專利名稱：具有外流體通路的巖心鉆進(jìn)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施大體涉及可用于鉆進(jìn)地質(zhì)和/或人造巖層(formation)的鉆進(jìn)設(shè)備和方法。尤其是，本發(fā)明的實施涉及巖心管總成(core barrel assembly)。
背景技術(shù)：
巖心鉆進(jìn)(或巖心取樣)包括為了各種原因獲得不同深度處的地下巖層的巖心樣本。例如，取回的巖心樣本可表明什么樣的物質(zhì)，諸如石油、貴金屬以及其他期望物質(zhì)，存在于或可能存在于特定的巖層，以及存在于什么樣的深度。在一些情況中，巖心采樣可用于給予物質(zhì)和事件的地質(zhì)時間表。因此，巖心采樣可用于決定特定區(qū)域的進(jìn)一步開采的需要。 繩索鉆進(jìn)系統(tǒng)(wireline drilling system)是用于取回巖心樣本的一種普通類型的鉆進(jìn)系統(tǒng)。在繩索鉆進(jìn)過程中，巖心鉆針附接到外管或鉆桿的前邊緣。但外管在期望巖層中被下降較深時，于是通過一系列節(jié)對節(jié)組裝在一起的鉆桿形成了鉆柱(drillstring)。巖心管總成于是被降低或泵送到鉆柱中。巖心鉆針在巖層中旋轉(zhuǎn)、推動和/或振動，從而導(dǎo)致期望物質(zhì)的樣本進(jìn)入巖心管總成中。一旦獲取巖心樣本，使用繩索將巖心管總成從鉆柱取回。于是巖心樣本可從巖心管總成中去除。巖心管總成通常包括用于接收巖心的巖心管，以及用于將巖心管總成附接到繩索的頭部總成。典型地，巖心管總成被下降到鉆柱中，直到巖心管到達(dá)外管或最遠(yuǎn)端鉆桿上的著陸位置。在該點(diǎn)上，采用頭部總成上的閂鎖以限制巖心管總成相對于鉆桿的運(yùn)動。一旦閂鎖上，于是巖心管總成和鉆桿一起推進(jìn)到巖層中，使物質(zhì)填充到巖心管中。通?？赡芟Ｍ@取巖層中不同深度處的巖心樣本。另外，在一些情況中，可以期望獲取地面水平以下數(shù)千英尺深度處的巖心樣本，或另外獲取延伸鉆進(jìn)通路的巖心樣本。在這種情況中，獲取巖心樣本可能需要從鉆孔去除整個鉆柱(或斷開鉆柱)的耗時且昂貴的過程。在其他情況下，繩索鉆進(jìn)系統(tǒng)可用于避免與斷開整個鉆柱有關(guān)的困難和時間。甚至當(dāng)使用繩索鉆進(jìn)系統(tǒng)時，將巖心管總成下放到鉆柱中和從鉆柱中起出仍然是耗時的。所以，在傳統(tǒng)繩索系統(tǒng)中存在許多可被解決的不利因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個實施方案利用用于有效地且高效地將巖心管總成下放到鉆柱中和從鉆柱中起出的鉆進(jìn)工具、系統(tǒng)和方法來克服本領(lǐng)域的一個或多個問題。例如，本發(fā)明的一個或多個實施方案包括具有一個或多個外流體通路的巖心管總成。具體地，巖心管總成的一個或多個構(gòu)件可包括允許巖心管總成和鉆柱的內(nèi)表面之間的增加的流體流的軸向流體槽。所以，本發(fā)明的一個或多個實施方案可通過減少巖心管總成移動穿過鉆柱所需要的時間來提高在巖心鉆進(jìn)操作中的生產(chǎn)性和效率。例如，巖心管總成的閂鎖主體的一個實施方案包括管狀主體，其包括外表面和內(nèi)表面。管狀主體可適于容納用于將管狀主體固定到鉆柱的閂鎖機(jī)構(gòu)。另外，閂鎖主體可包括延伸通過管狀主體的至少兩個閂鎖開口。此外，閂鎖主體可包括延伸到管狀主體的外表面中的至少一個槽。該至少一個槽可沿著管狀主體的外表面軸向延伸。另外，巖心管總成的円鎖主體的另一實施方案可包括含有內(nèi)表面和外表面的管狀主體。管狀主體可適于容納用于將管狀主體固定到鉆柱的閂鎖機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步，閂鎖主體可包括延伸通過管狀主體的至少一個流體口。該至少一個流體口可允許流體在管狀主體的內(nèi)表面和外表面之間流動。閂鎖主體還可包括延伸到管狀主體的外表面中的至少一個槽。該至少一個槽可沿著管狀主體的外表面軸向延伸且與該至少一個流體口交叉。又進(jìn)一步，巖心管頭部總成的一實施方案可包括閂鎖主體，其包括內(nèi)表面和外表面。另外，閂鎖主體可包括多個閂鎖開口，其延伸通過閂鎖主體。閂鎖主體還可包括固定在閂鎖主體內(nèi)的閂鎖機(jī)構(gòu)。閂鎖機(jī)構(gòu)包括配置成徑向移入和移出多個閂鎖開口的多個閂鎖構(gòu)件。另外，閂鎖主體可包括至少一個槽，其延伸到外表面中。該至少一個槽沿著管狀主體的外表面軸向延伸。此外，用于取回巖心樣本的鉆進(jìn)系統(tǒng)的一實施方案可包括含有多個鉆桿的鉆柱。 而且，鉆進(jìn)系統(tǒng)可包括適于插入鉆柱內(nèi)的巖心管總成。巖心管總成可包括閂鎖主體和定位在閂鎖主體內(nèi)的閂鎖機(jī)構(gòu)。閂鎖機(jī)構(gòu)可相對于鉆柱鎖定巖心管總成。另外，巖心管總成可包括延伸穿過閂鎖主體的流體口。又進(jìn)一步，閂鎖主體可包括延伸到閂鎖主體的外表面中的至少一個槽。該至少一個槽沿著管狀主體的外表面軸向延伸且可與流體口交叉。除上述內(nèi)容之外，一種鉆進(jìn)方法可包括將巖心管總成插入鉆柱。巖心管總成可包括延伸到巖心管總成的外表面中的至少一個槽。至少一個槽可沿著巖心管總成的外表面軸向延伸。該方法還可包括將巖心管總成沿著鉆柱傳送到鉆進(jìn)位置。當(dāng)巖心管總成在鉆柱內(nèi)移動時，流體可在至少一個槽中從閂鎖主體的第一端流動到所述閂鎖主體的第二端。另夕卜，該方法可包括旋轉(zhuǎn)鉆柱，從而導(dǎo)致多個閂鎖構(gòu)件從巖心管總成徑向延伸到鉆柱的環(huán)形槽中；因此將巖心管總成相對于鉆柱鎖定。本發(fā)明的示例性實施方案的另外的特征和優(yōu)勢將在以下的描述中闡述，并且部分地將從該描述中是明顯的，或可通過該示例性實施方案的實踐被學(xué)習(xí)。這些實施方案的特征和優(yōu)勢可通過尤其在所附權(quán)利要求中指出的工具和組合被認(rèn)識到和獲得。這些和其他特征將從以下描述和所附權(quán)利要求變得更加完全明顯，或可通過如之后闡述的這種示例性實施方案的實踐被學(xué)習(xí)到。


為了描述可獲得本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)勢及特征的方式，以上概述的本發(fā)明的更具體的描述將通過參考其在附圖中示出的具體實施方案給出。應(yīng)注意，附圖不一定按比例繪制，且相似結(jié)構(gòu)或功能的元件通常通過相同的參考數(shù)字表示，以便達(dá)到貫穿附圖的說明目的。應(yīng)理解，這些附圖僅僅描述了本發(fā)明的典型實施方案，并因此不應(yīng)被認(rèn)為限制其范圍，本發(fā)明將通過使用附圖描述且解釋另外的特性以及細(xì)節(jié)，在附圖中圖I示出了包括根據(jù)本發(fā)明實施方案的具有外流體通路的巖心管總成的鉆進(jìn)系統(tǒng)的不意圖；圖2示出了圖I的巖心管總成的放大視圖，進(jìn)一步示出了頭部總成上的外流體通路；圖3示出了圖2的頭部總成的分解視圖4示出了圖2巖心管總成沿著圖2中的線4-4截取的橫截面視圖；圖5示出了圖2的巖心管總成的閂鎖主體的分解透視圖；圖6A示出了圖5的閂鎖主體的側(cè)視圖；圖6B示出了圖5的閂鎖主體的側(cè)視圖，類似于圖6A，但是旋轉(zhuǎn)了 90度；圖6C示出了圖5的閂鎖主體的側(cè)視圖，類似于圖6A，但是旋轉(zhuǎn)了 180度；圖6D示出了圖5的閂鎖主體的側(cè)視圖，類似于圖6A，但是旋轉(zhuǎn)了 270度；
