專利名稱：高生產(chǎn)率的芯鉆探系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)通常涉及鉆:探領(lǐng)域。特別地，本申請(qǐng)討^侖了一種可以通過(guò)減少在鉆 柱中放置和取回芯樣本管(或者樣本管)所需要的時(shí)間量來(lái)提高鉆探生產(chǎn)率的 用于鉆探芯樣本的鉆探系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鉆探芯樣本(或者芯采樣)允許出于諸多不同目的來(lái)觀測(cè)土壤內(nèi)各種深度 的地下形成。例如，通過(guò)鉆探芯樣本并且測(cè)試取回的芯，科學(xué)家可以確定什么 材料如石油、稀有金屬和其它所需材料存在或者可能存在于預(yù)期深度。在一些 情況下，芯采樣可以用來(lái)給出材料和事件的地理年表。這樣，芯采樣可以用來(lái) 確定在特定區(qū)域中進(jìn)一步勘纟果的可取性。
為了適當(dāng)?shù)乜碧揭粋€(gè)區(qū)域或者甚至單個(gè)地點(diǎn)，可能在不同深度需要諸多芯 樣本。在一些情況下，可能從地平面以下數(shù)千英尺處取回芯樣本。在這樣的情 況下，取回芯樣本可能需要從鉆孔去除整個(gè)鉆柱(或者卸除鉆柱)這一耗時(shí)和 高成本的過(guò)程。在其它情況下，更快速的有線芯鉆探系統(tǒng)可以包括通過(guò)使用有 線線纜和起重機(jī)來(lái)移動(dòng)(或者裝入和卸除)鉆柱的芯取回組件。
盡管有線系統(tǒng)可以比收回和伸出整個(gè)鉆柱更高效，但是用以在鉆柱中裝入 和卸除芯樣本的時(shí)間仍然常常是鉆探過(guò)程的耗時(shí)部分。 一些常規(guī)有線系統(tǒng)的芯 取回組件的緩慢裝卸速率可能由若干因素造成。例如， 一些有線系統(tǒng)的芯取回 組件可以包括彈簧加載式閉鎖機(jī)構(gòu)。這樣的機(jī)構(gòu)的閉鎖常?？赡芫o靠著鉆柱的 內(nèi)表面拖動(dòng)并且由此減緩芯樣本管在鉆柱中的裝卸。此外，由于鉆4笨流體和/或 土地流體可能存在于鉆柱內(nèi)，所以許多常規(guī)芯取回組件在鉆柱內(nèi)的移動(dòng)可能產(chǎn) 生對(duì)芯采樣管可以在鉆柱中裝入和卸除的速率有限制的液壓。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)描述了一種高生產(chǎn)率的芯鉆探系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鉆柱、內(nèi)芯筒組件、 外芯筒組件以及將該內(nèi)芯筒組件連接到有線線纜和起重機(jī)的取回工具。該鉆柱 包括多個(gè)幾何形狀可變的鉆桿。該內(nèi)芯筒組件包括閉鎖機(jī)構(gòu)，該閉鎖機(jī)構(gòu)可以 被配置成在裝卸期間不緊靠著鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)。在一些實(shí)例中，閉鎖機(jī)構(gòu)可 以由流體驅(qū)動(dòng)并且包含將閉鎖保持于對(duì)接或者收縮位置的棘爪機(jī)構(gòu)。該內(nèi)芯筒 組件還包括高效流體節(jié)流口。因而，該鉆探系統(tǒng)通過(guò)減少該內(nèi)芯筒組件通過(guò)該 鉆柱所需要的時(shí)間來(lái)顯著提高芯鉆探操作中的生產(chǎn)率和效率。


為了進(jìn)一步闡明這里描述的鉆探系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和特征，將參照附圖中圖示的 具體實(shí)施例來(lái)呈現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的具體描述。這些附圖僅描繪鉆探系統(tǒng)的一些示例實(shí) 施例，因此并不視為限制范圍。不同附圖中的相同標(biāo)號(hào)代表相同元件，因此將 省略它們的描述。將通過(guò)使用以下附圖來(lái)額外特別地和詳細(xì)地描述和說(shuō)明所述
