偏压控制单元的制作方法

偏压控制单元
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年5月21日提交的标题为“biased control unit”的美国临时申请号62/850680的权益，所述美国临时申请的公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.出于各种勘探或开采目的，可以将井筒钻入地表位置或海床。例如，可以钻取井筒以获取储存在地下地层中的流体，诸如液态和气态烃，并从地层中开采流体。用于生产或开采流体的井筒可以在井筒壁周围衬有套管。可以利用多种钻井方法，这部分地取决于井筒钻取穿过的地层的特性。
4.可以通过从地表向下钻取穿过土质材料的钻井系统来钻取井筒。一些井筒竖直向下钻取，并且一些井筒在井筒中具有一个或多个弯曲部以遵循理想的地质地层，避开有问题的地质地层，或者这两者的组合。


技术实现要素：

5.在一些实施方案中，一种控制单元可以包括：主轴；管状主体，所述管状主体可相对于主轴旋转；以及扭矩传递单元，所述扭矩传递单元附接到主轴和管状主体。偏压元件可以维持力抵靠扭矩传递单元，使得可以向主轴施加与管状主体的转速无关的第一扭矩。可以使用扭矩发生器向主轴施加第二扭矩以控制主轴上的净扭矩。
6.在其他实施方案中，一种用于使控制单元偏压的方法可以包括使连接到扭矩传递单元的管状主体以一定的转速旋转。扭矩传递单元可以向主轴施加第一扭矩，所述第一扭矩取决于使用偏压元件施加到扭矩传递单元的力。可以使用扭矩发生器向主轴施加第二扭矩，所述第二扭矩用于控制净扭矩。
7.在又其他实施方案中，一种用于使控制单元偏压的方法可以包括使钻井液的第一流流过控制单元，使管状主体以第一转速旋转并通过扭矩传递单元向主轴传递第一扭矩。可以使用扭矩发生器向主轴施加第二扭矩。第二流可以流过控制单元，所述第二流具有与第一流不同的流体属性，导致管状主体以第二转速旋转。对于第一转速和第二转速两者，传递到主轴的扭矩可以保持相同。
8.本发明内容的提供是为了引入对在详细描述中进一步描述的一系列概念。本发明内容并非旨在识别要求保护的主题的关键或本质特征，也并非旨在用于辅助限制所要求保护的主题的范围。本公开的实施方案的其他特征和优点将在以下描述中阐明，并且将部分地根据描述而变得显而易见，或者可以通过此类实施方案的实践得以获知。
附图说明
9.为了描述可以获得本公开的以上叙述的以及其他特征的方式，将通过参考本公开的特定实施方案来呈现更具体的描述，所述特定实施方案在附图中示出。为了更好地理解，贯穿各个附图，相同的元件已经用相同的附图标记进行表示。虽然一些附图可能是概念的
示意性或夸大表示，但是至少一些附图可能是按比例绘制的。在理解附图描绘了一些示例性实施方案之后，将通过使用附图以附加特征和细节来描述和解释实施方案，在附图中：
10.图1是根据本公开的至少一个实施方案的一般钻井站的示意图；
11.图2是现有技术偏压控制单元的表示；
12.图3是根据本公开的至少一个实施方案的控制单元的透视图；
13.图4是根据本公开的至少一个实施方案的图3的控制单元的纵向截面图；
14.图5是根据本公开的至少一个实施方案的力与扭矩之间的关系的曲线图；
15.图6是根据本公开的至少一个实施方案的另一个控制单元的纵向截面图；
16.图7是根据本公开的至少一个实施方案的控制单元上的可移动鼻形件(nosepiece)的纵向截面图；
17.图8是根据本公开的至少一个实施方案的使控制单元偏压的方法的方法图；
18.图9是根据本公开的至少一个实施方案的图8的方法的另一个方法图；以及
19.图10是根据本公开的至少一个实施方案的使控制单元偏压的方法的再另一方法图。
具体实施方式
20.本公开总体上涉及用于使控制单元偏压的装置、系统和方法。图1示出了用于钻取地层101以形成井筒102的钻井系统100的一个示例。钻井系统100包括钻机103，所述钻机用于转动向下延伸到井筒102中的钻具组件104。钻具组件104可以包括钻柱105、井底组件(“bha”)106和钻头110，所述钻头附接到钻柱105的井下端。
21.钻柱105可以包括通过工具接头109端到端连接的钻杆108a的若干接头。钻柱105通过中心孔口传输钻井液并将旋转动力从钻机103传输到bha 106。在一些实施方案中，钻柱105还可以包括附加部件，诸如短节、短钻杆等。钻杆108提供液压通道，通过所述液压通道从地面泵送钻井液。钻井液通过钻头110中具有选定尺寸的喷嘴、喷射口或其他孔口排出以用于冷却钻头110和其上的切割结构并用于在钻井时将钻屑从井筒102中提升出来。