圖6E示出了圖5的閂鎖主體的俯視圖；圖6F示出了圖5的閂鎖主體的仰視圖；圖7示出了包括根據(jù)本發(fā)明實施方案的外流體通路的閂鎖主體的另一實施方案的分解透視圖；圖8A示出了圖7的閂鎖主體的側(cè)視圖；圖8B示出了圖7的閂鎖主體的側(cè)視圖，類似于圖8A，但是旋轉(zhuǎn)了 90度；圖8C示出了圖7的閂鎖主體的側(cè)視圖，類似于圖8A，但是旋轉(zhuǎn)了 180度；圖8D示出了圖7的閂鎖主體的側(cè)視圖，類似于圖8A，但是旋轉(zhuǎn)了 270度； 圖8E示出了圖7的閂鎖主體的俯視圖；圖8F示出了圖7的閂鎖主體的仰視圖；圖9示出了包括根據(jù)本發(fā)明實施方案的外流體通路的閂鎖主體的又另一實施方案的透視圖；圖10示出了圖2的巖心管總成的類似于圖4的橫截面視圖，但是其中驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)被鎖定在回縮位置，以將巖心管總成下放到鉆柱中；圖11示出了巖心管總成的類似于圖4的橫截面視圖，但是其中驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)被閂鎖在鉆柱；圖12示出了圖11的巖心管總成的沿著圖11中的線12-12截取的橫截面視圖；圖13示出了巖心管總成的類似于圖4的橫截面視圖，但是其中驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)處于釋放的位置，允許巖心管總成從鉆柱中的取回。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方案涉及鉆進(jìn)工具、系統(tǒng)以及用于有效地且高效地將巖心管總成下放到鉆柱以及從鉆柱中起出的方法。例如，本發(fā)明的一個或多個實施方案包括具有一個或多個外流體通路的巖心管總成。尤其是，巖心管總成的一個或多個部件可包括允許在巖心管總成和鉆柱的內(nèi)表面之間的增加的流體流的軸向流體槽。因此,本發(fā)明的一個或多個實施方案可通過減少巖心管總成在鉆柱中移動所需要的時間來提高巖心鉆進(jìn)操作中的生產(chǎn)性和效率。如在以下更詳細(xì)解釋的，外流體通路可允許圍繞巖心管總成的增加的流體流。增加的流體流可提供增加的對鉆針冷卻。另外，增加的流體流可實現(xiàn)提高對表面切屑的沖洗。因此，外流體通路可改善鉆進(jìn)性能。此外，一個或多個實施方案的外流體通路可增加巖心管總成的外表面和鉆柱之間的空間；從而允許在巖心管總成的下放期間可能存在的鉆探流體或地下水的容易通過。因此，本發(fā)明的一個或多個實施方案可通過減少將巖心管總成下放進(jìn)鉆柱或從鉆柱起出所需要的時間來提高巖心鉆進(jìn)操作中的生產(chǎn)性和效率。
此外，外流體通路可允許巖心管總成的部件具有增加的尺寸，而不必減少或限制流體流的橫截面積。因此，在一個或多個實施方案中，外流體通路可幫助確保巖心管總成具有足夠物質(zhì)的截面，以提供足夠的強(qiáng)度來承受在鉆進(jìn)以及巖心管總成取回期間產(chǎn)生的力。例如，巖心管部件可具有增加的厚度以提供增加的強(qiáng)度。另外，或可選擇地，外流體通路能夠允許巖心管總成具有相對于鉆柱的內(nèi)徑構(gòu)成僅僅輕微間隙的外徑，其中減少了流體流。因此，外流體通路可允許內(nèi)巖心管頭部構(gòu)件具有增加的尺寸或數(shù)量。例如，外流體通路可運(yùn)行增加數(shù)量的閂鎖元件、閂鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計以及閥控制設(shè)計。例如，在一個或多個實施方案中，外流體通路可允許巖心管頭部總成包括具有四個或更多個楔構(gòu)件的驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)，并且仍然允許圍繞巖心管頭部總成到足夠的流體流。如在圖I中所不，鉆進(jìn)系統(tǒng)100可用于從巖層102取回巖心樣本。鉆進(jìn)系統(tǒng)100可包括鉆柱104,鉆柱104可包括鉆針106 (例如，開面的鉆針(open-faced drill bit)或其他類型的鉆針)和/或一個或多個鉆桿108。鉆進(jìn)系統(tǒng)100還可包括孔內(nèi)總成，例如巖心管總成110。巖心管總成110可包括配置成將巖心管總成至少部分地鎖定在遠(yuǎn)端鉆桿或外管112的閂鎖機(jī)構(gòu)128，如在以下更詳細(xì)解釋的。如本文所使用的，術(shù)語“向下”和“遠(yuǎn)端” 是指鉆柱104的包括鉆針106的端部。而術(shù)語“向上”或“近端的”是指鉆柱104的與鉆針106相對的端部。另外，屬于“軸向的”或“軸向地”是指沿著鉆柱104的長度的方向。鉆進(jìn)系統(tǒng)100可包括鉆塔114，鉆塔114可將鉆針106、巖心管總成110、鉆桿108和/或鉆柱104的其他部分旋轉(zhuǎn)和/或推動到巖層102中。鉆塔114可包括例如，旋轉(zhuǎn)的鉆頭116、滑板總成(sled assembly) 118以及桅桿120。鉆頭116可連接到鉆柱104，并且可允許旋轉(zhuǎn)鉆頭116旋轉(zhuǎn)鉆針106、巖心管總成110、鉆桿108和/或鉆柱104的其他部分。如果需要，旋轉(zhuǎn)鉆頭116可配置成改變其旋轉(zhuǎn)這些構(gòu)件的速度和/或方向。滑板總成118可相對于桅桿120移動。當(dāng)滑板總成118相對于桅桿120移動時，滑板總成118可抵著旋轉(zhuǎn)鉆頭116提供力，旋轉(zhuǎn)鉆頭116可將鉆針106、巖心管總成110、鉆桿108和/或鉆柱104的其他部分進(jìn)一步推動到例如巖層102中，同時這些構(gòu)件會旋轉(zhuǎn)。但是，將理解到鉆塔114不需要旋轉(zhuǎn)鉆頭、滑板總成、滑動框架或驅(qū)動總成，并且鉆塔114可包括其他適合的構(gòu)件。還將理解到鉆進(jìn)系統(tǒng)100不需要鉆塔，并且鉆進(jìn)系統(tǒng)100可包括可旋轉(zhuǎn)和/或推動鉆針106、巖心管總成110、鉆桿108和/或鉆柱104的其他部分到巖層102中的其他合適的構(gòu)件。例如，可使用聲波的、沖擊的或井下馬達(dá)。巖心管總成110可包括內(nèi)管或巖心管124以及頭部總成126。頭部總成126可包括閂鎖機(jī)構(gòu)128。如在以下更詳細(xì)解釋的，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可將巖心管124鎖定在鉆柱104內(nèi)，尤其是鎖定到外管112。此外，在一個或多個實施方案中，閂鎖機(jī)構(gòu)128可將巖心管總成110旋轉(zhuǎn)地鎖定到鉆柱104，從而防止因為鉆柱104和閂鎖機(jī)構(gòu)128的匹配構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)或滑動造成的磨損。一旦巖心管124通過閂鎖機(jī)構(gòu)128鎖定到外管112，鉆針106、巖心管總成110、鉆桿108和/或鉆柱104的其他部分可被旋轉(zhuǎn)和/或推動到巖層102中，以允許巖心樣本收集到巖心管124內(nèi)。在收集到巖心樣本之后，巖心管總成110可從外管112和鉆柱104解鎖。巖心管總成110于是可例如使用繩索取回系統(tǒng)被取回，同時鉆針106、外管112、鉆桿108中的一個或多個和/或鉆柱104的其他部分仍然在鉆孔內(nèi)。巖心樣本可從取回的巖心管總成110的巖心管124去除。在巖心樣本被去除之后，巖心管總成110可被送回并鎖定到外管112。通過將巖心管總成110再次鎖定到外管112，鉆針106、巖心管總成110、鉆桿108和/或鉆柱104的其他部分可被進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)和/或推動到巖層102中，以允許另一巖心樣本被收集到巖心管124內(nèi)。巖心管總成110可以此方式重復(fù)地取回和送回，以獲得多個巖心樣本，同時鉆針106、外管112、鉆桿108中的一個或多個和/或鉆柱104的其他部分仍然在鉆孔內(nèi)。這可以有利地減少獲得巖心樣本必要的時間，因為鉆柱104不需要為了每次巖心樣本而從鉆孔內(nèi)起出。圖2更詳細(xì)地示出了巖心管總成110。如之前所提到的，巖心管總成110可包括頭部總成126和巖心管124。頭部總成126可包括適于與打撈器連接的矛頭總成(spear headassembly) 200，其轉(zhuǎn)而可被附接到繩索。此外，頭部總成126可包括閂鎖主體206。