上孔襯套和包括上孔襯套的巖芯筒頭組件的制作方法
【專利說明】上孔襯套和包括上孔襯套的巖芯筒頭組件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月14日提交的標(biāo)題為“Up-Hole Bushing and Core BarrelHead Assembly Comprising Same, ”的美國專利申請?zhí)?3/803,820的提交日的利益，所述申請以引用的方式整體并于本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體涉及可用于鉆探地質(zhì)和/或人造巖層的鉆探裝置和方法。具體而言，本發(fā)明涉及在上孔鉆探操作期間使用的襯套和并入有這種襯套的巖心筒頭組件。
【背景技術(shù)】
[0004]勘探鉆探可包括從巖層取回所需物料的樣品(巖芯樣品)。鋼絲繩鉆探系統(tǒng)是用于取回巖芯樣品的一種常見類型的鉆探系統(tǒng)。在鋼絲繩鉆探過程中，巖芯鉆頭附接到外管或鉆桿的前緣。隨后，通過隨著外管更深地下降到所需巖層中，將逐段地組裝在一起的一連串鉆桿附接而形成鉆柱。隨后，將巖芯筒組件降入或栗入鉆柱中。使巖芯鉆頭旋轉(zhuǎn)、推動和/或振動到巖層中，從而使得所需物料的樣品進(jìn)入巖芯筒組件中。一旦獲取到巖芯樣品，即使用鋼絲繩從鉆柱取回巖芯筒組件。隨后，可將巖芯樣品從巖芯筒組件中移除。
[0005]巖芯筒組件通常包括用于接收巖芯的巖芯筒和用于附接到鋼絲繩的頭組件。通常，將巖芯筒組件降入鉆柱中，直到巖芯筒到達(dá)外管的部分或最遠(yuǎn)的鉆桿。這時(shí)，展開頭組件上的閂鎖，以限制巖芯筒組件的相對于鉆桿的移動。一旦被閂鎖上，隨后即將巖芯筒組件與鉆桿一起推進(jìn)到巖層中，從而使得物料填滿巖芯筒。
[0006]在上孔鉆探操作期間，水通常積聚在巖芯筒組件上方。鉆探操作者必須在移除巖芯筒組件之前排放積水。這種積水的排放造成鉆探操作中的延遲并降低鉆探效率。
[0007]因此，相關(guān)領(lǐng)域需要用于在上孔鉆探操作期間改善從鋼絲柱排放水并改善鉆探效率的裝置、系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式借助有效且高效地將巖芯筒組件閂鎖到鉆柱的鉆探工具、系統(tǒng)和方法來克服本領(lǐng)域的一個(gè)或多個(gè)問題。例如，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式包括具有從動閂鎖機(jī)構(gòu)的巖芯筒組件，所述從動閂鎖機(jī)構(gòu)可將巖芯筒組件可靠地鎖定到鉆柱內(nèi)的固定軸向位置中。另外，從動閂鎖機(jī)構(gòu)可減少或消除巖芯筒組件與鉆柱的匹配部件之間的磨損。具體而言，從動閂鎖機(jī)構(gòu)可相對于鉆柱旋轉(zhuǎn)鎖定巖芯筒組件，從而減少或消除巖芯筒組件與鉆柱的匹配部件之間的滑動接觸(和相關(guān)的磨損)。
[0009]例如，巖芯筒頭組件的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式包括具有穿過其延伸的多個(gè)閂鎖開口的套筒。巖芯筒頭組件還可包括至少部分定位在套筒內(nèi)的驅(qū)動構(gòu)件。驅(qū)動構(gòu)件可包括多個(gè)平面驅(qū)動表面。另外，巖芯筒頭組件可包括定位在多個(gè)平面驅(qū)動表面上或抵靠多個(gè)平面驅(qū)動表面的多個(gè)楔形構(gòu)件。多個(gè)楔形構(gòu)件可在多個(gè)閂鎖開口內(nèi)延伸。驅(qū)動構(gòu)件可使多個(gè)楔形構(gòu)件楔入鉆柱的內(nèi)表面與多個(gè)平面驅(qū)動表面之間，從而防止巖芯筒頭組件相對于鉆柱的旋轉(zhuǎn)。
[0010]另外，巖芯筒頭組件的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式可包括套筒、可移動聯(lián)接至套筒的上閂鎖體和至少部分定位在套筒內(nèi)的驅(qū)動構(gòu)件。巖芯筒頭組件還可包括至少部分定位在上閂鎖體內(nèi)的坐放構(gòu)件。此外，巖芯筒頭組件可包括定位在驅(qū)動構(gòu)件上的多個(gè)楔形構(gòu)件。驅(qū)動構(gòu)件相對于多個(gè)楔形構(gòu)件的軸向移動可使多個(gè)楔形構(gòu)件相對于套筒在閂鎖位置與釋放位置之間徑向移動。另外，巖芯筒頭組件可包括定位在坐放構(gòu)件上的多個(gè)制動元件。坐放構(gòu)件相對于多個(gè)制動元件的軸向移動可使多個(gè)制動元件相對于上閂鎖體在縮回位置與延伸位置之間徑向移動。
