柱穩(wěn)定器122上。在操作中，內(nèi)部偏壓單元114對可旋轉(zhuǎn)軸110施以力，從而將鉆頭116從一般處于期望鉆井方向的鉆柱128的縱軸線偏離或錯開。但是，與常規(guī)系統(tǒng)不同，可旋轉(zhuǎn)軸110上的應(yīng)力和彎矩因可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112而降低，所述可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112允許可旋轉(zhuǎn)軸110的上部111與可旋轉(zhuǎn)軸110的耦接至鉆頭116的下部113之間進行鉸接。由于該降低，對于指定的傾斜角，內(nèi)部偏壓單元114與離鉆頭116第二近的觸點(即，近鉆頭穩(wěn)定器120上的第二觸點121)之間所需的距離“LI”以及內(nèi)部偏壓單元114與鉆頭116上的第一觸點117之間所需的距離“L2”可比沒有可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)的傳統(tǒng)系統(tǒng)所需的距離“LI”和“L2”縮短。這些縮短的距離“LI”和“L2”易于使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)100達到比常規(guī)系統(tǒng)更高的建造速率，包括在高狗腿嚴重度應(yīng)用中的操作。
[0021]雖然已經(jīng)描述了縮短的距離“LI”和“L2”作為能使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)100達到更高的建造速率并在高狗腿嚴重度應(yīng)用中操作的因子，但是還可包括其他因子:內(nèi)部偏壓單元114處可旋轉(zhuǎn)軸110的傾斜角、鉆頭116與內(nèi)部偏壓單元114之間的距離、近鉆頭穩(wěn)定器120與鉆頭116之間的距離、近鉆頭穩(wěn)定器120的規(guī)徑、近鉆頭穩(wěn)定器120的任何刻意偏移/位移、柱穩(wěn)定器122與鉆頭116之間的距離、柱穩(wěn)定器122的規(guī)徑、柱穩(wěn)定器122的任何刻意偏移/位移、鉆頭116的各向異性、內(nèi)部偏壓單元114的力能力、內(nèi)部偏壓單元114的位移輸出的行進程度、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)100因重力、彎曲和鉆壓(WOB)所致的機械撓性，以及其他因子。
[0022]可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112允許鉆頭116為了內(nèi)部偏壓單元114的指定側(cè)向位移而鉸接成比沒有可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)的常規(guī)可旋轉(zhuǎn)軸的可行傾斜角更大的傾斜角。特別地，與常規(guī)可旋轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)部偏壓單元114為了應(yīng)高狗腿要求而達到必需的偏移所施加的循環(huán)彎曲疲勞相比，可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112降低由可旋轉(zhuǎn)軸110上的內(nèi)部偏壓單元114施加的循環(huán)彎曲疲勞?？蓸修D(zhuǎn)機構(gòu)112還使得能夠使用這樣的可旋轉(zhuǎn)軸110，其在扭轉(zhuǎn)和彎曲中比傳統(tǒng)的可旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)歷由沒有可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)的偏壓單元導(dǎo)致的彎曲所期望的更硬并且更強。應(yīng)理解，上樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142附近的可旋轉(zhuǎn)軸110的上部111將仍然經(jīng)歷彎曲，從而通過將第二可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112引入至可旋轉(zhuǎn)軸110的上部111，可進一步減小基本不旋轉(zhuǎn)的工具體118的長度，使得能夠使用更硬并且更強的可旋轉(zhuǎn)軸110，并改進了抗疲勞性。
[0023]在多個實施例中，可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112可包括萬向接頭、等速接頭、肘形接頭、花鍵接頭、專用的柔性部段或能夠使可旋轉(zhuǎn)軸110的部分111、113鉸接于彼此的任何其他構(gòu)件?？蓸修D(zhuǎn)機構(gòu)112允許鉆井流體栗送流過通過它。在一些實施例中，形成可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112的材料可與形成可旋轉(zhuǎn)軸110的材料不同。在一個實施例中，可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112包括承載高負載的萬向接頭，其以緊湊和簡單的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，例如2012年6月17日提交的標題為“HighLoad Universal Joint for Downhole Rotary Steerable Drilling Tool，，的美國專利申請N0.13/699615中公開的承載高負載的萬向接頭的各種實施例，該申請通過引用并入本文用于所有目的。
[0024]在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)100的操作期間，上樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142和/或下樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144的功能是支撐施加至可旋轉(zhuǎn)軸110的來自鉆柱128的軸向荷載(鉆壓傳遞)，同時使得當鉆井系統(tǒng)100導(dǎo)向鉆頭116時，能夠進行可旋轉(zhuǎn)軸110與工具體118之間的樞轉(zhuǎn)/傾斜/鉸接。在各種實施例中，樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142、144可包括徑向軸承，例如，滾柱軸承或球軸承；止推軸承，例如，米氏(MitchelΙ-type)止推軸承、止推球軸承、止推滾柱軸承、流體軸承或磁式軸承；止推調(diào)心滾柱軸承；為調(diào)心球軸承的溫奎斯特軸承；或者使可旋轉(zhuǎn)軸110能夠相對于工具體118在其間沒有過度扭曲摩擦的情況下樞轉(zhuǎn)/傾斜/鉸接并且同時支撐軸向荷載的任何其他結(jié)構(gòu)類型。