如圖2所示，閂鎖主體206可包括第一構(gòu)件202和套管204。閂鎖主體206可包括配置成容納閂鎖機(jī)構(gòu)128的管狀主體，閂鎖機(jī)構(gòu)208可將巖心管總成110鎖定在鉆柱104內(nèi)。另外，如以下更詳細(xì)解釋的，閂鎖主體可包括一個或多個外流體通路。鑒于本文的公開內(nèi)容，將能理解到本發(fā)明的一個或多個實施方案的外流體通路可 被并入到任何類型的閂鎖主體中。例如，關(guān)于圖2-6D所示和描述的閂鎖主體206包括可移動地連接到彼此的兩個部件(即，第一部件202和套管204)。在可選擇的實施方案中，閂鎖主體可包括單一整體件，諸如以下關(guān)于圖9所描述的閂鎖主體906。以類似方式，一個或多個實施方案的閂鎖主體可被配置以容納任何類型的閂鎖機(jī)構(gòu)。例如，閂鎖機(jī)構(gòu)可包括任何數(shù)量的閂鎖臂、閂鎖滾子、閂鎖球、多構(gòu)件的連接裝置或配置成將閂鎖機(jī)構(gòu)移動到與鉆柱的接合位置的任何機(jī)構(gòu)。在一個或多個實施方案中，閂鎖機(jī)構(gòu)可包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)式機(jī)構(gòu)，諸如那些在2010年12月14日提交的第12/968，127號美國專利申請以及2010年10月6日提交的第12/898，878號美國專利申請描述的，這些專利申請的每個的公開內(nèi)容通過引用并入本文。事實上，本發(fā)明的外流體通路可尤其適合與驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)一起使用，因為它們允許增加數(shù)量的閂鎖或楔構(gòu)件和具有增大尺寸的內(nèi)部構(gòu)件。對于以下其中的大部分內(nèi)容，為了易于描述，外流體通路被描述成位于被配置以容納驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)的閂鎖主體。本發(fā)明不被限制如此；而是可包括任何類型的巖心管總成和閂鎖機(jī)構(gòu)。換句話說，以下描述提供了具體的細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的完全理解。然而，技術(shù)人員將理解該裝置以及使用該裝置的相關(guān)方法不必采用這些具體的細(xì)節(jié)就可以被實施和使用。事實上，該裝置及其相關(guān)方法可通過修改所示出的裝置及其方法來付諸實踐，并且可連同任何其他的裝置和技術(shù)一起使用。例如，盡管以下描述致力于巖心采樣操作，但是該裝置及其相關(guān)方法可同等地應(yīng)用于其他鉆進(jìn)過程，諸如在常規(guī)的鉆孔中，且可用于任意數(shù)量的鉆進(jìn)系統(tǒng)或各種鉆進(jìn)系統(tǒng)，諸如旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)系統(tǒng)、沖擊鉆進(jìn)系統(tǒng)等等。圖3和4以及相應(yīng)的文本示出或描述了圖I和2中示出的巖心管總成110的許多構(gòu)件、細(xì)節(jié)和特征。尤其是，圖3示出了頭部總成126的分解視圖。而圖4示出了巖心管總成110的沿著圖2的線4-4截取的側(cè)視橫截面視圖。圖4示出了處于完全展開狀態(tài)的驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128。如圖3和4所示，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可包括多個楔構(gòu)件300。在一個或多個實施方案中，楔構(gòu)件300可包括球形形狀或者是滾動球,如在圖3和4中所示。楔構(gòu)件300可由鋼，或其他鐵合金、鈦和鈦合金、使用聚芳酰胺纖維的復(fù)合物、潤滑浸潰的尼龍或塑料、其組合或其他合適的材料制成。
楔構(gòu)件300可定位在驅(qū)動構(gòu)件302上或抵住驅(qū)動構(gòu)件302。更具體地，楔構(gòu)件300可定位在大體平面的或平坦的驅(qū)動表面304上。如以下更詳細(xì)解釋的，驅(qū)動表面304的大體平面的構(gòu)型可允許楔構(gòu)件300被楔入驅(qū)動構(gòu)件302和鉆柱的內(nèi)徑之間，以將巖心管總成110旋轉(zhuǎn)地鎖定到鉆柱。圖3和4還示出了楔構(gòu)件300可延伸穿過閂鎖開口 306，閂鎖開口延伸穿過大體中空的套管204。閂鎖開口 306可幫助將楔構(gòu)件300保持或維持與驅(qū)動表面304接觸，驅(qū)動表面轉(zhuǎn)而可確保驅(qū)動構(gòu)件302相對于套管204的軸向運(yùn)動導(dǎo)致楔構(gòu)件300的徑向位移。如在以下更詳細(xì)解釋的，當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件302朝向套管204移動或進(jìn)一步移動到套管204中時，驅(qū)動表面304可迫使楔構(gòu)件300從套管204徑向向外到展開或閂鎖的位置(圖12)。以類似方式，當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件302軸向移動離開或脫出套管204，楔構(gòu)件300可至少部分地徑向回縮到套管204中至釋放位置(圖11)。 如較早提到的，在至少一個實施方案中，驅(qū)動構(gòu)件302可包括用于將楔構(gòu)件300沿著驅(qū)動構(gòu)件302軸向鎖定到位置的一個或多個槽。例如，驅(qū)動構(gòu)件302可包括回縮槽305。如在以下更詳細(xì)解釋的，回縮槽305可在將巖心管總成110下放到鉆柱104或從鉆柱104起出期間接收且保持楔構(gòu)件300在徑向回縮的位置。在一個或多個實施方案中，驅(qū)動構(gòu)件302，且更具體地平面的驅(qū)動表面304可具有錐形，如在圖3和4中所示。當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件302軸向移動接近套管204或移動到套管204中時，錐形可允許驅(qū)動構(gòu)件302將楔珠300徑向向外驅(qū)動。而且，當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件302軸向移動遠(yuǎn)離套管204時，驅(qū)動構(gòu)件302的錐形可允許楔構(gòu)件300至少部分地徑向回縮到套管204中。在至少一個實施方案中，回縮槽305可定位在驅(qū)動構(gòu)件302的錐形的較小端部上。這可確保當(dāng)楔構(gòu)件300固定在回縮槽305中時，楔構(gòu)件300將至少部分地徑向回撤到套管204內(nèi)。在至少一個實施方案中，當(dāng)楔構(gòu)件300被接收在回縮槽305中時，可完全回縮到套管204內(nèi)。在任何情況下，回縮槽305可將楔構(gòu)件300充分地維持在套管204中，以便不接合鉆柱104。維持因而回縮到套管204內(nèi)的楔構(gòu)件300可減少楔構(gòu)件300和鉆柱104之間的接觸，這樣轉(zhuǎn)而可減少摩擦，且從而允許巖心管總成110快速下放和起出鉆柱104。此外，圖3和4還示出了第一構(gòu)件202可以是大體中空的且可容納著陸構(gòu)件(landing member) 312。將理解，套管204、第一構(gòu)件202以及著陸構(gòu)件312可共同連接在一起。尤其是，如圖3和4所示，在至少一個實施方案中，第一銷320可然后延伸穿過著陸構(gòu)件312的安裝通道322。第一銷320可然后延伸穿過第一構(gòu)件202的安裝槽324 (且更具體地驅(qū)動構(gòu)件302)。從安裝槽324，第一銷320可延伸進(jìn)入套管204中的安裝孔326中。因此，著陸構(gòu)件312和套管204可相對于彼此軸向固定。另一方面，安裝槽324可允許著陸構(gòu)件312和套管204相對于第一構(gòu)件202軸向移動，反之亦然。