22.bha 106可以包括钻头110或其他部件。示例性bha 106可以包括附加的或其他部件(例如，联接在钻柱105与钻头110之间)。附加bha部件的示例包括钻铤、稳定器、随钻测量(“mwd”)工具、随钻测井(“lwd”)工具、井下马达、管下扩孔器、截面铣鞋、液压断开器、震击器、振动或阻尼工具、其他部件或上述的组合。
23.通常，钻井系统100可以包括其他钻井部件和附件，诸如特殊阀(例如，方钻杆阀、防喷器和安全阀)。包括在钻井系统100中的附加部件可以被认为是钻具组件104的一部分、钻柱105或bha 106的一部分，这取决于它们在钻井系统100中的位置。
24.bha 106中的钻头110可以是适合于剥蚀井下材料的任何类型的钻头。例如，钻头110可以是适合于钻取地层101的钻头。用于钻取地层的钻头的示例性类型是固定切削齿或刮刀钻头。在其他实施方案中，钻头110可以是用于去除金属、复合材料、弹性体、其他井下材料或其组合的铣鞋。例如，钻头110可以与造斜器一起使用以磨铣进入衬在井筒102上的套管107。钻头110也可以是用于磨铣掉井筒102内的工具、塞子、水泥、其他材料或它们的组合的平头铣鞋。使用铣鞋形成的切屑或其他钻屑可能会被提升到地面或者可能允许落入井下。
25.图2表示可以包括在bha(诸如图1的bha 106)中的常规旋转式导向单元212的实施方案。控制单元214可以位于器械承载器216内部。控制单元214可以包括上部叶轮218和下部叶轮220。上部叶轮218包括多个上部叶轮翅片222-1，而下部叶轮220包括多个下部叶轮翅片222-2。上部叶轮翅片222-1和下部叶轮翅片222-2可以被取向成使得上部叶轮218沿与下部叶轮220不同的方向旋转。
26.上部叶轮218联接到上部电扭矩发生器224-1，所述上部电扭矩发生器将来自上部叶轮218的旋转的扭矩传输到控制单元214。下部叶轮220还联接到下部电扭矩发生器224-2，所述下部电扭矩发生器将来自下部叶轮220的旋转的扭矩传输到控制单元214。因为上部叶轮218和下部叶轮220沿不同方向旋转，所以可以向控制单元214施加相反扭矩。扭矩发生器224-1、224-2上的电气负载量可以改变以改变由上部叶轮218和下部叶轮220施加在控制单元214上的扭矩。因此，控制单元214的取向可以通过改变施加到扭矩发生器224-1、224-2中的一者或两者的电气负载来控制。为了在给定方向上转向，控制单元214可以保持基本对地静止。控制单元214然后可以控制阀，所述阀允许流(例如，泥浆流)到达单元(例如，偏压单元)的垫板，当偏压单元相对于对地静止控制单元214和阀旋转时，所述单元通过推靠地层来进行转向。然后可以通过改变控制单元214的取向来改变转向方向。可以使用任何合适类型的偏压单元。
27.在一些情况下，上部叶轮218和下部叶轮220中的一者或两者的支承件和其他空间可能填充有碎屑，从而增加叶轮磨损和卡住(例如，咬住并停止旋转)的机会。因此，可能希望控制单元仅包括如本文所述的一个(例如，单个)旋转部件。在某些情况下，这可以提高井下可靠性，从而可以提高钻井速度并降低总体钻井成本。在一些实施方案中，上部叶轮或下部叶轮中的一者可以用如将在本文中描述的其他特征代替，所述特征减少或缓解有时在使用叶轮时观察到的卡住问题。在一些实施方案中，上部叶轮可以为控制单元发电以及沿第一方向施加扭矩，并且下部扭矩器可以由扭矩传递单元代替，所述扭矩传递单元使用摩擦力以沿与第一方向相反的第二方向施加摩擦。
28.图3是根据本公开的至少一个实施方案的控制单元314的透视图。在一些实施方案中，控制单元314可以被配置为定位在钻杆(例如，图1的钻杆108)内部和/或bha(例如，图1的bha 106)或其他管状构件中。控制单元314包括管状主体318。在一些实施方案中，管状主体318可以是或者包括叶轮。例如，管状主体318可以具有多个翅片322。多个翅片322可以被取向成使得当钻井液流过控制单元314时，钻井液将会撞击多个翅片322，从而导致管状主体318的至少一部分旋转。
29.图4表示图3的控制单元314。管状主体318可以被配置为围绕控制单元轴线326旋转。控制单元314还包括主轴328，所述主轴与也被配置为围绕控制单元轴线326旋转。在一些实施方案中，管状主体318是围绕主轴旋转的唯一管状主体318。换句话说，控制单元314可以包括单个(例如，不超过一个)管状主体318。管状主体318可以包括支承构件330。支承构件330可以包括一个或多个唇缘332。唇缘332可以从管状主体318径向向内取向或与管状主体同轴。