系統(tǒng)
圖l描繪了芯樣本鉆探系統(tǒng)的一些實(shí)施例； 圖2A和2B包含內(nèi)芯筒組件的一些實(shí)施例的不同視圖； 圖3A和3B描繪了芯樣本鉆探系統(tǒng)的一部分的一些實(shí)施例的橫截面圖； 圖4是芯樣本鉆探系統(tǒng)的一部分的一些實(shí)施例的橫截面圖； 圖5A-5C是在不同執(zhí)行模式中的芯樣本鉆探系統(tǒng)的一部分的一些實(shí)施例的 橫截面圖；.以及
圖6A-6C是在不同執(zhí)行模式中的芯樣本鉆探系統(tǒng)的一部分的一些實(shí)施例的 橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下描述提供具體細(xì)節(jié)以便提供透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理 解，不運(yùn)用這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)和使用所述鉆探系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)方法。實(shí)際上，所述系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)方法可以通過(guò)》務(wù)改系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)部件以及方法來(lái)付諸實(shí)際，并且 可以與工業(yè)中常規(guī)/(吏用的任何現(xiàn)有裝置、系統(tǒng)、部件和/或4支術(shù)結(jié)合4吏用。例如， 盡管將鉆探系統(tǒng)描述為使用于向下鉆進(jìn)鉆探操作中，但是可以修改它們以使用 于向上鉆進(jìn)鉆探操作中。此外，盡管以下描述著重于用來(lái)在鉆柱中裝入和卸除 芯筒組件的鉆探系統(tǒng)，^f旦是所述系統(tǒng)的部分可以與任何適當(dāng)?shù)南蛳裸@進(jìn)或者向 上鉆進(jìn)工具一起使用，該工具比如是芯樣本定向測(cè)量設(shè)備、孔方向測(cè)量設(shè)備、 鉆孔偏離設(shè)備或者任何其它適當(dāng)?shù)南蛳裸@進(jìn)或者向上鉆進(jìn)物體。
圖1圖示了鉆探系統(tǒng)的一些實(shí)施例。雖然該系統(tǒng)可以包括任何適當(dāng)部件，
但是圖1示出了鉆探系統(tǒng)100可以包括鉆柱110;包括內(nèi)芯筒200的內(nèi)芯筒組 件；包括外芯筒205的外芯筒組件；以及連接到線纜310的取回工具300。
鉆柱可以包括連接在一起產(chǎn)生伸長(zhǎng)管狀鉆柱的數(shù)^:管狀鉆桿。該鉆柱可以 具有本領(lǐng)域中已知的任何適當(dāng)特性。例如，圖l示出了一段鉆桿120,其中鉆桿 120根據(jù)鉆探應(yīng)用可以是任何適當(dāng)長(zhǎng)度。
所述鉆桿段也可以具有適當(dāng)橫截面壁厚度。在一些實(shí)施例中，鉆柱中的至 少一段鉆桿可以具有可變橫截面壁厚度。例如，圖1示出了鉆柱110,其中鉆桿 段120的內(nèi)徑沿著鉆桿的長(zhǎng)度變化，而所述段的外徑保持恒定。圖l也示出了 在一段鉆桿120的第一端122處的壁厚度可以比在該—度鉆桿120的中部124附 近的壁厚度更厚。
鉆桿的橫截面壁厚度可以變化任何適當(dāng)數(shù)量。例如，鉆桿的橫截面壁厚度
可以在鉆桿維持充分結(jié)構(gòu)完整性并且保持與標(biāo)準(zhǔn)鉆桿、有線和/或鉆#:工具兼容
這一范圍上變化。舉例而言，外徑(OD)約為2.75英寸的鉆桿可以具有從它的 最厚段到它的最薄段變化約15%的橫截面壁厚度。在另一例子中，OD約為3.5 英寸的鉆桿可以具有從它的最厚段到它的最薄段變化約22%的橫截面壁厚度。 在又一例子中，OD約為4.5英寸的鉆桿可以具有從它的最厚段到它的最薄段變 化約30%的橫截面壁厚度。然而，鉆桿的橫截面壁厚度可以在比這些例子中更 大或者更小的范圍上變化。