第一構(gòu)件202和套管204之間的軸向移動可導(dǎo)致驅(qū)動表面304徑向向外和向內(nèi)移動楔構(gòu)件300。在可選擇的實施方案中，套管204和第一構(gòu)件202可包括單一構(gòu)件(S卩，閂鎖主體)。換句話說，套管204和第一構(gòu)件202可相對于彼此固定。在這種實施方案中，驅(qū)動構(gòu)件302可以可移動地連接到閂鎖主體(即，套管204和第一構(gòu)件202)。圖3和4還示出了頭部總成126可包括偏置構(gòu)件330。偏置構(gòu)件330可定位在著陸構(gòu)件312和驅(qū)動構(gòu)件302之間。因此，偏置構(gòu)件330可將驅(qū)動構(gòu)件302朝向套管204偏置或偏置到套管204中。因此，在一個或多個實施方案中，偏置構(gòu)件330可偏置驅(qū)動構(gòu)件302抵住楔構(gòu)件300，因而徑向向外偏置楔構(gòu)件300。偏置構(gòu)件330可包括機(jī)構(gòu)(例如，彈簧)、磁體或其他配置成將驅(qū)動構(gòu)件302朝向套管204偏置或偏置到套管204中的機(jī)構(gòu)。例如，圖3和4示出了偏置構(gòu)件330可包括螺旋彈簧。另外進(jìn)一步，圖3和4還示出了頭部總成126可包括流體控制構(gòu)件342。流體控制構(gòu)件342可包括活塞344和軸345。軸345可包括本文限定的通道346?；钊N348可延伸到通道346中，且連接都到第一構(gòu)件202中的銷孔350 (且尤其是驅(qū)動構(gòu)件302)。通道346可因此允許活塞344相對于驅(qū)動構(gòu)件302軸向移動。尤其是，如在以下詳細(xì)解釋的，活塞344可相對于第一構(gòu)件202軸向移動，以進(jìn)入和離合與形成閥的密封件或襯套352的接合。流體控制構(gòu)件342的相互作用將在之后更詳細(xì)地討論。在一個或多個可選擇的實施方案中，流體控制構(gòu)件342可剛性地連接到驅(qū)動構(gòu)件302。在這種實施方案中，活塞銷348可延伸到銷孔中，而不是通道346，其可防止流體控制
構(gòu)件342相對于驅(qū)動構(gòu)件302軸向移動。如之前提到的，頭部總成126可包括矛頭總成200。矛頭總成200可經(jīng)由矛頭銷360連接到第一構(gòu)件202。矛頭銷360可延伸到矛頭總成200中的安裝通道362中，從而允許矛頭總成200相對于第一構(gòu)件202軸向移動。如之前所提到的，閂鎖主體206可包括允許流體流動通過閂鎖主體206或圍繞閂鎖主體206流動的特征。例如，圖3示出了套管204可包括延伸穿過套管204的一個或多個流體口 370。另外，套管204可包括至少部分沿著其長度軸向延伸的一個或多個流體槽372。類似地，第一構(gòu)件202可包括延伸穿過第一構(gòu)件202的一個或多個流體口 376。另外，第一構(gòu)件202可包括至少部分沿著其長度軸向延伸的一個或多個流體槽378。鑒于本文的公開內(nèi)容，將要理解流體口 370、376可允許流體從頭部總成126的外徑流動到頭部總成126的中心或孔中。另一方面，流體槽372、378可允許流體沿著頭部總成126在頭部總成126的外徑和鉆柱104的內(nèi)徑之間軸向流動。除了流體孔和軸向流體槽之外，巖心管總成110可包括可允許流體內(nèi)部地穿過巖心管總成110流動的中心孔?，F(xiàn)在參照圖5-6F，閂鎖主體206的流體口和外流體通路將被更詳細(xì)地描述。如圖5-6F所示，套管可包括延伸到套管204的外表面380中的五個流體槽372a、372b、372c、372d、372e。類似地，第一構(gòu)件202可包括延伸到第一構(gòu)件202的外表面384中的五個流體槽378a、378b、378c、378d、378e。流體槽372a_e、378a_e中的每個可朝向閂鎖主體206的內(nèi)表面382、386延伸到閂鎖主體206的外表面380、384中。可選擇的實施方案可包括多于或少于五個的流體槽。流體槽372a-e、378a-e的深度，或者流體槽延伸到外表面380、384中的深度，可足以允許足夠的流體沿著閂鎖主體206流動，而不會削弱閂鎖主體206的結(jié)構(gòu)整體性。例如，在一個或多個實施方案中，流體槽372a-e、378a-e的深度可以在閂鎖主體206的量度(外表面380、384和內(nèi)表面382、386之間的距離)的大約5%至大約50%之間。在進(jìn)一步的實施方案中，流體槽372a-e、378a-e的深度可以在閂鎖主體206的量度的大約10%至大約25%之間。在又進(jìn)一步的實施方案中，流體槽372a-e、378a-e的深度可以在閂鎖主體206的量度的大約10%至大約20%之間。除了徑向延伸到閂鎖主體206的外表面380、384中之外，流體槽372a-e、378a_e還可沿著閂鎖主體206的長度的至少一部分軸向延伸。具體地，在一個或多個實施方案中，流體槽372a-e、378a-e可沿著閂鎖主體206的長度線性延伸，如圖6A-6D所示。在可選擇的實施方案中，流體槽372a-e、378a-e可具有螺旋或螺旋狀的構(gòu)型。在一個或多個實施方案中，套管204的流體槽372a-e可與第一構(gòu)件202的流體槽378a_e對齊，使得組合的或?qū)R的流體槽372a-e、378a-e實質(zhì)上沿著閂鎖主體206的整個長度延伸。在這種實施方案中，組合的流體槽372a和378a可被認(rèn)為是單一的流體槽。在可選擇的實施方案中，套管204的流體槽372a_e可與第一構(gòu)件202的流體槽378a_e不對齊。在這樣的實施方案中，非對齊的流體槽可被認(rèn)為是沿著閂鎖主體206的僅一部分(即，套管204或第一構(gòu)件202)延伸的分開的流體槽。閂鎖主體206可包括任意數(shù)量的流體槽372a-e、378a_e。例如，在圖5-6F中，閂鎖主體206包括沿著其長度延伸的五個流體槽。在一個或多個實施方案中，流體槽372a-e、378a-e的數(shù)量可基于閂鎖開口 306的數(shù)量。例如，圖6A-6D示出了閂鎖主體206包括五個閂鎖開口 306a_e以及五個流體槽372a-e、378a_e。尤其是，流體槽372a-e、378a_e中的每個可沿圓周方向定位在相鄰的閂鎖開口 306a_e之間。如在以下更詳細(xì)解釋的，這可允許流體在閂鎖主體206的外表面380、384和鉆柱104的內(nèi)表面之間流動，甚至在楔構(gòu)件300與鉆柱104相接合時。 在可選擇的實施方案中，兩個或更多個流體槽372a-e、378a-e可定位在相鄰的閂鎖開口 306a_e之間。另外，在一個或多個實施方案中，流體槽372a-e、378a_e可圍繞閂鎖主體206在圓周方向相等地間隔開。在可選擇的實施方案中，流體槽372a-e、378a-e可圍繞閂鎖主體206交錯或以其他方式在圓周方向不相等地間隔開。除流體槽372a-e、378a-e之外，閂鎖主體206還可包括如之前提到的一個或多個流體口。例如，圖5-6D示出了閂鎖主體206可包括接近閂鎖主體206的第一端388的一對流體口 370a和370b以及接近閂鎖主體206的第二相對端390的一對流體口 376a、376b。另外，閂鎖主體206可包括接近閂鎖主體206的中心的一個或多個流體口 389a、389b。接近閂鎖主體206的中心的流體口 389a、389b可通過形成在套管204中的凹口 387形成，凹口387與形成在驅(qū)動構(gòu)件302中的槽385對齊。將要理解的是當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件302從套管204中撤出時流體口 389a、389b可增加尺寸。鑒于本文的公開內(nèi)容，將要理解到流體口 370a-b、376a-b、389a_b可允許流體在閂鎖主體206的內(nèi)表面382、386和外表面380、384之間流動。因此，流體口 370a_b、376a_b、389a-b可允許流體流動通過并流過巖心管總成110的其中流體流可另外由巖心管總成110內(nèi)的幾何形狀或特征限制的部分。