0076]在本文中所述實施例中的許多實施例中，可測量各種參數，以利于致動控制系統(tǒng)38的使用?？刹捎酶鞣N傳感器80來感應和測量參數，例如，壓力、扭矩、旋轉和/或角速度。如圖9中所示，這些傳感器80中的至少一些傳感器可安裝于定子套50上或嵌入于定子套50中。舉例來說，安裝于定子套50中的傳感器80可包括壓力傳感器104、扭矩傳感器106和旋轉或角速度傳感器108。
[0077]通常參照圖10和11，致動控制系統(tǒng)38的附加實施例被示為并入了流體旁路。如圖10中所示，舉例來說，旁路110連接于定子系統(tǒng)48的上游端部與下游端部之間。流體流(例如，鉆探泥漿流)可經由控制系統(tǒng)44通過旁路110選擇性地轉向，以控制轉子46的旋轉。旁路110可包括旁路管或其它適當的導管，該旁路管或其它適當的導管被布置成經由導管112將旁路流體流導入到周圍環(huán)空和/或經由回流口 114通過工具柱引導回主流體流中?？刂葡到y(tǒng)44可包括適當的閥或其它流量控制裝置，以泄漏或旁路適當量的流體，從而由于通過轉子46與定子系統(tǒng)48之間的流體的體積置換而確保轉子46的預期旋轉。在一些應用中，定子系統(tǒng)48可包括與旁路110協(xié)同操作的可單獨旋轉的定子套50。應指出的是，旁路110可具有沿著各種路線的各種方位。舉例來說，旁路流可被引導經過鉆鋌52、經過轉子46和/或經過定子套50。舉例來說，端口可被布置成延伸經過這些部件中的一個或多個的螺旋樣式或其他適當樣式，以提供旁路流徑。
[0078]在圖11中所示的示例中，旁路110延伸經過轉子46。控制閥116可沿著經過轉子46的流徑安裝，以控制從流經轉子46與定子系統(tǒng)48之間的轉向的流體(例如，鉆探泥漿)量。閥116可經由控制系統(tǒng)44控制，并且可以是可節(jié)流閥或其它類型的適當的流量控制裝置的形式。在一些應用中，控制系統(tǒng)44可包括被采用于與控制閥116通信并且給控制閥116供電的無線模塊
[0079]118。這樣的無線通信可由各種系統(tǒng)(例如，WiTricity?(WiTricity公司的注冊商標)系統(tǒng))執(zhí)行。電力和/或數據的中繼可被用于控制阻塞位置，同時也獲得了關于阻塞位置、壓力差、流速、轉子角度或其它參數的數據。然后數據可被用于調節(jié)閥116，以實現所期望的流體旁路。在一些應用中，閥116和/或模塊118可被用于執(zhí)行其它任務，并且可涉及到在致動控制系統(tǒng)38上或下向上文所述的其它系統(tǒng)傳輸電力和信息。
[0080]通常參照圖12到14，示出了致動控制系統(tǒng)38的附加實施例。在這些實施例中，定子套50聯(lián)接到可致動部件40，并且定子套50的旋轉受控制。最初參照圖12中所示的實施例，定子套50可聯(lián)接到被設計成用于與可致動部件40聯(lián)接的連接器端部120。舉例來說，連接器端部120可包括如所示的母接頭端部或如插圖122中所示的公接頭端部。在這個實施例中，定子套50或其它外部馬達元件由莫諾馬達動作旋轉。
[0081]轉子46與萬向聯(lián)接機構124連接，萬向聯(lián)接機構124可包括一對萬向接頭126。然而，萬向聯(lián)接機構124可具有各種形式，包含撓性管、兩個虎克接頭、球形軸承、旋轉性椎或允許轉子46橫向地移動同時防止相對于鉆鋌52相對旋轉的其它元件。在所示的示例中，轉子46通過連接于聯(lián)接機構124與鉆鋌52之間的鉆鋌限制件128相對于鉆鋌52被旋轉性約束。在泥漿流經泥漿馬達42時，定子套50被迫相對于轉子46旋轉。通過相對于鉆鋌52旋轉性地限制轉子46，馬達扭矩被傳遞到萬向聯(lián)接件124、鉆鋌限制件128，并且最后到外部的鉆鋌52。