鉆桿的可變橫截面壁厚度可以服務(wù)于諸多目的。 一個(gè)目的在于可變壁厚度可以允許內(nèi)芯筒以更少阻力移動(dòng)穿過(guò)鉆柱。鉆柱內(nèi)的鉆探流體和/或土地-危體常
?？赡軐?dǎo)致對(duì)內(nèi)芯筒移動(dòng)的流體拖動(dòng)和液壓阻力。然而，鉆柱110的可變內(nèi)徑 可以允許鉆柱110中包含的鉆探流體或者其它材料(例如鉆探氣體、鉆〗笨泥漿、
巖屑、空氣等)以更大體積流過(guò)內(nèi)芯筒并且因此更快地流動(dòng)。例如，流體可以
在裝卸期間隨著內(nèi)筒穿過(guò)鉆柱110的較寬段(例如在段120的中部124附近) 而流過(guò)內(nèi)芯筒200。
在一些實(shí)施例中，鉆探系統(tǒng)包括用于將內(nèi)芯筒保持在與外芯筒的鉆探端有 預(yù)期距離處的機(jī)構(gòu)。雖然可以使用適合于實(shí)現(xiàn)該既定目的的任何機(jī)構(gòu)，但是圖1 示出了其中保持機(jī)構(gòu)包括著落肩140和著落環(huán)219的一些實(shí)施例。具體而言， 圖l示出了著落肩140包括內(nèi)芯筒200上的放大肩部。另外，圖l示出了外芯 筒205可以包括與著落肩140配對(duì)的著落環(huán)219。
著落環(huán)和著落肩可以具有任何如下特征，該特征允許內(nèi)芯筒"就座"于與鉆柱 110的鉆探端有預(yù)期距離處。例如，著落肩可以略大于內(nèi)芯筒和芯樣本管的外徑。 在另一例子中，著落環(huán)可以具有比任一段鉆桿的最小內(nèi)徑更小的內(nèi)徑。因此， 著落環(huán)的減少直徑可以寬到足以允許樣品管通過(guò)而窄到足以將內(nèi)芯筒的著落肩 停止和就座于預(yù)期鉆揮:位置。
在著落肩的外周邊與鉆柱的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間可以是任何適當(dāng)寬度。 在一些實(shí)例中，環(huán)形空間可以是薄的，因?yàn)楸〉沫h(huán)形空間可以允許樣本管具有 更大直徑。然而在其它實(shí)例中，由于薄的環(huán)形空間可能在內(nèi)芯筒裝卸經(jīng)過(guò)鉆柱 時(shí)阻止流體大量通過(guò)，所以著落肩可以包括允許增加穿過(guò)著落肩的流體流量的 任何適當(dāng)特征。在這些其它實(shí)例中，圖2B示出了著落肩140可以具有成為其外 周邊的一部分的多個(gè)扁平表面或者扁平物145，從而給予著落肩140的外周邊以 多邊形外觀。這樣的扁平物可以增加環(huán)形空間的平均寬度，以便在裝卸兩個(gè)方 向上減少流體阻力一并且由此增加流體流量。
水平面成約30度與約90度之間的任何角度。實(shí)際上，當(dāng)系統(tǒng)100在向下鉆進(jìn) 鉆探過(guò)程中與鉆探流體一起使用時(shí)，向下角度可以幫助將一些鉆探流體保持在
8鉆孔的底部。此外，向下角度可以允許使用取回工具和線纜從鉆柱卸除內(nèi)芯筒。 內(nèi)芯筒可以具有任何如下特性或者部件，該特性或者部件允許它將向下鉆 進(jìn)物體(例如樣本管)與取回工具連接，從而向下鉆進(jìn)物體可以在鉆柱中裝入
或者卸除。例如，圖2A示出了內(nèi)芯筒200可以包括取回點(diǎn)280;包4舌上芯筒 210的上芯筒組件；以及包括下芯筒240的下芯筒組件。
內(nèi)芯筒200的取回點(diǎn)280可以具有任何如下特性，該特性允許它有選擇地 附著到任何取回工具，比如過(guò)沖組件和有線起重機(jī)。例如，圖2A示出了取回點(diǎn) 280可以成形為如同矛點(diǎn)，以便輔助取回工具正確對(duì)準(zhǔn)以及與取回工具耦合。在 另一例子中，取回點(diǎn)280可以樞軸地附著到上芯筒，以在具有多個(gè)棘爪的一個(gè) 平面內(nèi)在樞軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)圖示，圖2B示出了取回點(diǎn)280可以經(jīng)由銷290樞軸 地附著到取回工具的矛頭基部285,因而彈簧加載式棘爪柱塞292可以與矛頭基 部285上的對(duì)應(yīng)部分相互作用。