另外，流體口 370a-b、376a-b、389a-b可允許流體流到閂鎖主體206中，以便能夠作用在流體控制構(gòu)件342或流過被包括在巖心管總成110的外表面和鉆柱104的內(nèi)表面之間的任意密封件(諸如允許巖心管總成110被液壓地泵送通過鉆柱104的密封件)。在至少一個實施方案中，流體口 370a-b、376a_b可被封閉。換句話說，相對于形成在邊緣，類似凹口 387處，流體口 370a-b、376a-b可整體形成在閂鎖主體206內(nèi)。此外，盡管圖5-6D示出了接近第一端388的兩個流體口 370a-b、接近閂鎖主體206的中間的兩個流體口 389a-b以及接近第二端390的兩個流體口 376a_b，但是在可選擇的實施方案中，閂鎖主體可包括更多或更少的流體口。另外，在一個或多個實施方案中，流體口 370a-b、376a-b、389a-b中的每組可圍繞閂鎖主體206在圓周方向相等地間隔開，如在圖5-6D中所示的。在可選擇的實施方案中，流體口 370a-b、376a-b、389a_b中的每組可圍繞閂鎖主體206在圓周方向交錯或以其他方式不相等地間隔開。而且，接近第一端388的流體口流體口 370a-b可以與接近第二端390的流體口 376a-b沿圓周對齊，如圖5-6D所示。在可選擇的實施方案中，接近第一端388的流體口流體口 370a-b可以不與接近第二端390的流體口 376a_b沿圓周對齊。如圖所示，流體口 370a_b、376a_b可具有相對大的尺寸以允許閂鎖主體206的內(nèi)部和外部之間的大量的流體流。例如，在一個或多個實施方案中，每個流體口 370a_b、376a-b可具有在閂鎖主體206的圓周周長的大約5%和大約30%之間的寬度(徑向圍繞閂鎖主體206跨過的距離)。在進(jìn)一步的實施方案中，每個流體口 370a-b、376a-b 可具有在閂鎖主體206的圓周周長的大約10%和大約25%之間的寬度。在又進(jìn)一步的實施方案中，每個流體口 370a-b、376a-b可具有在閂鎖主體206的圓周周長的大約15%和大約20%之間的寬度。此外，在一個或多個實施方案中，每個流體口 370a-b、376a-b可具有近似等于本文以上描述的寬度的高度(沿著閂鎖主體206軸向跨過的距離)。在一個或多個實施方案中，流體槽372a-e、378a_e中的一個或多個可與流體口370a-b、376a-b、389a-b中的一個或多個流體相通。鑒于本文的公開內(nèi)容，將要理解到流體槽372a-e、378a_e和流體口 370a-b、376a_b、389a_b之間的流體相通可沿著閂鎖主體206將流體軸向引導(dǎo)到R鎖主體206的內(nèi)部,反之亦然。如圖5-6D所不,在一個或多個實施方案中，每個流體槽372a-e、378a-e可與至少一個流體口 370a-b、376a_b、389a_b交叉。又進(jìn)一步，一個或多個組合的流體槽(即，378a和372a等等)可與接近第一端388的流體口 370a和接近第二端390的流體口 376a兩者交叉。在可選擇的實施方案中，流體槽372a_e、378a_b可以不與任何流體口 370a-b、376a-b、389a-b交叉。除流體槽之外，在一個或多個實施方案中，閂鎖主體206還可包括一個或多個平坦部392，如圖5所示。平坦部392可包括閂鎖主體206的外表面380、384的平坦區(qū)域。類似于流體槽，平坦部392增加在巖心管總成的外表面和鉆柱104的內(nèi)表面之間的空間，且提供其中的增加的流體流。如之前所提到的，本發(fā)明的一個或多個實施方案的流體槽可并入各種不同類型的閂鎖主體。例如，圖7-8F示出了配置成容納驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)和制動機(jī)構(gòu)(諸如在2010年10月6日提交的專利申請No. 12/898，878中描述的制動機(jī)構(gòu))兩者的閂鎖主體206a。如圖7-8F所示，閂鎖主體206a可包括多個流體槽。尤其是，閂鎖主體206a可包括套管204a上的六個流體槽772a_f和第一構(gòu)件202a上的六個流體槽776a_f。流體槽772a-e、776a_e中的每個可朝向閂鎖主體206a的內(nèi)表面782、786延伸進(jìn)閂鎖主體206a的外表面780、784中。除徑向延伸到閂鎖主體206a的外表面780、784中之外，流體槽772a_f、778a_f 可沿著閂鎖主體206a的長度的至少一部分軸向延伸。在一個或多個實施方案中，套管204a的流體槽772a-f可與第一構(gòu)件202的流體槽778a_f對齊，使得流體槽772a_f、778a_f實質(zhì)上沿著閂鎖主體206a的整個長度延伸。在這種實施方案中，流體槽772a和778a可被認(rèn)為是單一流體槽。如圖7-8D所示，閂鎖主體206a可包括多個制動開口 314a_f。制動開口 314a_f，類似于閂鎖開口 706a-e，可從內(nèi)表面782、786延伸穿過閂鎖主體206a，至外表面780、784。制動開口 714a-f可允許制動元件(未示出)徑向回縮到閂鎖主體206a中，和從閂鎖主體206中伸出。如在2010年10月6日提交的美國專利申請No. 12/898,878中所描述的，制動元件可幫助防止巖心管總成110從鉆柱104中的意外推出。因此，制動機(jī)構(gòu)可允許巖心管總成110用在向上鉆孔的鉆進(jìn)操作中，而沒有巖心管總成110以不可控制且可能不安全的方式滑出鉆柱104的危險。所以，制動機(jī)構(gòu)可通過將制動元件展開到與套筒或鉆柱104(或鉆井)的內(nèi)壁之間的摩擦布置來抵制巖心管總成110從鉆井意外移除或推出。在一個或多個實施方案中，流體槽772a-f、778a_f的數(shù)量可基于閂鎖開口 706a_f和/或制動開口 314a-f的數(shù)量。例如，圖7-8D示出了閂鎖主體206a可包括六個閂鎖開口706a_e、六個制動開口 314a_f以及六個流體槽772a_f、778a_f。尤其是，流體槽772a_f、778a_f中的每個可沿圓周方向定位在相鄰的閂鎖開口 706a_e之間和相鄰的制動開口314a-f之間。這可以允許流體在閂鎖主體206a的外表面780、784和鉆柱104的內(nèi)表面之間流動，甚至在楔構(gòu)件300和/或制動元件(未示出)與鉆柱104接合時。除流體槽772a-f、778a_f之外，閂鎖主體206a還可包括如之前提到的一個或多個 流體口。例如，圖7-8D示出了閂鎖主體206a可包括接近閂鎖主體206a的第一端788的三個流體口 770a、770b、770c以及接近閂鎖主體206a的第二相對端790的三個流體口 776a、776b、776c。另外，閂鎖主體206a可包括接近閂鎖主體206a的中心的一個或多個流體口789a、789b。接近閂鎖主體206a的中心的流體口 789a、789b可通過形成在套管204a中的凹口 787形成，凹口與形成在驅(qū)動構(gòu)件702中的槽785對齊。將要理解的是，當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件702從套管204a中撤出時，流體口 789a、789b可增加尺寸。如圖7所示，在至少一個實施方案中，槽785可從安裝槽724偏置90度。在一個或多個實施方案中，流體槽772a-f、778a_f中的一個或多個可與流體口770a-b、776a-b、789a-b中的一個或多個流體相通。鑒于本文的公開內(nèi)容，將要理解到，流體槽772a-f、778a-f和流體口 770a-b、776a_b、789a_b之間的流體相通可沿著閂鎖主體206a將流體軸向引導(dǎo)到閂鎖主體206a的內(nèi)部中，反之亦然。如圖7-8D所示，在一個或多個實施方案中，每個流體槽772a-f、378a-e可與至少一個流體口 770a_b、776a-b、789a_b交叉。又進(jìn)一步地,一個或多個組合的流體槽(即，378a和772a等等)可與接近第一端788的流體口770a和接近第二端790的流體口 776a交叉。又進(jìn)一步，一個或多個組合的流體槽(即，378e和772e等等)可與接近第一端788的流體口 770c、接近第二端790的流體口 776c和接近閂鎖主體206a的中間的流體口 789b交叉。