[0011]此外，用于取回巖芯樣品的鉆探系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式可包括鉆桿，所述鉆桿包括延伸到鉆桿內(nèi)徑中的第一環(huán)形凹槽。另外，鉆探系統(tǒng)可包括適于插入鉆桿內(nèi)的巖芯筒組件。另外，鉆探系統(tǒng)可包括定位在巖芯筒組件內(nèi)的從動閂鎖機(jī)構(gòu)。從動閂鎖機(jī)構(gòu)可包括驅(qū)動構(gòu)件和多個(gè)楔形構(gòu)件，所述驅(qū)動構(gòu)件包括多個(gè)平面驅(qū)動表面。驅(qū)動構(gòu)件相對于多個(gè)楔形構(gòu)件的軸向位移可推動或迫使多個(gè)楔形物進(jìn)入鉆桿的第一環(huán)形凹槽，從而相對于鉆桿軸向鎖定巖芯筒頭組件。此外，鉆桿的旋轉(zhuǎn)可使得多個(gè)楔形構(gòu)件相對于鉆桿旋轉(zhuǎn)鎖定巖芯筒組件。
[0012]除前述之外，一種鉆探的方法可涉及將巖芯筒組件插入到鉆柱內(nèi)。巖芯筒組件可包括從動閂鎖機(jī)構(gòu)，所述從動閂鎖機(jī)構(gòu)包括定位在多個(gè)平面驅(qū)動表面上的多個(gè)楔形構(gòu)件。所述方法還可涉及將鉆柱內(nèi)的巖芯筒組件移動到鉆探位置。所述方法還可涉及將多個(gè)楔形構(gòu)件展開到鉆柱的環(huán)形凹槽中。另外，所述方法可涉及旋轉(zhuǎn)鉆柱，從而使得多個(gè)楔形構(gòu)件楔入到鉆柱的內(nèi)徑與多個(gè)平面驅(qū)動表面之間。多個(gè)楔形構(gòu)件的楔入可相對于鉆柱旋轉(zhuǎn)地鎖定巖芯筒組件。
[0013]本文還描述一種用于在上孔鉆探操作期間定位在巖芯筒組件內(nèi)的襯套。所述襯套具有縱軸線和具有內(nèi)表面和外表面的壁。所述襯套的內(nèi)表面可限定襯套的入口、出口和中心鏜孔。襯套的中心鏜孔可圍繞襯套的縱軸線并在襯套的入口與出口之間延伸。襯套的外表面可具有被定位成接近襯套的入口的第一部分和被定位成接近襯套的出口的第二部分。外表面的第一部分可相對于襯套的縱軸線從外表面的第二部分向外突出，使得外表面的第一部分限定相對于襯套的縱軸線大體垂直延伸的相對的第一臺肩表面和第二臺肩表面。任選地，襯套的內(nèi)表面可限定定位在襯套的入口與出口之間在襯套的中心鏜孔內(nèi)的突起。
[0014]具有縱軸線的巖芯筒頭組件可提供有如上文所述的套筒、下閂鎖體、活塞和上孔襯套。套筒可限定至少一個(gè)流體端口并具有內(nèi)表面。套筒的內(nèi)表面可具有內(nèi)部突起。下閂鎖體可移除地聯(lián)接至套筒?；钊删哂卸瞬亢图?xì)長的軸部分?；钊杀慌渲糜糜谙鄬τ趲r芯筒頭組件的縱軸線軸向移動。襯套可定位在套筒內(nèi)。襯套的縱軸線可與巖芯筒頭組件的縱軸線對齊。襯套的外表面的至少一部分可被配置用于與套筒的內(nèi)表面接合。襯套的第一臺肩表面可被配置用于與下閂鎖體接合，而襯套的第二臺肩表面可被配置用于與套筒的內(nèi)部突起接合。襯套的中心鏜孔可被配置來接收活塞的至少一部分，使得活塞相對于巖芯筒組件的縱軸線的軸向移動選擇性地控制流體流動穿過襯套。
[0015]本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)將部分陳述在以下描述中，并且部分地將從所述描述變得顯而易見或者可通過實(shí)踐本發(fā)明習(xí)得。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將借助在所附權(quán)利要求書中特別指出的元件和組合來實(shí)現(xiàn)并達(dá)成。應(yīng)理解，以上概述和以下詳述均僅為示例性和解釋性的，并且不限制要求保護(hù)的本發(fā)明。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的這些和其他特征將在參考附圖的詳述中變得更加顯而易見，其中:
[0017]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式的鉆探系統(tǒng)的示意圖，所述鉆探系統(tǒng)包括具有從動閂鎖機(jī)構(gòu)的巖芯筒組件；
[0018]圖2示出圖1的巖芯筒組件的放大圖，其還示出頭組件和巖芯筒；
[0019]圖3示出圖2的頭組件的分解圖；
[0020]圖4示出沿圖2中的線4-4截取的圖2的巖芯筒組件的剖視圖；
[0021]圖5示出與圖4類似的圖2的巖芯筒組件的剖視圖，不過從動閂鎖機(jī)構(gòu)處在用于將巖芯筒組件栗送到鉆柱內(nèi)的位置；