[0082]圖12中所示的設計提供了定子套50形式的強結構元件，借助于該結構元件傳遞扭矩。另外，該設計允許萬向聯(lián)接機構124更大，因為其放置于泥漿馬達42上方。在這個位置，聯(lián)接機構124并不與軸承爭奪空間。另外，穿過馬達的軸向負載路徑可在更長的馬達長度上傳遞，并且這個屬性可被用于減小每一軸承元件上的應力。這種類型的系統(tǒng)設計還提供了內部馬達元件(例如，轉子46)相對于外部馬達元件(例如，定子套50)的可容易控制的軸向定位。在傳統(tǒng)設計中，轉子相對于定子的軸向位置取決于長尺寸鏈，并且導致結尾尺寸的極大誤差，但是圖12中所示的實施例實際上消除這個問題。軸向轉子的定位簡單地取決于萬向聯(lián)接接頭124的長度和鉆鋌限制件128相對于外部鉆鋌結構的位置。萬向聯(lián)接接頭124易于被設計有可調節(jié)的長度。因此，使接頭124的長度變化可被用于以極精確方式相對于外部馬達元件軸向地調整內部馬達元件。
[0083]圖12中所示的實施例可被用作通過能相對于鉆鋌52選擇性限制萬向聯(lián)接機構124的伺服馬達(與先前所述的實施例一樣)。如圖13中所示，萬向聯(lián)接機構124可與旋轉限制構件130聯(lián)接，旋轉限制構件130可在軸承132上在鉆鋌52內旋轉。制動機構134被置于旋轉限制構件130與鉆鋌52之間，以控制傳遞到可致動裝置40(例如，鉆頭)的扭矩和旋轉。在鉆探應用中，舉例來說，鉆頭相對于巖石的旋轉可被控制，以相對于鉆鋌52以不同的速度旋轉。制動機構134可包括液壓或電致動的摩擦制動系統(tǒng)或各種其它制動系統(tǒng)，例如，上文所述的制動系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)(例如，控制系統(tǒng)44)可被用于選擇性地控制制動機構 134。
[0084]相關實施例在圖14中示為具有雙馬達配置。在這個實施例中，系統(tǒng)被設計為其中可能在高速度馬達(低扭矩)與低速度馬達(高扭矩)之間切換的雙速度馬達系統(tǒng)。舉例來說，泥漿馬達42可包括具有聯(lián)接到定子套50的可致動裝置40的低速度、高扭矩馬達。高速度的第二泥漿馬達136放置于低速度泥漿馬達42上方，并且包括可旋轉地安裝于第二定子套140內的第二轉子138，第二定子套140又可旋轉地安裝于周圍鉆鋌52內。
[0085]轉子138可通過旋轉限制構件130聯(lián)接到轉子46。在這個設計中，利用兩個單獨的制動機構。舉例來說，制動機構134可定位于旋轉限制構件130與鉆鋌52之間，如上文所述。附加制動機構142定位于定子套140與周圍鉆鋌52之間。對于低速度、高扭矩操作，制動機構142關閉，并且控制通過制動機構134來施加。在這個配置中，高速度馬達136在轉動但不提供扭矩。對于高速度、低扭矩操作，制動機構134關閉，并且控制通過制動機構142來施加。在這個配置中，低速度馬達42仍在以其低速度轉動(實際上增加其速度到高速度馬達136的速度)。然而，由總體系統(tǒng)傳輸的總體扭矩“上限”被限制于高速度泥漿馬達136提供的扭矩。應指出的是，各種數目的泥漿馬達可以這種方式一起聯(lián)接，并且制動機構134、142可以各種配置構造且可沿著系統(tǒng)設置于各個點處。另外，控制系統(tǒng)44可與各種制動機構134、142和傳感器80聯(lián)接，以提供對制動機構和系統(tǒng)的角速度/扭矩輸出的預期控制。舉例來說，如果這些馬達具有相反的螺旋輪廓，則可能利用該系統(tǒng)作為能夠進行正速度和負速度控制的井下致動器。