在可選擇的實施方案中，流體槽772a_f、778a_e可以不與任何流體口 770a-b、776a-b、789a-b交叉。除流體槽之外，在一個或多個實施方案中，閂鎖主體206a還可包括一個或多個平坦部792，如圖7所示。平坦部792可包括閂鎖主體206a的外表面780、784的平坦區(qū)域。類似于流體槽，平坦部792可增加巖心管總成的外表面和鉆柱104的內(nèi)表面之間的空間，且提供其中增加的流體流。流體槽和流體口可并入任何巖心管構(gòu)件中，而不僅僅閂鎖主體。此外，流體槽和/或流體口可用于任何閂鎖機(jī)構(gòu)或閂鎖主體設(shè)計。例如，圖9示出了配置成容納具有樞轉(zhuǎn)出長形閂鎖開口 906a的閂鎖臂的閂鎖機(jī)構(gòu)的閂鎖主體206c。如圖9所示，閂鎖主體206c可包括延伸到閂鎖主體206c的外表面980中的流體槽972a、972b。除徑向延伸到外表面980中之外，流體槽972a、972b可沿著閂鎖主體206c的長度的至少一部分軸向延伸。此外，流體槽972a、972b可定位在閂鎖開口 906a之間，且可以不與任何流體口流體相通?，F(xiàn)在參照圖10-13，巖心管總成110、驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128和流體槽372a-e、378a-e和流體口 376a-b、370a-b的操作現(xiàn)在將被更詳細(xì)的描述。如之前提到的，在本發(fā)明的一個或多個實施方案中，巖心管總成110可被下降到鉆柱104中。例如，圖10示出了當(dāng)其下放進(jìn)入鉆柱104或沿著鉆柱104下放的巖心管總成110。如在一個或多個實施方案中所示出的，在將巖心管總成110放到鉆柱104中之前，操作員可將楔構(gòu)件300鎖定到回縮槽305中。例如，操作員可按壓，將驅(qū)動構(gòu)件302拉出或遠(yuǎn)離套管204。通過做這些，偏置構(gòu)件330可被壓縮，并且楔構(gòu)件300可被接收在回縮槽305內(nèi)，如圖5所示。 當(dāng)巖心管總成110沿著鉆柱104向下移動時，鉆柱104內(nèi)的鉆井液和/或地下流體可對巖心管總成110的運(yùn)動導(dǎo)致流體阻力和液壓阻力。流體槽372a-e、378a-e可允許容納在鉆柱104中的鉆井液或其他物質(zhì)(例如，鉆井氣體、鉆井泥漿、碎屑、空氣等等)以較大的體積流過巖心管總成110，且因此允許巖心管總成110沿著鉆井組104更快移動。另外，流體口 376a-b、370a-b可允許鉆井液或其他物質(zhì)從閂鎖主體206的內(nèi)部流到外部(反之亦然)，以使流體圍繞閂鎖機(jī)構(gòu)128和巖心管總成110的其他內(nèi)部構(gòu)件流動。因此，結(jié)合流體槽372a-e、378a_e和流體口 376a_b、370a_b可最大化其中流體可流動的區(qū)域，并因此減少當(dāng)巖心管總成110沿著鉆柱104移動時作用在巖心管總成110上的曳力?，F(xiàn)在參照圖11，一旦孔內(nèi)總成或巖心管總成110已經(jīng)在鉆柱104中到達(dá)其期望位置；巖心管總成110的遠(yuǎn)端可移動經(jīng)過最后的鉆桿并著陸于位于外管112的頂部上的著陸環(huán)上。在該位置，閂鎖機(jī)構(gòu)128可展開，從而將巖心管總成110軸向地且旋轉(zhuǎn)地鎖定到鉆柱104。例如，巖心管總成110接觸著陸環(huán)的沖擊，連同偏置構(gòu)件330產(chǎn)生的偏置力，可克服將楔構(gòu)件300維持在回縮槽305內(nèi)的保持力。一旦巖心管總成110已經(jīng)著陸于著陸位置，巖心管總成110可浸入流體中。在鉆井操作中，該流體可被加壓。流體的加壓，以及和巖心管總成110的遠(yuǎn)端之間的密封接觸，可導(dǎo)致加壓流體進(jìn)入流體口 376a-b、370a-b。進(jìn)入流體口 376a_b、370a_b的加壓流體可產(chǎn)生作用在流體控制構(gòu)件342的活塞344上的遠(yuǎn)端作用的流體力?；钊?44轉(zhuǎn)而可施加遠(yuǎn)端地驅(qū)動流體控制構(gòu)件342的遠(yuǎn)端作用力，直到通道346的近端接合銷348。結(jié)果，通道346的近端接合銷348，施加在流體控制構(gòu)件342上遠(yuǎn)端作用的流體力被傳遞通過銷348，至驅(qū)動構(gòu)件302，從而將驅(qū)動構(gòu)件302朝向套管204拉動或拉進(jìn)套管204中。由流體控制構(gòu)件342產(chǎn)生的力可和由偏置構(gòu)件330產(chǎn)生的偏置力一起作用，以克服將楔構(gòu)件300維持在回縮槽305內(nèi)的保持力。在任何情況下，一旦保持力已經(jīng)被克服，偏置構(gòu)件330可遠(yuǎn)端地朝向套管204推動驅(qū)動構(gòu)件302(并且在一些實施方案中，將驅(qū)動構(gòu)件至少部分地推進(jìn)套管中)。驅(qū)動構(gòu)件302朝向套管204或進(jìn)入套管204的運(yùn)動可迫使驅(qū)動表面304與楔構(gòu)件300增進(jìn)的接合中。換句話說，驅(qū)動構(gòu)件302朝向套管204的軸向平移可導(dǎo)致驅(qū)動表面304迫使楔構(gòu)件300隨著其沿著錐形驅(qū)動表面304移動而徑向向外。該運(yùn)動可導(dǎo)致驅(qū)動表面304徑向向外驅(qū)動楔構(gòu)件300 (通過閂鎖開口 306)并使楔構(gòu)件300與鉆柱104的內(nèi)表面1002接合。尤其是，楔構(gòu)件300可被驅(qū)動到與形成在鉆柱104的內(nèi)表面1002中的環(huán)形槽1102的接合中，如圖11所
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通過楔構(gòu)件300在環(huán)形槽1102中展開，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可將巖心管總成110軸向地鎖定在鉆進(jìn)位置。換句話說，楔構(gòu)件300和環(huán)形槽1102可防止巖心管總成110相對于外管112或鉆柱104的軸向運(yùn)動。具體地，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可承受當(dāng)巖心樣本進(jìn)入巖心管124時的鉆井負(fù)載。另外，盡管由于鉆井操作或異常的鉆柱運(yùn)動產(chǎn)生的振動和配合的頭部總成構(gòu)件的慣性負(fù)載，但是驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可維持展開或閂鎖的狀態(tài)。將要理解到，當(dāng)處于鉆進(jìn)位置時，偏置構(gòu)件330可遠(yuǎn)端地推動驅(qū)動構(gòu)件302，從而迫使楔構(gòu)件300徑向向外，進(jìn)入展開的位置。因此，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可幫助確保楔構(gòu)件300不會意外地脫離或回縮使得巖心管內(nèi)管總成在向下成角度的孔中從鉆進(jìn)位置升起，從而阻止鉆井。除上述之外，圖11還示出了當(dāng)處于鉆進(jìn)位置時，活塞344可遠(yuǎn)端地移動超出襯套352。這可允許流體流進(jìn)巖心管總成110。因此，流體控制構(gòu)件342可允許鉆井液到達(dá)鉆針106，以提供沖洗和冷卻，如在鉆井過程期間所期望或需要的。鑒于本文的公開內(nèi)容，將要理解到壓力尖峰信號可被產(chǎn)生且在巖心管總成110到達(dá)鉆進(jìn)位置且活塞344移動超出襯套 352時被解除。該壓力尖峰信號可向鉆井操作員提供巖心管總成110已經(jīng)到達(dá)鉆進(jìn)位置且被閂鎖到鉆柱104的指示。除將巖心管總成110軸向鎖定或閂鎖到鉆進(jìn)位置之外，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可將巖心管總成110相對于鉆柱104旋轉(zhuǎn)地鎖定，使得巖心管總成110與鉆柱104串聯(lián)旋轉(zhuǎn)。