[0025]在多個實施例中，樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142、144可由在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)100導(dǎo)向鉆頭116的操作期間通過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)100的鉆井流體/泥漿來潤滑，或由例如提供于樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142、144周圍的密封封閉物內(nèi)的例如液壓油等專用的潤滑流體來潤滑?？商峁├鏚alsi密封件等旋轉(zhuǎn)密封件來密封裝有油的封閉物，從而禁止鉆井流體和井眼固體進入該封閉物。雖然已經(jīng)描述了一些具體例子，但是本公開內(nèi)容不限于任何特定的潤滑流體或潤滑樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142、144的方法。此外，雖然已經(jīng)將鉆井流體描述為鉆井泥漿，但是本公開內(nèi)容不限于任何特定的鉆井流體或鉆井方法。相反，本公開內(nèi)容可平等地應(yīng)用于空氣鉆井、泡沫鉆井以及使用其他鉆井流體的鉆井方法。
[0026]在多個實施例中，可旋轉(zhuǎn)軸110和/或工具體118可包括適應(yīng)不同類型的樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142、144的可選形狀。圖2A至2C描述了下樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144以及可旋轉(zhuǎn)軸110和工具體118的相關(guān)可選實施例的不同例子的放大視圖。但是，這些例子僅視作用于理解和明了的目的，并且本公開內(nèi)容不限于任何特定的樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142、144的類型或使可旋轉(zhuǎn)軸110相對于工具體118樞轉(zhuǎn)的方法。
[0027]參照圖2A，在一些實施例中，可旋轉(zhuǎn)軸110可包括與工具體118中的圓形凹部148相互作用、從而形成球樞轉(zhuǎn)構(gòu)型的圓形部146?？稍诳尚D(zhuǎn)軸110與上樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142附近的工具體118之間設(shè)置相似的球樞轉(zhuǎn)構(gòu)型或不同類型的樞轉(zhuǎn)構(gòu)型。在圖2A描繪的球樞轉(zhuǎn)構(gòu)型中，可旋轉(zhuǎn)軸110的圓形部146通過可包括滾柱軸承或球軸承的樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144而被支撐于工具體118的凹部148中。可在球樞轉(zhuǎn)構(gòu)型與鉆頭116之間任選設(shè)置止推軸承(未示出)，以支撐可旋轉(zhuǎn)軸110上的軸向荷載。
[0028]現(xiàn)在參照圖2B，在一些實施例中，可旋轉(zhuǎn)軸110可包括基本直線部149，工具體118可包括彎曲凹部150，并且下樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144可包括溫奎斯特軸承152 (調(diào)心球軸承)?？稍诳尚D(zhuǎn)軸110與上樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142附近的工具體118之間設(shè)置相似的構(gòu)型或不同類型的構(gòu)型。在圖2B示出的構(gòu)型中，樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144/溫奎斯特軸承152設(shè)置于工具體118的彎曲凹部150中，并與可旋轉(zhuǎn)軸110的基本直線部149相互作用使得可旋轉(zhuǎn)軸110能夠相對于工具體118傾斜/樞轉(zhuǎn)/鉸接。
[0029]現(xiàn)在參照圖2C，在一些實施例中，可旋轉(zhuǎn)軸110可包括基本錐形的表面154，工具體118可包括基本錐形的表面156，并且下樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144可包括止推調(diào)心滾柱軸承158?？稍诳尚D(zhuǎn)軸110與上樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142附近的工具體118之間設(shè)置相似的構(gòu)型或不同類型的構(gòu)型。在圖2C示出的構(gòu)型中，樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144/止推調(diào)心滾柱軸承158設(shè)置于基本錐形表面154、156之間，使得可旋轉(zhuǎn)軸110能夠相對于工具體118傾斜/樞轉(zhuǎn)/鉸接。
[0030]現(xiàn)在參照圖3A和3B，示出了設(shè)置于井眼10內(nèi)的混合式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)200、300的實施例。如前文描述的，混合式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)通過設(shè)計將典型的指向式系統(tǒng)和典型的推靠式系統(tǒng)二者的結(jié)構(gòu)和功能組合成單一系統(tǒng)?；旌鲜叫D(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)200、300共享與圖1的鉆井系統(tǒng)100相同的幾個特征，并且相同的附圖標記表示相同的構(gòu)件?；旌鲜姐@井系統(tǒng)200、300的指向式方面包括具有可樞轉(zhuǎn)機構(gòu)112的可旋轉(zhuǎn)軸110，以及上樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)142和下樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144中的一個或多個、內(nèi)部偏壓單元114和基本不旋轉(zhuǎn)的工具體118。但是，在混合式鉆井系統(tǒng)200、300中，通過組合兩種作用來實現(xiàn)高狗腿導(dǎo)向響應(yīng)一一經(jīng)下樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144指引鉆頭116并使鉆頭116移動，以及因觸點121處的導(dǎo)向套管242鉸接而導(dǎo)致的鉆頭116的進一步的側(cè)向移動。結(jié)果，內(nèi)部偏壓單元114與第二觸點121之間所需的距離“LI”以及內(nèi)部偏壓單元114與鉆頭116上的第一觸點117之間所需的距離“L2”可甚至比鉆井系統(tǒng)100所需的距離“LI”和“L2”更短。這些縮短的距離“LI”和“L2”與增加的傾斜角傾斜角(