30.在一些实施方案中，控制单元314在旋转方面可以独立于bha(例如，图1的bha 106)的其他部分。换句话说，控制单元314可以被配置为以与周围bha不同的转速旋转。在一些实施方案中，控制单元314在旋转方面可以独立于钻头(例如，图1的钻头110)，或者被配
置为以与所述钻头不同的转速旋转。
31.在一些实施方案中，一个或多个扭矩传递单元334-1、334-2可以附接到主轴328和管状主体318。扭矩传递单元334-1、334-2可以围绕主轴328的圆周延伸，并且包括附接到主轴328的第一构件336-1、336-2和附接到管状主体318的第二构件338-1、338-2。在一些实施方案中，第二构件338-1、338-2可以在唇缘332处附接到管状主体318。第一构件336-1、336-2具有第一支承表面340-1、340-2，并且第二构件338-1、338-2具有第二支承表面342-1、342-2。第一支承表面340-1、340-2邻接或接触第二支承表面342-1、342-2。在所示实施方案中，第一支承表面340-1、340-2和/或第二支承表面342-1、342-2可以垂直于主轴328取向。例如，第一支承表面340-1、340-2和/或第二支承表面342-1、342-2可以垂直于控制单元314的控制单元轴线326取向。当扭矩传递单元334-1、334-2相对于彼此静止时，在第一支承表面340-1、340-2与第二支承表面342-1、342-2之间存在静摩擦系数。当扭矩传递单元334-1、334-2相对于彼此移动或旋转时，在第一支承表面340-1、340-2与第二支承表面342-1、342-2之间存在动摩擦系数。
32.在一些实施方案中，控制单元314可以包括两个扭矩传递单元：上部扭矩传递单元334-1和下部扭矩传递单元334-2。在一些实施方案中，扭矩传递单元334-1、334-2可以彼此相邻或彼此靠近地定位。上部第二构件338-1与下部第二构件338-2分离一定的分隔距离343。在一些实施方案中，分隔距离343可以在具有包括0.1cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm、4.0cm、5.0cm、6.0cm、7.0cm、8.0cm、9.0cm、10.0cm中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，分隔距离343可以大于0.1cm。在另一个示例中，分隔距离343可以小于10.0cm。在又其他示例中，分隔距离343可以是在0.1cm至10.0cm之间的范围内的任何值。在一些实施方案中，分隔距离343可以等于唇缘332的厚度。在其他实施方案中，分隔距离343可以大于唇缘332的厚度。在一些实施方案中，分隔距离在6.0cm至10.0cm之间可能是关键的。分隔距离343可能足以将轮毂气动翼片区段(hub aero foil section)放置在上部第二构件338-1与下部第二构件338-2之间的空间中。
33.在一些实施方案中，管状主体318可以包括超过一个唇缘332，其附接到超过一对扭矩传递单元334-1、334-2。例如，管状主体318可以包括附接到四个扭矩传递单元的两个唇缘。在另一个示例中，管状主体318可以包括附接到六个扭矩传递单元的三个唇缘。
34.在其他实施方案中，控制单元314可以包括一个扭矩传递单元。在再其他实施方案中，控制单元314可以包括3、4、5或6个扭矩传递单元。
35.随着管状主体318旋转，第二支承表面342-1、342-2可以沿着第一支承表面340-1、340-2滑动。因此，在一些实施方案中，扭矩传递单元334-1、334-2可以是轴向轴承。在一些实施方案中，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2可以由碳化钨(wc)制成。在其他实施方案中，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2可以由多晶金刚石(pcd)制成。在再其他实施方案中，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2可以由诸如碳化硅或立方氮化硼等任何耐磨材料制成。
36.在一些实施方案中，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2可以由相同材料制成。例如，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2两者可以由pcd制成。在其他示例中，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2可以由