如之前所提到的，這可防止巖心管總成110和鉆柱104的匹配構(gòu)件(楔構(gòu)件300、鉆柱104的內(nèi)表面1002、巖心管的遠(yuǎn)端處的著陸肩部、外管112的近端處的著陸環(huán))之間的磨損。具體地，參照圖12，當(dāng)鉆柱104旋轉(zhuǎn)時(由箭頭1200指示)，巖心管總成110和驅(qū)動構(gòu)件302可具有慣性(由箭頭1204指示)，沒有慣性，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128也可能意圖導(dǎo)致巖心管總成110不旋轉(zhuǎn)或以比鉆柱104慢的速度旋轉(zhuǎn)。但是，如圖12所示，當(dāng)鉆柱104的旋轉(zhuǎn)試圖相對于驅(qū)動構(gòu)件302旋轉(zhuǎn)楔構(gòu)件300時(由箭頭1202顯示)，鉆柱104的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致楔構(gòu)件300楔入驅(qū)動構(gòu)件302的驅(qū)動表面304和鉆柱104的內(nèi)表面1002之間。楔構(gòu)件300在驅(qū)動表面304和鉆柱104的內(nèi)表面1002之間的楔入或夾住可相對于鉆柱104旋轉(zhuǎn)地鎖定驅(qū)動構(gòu)件302 (以及因此的巖心管總成110)。因此，驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可確保巖心管總成110和鉆柱104 —起旋轉(zhuǎn)。將要理解到，在驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)128可提供增加的閂鎖強(qiáng)度，且將巖心管總成110軸向地且旋轉(zhuǎn)地鎖定到鉆柱104的同時；驅(qū)動式還可減少其中流體可流過巖心管總成110的空間。例如,接合鉆柱104的閂鎖構(gòu)件300的增加的數(shù)量、閂鎖主體206的增加的直徑，以及閂鎖主體206內(nèi)較大、更堅固的構(gòu)件都可以減少其中流體(諸如傳送以冷卻鉆針106的鉆井液)(圖I)可流動的空間。如圖12所示，流體槽372a-e可增加閂鎖主體206的外表面380和鉆柱104的內(nèi)表面1002之間的空間。該增加的空間可允許流體在楔構(gòu)件300之間流動，且流過閂鎖機(jī)構(gòu)128。以類似方式，在包括制動機(jī)構(gòu)和配置以容納制動機(jī)構(gòu)的閂鎖主體206a的實施方案中，流體槽778a-e (圖7-8D)可允許流體到流體在制動元件之間流動且流過制動機(jī)構(gòu)。在一些位置，可期望回縮巖心管總成110，諸如在巖心樣本已經(jīng)被獲得時。參照圖
13,為了取回巖心管總成110,繩索可用于降低打撈筒總成(overshot assembly) 1300與矛頭總成200接合。繩索然后可用于近端地拉動打撈筒900和矛頭總成200。這轉(zhuǎn)而可作用以近端地拉動第一構(gòu)件202離開套管204。第一構(gòu)件202的近端運(yùn)動可導(dǎo)致驅(qū)動構(gòu)件302相對于套管204和楔構(gòu)件300運(yùn)動。驅(qū)動構(gòu)件302相對于楔構(gòu)件300的近端運(yùn)動可導(dǎo)致楔構(gòu)件300隨著其沿著錐形驅(qū)動構(gòu)件302運(yùn)動而徑向回縮。在該位置，安裝槽324的遠(yuǎn)端可接合銷320，從而近端地拉動套管204。本發(fā)明的實施方案還可包括使用具有可回縮地可鎖定的驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)的巖心鉆井工具來進(jìn)行鉆井以獲得巖心樣本的方法。以下描述了參照圖1-13的構(gòu)件和圖解來獲得巖心樣本的方法的至少一個實施方案。當(dāng)然，作為初步的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到本文詳細(xì)解釋的方法可使用本發(fā)明的一個或多個構(gòu)件來改變。例如，所描述的方法的各種動作可被省略或擴(kuò)展，且所描述的方法的各種動作的順序可如所期望地進(jìn)行改變。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，方法可包括將所述巖心管總成110插入鉆柱104中。例如，使用者可將巖心管總成110下降到鉆柱104中。巖心管總成可包括延伸到巖心管總成110的外表面380、384中的至少一個流體槽372a-e、378a-e。該至少一個流體槽 372a-e、378a-e可沿著巖心管總成110的外表面380、384軸向延伸。該方法然后可包括沿著鉆柱104傳送巖心管總成110到鉆進(jìn)位置。在至少一個實施方案中，巖心管總成110可在重力的作用下沿著鉆柱104或沿著鉆柱104向下移動到鉆進(jìn)位置。在另一實施方案中，巖心管總成110可通過液壓力被沿著鉆柱104或沿著鉆柱104向下推動。在任何情況下，當(dāng)巖心管總成110沿著鉆柱104向下移動時，流體可在至少一個流體槽372a-e、378a-e中流動，從閂鎖主體206的第一端388流動到閂鎖主體206的第二端 390。在到達(dá)鉆進(jìn)位置時，多個楔構(gòu)件300可自動地從至少一個回縮槽305移出，進(jìn)入其中多個楔構(gòu)件300至少部分地從套管204徑向向外延伸的展開位置。例如，通過由偏置構(gòu)件330產(chǎn)生的偏置力，可克服將楔構(gòu)件300維持在回縮槽305內(nèi)的保持力。在一些實施方案中，偏置力可與巖心管總成110接觸著陸環(huán)的沖擊產(chǎn)生的沖擊力和/或作用于流體控制構(gòu)件342的流體產(chǎn)生的力合作，以克服保持力。偏置構(gòu)件330可然后迫使驅(qū)動構(gòu)件302相對于套管204軸向移動。該移動可從套管204徑向向外推動楔構(gòu)件300，直到楔構(gòu)件300接合鉆柱104內(nèi)的環(huán)形槽1102 ;從而，將巖心管總成110相對于鉆柱104軸向鎖定。在一些實施方案中，驅(qū)動構(gòu)件302相對于套管204的運(yùn)動可推動楔構(gòu)件300進(jìn)入展開槽802，其可將楔構(gòu)件300鎖定在延伸或展開位置。該方法可然后包括旋轉(zhuǎn)鉆柱104 ;從而導(dǎo)致多個楔構(gòu)件300楔入所述鉆柱104的內(nèi)表面1002和驅(qū)動構(gòu)件302之間，從而將巖心管總成110相對于鉆柱104旋轉(zhuǎn)地鎖定。由進(jìn)一步，該方法可包括將鉆柱104推進(jìn)到巖層102中，從而導(dǎo)致巖層102的一部分進(jìn)入巖心管總成110。如之前所提到的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計出各種變形和可選擇的布置，而不偏離本描述的精神和范圍。例如，根據(jù)本發(fā)明的巖心管總成不僅可包括形成在閂鎖主體中的流體槽，還可包括形成在巖心管總成的其他構(gòu)件中的流體槽。例如，流體槽和或流體口可被包括在巖心管上。因此，本發(fā)明可以其他具體的形式實施，而不偏離其精神或?qū)嵸|(zhì)性特點(diǎn)。所述的實施方案在所有方面都被認(rèn)為是示例性的和非限制性的。本發(fā)明的范圍因此由所附權(quán)利要求表明，而不是由以上描述表明。屬于權(quán)利要求的意思和等效范圍內(nèi)的所有改變都將包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種巖心管總成的閂鎖主體，包括 管狀主體，其包括外表面和內(nèi)表面，所述管狀主體適于容納用于將所述管狀主體固定到鉆柱的閂鎖機(jī)構(gòu)； 至少兩個閂鎖開口，其延伸通過所述管狀主體；以及 至少一個流體槽，其延伸到所述管狀主體的所述外表面中，其中所述至少一個流體槽沿著所述管狀主體的所述外表面軸向延伸。
