的偏移式工作筒的绕枢轴旋转位置作相关；
(i)为了按照需要实现所述的偏移式工作筒的所述的绕枢轴旋转位置改变，确定所述的液压活塞装置的各个活塞的位置变化；以及
(j)以可控方式驱动所述的电子控制阀装置，从而互相独立地控制液压连通到所述的液压缸体装置，从而完成所述的液压活塞装置的所述的位置改变。
6.根据权利要求5的方法，还包括下列步骤：
(k)检测所述的液压缸体装置内的液压流体的体积，用于确定在所述的液压缸体装置内的活塞的位置；
(l)改变所述的液压缸体装置内的液压流体的体积，以改变所述的活塞位置，因此改变在所述的滑动工具接箍内的所述的偏移式工作筒的位置；以及
(m)接着改变在所述的滑动工具接箍内的所述的偏移式工作筒的位置，从而在所述的偏移式工作筒由所述的旋转驱动部件驱动旋转的过程中，保持所述的偏移式工作筒定位在一定的方位角和井斜角方向上，并保持相对静止状态。
7.根据权利要求1的方法，其中所述的提供转向控制信号的步骤包括：
(a)测量所述的滑动工具接箍的位置和方向以及所述的偏移式工作筒相对于所述的滑动工具接箍的角度位置，并产生实时位置信号；
(b)处理所述的实时位置信号，并产生转向控制信号；以及
(c)利用所述的转向控制信号控制所述的偏移式工作筒的定位。
8.根据权利要求1的所述的方法，其中，所述的旋转式可转向钻井系统包括用于接收转向控制信号的机载电子装置，所述的方法还包括下列步骤：
(e)从地面位置发射转向控制信号给所述的机载电子装置；以及
(f)利用所述的转向控制信号控制所述的偏移式工作筒的定位。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的滑动工具接箍至少具有两个液压缸体装置、一个给所述的液压缸体装置提供液压流体的液压流体供应通道、液压流体电子控制阀装置和电子控制器；所述的每一个液压缸体装置具有一个液压活塞装置，所述的液压活塞装置与所述的偏移式工作筒定位配合；所述的电子控制阀装置用于选择性地使得液压流体与所述的液压缸体装置连通；所述的控制器用于接收位置信号并且选择性地驱动所述的液压流体电子控制阀装置，从而以液压方式控制所述的偏移式工作筒相对于所述的滑动工具接箍进行定位；所述的方法还包括下列步骤：
(e)产生代表所述的液压缸体装置内的所述的液压活塞装置位置的电子活塞位置信号；
(f)提供代表所述的滑动工具接箍位置的电子滑动工具接箍位置信号；以及
(g)利用所述的控制器处理所述的电子活塞位置信号和电子滑动工具接箍位置信号，从所述的控制器提供阀位置输出信号，当需要改变所述的偏移式工作筒相对于所述的滑动工具接箍的位置时，用于改变所述的液压流体电子控制阀装置的位置。
10.一种旋转式可转向钻井系统，包括：
(a)一个滑动工具接箍；
(b)保持所述的滑动工具接箍与所钻的井眼的井壁配合并防止所述的滑动工具接箍在钻井过程中旋转的装置；
(c)一个偏移式工作筒，该偏移式工作筒安装在所述的滑动工具接箍内，用于相对于所述的滑动工具接箍进行绕枢轴旋转运动和相对于所述的滑动工具接箍作旋转运动；
(d)将驱动旋转运动传递给所述的偏移式工作筒的装置，以及
(e)用于钻井过程中将所述的偏移式工作筒选择性地定位在所述的滑动工具接箍内的液压驱动装置，因此将所述的偏移式工作筒和所述的钻头保持一个选定位置，从而使得钻头转向到一个预定的路线上。
11.根据权利要求10所述的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的液压驱动装置包括：
(a)液压缸体装置，位于所述的滑动工具接箍内；
(b)液压活塞装置，位于所述的液压缸体装置内，该液压活塞装置与所述的偏移式工作筒形成力传递配合；
(c)给所述的液压缸体装置提供液压流体的装置，所提供的液压流体用于所述的滑动工具接箍内的所述的偏移式工作筒的绕枢轴旋转位置的移动；以及
(d)对定位信号反应的装置，所述的定位信号用于驱动所述的给所述的液压缸体装置提供液压流体的装置，因此相对于所述的滑动工具接箍将偏移式工作筒保持在选定的位置上。
12.根据权利要求10所述的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的保持所述的滑动工具接箍与所钻的井眼的井壁配合的装置包括：
弹性配合装置，该弹性配合装置由所述的滑动工具接箍支撑，并从所述的滑动工具接箍上径向伸出，用于与井眼的井壁挤压配合。
13.根据权利要求12的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的弹性配合装置包括多个弹性配合元件，所述的弹性配合元件在所述的滑动工具接箍上互相分隔开一定的距离；该旋转式可转向钻井系统还包括：
用于探测所述的弹性配合元件与所述的滑动工具接箍之间相对位置并产生代表所述的相对位置和所钻井眼的井径测量结果的电子信号的装置。
14.根据权利要求10所述的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的保持所述的滑动工具接箍与所钻的井眼的井壁配合的装置包括：