上芯筒210可以具有任何適當(dāng)?shù)娜缦虏考蛘咛匦?，該部件或者特性允許 對(duì)芯樣本管進(jìn)行定位以便于芯樣本收集和從鉆柱卸除芯樣本管。例如，圖3A和
3B示出了上芯筒210可以包括內(nèi)子組件230、外子組件270、流體控制岡212、 閉鎖機(jī)構(gòu)220和用于連接到下芯筒的連接構(gòu)件213。
內(nèi)子組件230和外子組件270可以具有適合于在內(nèi)芯筒中使用的任何部件 或者特征。例如，圖2B示出了一些實(shí)施例，其中內(nèi)子組件和外子組件可以被配 置成允許內(nèi)子組件230耦合到外子組件270并且相對(duì)于外子組件270軸向地移 動(dòng)(或者在鉆探方向上向后和/或向前移動(dòng))。塌2B也示出了內(nèi)子組件230可以 如下方式經(jīng)由穿過(guò)內(nèi)子組件230中的切口 232的銷227連接到外子組件270,該 方式允許內(nèi)子組件230相對(duì)于外子組件270軸向地移動(dòng)對(duì)應(yīng)于切口 232的長(zhǎng)度 的距離。
在一些實(shí)施例中，上芯筒包括流體控制閥。這樣的閥可以服務(wù)于諸多功能， 這些功能包括提供對(duì)在裝卸和/或鉆探期間通過(guò)內(nèi)芯筒的鉆探流體量的控制。另 一功能可以包括如這里所述的局部控制閉鎖機(jī)構(gòu)。
流體控制閥可以具有與這些功能一致的任何特性或者部件。例如，圖2B和可以包括流體控制閥構(gòu)件215和閥環(huán)211。閥構(gòu)件215 可以通過(guò)任4可已知連4妄器如銷216耦合到外子組件270。銷216可以在閥構(gòu)件 215的切口 214中4亍進(jìn)，/人而閥構(gòu)件215可以相對(duì)于內(nèi)子組件230和外子組件 270軸向地移動(dòng)。閥構(gòu)件215相對(duì)于內(nèi)子組件230的移動(dòng)允許通過(guò)與閥環(huán)211相 互作用來(lái)有選擇地開(kāi)啟或者閉合流體控制閥212。例如，圖3A示出了處于開(kāi)啟 位置的流體控制閥212,其中閥構(gòu)件215已經(jīng)穿過(guò)閥環(huán)211行進(jìn)到切口 214的一 個(gè)限度。反言之，圖3B示出了處于開(kāi)啟位置的流體控制閥212，其中閥構(gòu)件215 收縮到切口 214的另一P艮度。圖3B中的流體控制閥處于準(zhǔn)備好插入到鉆柱中的 位置，其中它可以允許流體從下芯筒流到上芯筒。
在一些實(shí)施例中，上芯筒210可以包含允許一部分鉆探流體穿過(guò)上芯筒210 的內(nèi)通道242。盡管可以按照需要沿著內(nèi)芯筒200的長(zhǎng)度提供流體端口 ，但是圖 2A和3B示出了在內(nèi)通道242與內(nèi)芯筒200的外部之間提供流體連通的流體端 口 217和217B。流體端口 217和217B可以被設(shè)計(jì)成具有高效并且允許流體流 過(guò)和穿過(guò)內(nèi)芯筒200的如下部分，流體流動(dòng)在這些部分可能受到內(nèi)芯筒200的 幾何形狀或者特征和方位的限制。類似地，可以4安照需要并入4壬何附加流體流 動(dòng)特征、即加工到內(nèi)芯筒的部分中的扁平物。
圖3A示出了流體控制閥212位于內(nèi)通道242內(nèi)的一些實(shí)施例。在這樣的實(shí) 施例中，鉆探流體供應(yīng)泵(未示出)可以被對(duì)接成遞送流體流量和壓力以生成 跨越閥構(gòu)件215的流體拖動(dòng)，以便推動(dòng)閥構(gòu)件215對(duì)-接和/或移動(dòng)穿過(guò)閥環(huán)211。