[0086]在操作中，致動控制系統(tǒng)38可被利用于各種應用和環(huán)境中。舉例來說，甚至在其中設定點隨時間變化的實施例中，系統(tǒng)38可被用于限制通過給定裝置傳遞的扭矩或控制被傳遞到定義的設定點的扭矩。在一些實施例中，致動控制系統(tǒng)38可被采用于抑制鉆柱的旋轉性振動，包括與粘性滑移相關的旋轉性振動。該系統(tǒng)還可被用于將扭轉負載注入鉆柱中，例如，將扭轉振動施加到鉆頭上，以增大鉆探速度。類似地，系統(tǒng)38可被操作成攪動鉆柱，以便減小鉆柱摩擦或作為釋放被卡住的鉆探系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)38還可被操作成產生通信/遙測中使用的扭轉波。
[0087]在其它應用中，致動控制系統(tǒng)38可被用于定向泥漿馬達的彎曲，以實現定向鉆井。系統(tǒng)38還可被操作成當鉆探時建立鉆頭的設定速度，以幫助隔離鉆頭速度與鉆柱運動，例如，在存在鉆柱粘性滑移的情況下建立恒定鉆頭速度。致動控制系統(tǒng)38還可被用于通過系統(tǒng)部件的交替制動產生壓力波，以提供壓力波遙測，同時還在鉆頭處產生流體和機械壓力脈沖以增大鉆探速度。
[0088]另外，致動控制系統(tǒng)38可以各種配置構造成，以利于給定的操作應用，例如，上文所述的應用。在一些實施例中，舉例來說，采用多個制動系統(tǒng)，例如，兩個制動系統(tǒng)。舉例來說，制動機構(例如，制動機構64和74)可被定位和操作成控制定子套與上部鉆鋌之間以及上部鉆鋌/殼體與下部鉆鋌/殼體之間的滑移。另外，井下致動控制系統(tǒng)38可與地面控制系統(tǒng)(例如，用于控制鉆機泥漿泵流速/壓力、轉盤扭矩、RPM或角度、對鉆頭上重量的絞車影響和/或其它地面控制特征的地面控制系統(tǒng))協(xié)作地使用。地面控制系統(tǒng)的協(xié)調使用可用于減小操作滑移的定子套50的時間，因此減輕部件磨損和熱量產生。在一些應用中，舉例來說，可采用地面控制系統(tǒng)來經由地面鉆機控制名義條件，并且可使用井下致動控制系統(tǒng)38來控制瞬態(tài)條件和小的偏移條件。在這個應用中，致動控制系統(tǒng)38可以是提供與地面控制系統(tǒng)(例如，地面鉆機上的控制系統(tǒng))一致的井下工具的協(xié)調控制的伺服系統(tǒng)。舉例來說，地面控制系統(tǒng)可被操作成調節(jié)泥漿泵流速/壓力、轉盤扭矩、RPM或角度和/或鉆頭上的重量，以幫助井下伺服控制系統(tǒng)38實現控制目標。示例包括在伺服控制系統(tǒng)38的操作期間滿足井下運動或扭矩控制目標且沒有引起有損壞的熱量水平，并且維持鉆柱和泥漿系統(tǒng)中的其它工具的預定變量。
[0089]應指出的是，協(xié)調配合的地面和井下系統(tǒng)可利用雙向遙測來將數據傳遞到相應系統(tǒng)和傳遞來自相應系統(tǒng)的數據。雙向遙測可并入各種類型的遙測特征，例如，泥漿脈沖遙測、聲波傳輸、有線鉆桿、電磁遙測和/或其它適合的遙測系統(tǒng)和技術。在一些應用中，井下致動控制系統(tǒng)38可利用能夠提供扭矩、RPM、壓力和