2.如權(quán)利要求I所述的閂鎖主體，其中所述至少一個流體槽定位在所述至少兩個閂鎖開口之間。
3.如權(quán)利要求I所述的閂鎖主體,其中所述至少一個槽沿著所述管狀主體的整個長度延伸。
4.如權(quán)利要求I所述的閂鎖主體，還包括 第一流體口，其延伸通過所述管狀主體； 其中所述第一流體口適于允許流體在所述內(nèi)表面和所述外表面之間流動；并且 其中所述第一流體口定位在接近所述管狀主體的第一端。
5.如權(quán)利要求4所述的閂鎖主體，其中至少一個流體槽與所述第一流體口交叉。
6.如權(quán)利要求4所述的閂鎖主體，還包括 第二流體口，其延伸通過所述管狀主體； 其中所述第二流體口適于允許流體在所述內(nèi)表面和所述外表面之間流動；并且 其中所述第二流體口定位在接近所述管狀主體的第二端，所述第二端與所述第一端相對。
7.如權(quán)利要求6所述的閂鎖主體，其中至少一個流體槽與所述第一流體口和所述第二流體口交叉。
8.如權(quán)利要求I所述的閂鎖主體，其中所述至少兩個閂鎖開口各自包括大體圓形形狀。
9.如權(quán)利要求8所述的閂鎖主體，其中所述至少兩個閂鎖開口包括五個閂鎖開口。
10.如權(quán)利要求9所述的閂鎖主體，其中所述至少一個流體槽包括圍繞所述管狀主體在圓周方向相等間隔開的五個流體槽。
11.如權(quán)利要求I所述的閂鎖主體，其中所述管狀主體包括第一構(gòu)件和套管，所述第一構(gòu)件可移動地連接到所述套管。
12.如權(quán)利要求11所述的閂鎖主體，還包括連接到所述第一構(gòu)件的驅(qū)動構(gòu)件，所述驅(qū)動構(gòu)件配置成容納在所述套管中。
13.—種巖心管總成的閂鎖主體，包括 管狀主體，其包括外表面和內(nèi)表面，所述管狀主體適于容納用于將所述管狀主體固定到鉆柱的閂鎖機(jī)構(gòu)； 至少一個流體口，其延伸通過所述管狀主體，所述至少一個流體口適于允許流體在所述內(nèi)表面和所述外表面之間流動；以及 至少一個流體槽，其延伸到所述管狀主體的所述外表面中，其中所述至少一個流體槽沿著所述管狀主體的所述外表面軸向延伸，且與所述至少一個流體口交叉。
14.如權(quán)利要求13所述的閂鎖主體，其中所述管狀主體包括第一構(gòu)件和套管，所述第一構(gòu)件可移動地連接到所述套管。
15.如權(quán)利要求14所述的閂鎖主體，還包括連接到所述第一構(gòu)件的驅(qū)動構(gòu)件，所述驅(qū)動構(gòu)件配置成容納在所述套管內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的閂鎖主體，其中所述至少一個流體槽沿著所述第一構(gòu)件和所述套管兩者軸向延伸。
17.如權(quán)利要求13所述的閂鎖主體，其中所述至少一個流體槽具有線性構(gòu)型。
18.如權(quán)利要求13所述的閂鎖主體，其中所述至少一個流體口具有在所述管狀主體的圓周長度的大約5%和30%之間的寬度。
19.一種巖心管頭部總成,包括 閂鎖主體,其包括內(nèi)表面和外表面； 多個閂鎖開口，其延伸通過所述閂鎖主體； 閂鎖機(jī)構(gòu)，其固定在所述閂鎖主體內(nèi)，所述閂鎖機(jī)構(gòu)包括配置成徑向移入和移出所述多個閂鎖開口的多個閂鎖構(gòu)件；以及 至少一個流體槽，其延伸到所述外表面中，所述至少一個流體槽沿著所述管狀主體的所述外表面軸向延伸。
20.如權(quán)利要求19所述的巖心管頭部總成，其中所述閂鎖構(gòu)件包括大體球形的楔構(gòu)件。
21.如權(quán)利要求19所述的巖心管頭部總成，其中所述至少一個流體槽定位在所述多個閂鎖開口的所述相鄰的閂鎖開口之間。
22.如權(quán)利要求19所述的巖心管頭部總成，其中所述至少一個流體槽沿著所述閂鎖主體的整個長度延伸。
23.如權(quán)利要求19所述的巖心管頭部總成，還包括 第一流體口，其延伸穿過所述閂鎖主體； 其中所述第一流體口適于允許流體在所述內(nèi)表面和所述外表面之間流動；并且 其中所述第一流體口定位在接近所述管狀主體的第一端。
24.如權(quán)利要求23所述的巖心管頭部總成，其中至少一個流體槽與所述第一流體口交叉。
25.如權(quán)利要求19所述的巖心管頭部總成，還包括 第二流體口，其延伸穿過所述閂鎖主體； 其中所述第二流體口適于允許流體在所述內(nèi)表面和所述外表面之間流動；并且 其中所述第二流體口定位在接近所述R鎖主體的第二端，所述第二端與所述第一端相對。
26.如權(quán)利要求25所述的巖心管頭部總成，其中至少一個流體槽與所述第一流體口和所述第二流體口交叉。
27.—種用于取回巖心樣本的鉆進(jìn)系統(tǒng),包括 鉆柱，其包括多個鉆桿； 巖心管總成，其適于插入所述鉆柱中，所述巖心管總成包括 閂鎖主體； 閂鎖機(jī)構(gòu)，其定位在所述閂鎖主體內(nèi)，所述閂鎖機(jī)構(gòu)配置成相對于所述鉆柱鎖定所述巖心管總成； 流體口，其延伸穿過所述閂鎖主體；以及 至少一個流體槽，其延伸到所述閂鎖主體的外表面中，所述至少一個流體槽沿著所述管狀主體的所述外表面軸向延伸，所述至少一個流體槽與所述流體口交叉。
28.如權(quán)利要求27所述的鉆進(jìn)系統(tǒng)，其中所述閂鎖機(jī)構(gòu)是適于將所述巖心管總成相對于所述鉆柱旋轉(zhuǎn)地且軸向地鎖定的驅(qū)動式閂鎖機(jī)構(gòu)。
29.如權(quán)利要求27所述的鉆進(jìn)系統(tǒng)，其中所述多個鉆桿中的至少一個鉆桿包括沿著所述至少一個鉆桿的長度變化的內(nèi)徑。
30.如權(quán)利要求27所述的鉆進(jìn)系統(tǒng)，還包括延伸穿過所述閂鎖主體的多個閂鎖開口。
31.如權(quán)利要求27所述的鉆進(jìn)系統(tǒng)，其中所述至少一個流體槽定位在所述多個閂鎖開口的相鄰的閂鎖開口之間。
32.—種鉆進(jìn)方法,包括 將巖心管總成插入鉆柱中，所述巖心管總成包括延伸到所述巖心管總成的外表面中的至少一個流體槽，其中所述至少一個流體槽沿著所述巖心管總成的所述外表面軸向延伸； 將所述巖心管總成沿著所述鉆柱傳送到鉆進(jìn)位置，借此當(dāng)所述巖心管總成沿著所述鉆柱移動時，流體在所述至少一個流體槽中從閂鎖主體的第一端流動到所述閂鎖主體的第二端；以及 旋轉(zhuǎn)所述鉆柱，從而導(dǎo)致所述多個閂鎖構(gòu)件從所述巖心管總成徑向延伸到所述鉆柱的環(huán)形槽中，因此將所述巖心管總成相對于所述鉆柱鎖定。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，還包括 將打撈筒下降到所述巖心管總成的矛頭上；以及 拉動所述打撈筒以回縮所述巖心管總成； 其中所述拉動將所述多個閂鎖構(gòu)件移動到所述巖心管總成中。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，還包括將所述鉆柱推進(jìn)到巖層中，從而導(dǎo)致所述巖層的一部分進(jìn)入所述巖心管總成。
全文摘要
本發(fā)明的實施方案包括巖心管總成，所述巖心管總成包括大體沿著所述巖心管總成的外表面軸向延伸的外流體通路。所述一個或多個外流體通路將圍繞閂鎖機(jī)構(gòu)的增加的流體流考慮在內(nèi)。所述圍繞閂鎖機(jī)構(gòu)的增加的流體流可允許巖心管總成在鉆柱內(nèi)更快地移動，且當(dāng)閂鎖機(jī)構(gòu)被接合時可允許鉆井液經(jīng)過閂鎖機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的實施方案還包括含有外流體通路的鉆進(jìn)系統(tǒng)，以及使用這種鉆進(jìn)系統(tǒng)取回巖心樣本的方法。
文檔編號E21B25/02GK102770618SQ201080057613
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
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