在一些實(shí)施例中，上芯筒也包括閉鎖機(jī)構(gòu)，該閉鎖機(jī)構(gòu)可以在芯樣本管被 填充之時(shí)相對(duì)于外芯筒將芯樣本管保持在預(yù)期位置。為了不妨礙內(nèi)芯筒在鉆柱 內(nèi)的移動(dòng)，閉鎖機(jī)構(gòu)可以被配置成使得閉鎖不緊靠著鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)。因而， 這一非拖動(dòng)閉鎖才幾構(gòu)可以是任何如下閉鎖機(jī)構(gòu)，該閉鎖4幾構(gòu)允許它執(zhí)行這一保 持功能而在裝卸期間不緊靠著鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)。例如，該閉鎖機(jī)構(gòu)可以包括 流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)、重力激勵(lì)式閉鎖機(jī)構(gòu)、壓力激勵(lì)式閉鎖機(jī)構(gòu)、接觸激勵(lì) 式機(jī)構(gòu)或者磁激勵(lì)式閉鎖機(jī)構(gòu)。因而，在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)電子或者》茲 子系統(tǒng)、通過(guò)由閉鎖機(jī)構(gòu)以上和/或以下的液壓差驅(qū)動(dòng)的閥做功(valve works )、或者通過(guò)另 一適當(dāng)激勵(lì)^/L構(gòu)來(lái)激勵(lì)該閉鎖機(jī)構(gòu)。
該閉鎖機(jī)構(gòu)也可以包括任何如下部件或者特性，該部件或者特性允i午它實(shí) 現(xiàn)它的既定目的。例如，閉鎖機(jī)構(gòu)可以包括任何數(shù)目的閉鎖臂、閉鎖輥、閉鎖 球、多部件聯(lián)接、或者任何如下機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)被配置成在內(nèi)芯筒的著落肩就座 于著落環(huán)上時(shí)將閉鎖4幾構(gòu)移動(dòng)到對(duì)接位置。
作為非限制性例子，圖2B和3A示出了如下閉鎖機(jī)構(gòu)220的一些實(shí)施例， 該閉鎖機(jī)構(gòu)220包括通過(guò)連接器如銷227樞軸地耦合到外子組件270的至少一 個(gè)樞軸構(gòu)件225。圖2B和3A也示出了閉鎖機(jī)構(gòu)220可以包括通過(guò)連接器(比 如銷228 )耦合到內(nèi)子組件230的至少一個(gè)閉鎖臂226，從而一個(gè)或者多個(gè)閉鎖 臂226可以從外子組件270收縮或者延伸。圖2B示出了閉鎖臂226可以包括對(duì) 接法蘭229或者如下表面，該表面被配置成在閉鎖機(jī)構(gòu)處于對(duì)接位置時(shí)有摩擦 地對(duì)接鉆柱的內(nèi)表面。例如，圖3A示出了當(dāng)處于對(duì)4矣位置時(shí)，閉鎖臂226可以 從外子組件270延伸出來(lái)和/或離開(kāi)。反言之，當(dāng)處于收縮位置時(shí)(如圖5C中 所示)，閉鎖臂226不可以延伸到外子組件270的外^f圣以外。
在一些實(shí)施例中，閉鎖機(jī)構(gòu)也可以包括如下棘爪機(jī)構(gòu)，該棘爪機(jī)構(gòu)幫助將 閉鎖機(jī)構(gòu)維持于對(duì)接或者收縮位置。該棘爪機(jī)構(gòu)可以在鉆探期間幫助支持與鉆 柱的內(nèi)表面接觸的閉鎖臂。棘爪機(jī)構(gòu)也可以幫助閉鎖臂保持收縮以免在任何裝 卸動(dòng)作期間接觸鉆柱的內(nèi)表面和緊靠著鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)。