wc制成。
37.在其他实施方案中，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2可以由不同材料制成。例如，第一支承表面340-1、340-2可以由pcd制成，而第二支承表面342-1、342-2可以由wc制成。在其他示例中，第一支承表面340-1、340-2可以由wc制成，而第二支承表面342-1、342-2可以由pcd制成。在再其他实施方案中，一个或多个扭矩传递单元334-1、334-2可以包括相对圆盘，每个圆盘具有安装在匹配面上的pcd球齿(button)环。每个pcd球齿环可以以等间距圆形图案对齐，每个环具有不同数量的等间距pcd球齿，使得所有pcd球齿永远不会完全彼此重叠。每个环的支承表面(例如，第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-2)可以被磨铣，使得当从圆盘的表面测量时，每个球齿的pcd表面处于相同高度。然而，可以使用任何合适的支承件。
38.在一些实施方案中，一个或多个扭矩传递单元334-1、334-2可以是推力轴承，包括多晶金刚石表面。第一支承表面340-1、340-2和第二支承表面342-1、342-1上的材料组合可以对静摩擦系数和动摩擦系数有贡献。
39.偏压元件344可以连接到主轴328。在一些实施方案中，偏压元件344可以包括抵靠下部扭矩传递单元334-2偏压的弹性构件346。或者，换句话说，偏压元件344可以向下部第一构件336-2施加力。再换句话说，偏压元件344可以维持第一构件336-1、336-2抵靠第二构件338-1、338-2的位置。施加到下部第一构件336-2的力可以传递到下部第二构件338-2。下部第二构件338-2可以将力传递到管状主体318的唇缘332，所述唇缘可以将力传递到上部第二构件338-1。然后力可以从上部第二构件338-1传递到上部第一构件336-1。
40.在包括超过两个扭矩传递单元334-1、334-2(例如，管状主体318上超过一个唇缘332)的实施方案中，每个扭矩传递单元334-1、334-2可以包括其自己的偏压元件344。在其他实施方案中，每个扭矩传递单元对(诸如上部扭矩传递单元334-1和下部扭矩传递单元334-2)可以包括偏压元件344。在再其他实施方案中，偏压元件344可以通过超过两个扭矩传递单元334-1、334-2施加力。
41.在一些实施方案中，上部第一构件336-1可以既纵向又旋转地刚性地附接到主轴328。因此，由偏压元件344施加的力可以施加到上部第一构件336-1。该力可以将扭矩传递单元334-1、334-2夹在偏压元件344与上部第一构件336-1之间。施加到扭矩传递单元334-1、334-2的更大的力将导致更大的静摩擦力和更大的动摩擦力。因此，静摩擦力和动摩擦力取决于施加到扭矩传递单元334-1、334-2的力以及静摩擦系数和动摩擦系数。
42.在一些实施方案中，弹性构件346可以是圆锥或截头圆锥垫圈，诸如贝氏弹簧。在其他实施方案中，弹性构件346可以是螺旋弹簧、板簧或被配置为抵靠下部第一构件336-2施加力的任何其他类型的构件。在再其他实施方案中，弹性构件346可以是活塞，诸如液压或气动活塞。液压或气动活塞可以使得能够在操作期间改变由偏压元件344施加的力。
43.在一些实施方案中，偏压元件344的位置可以沿着主轴328的长度改变。改变偏压元件344的位置可以改变由弹性构件346抵靠下部第一构件336-2施加的力。或者，换句话说，改变偏压元件344在主轴328上的位置可以改变施加到扭矩传递单元334-1、334-2的力。例如，将偏压元件344移动更靠近下部第一构件336-2可以增加抵靠下部第一构件336-2施加的力，由此增加静摩擦力和动摩擦力。在其他示例中，将偏压元件344移动更远离下部第一构件336-2可以减小抵靠下部第一构件336-2施加的力，由此减小静摩擦力和动摩擦力。
m、9n m、10n m中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。在一个示例中，第一扭矩345可以小于5.0n
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m。在另一个示例中，第一扭矩345可以小于10n m。