[0022]圖6A示出沿圖5中的線6-6截取的圖5的巖芯筒組件的剖視圖，其中制動機(jī)構(gòu)接合具有第一內(nèi)徑的鉆桿；
[0023]圖6B示出與圖6A類似的圖5的巖芯筒組件的剖視圖，不過制動機(jī)構(gòu)接合具有大于第一直徑的直徑的鉆桿；
[0024]圖7示出與圖4類似的巖芯筒組件的剖視圖，不過從動閂鎖機(jī)構(gòu)被閂鎖到鉆柱；
[0025]圖8示出沿圖7中的線8-8截取的圖7的巖芯筒組件的剖視圖；并且
[0026]圖9示出與圖4類似的巖芯筒組件的剖視圖，不過從動閂鎖機(jī)構(gòu)處在允許從鉆柱取回巖芯筒組件的釋放位置。
[0027]圖10示出如本文描述的具有上孔襯套的示例性巖芯筒組件的剖視圖。巖芯筒組件的從動閂鎖機(jī)構(gòu)被示出為處于伸出/展開位置。
[0028]圖11是圖10的巖芯筒組件的剖視圖，其中從動閂鎖機(jī)構(gòu)處于縮回位置。
[0029]圖12-圖14示出如本文描述的示例性上孔襯套。圖12是上孔襯套的底部透視圖。圖13是圖13的上孔襯套的頂部透視圖。圖14是圖13的上孔襯套的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]可通過參考以下詳細(xì)描述、實(shí)例、圖和權(quán)利要求及其之前和之后的描述而更容易地理解本發(fā)明。然而，在公開和描述本裝置、系統(tǒng)和/或方法之前，應(yīng)理解，除非另外說明，否則本發(fā)明不限于所公開的具體裝置、系統(tǒng)和/或方法，因而當(dāng)然可以變化。還應(yīng)理解，本文所使用的術(shù)語僅出于描述特定方面的目的，且并不意圖加以限制。
[0031]本發(fā)明的以下描述被提供為本發(fā)明的當(dāng)前已知的最好的實(shí)施方案的能實(shí)現(xiàn)的教導(dǎo)。為此，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識并了解到可對本文中描述的本發(fā)明的各種方面做出許多改變，而仍然獲得本發(fā)明的有益結(jié)果。還將顯而易見的是，本發(fā)明的一些希望益處可通過選擇本發(fā)明的一些特征而不利用其他特征來獲得。因此，本領(lǐng)域的從業(yè)人員將認(rèn)識到對本發(fā)明進(jìn)行許多修改和改編是可能的，并且在某些情況下甚至可能是希望的并且是本發(fā)明的一部分。因此，以下描述是作為說明本發(fā)明的原理而提供的并不在其限制之中。
[0032]除非上下文另外明確規(guī)定，否則如通篇所使用的單數(shù)形式“一個(gè)(種)”和“所述”包括多個(gè)指示物。因此，例如，除非上下文另外說明，否則提及“木質(zhì)層”可包括兩個(gè)或更多個(gè)此類木質(zhì)層。
[0033]在本文中，范圍可表達(dá)為從“約” 一個(gè)特定值和/或至“約”另一個(gè)特定值。當(dāng)表達(dá)這種范圍時(shí)，另一方面包括從一個(gè)特定值和/或至另一個(gè)特定值。類似地，當(dāng)通過使用先行詞“約”將值表達(dá)為近似值時(shí)，將理解的是特定值形成了另一方面。應(yīng)進(jìn)一步理解，所述范圍的每個(gè)端點(diǎn)相對于另一個(gè)端點(diǎn)都是有區(qū)別的，并且獨(dú)立于另一個(gè)端點(diǎn)。
[0034]如本文所使用的，術(shù)語“任選的”或“任意地”意指隨后描述的事件或情形可能發(fā)生或可能不發(fā)生，并且所述描述包括所述事件或情形發(fā)生的情況和不發(fā)生的情況。
[0035]本文所使用的單詞“或”意指特定列表的任何一個(gè)構(gòu)件并且還包括列出的任何構(gòu)件的組合。
[0036]具有從動閂鎖機(jī)構(gòu)的巖心筒頭組件
[0037]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式涉及用于有效且高效地將巖芯筒組件閂鎖到鉆柱的鉆探工具、系統(tǒng)和方法。例如，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式包括一種具有從動閂鎖機(jī)構(gòu)的巖芯筒組件，所述從動閂鎖機(jī)構(gòu)可將巖芯筒組件可靠地鎖定到鉆柱內(nèi)的固定軸向位置中。另外，從動閂鎖機(jī)構(gòu)可減少或消除巖芯筒組件與鉆柱的匹配部件之間的磨損。具體而言，從動閂鎖機(jī)構(gòu)可相對于鉆柱旋轉(zhuǎn)鎖定巖芯筒組件，從而減少或消除巖芯筒組件與鉆柱的匹配部件