棘爪機(jī)構(gòu)可以包含任何如下特征，該特征允許該機(jī)構(gòu)具有多個(gè)棘爪位置。 圖3B示出了其中棘爪機(jī)構(gòu)234包括如下彈簧237的一些實(shí)施例，該彈簧237在 各端具有球238。棘爪機(jī)構(gòu)234位于內(nèi)子組件230中，并且與外子組件270中的 棘爪位置235和236配合，以在棘爪機(jī)構(gòu)234處于對(duì)接棘爪位置235時(shí)在對(duì)接 位置或者在棘爪機(jī)構(gòu)234處于收縮棘爪位置236時(shí)在收縮位置支持該閉鎖機(jī)構(gòu)。
在一些優(yōu)選實(shí)施例中，該閉鎖機(jī)構(gòu)可以與該流體控制閥配合，以^更成為流
體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)。因而，流體控制閥212可以與閉鎖機(jī)構(gòu)220結(jié)合才喿作，以
便允許內(nèi)芯筒200在鉆柱110中快速和高效地裝入和卸除。如下文具體所述，
閉鎖機(jī)構(gòu)和流體控制閥可以用任何如下適當(dāng)方式來(lái)才喿作地連接，如圖5A-6C中所示，該方式允許流體控制閥將閉鎖機(jī)構(gòu)移動(dòng)到對(duì)接位置。
圖4圖示了下芯筒240的一些實(shí)施例。下芯筒240可以包括適合于與內(nèi)芯 筒一起使用的任何部件或者特性。在一些實(shí)施例中，如圖4中所示，下芯筒可 以包括至少一個(gè)內(nèi)通道242、止回閥256、芯斷裂裝置252、軸承組件225、壓 縮墊圈254、芯樣本管連接258和/或上芯筒組件連接245。
圖4示出了內(nèi)通道242可以從上芯筒延伸通過(guò)下芯筒240。除了其它方面之 外，內(nèi)通道還可以通過(guò)允許流體直接地流過(guò)下芯筒來(lái)提高生產(chǎn)率。內(nèi)通道可以 具有允許流體流過(guò)它的任何特征。例如，圖2B示出了內(nèi)通道242可以包括從上 芯筒210延展到下芯筒240的空心4定子251。
才艮據(jù)一些實(shí)施例，下芯筒包括止回閥256，該止回閥256允許流體/人芯樣本 管流到內(nèi)通道、但是不允許流體從內(nèi)通道流到芯樣本管。因而，止回閥可以在 內(nèi)芯筒被裝入鉆柱中并且芯樣本管為空的時(shí)允許流體進(jìn)入內(nèi)通道、然后經(jīng)過(guò)內(nèi) 芯筒。在這一方式下，流體阻力可以減少，因而內(nèi)芯筒可以更快和更容易地裝 入到鉆柱中。另一方面，當(dāng)內(nèi)芯筒從鉆柱中卸除時(shí)，止回閥可以阻止流體壓在 芯樣本管中包含的芯樣本上。因而，止回閥可以防止樣本移出或者丟失。并且 當(dāng)止回閥阻止流體穿過(guò)下芯筒并進(jìn)入芯樣本管中時(shí)，流體可以被迫在芯樣本管 和下芯筒以外周圍流動(dòng)。雖然任何單向閥都可以作為止回閥，但是圖4示出了 止回閥256包括^求閥259的一些實(shí)施例。
在一些實(shí)施例中，下芯筒240可以包括軸承組件，該軸^Oa件允許芯樣本 管在上芯筒和鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)保持靜止。下芯筒可以包括以這一方式操作的任何軸 承組件。在圖4中所示實(shí)施例中，軸承組件255包括如下滾珠，這些滾珠允許 下芯筒240的外部257在鉆探操作期間隨著鉆柱旋轉(zhuǎn)，而相對(duì)于芯樣本將芯樣 本管維持在固定旋轉(zhuǎn)位置。
下芯筒可以用任何適當(dāng)方式連接到芯樣本管。圖4示出了如下一些實(shí)施例， 其中下芯筒240 ^!配置成通過(guò)芯樣本管連接258以螺紋方式連接到內(nèi)管帽270 (圖2B中所示)和/或芯樣本管，其耦合到軸承組件255。
圖4也示出了下芯筒240包含芯斷裂裝置的一些實(shí)施例。芯斷裂裝置可以用來(lái)將力矩施加到芯樣本，并且由此使芯樣本在鉆頭(未示出)處或者附近斷
裂，因而可以在芯樣本管中取回芯樣本。盡管下芯筒240可以包括任何芯斷裂 裝置，但是圖4示出了如下一些實(shí)施例，其中芯斷裂裝置252包括可以允許芯 樣本管和下芯筒240相對(duì)移動(dòng)的彈簧261和軸村263。