51.第一扭矩345可以使主轴328以主轴转速旋转。主轴转速可以不同于周围bha(例如，图1的bha 106)的转速。控制单元314可以包括扭矩发生器348。扭矩发生器348可以被配置为抵靠主轴328施加第二扭矩347。第二扭矩347可以与第一扭矩345在方向上相反，或者换句话说，第二扭矩347可以是第一扭矩345的反扭矩。例如，如果第一扭矩345为逆时针，则第二扭矩347将为顺时针。类似地，如果第一扭矩345为顺时针，则第二扭矩347将为逆时针。
52.扭矩发生器348可以包括被配置为向主轴328施加扭矩的任何装置。在一些实施方案中，扭矩发生器348可以是电磁制动器。例如，主轴328可以包括围绕主轴328的外部周向放置的多个磁体。对应的一组电磁体可以被定位成从主轴328径向偏移。在其他示例中，主轴328可以包括多个电磁体，并且永磁体可以从主轴328径向偏移。当向电磁体施加电气负载时，电磁体和磁体将相互作用，由此在主轴328上产生第二扭矩347或反扭矩。
53.在其他实施方案中，扭矩发生器348可以是机械制动器。例如，扭矩发生器348可以是带式制动器。在其他示例中，扭矩发生器348可以是盘式制动器。主轴328可以包括圆周盘，卡钳可以抵靠圆周盘施加，由此施加第二扭矩347。
54.在一些实施方案中，第二扭矩347可以在具有包括0.5n m、1.0n
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m、2.0n
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m、3.0n
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m、4.0n
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m、5.0n
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m、6.0n
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m、7.0n
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m、8.0n
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m、8.0n
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m、10.0n
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m、12.0n
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m,14n
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m、16n m、18n m、20n m、25n m、30n m、35n m、40n m、45n m、50n m中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，第二扭矩347可以大于0.5n m。在另一个示例中，第二扭矩347可以小于50n
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m。在又其他示例中，第二扭矩347可以是在0.5n
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m至50n
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m之间的范围内的任何值。在进一步示例中，第二扭矩347可以在1.0nm至14nm之间的范围内。
55.第一扭矩345和第二扭矩347可以彼此相关。例如，第一扭矩345可以将旋转从管状主体318传递到主轴328以使主轴328沿第一方向旋转，而第二扭矩347可以沿相反的旋转方向取向以抵消沿第一方向的旋转。因此，第一扭矩345和第二扭矩347的相对量值可能影响主轴328相对于控制单元314的周围环境的绝对旋转。