多个长的弹性叶片，所述的弹性叶片的一端与所述的滑动工具接箍相连接，所述的多个长的弹性叶片从所述的滑动工具接箍上径向伸出，用于与井眼的井壁挤压配合。
15.根据权利要求10的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的保持所述的滑动工具接箍与所钻的井眼的井壁配合的装置包括：
多个长的弯曲弹性叶片，所述的每一个叶片均具有两个端部和一个中部，所述的弹性叶片的端部与所述的滑动工具接箍相连接，所述的每一个所述的长的弹性叶片的所述的中部从所述的滑动工具接箍上径向伸出，用于与井眼的井壁挤压配合。
16.根据权利要求10的旋转式可转向钻井系统，还包括：
(f)一个万向节，该万向节位于所述的滑动工具接箍内；其中，所述的偏移式工作筒由所述的万向节所支撑，并可绕枢轴旋转和进行旋转运动，从而允许所述的偏移式工作筒相对于所述的滑动工具接箍作旋转运动和绕枢轴万向旋转运动。
17.根据权利要求10的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的将驱动旋转运动传递给所述的偏移式工作筒的装置包括：
(a)一个管状旋转驱动轴，该管状旋转驱动轴形成一个流体流通道，该管状旋转驱动轴位于所述的滑动工具接箍内，并具有一个被驱动端部和驱动端部，该驱动端部适合于与一个旋转驱动元件相连接；
(b)轴承装置，所述的轴承装置将所述的管状旋转驱动轴支撑在所述的滑动工具接箍内；以及
(c)在所述的管状旋转驱动轴与所述的偏移式工作筒之间建立铰链式驱动连接的装置。
18.根据权利要求17所述的旋转式可转向钻井系统，其中，所述的偏移式工作筒形成一个钻井液流通的流体流通道；该系统还包括：
(f)接箍密封装置，所述的接箍密封装置在所述的滑动工具接箍和所述的偏移式工作筒之间建立一个密封部分，并且形成一个充有保护性液体介质的保护性液体腔，所述的接箍密封装置将所述的保护性液体腔与钻井液分隔开来，防止钻井液的侵入；以及
(g)工作筒密封装置，所述的工作筒密封装置在所述的偏移式工作筒和所述的管状旋转驱动轴之间建立密封，并且也将所述的保护性液体腔与钻井液分隔开来，以防止钻井液的侵入。
19.根据权利要求10所述的旋转式可转向钻井系统，还包括：
(f)一个液压流体供应系统，该液压流体供应系统位于所述的滑动工具接箍内，在钻井过程中由所述的旋转驱动装置提供动力，所述的液压流体供应系统将液压流体提供给所述的液压驱动装置；
(g)一个电能供应系统，该电能供应系统位于所述的滑动工具接箍内，在钻井过程中由所述的旋转驱动装置提供动力；以及
(h)电子操作阀装置，所述的电子操作阀装置包括在所述的液压流体供应系统内，用于控制液压流体到所述的液压驱动装置的供应。
20.根据权利要求19所述的旋转式可转向钻井系统，还包括：
(i)位置检测装置，该位置检测装置位于所述的滑动工具接箍内，用于检测所述的滑动工具接箍在所钻地层中的位置并提供位置信号；以及
(j)控制器装置，该控制器装置位于所述的滑动工具接箍内，用于接收所述的位置信号，所述的控制器装置提供阀控制输出信号，用于选择性地控制所述的电子操作阀装置的操作。
21.根据权利要求10所述的旋转式可转向钻井系统，还包括：
(f)液压流体供应装置，该液压流体供应装置位于所述的滑动工具接箍内；
(g)电能供应装置，该电能供应装置位于所述的滑动工具接箍内；
(h)电子操作阀装置，所述的电子操作阀装置包括在所述的液压流体供应装置内，用于控制液压流体到所述的液压驱动装置的供应；
(i)位置检测装置，该位置检测装置位于所述的滑动工具接箍内，用于检测所述的滑动工具接箍在所钻地层中的位置并提供位置信号输出；以及
(j)控制器装置，用于接收和处理所述的位置信号输出，并且提供阀控制输出信号，用于选择性地控制所述的电子操作阀装置的操作。
22.根据权利要求21所述的旋转式可转向钻井系统，还包括：
(k)遥测装置，该遥测装置位于所述的滑动工具接箍内，用于接收从地面传递来的定位控制信号并提供一个遥测信号输出；其中，所述的控制器装置接收和处理所述的遥测信号输出。
23.根据权利要求21所述的旋转式可转向钻井系统，还包括：
(k)至少一个加速度计，该加速度计位于所述的滑动工具接箍内，用于检测所述的滑动工具接箍的位置变化，并且根据检测的位置变化提供位置信号；其中，所述的控制器接收和处理所述的位置信号。
24.根据权利要求10所述的旋转式可转向钻井系统，其中，
所述的液压驱动装置至少包括两个液压移动元件，在所述的偏移式工作筒上远离所述的铰链的一个位置上，每一个液压移动元件与所述的偏移式工作筒形成力传递配合；其中，在所述的液压驱动装置的作用下，所述的液压移动元件绕所述的铰链旋转所述的偏移式工作筒，从而相对于所述的滑动工具接箍将所述的偏移式工作筒选择性地定位。
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