在一些實(shí)施例中，下芯筒也可以包括一旦芯樣本管已滿或者一旦芯樣本堵 塞于芯樣本管中就限制鉆探流體流動(dòng)的一個(gè)或者多個(gè)壓縮墊圈。壓縮墊圈(圖4
樣本管沒(méi)有軸向地移動(dòng)，因?yàn)闃颖竟芤褲M或者以別的方式被防止隨著鉆柱向下 移動(dòng)。這一軸向壓縮使墊圈直徑增加，從而減少并且最終消除在鉆柱的內(nèi)表面 與墊圈的外周邊之間的任何空間。隨著墊圈減少這一空間，它們可以造成鉆揮: 流體壓力的增加。這一鉆探流體壓力的增加可以用以通知才喿作者需要取回芯樣 本和/或內(nèi)芯筒。
圖5A-6C圖示了內(nèi)芯筒200在裝卸以及鉆探期間的功能以及棘爪機(jī)構(gòu)234 和流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)220的一些實(shí)施例的功能的一些例子。圖5A描繪了處于 中間位置的棘爪機(jī)構(gòu)234，當(dāng)人工將閉鎖機(jī)構(gòu)220放置于收縮位置以便準(zhǔn)備插入 到鉆柱中時(shí)可以是這種情況。圖5B示出了當(dāng)閉鎖臂226處于對(duì)接位置時(shí)，延伸 樞軸構(gòu)件225以強(qiáng)使閉鎖臂226保持向外(也如圖3A中所示)。反言之，如圖 5C中所示，當(dāng)閉鎖臂226處于收縮位置時(shí)，樞軸構(gòu)件225可以旋轉(zhuǎn)，從而閉鎖 臂226可以收縮到上芯筒210中。
如上所述，內(nèi)子組件230可以相對(duì)于外子組件270軸向地移動(dòng)。在一些實(shí) 施例中，如圖5A-5C中所示，這一移動(dòng)可以使閉鎖機(jī)構(gòu)在收縮與對(duì)接位置之間 移動(dòng)，其中內(nèi)子組件230相對(duì)于外子組件270的移動(dòng)可以改變閉鎖臂226的位 置。支持閉鎖臂226的銷228可以僅連接到內(nèi)子組件230，而支持樞軸構(gòu)件225 的銷227可以連接到外子組件270。因此，當(dāng)外子組件270相對(duì)于內(nèi)子組件230 軸向地移動(dòng)以便覆蓋更少的內(nèi)子組件230時(shí)，兩個(gè)銷(銷228和銷227)之間的 距離可能增加并且樞軸構(gòu)件225可以旋轉(zhuǎn)。因而，閉鎖臂226可以部分地或者 完全地移動(dòng)到外子組件270中，并且棘爪構(gòu)件234可以從對(duì)接凈束爪位置235移動(dòng)到收縮棘爪位置236 (如圖5C中所示)。反言之，當(dāng)外子組件270軸向地移動(dòng) 以便覆蓋更多的內(nèi)子組件230時(shí)，兩個(gè)銷(銷228和227 )之間的距離可能減少， 并且閉鎖臂226可以被迫脫離外子組件270進(jìn)入對(duì)接位置(如圖5B中所示)。
圖6A-6C示出了流體控制閥212可以如何工作的一些例子。圖6A示出了處 于開(kāi)啟位置的流體控制閥212，以使流體可以從下芯筒240、經(jīng)過(guò)內(nèi)通道242、 穿過(guò)流體環(huán)211、穿過(guò)流體控制閥212、并且經(jīng)過(guò)流體端口 217B流到內(nèi)芯筒200 的外部。當(dāng)流體控制閥212處于開(kāi)啟位置時(shí)，閉鎖^/L構(gòu)220可以處于收縮位置 并且準(zhǔn)備好插入到鉆柱中。在圖6A中所示的這一開(kāi)啟位置，流體可以從下芯筒 240流到上芯筒210,但是流體壓力強(qiáng)使閥構(gòu)件215朝向流體環(huán)211并且使流體 控制閥4要4氐流體環(huán)211而阻止流體流動(dòng)。