56.在一些实施方案中，第一扭矩345和第二扭矩347可以分别具有相同的第一量值和第二量值，并且第一扭矩345和第二扭矩347可以彼此抵消。在其他实施方案中，第二量值可以在第一量值的10％以内。例如，主轴328可以相对于控制单元轴线326不对称地平衡。在此类示例中，当控制单元314位于横向钻孔中时，主轴328可以相对于重力“稳定”在特定取向上。当第二量值抵消第一量值的至少80％时，重力可能足以将主轴328保持在特定取向上。在又其他实施方案中，第二量值可以在第一量值的5％以内(即，抵消第一量值的至少85％)。在进一步实施方案中，第二量值可以在第一量值的1％以内(即，抵消第一量值的至少89％)。
57.在一些实施方案中，第一扭矩345可以在管状主体318的最小转速以上保持恒定。或者，换句话说，动摩擦力可以与管状主体318的转速无关。或者，再换句话说，第一扭矩345与管状主体318在最小转速以上的转速无关。
58.在一些实施方案中，第一扭矩345可以在具有包括1％、2％、3％、4％、5％、6％、
7％、8％、8％、10％中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内波动。例如，第一扭矩345可以波动超过1％。在另一个示例中，第一扭矩345波动小于10％。在又其他示例中，第一扭矩345波动达在1％至10％的范围内的任何值。
59.在一些实施方案中，最小转速可以在具有包括每分钟0转(rpm)、100rpm、500rpm、1,000rpm、1,500rpm、2,000rpm、2,500rpm、3,000rpm、3,500rpm、4,000rpm、4,500rpm、5,000rpm中的任一者或它们之间的任何值的上限值、下限值或上限值和下限值的范围内。例如，最小转速可以是在0rpm至5,000rpm之间的范围内的任何值。
60.具有由已知材料制成的第一支承表面340-1、340-2、第二支承表面342-1、342-2的特定扭矩传递单元334-1、334-2可以指示对于给定的力，第一支承表面345的量值可以为多少。图5是表示施加到扭矩传递单元的力(诸如由偏压元件344抵靠图4的扭矩传递单元334-1、334-2施加的力)与扭矩(诸如图4的第一扭矩345)之间的关系的图形。该图形指示扭矩取决于抵靠扭矩传递单元施加的力(例如，由偏压元件344抵靠图4的扭矩传递单元334-1、334-2施加的力)。扭矩与力之间的关系是线性的或近似线性的。
61.因为扭矩保持恒定或近似恒定，所以对于由偏压元件(例如，图4的偏压元件344)施加的给定力，主轴(例如，图4的主轴328)的旋转可以是已知的。或者，换句话说，对于偏压元件的给定轴向位置，主轴的旋转可以是已知的。
62.可以计算等于第一扭矩(例如，图4的第一扭矩345)与第二扭矩(例如，图4的第二扭矩347)之间的差值的净扭矩。目标净扭矩可以是维持期望转速或期望绝对取向(例如，相对于北或相对于重力方向的取向)所需的净扭矩。因为对于给定力，第一扭矩是已知的，所以可以通过使用扭矩发生器(例如，图4的扭矩发生器348)改变第二扭矩的量值来控制净扭矩。通过控制净扭矩的旋转，可以确定主轴以及因此控制单元(例如，图4的控制单元314)的绝对取向。使用控制单元的绝对取向，旋转式导向系统可能能够将钻头沿期望方向偏压。通过这种方式，可以使用一个管状主体(例如，图4的管状主体318)的旋转来控制所述控制单元的取向。
63.图6表示根据本公开的至少一个实施方案的控制单元414。控制单元414可以包括关于图3、图4和图5描述的控制单元的实施方案中的任一者的特征和特性中的至少一些。在一些实施方案中，管状主体418可以旋转地或刚性地连接到钻头(例如，图1的钻头106)。或者，换句话说，管状主体418可以与钻头以相同转速旋转。在其他实施方案中，管状主体418可以与bha的任何其他部分以相同转速旋转。
64.在一些实施方案中，管状主体418可以连接到扭矩传递单元434，所述扭矩传递单元具有连接到主轴428的第一构件436和连接到管状主体418的第二构件438。第一构件436具有第一支承表面440，并且第二构件438具有第二支承表面442。第二构件438邻接第一构件436，使得第一支承表面440与第二支承表面442接触。具有弹性构件446的偏压元件444可以抵靠第二构件438偏压，向第二构件438施加力，所述力被传递到第一构件436。扭矩发生器448可以连接到主轴428。在一些实施方案中，扭矩发生器448可以在扭矩传递单元434下方(例如，井下)连接到主轴428。在其他实施方案中，扭矩发生器448可以在扭矩传递单元上方(例如，井上)连接到主轴428。
65.当管状主体418随钻头旋转时，第二构件438将相对于第一构件436旋转。如上文参考图5所讨论的，当管状主体418旋转超过最小转速时，第一扭矩445将通过扭矩传递单元
434传递到主轴428。与第一扭矩445方向相反的第二扭矩447可以从扭矩发生器448施加到主轴428。净扭矩是第一扭矩445与第二扭矩447之间的差值。
66.可以确定目标净扭矩以保持主轴428并因此保持控制单元414以特定转速旋转。因为在最小转速以上，对于扭矩传递单元434上的给定力，第一扭矩保持恒定或近似恒定(见图5)，所以可以通过调整扭矩发生器448来维持目标净扭矩。因此，可以通过调整由扭矩发生器448施加的第二扭矩447来维持控制单元414的转速，并因此维持绝对取向。
67.图7示出了用于调节经过一组翅片的流的系统的实施方案。例如，所述系统可以包括位于控制单元514的井上端处的鼻形件592。在一些实施方案中，鼻形件592可相对于控制单元514的套筒590沿纵向方向594移动。套筒590可以容纳控制单元514的翅片522和/或管状主体518，使得管状主体518通过在套筒590与管状主体518之间穿过套筒590的钻井液流596旋转。
68.在一些实施方案中，鼻形件592被配置为选择性地遮蔽套筒590的入口598。换句话说，鼻形件592可以相对于套筒590沿纵向方向594移动成打开位置和关闭位置。在一些实施方案中，鼻形件592被被动地朝向打开位置偏压。当流596向鼻形件592施加力并将鼻形件592推向套筒590时，鼻形件592可以朝向关闭位置纵向移动。在其他实施方案中，主动控制鼻形件592的纵向位置。例如，鼻形件592可以响应于流过管状主体518的检测流速和/或响应于施加到管状主体518的检测扭矩而由电动马达或由液压或气动活塞和缸移动。
69.在打开位置中，鼻形件592可以远离入口598纵向定位并且可以允许钻井液流596进入套筒590，从而与翅片522相互作用以移动管状主体518。在关闭位置中，鼻形件592可以关闭或以其他方式遮蔽套筒590的入口598，使得进入套筒590的流596相对于打开位置中的流596减少。在一些实施方案中，处于关闭位置的鼻形件592阻止近似所有的流596进入套筒590。例如，相对于处于打开位置中的流596，鼻形件592在处于关闭位置中时可以将流596的至少85％引导到套筒590外部。在其他实施方案中，当处于关闭位置中时，鼻形件可以允许流596的至少一部分进入所述入口598。例如，相对于处于打开位置中的流596，当处于关闭位置中时，鼻形件592可以允许流596的至少10％、至少20％或至少30％进入。
70.可移动鼻形件592可以调节经过翅片522的流596。因此，鼻形件592可以调节由钻井液流596施加到管状主体518的扭矩。施加到翅片522的力以及因此施加到管状主体518的扭矩可以与钻井液流596的流速、流体密度、粘度或其他属性有关。例如，流速可能增加，这可能会非期望地增加管状主体上的扭矩。根据本公开的鼻形件592可以响应于流速增加而朝向套筒590纵向移动，从而减少通过入口598的流596，以在管状主体518上维持更恒定扭矩。在其他示例中，流速可能保持不变，而钻井液密度可能增加，这可能非期望地增加管状主体上的扭矩。根据本公开的鼻形件592可以响应于钻井液密度增加而朝向套筒590纵向移动，从而减少通过入口598的流596，以在管状主体518上维持更恒定扭矩。在每种情况下，流速的增加和钻井液密度的增加向鼻形件592施加增加的力，这可以沿纵向方向594移动被动偏压的鼻形件592以调整通过套筒590的流596。在其他示例中，鼻形件592可以通过电动马达或通过液压或气动活塞和缸沿纵向方向594主动移动。
71.图8是表示用于使控制单元偏压的方法670的方法图。方法670包括在672处使管状主体旋转。在一些实施方案中，管状主体可以通过使钻井液穿过多个翅片而旋转。在其他实施方案中，管状主体可以随着钻头的旋转而旋转。管状主体以一定的转速旋转。在一些实施
方案中，管状主体可以以最小转速旋转。管状主体可以连接到扭矩传递单元的第一构件，其中扭矩传递单元的第二构件连接到与管状主体同轴的主轴。
72.在674处，可以使用偏压元件将力施加到扭矩传递单元的第二构件。在一些实施方案中，在676处，第一扭矩可以通过管状主体的旋转通过扭矩传递单元施加到主轴。可以通过第一构件抵靠第二构件滑动来施加第一扭矩。在一些实施方案中，第一扭矩可以取决于施加在第二构件上的力。在一些实施方案中，第一扭矩可以与大于最小转速的转速无关。在677处，可以使用扭矩发生器向主轴施加第二扭矩。
73.图9是图8的方法670的表示，所述方法还包括在678处确定足以维持绝对轴向取向的净扭矩。净扭矩是第一扭矩与第二扭矩之间的差值。在679处，可以通过改变由扭矩发生器施加的第二扭矩来控制净扭矩。
74.图10表示用于使控制单元偏压的方法780。在一些实施方案中，在782处，钻井液的第一流可以流过控制单元。第一流可以具有带第一值的流体属性。流体属性可以是流体密度、流体成分、流体速度或流体粘度中的至少一者，或流体属性的任何组合。使第一流流动可以导致管状主体以第一转速旋转。
75.在784处，由于使第一流流动，第一扭矩可以通过扭矩传递单元施加到主轴。扭矩传递单元的第一构件可以刚性地连接到主轴，并且扭矩传递单元的第二构件可以刚性地连接到管状主体。因此，当使第一流流动将管状主体旋转时，可以向主轴施加第一扭矩。在一些实施方案中，连接到管状主体的唇缘的两个扭矩传递单元可以用于施加第一扭矩。
76.在786处，可以使用扭矩发生器向主轴施加第二扭矩。可以沿与第一扭矩相反的方向施加第二扭矩。这将产生净扭矩，所述净扭矩是第一扭矩与第二扭矩之间的差值。可以通过改变或调整第二扭矩来调整净扭矩。在一些实施方案中，在788处，第二流可以流过控制单元。第二流可以具有与第一流不同的流体属性。使第二流流动可以导致管状主体以与第一转速不同的第二转速旋转。对于第一转速和第二转速，第一扭矩可以保持相同量值或具有相同量值或近似相同量值。
77.控制单元的实施方案主要参考井筒钻取操作进行了描述；本文描述的控制单元可以用于除钻取井筒之外的应用中。在其他实施方案中，根据本公开的控制单元可以在用于勘探或生产自然资源的井筒或其他井下环境之外使用。例如，本公开的控制单元可以在用在用于放置公用事业管线的钻孔中。因此，术语“井筒”、“钻孔”等不应被解译为将本公开的工具、系统、组件或方法限于任何特定的行业、领域或环境。
78.本文将描述本公开的一个或多个特定实施方案。这些描述的实施方案是当前公开的技术的示例。另外，为了努力尝试提供对这些实施方案的简明描述，本说明书中可能没有描述实际实施方案的全部特征。应当理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，将做出许多实施方案所特有的决定以实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和业务相关约束，其在不同的实施方案之间可能是不同的。此外，应当理解，此开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的一般技术人员而言，它们将是设计、制作和生产中的常规工作。
79.另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“实施方案”的提及并不意图被解释为排除也结合了所述特征的其他实施方案的存在。例如，关于本文的实施方案描述的任何元件都可以与本文描述的任何其他实施方案的任何元件组合。如本公开的实施方案所涵盖
的本领域的普通技术人员将理解的，本文中阐明的数字、百分比、比率或其他值旨在包括该值以及“约为”或“近似”所述值的其他值。因此，所述值应当足够宽泛地解译以包含至少足够接近所述值以执行期望功能或实现期望的结果。所述值至少包括在合适的制造或生产过程中预期的变化，并且可以包括在所述值的5％以内、1％以内、0.1％以内或0.01％以内的值。
80.鉴于本公开，本领域的普通技术人员应当认识到，等效构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文公开的实施方案进行各种改变、替换和变更。包括功能性“手段加功能”条款的等效结构旨在涵盖本文描述为执行所述功能的结构，包括以相同方式操作的结构等效物和提供相同功能的等效结构。申请人明确意图不为除词语
‘
用于
……
的装置’与相关功能一起出现的那些权利要求之外的任何权利要求援引手段加功能或其他功能权利要求保护。落入权利要求的含义和范围内的对实施方案的每次添加、删除和修改都将被权利要求所涵盖。
81.如本文中所使用的术语“近似”、“约”及“基本上”表示接近所述量的量，其在标准的制造或工艺公差内或者仍执行期望功能或实现期望结果。例如，术语“近似”、“约”及“基本上”可以指代在小于所述量的5％以内、小于1％以内、小于0.1％以内以及小于0.01％以内的量。此外，应当理解，前述描述中的任何方向或参考系仅仅是相对方向或移动。例如，对“上”和“下”或“上方”或“下方”的任何引用仅描述相关元件的相对位置或移动。
82.在不脱离本公开的精神或特性的情况下，本公开可以以其他特定形式来体现。所描述的实施方案应被认为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在权利要求的等效物的意义和范围内的变化包含在本权利要求的范围内。