當(dāng)內(nèi)芯筒的著落肩到達(dá)鉆柱中的著落環(huán)時(shí)，可以阻止內(nèi)芯筒更接近外芯筒 的鉆探端移動(dòng)。由于著落肩能夠具有與鉆柱內(nèi)表面的嚴(yán)格公差，所以可以基本 上防止鉆探流體在著落肩140周圍流動(dòng)。相反，鉆探流體可以經(jīng)過(guò)內(nèi)芯筒200 (例如經(jīng)由流體端口 217B和內(nèi)通道242 )行進(jìn)。因此，流體可以流動(dòng)并且按抵 閥構(gòu)件215。切口 214然后可以允許閥構(gòu)件215軸向地移動(dòng)以便按壓到流體環(huán) 211中并且穿過(guò)流體環(huán)211直至切口 214對(duì)接銷216。圖6B和3A示出了流體控 制閥212在這一點(diǎn)處可以再次處于流體環(huán)211以下的開(kāi)啟位置。當(dāng)棘爪機(jī)構(gòu)234 處于中間位置時(shí)(如圖5A中所示)，內(nèi)子組件230可以在閥構(gòu)件215拉動(dòng)附著 到內(nèi)子組件230的銷216時(shí)移動(dòng)。因此，流體壓力可以使閥構(gòu)件215移動(dòng)穿過(guò) 流體環(huán)211并且由此移動(dòng)內(nèi)子組件230和棘爪才幾構(gòu)234， /人而閉鎖才幾構(gòu)220移動(dòng) 到并且保持于對(duì)接位置。
圖5B和6B圖示了閉鎖機(jī)構(gòu)220處于對(duì)接位置(即準(zhǔn)備好鉆探)時(shí)的內(nèi)芯 筒200的一些實(shí)施例。如圖5B中所示，可以將棘爪機(jī)構(gòu)234支持在對(duì)接棘爪位 置235。如圖6B中所示，在鉆^:期間，可以將流體控制閥212支持在開(kāi)啟位置 而流體壓力將閥構(gòu)件215推到流體環(huán)211以下。
一旦已經(jīng)按照需要填充芯樣本管，則可以停止鉆^:過(guò)程并且可以從鉆柱中 卸除芯樣本。為了取回芯樣本，通過(guò)連接到有線線纜310和起重機(jī)(未示出)的取回工具300朝著地表拉動(dòng)耳又回點(diǎn)280。對(duì)接閉鎖才幾構(gòu)(例如機(jī)構(gòu)220 )和芯 樣本管中的芯樣本的重量可能阻止取回點(diǎn)280上的拉力(并且因此阻止外子組 件270上的拉力)。這些阻力可以使內(nèi)子組件230相對(duì)于外子組件270移動(dòng)，從 而棘爪機(jī)構(gòu)234從對(duì)接棘爪位置235(如圖5B中所示)移動(dòng)到收縮棘爪位置246 (如圖5C中所示)。內(nèi)子組件230的移動(dòng)使銷216從流體環(huán)211移開(kāi)。當(dāng)閥構(gòu) 件215中的切口 214由銷216卡住時(shí)，流體控制閥212移動(dòng)到閥構(gòu)件215就座 于流體環(huán)211中的閉合位置(如圖6C中所示)。并且當(dāng)從鉆柱卸除內(nèi)芯筒時(shí)， 向下流體壓力可以防止流體控制閥212向上開(kāi)啟。
如上文提到的那樣，內(nèi)子組件230的移動(dòng)可以使閉鎖機(jī)構(gòu)220進(jìn)入收縮位 置，如圖6C中所示。在該收縮位置，閉鎖機(jī)構(gòu)220沒(méi)有拖動(dòng)或者以別的方式阻 止從鉆柱中提取內(nèi)芯筒200。因此，流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)極大地減少了取回芯樣 本所需要的時(shí)間。 一旦從鉆柱卸除內(nèi)芯筒200并且移除芯樣本，可以將內(nèi)芯筒 復(fù)位以放置于鉆柱中以便取回另一芯樣本，如圖5A和6A所示。
在所述系統(tǒng)的一些變化中，內(nèi)芯筒的各種部件中的一個(gè)或者多個(gè)部件可以 與各種其它向下鉆進(jìn)或者向上鉆進(jìn)工具和/或物體結(jié)合。例如，某一形式的非拖 動(dòng)閉鎖才幾構(gòu)(比如具有棘爪才幾構(gòu)的流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu))可以與地面或孔測(cè)量 儀器或者孔調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)合。舉例而言，任何孔中測(cè)量?jī)x器組件可以包括流體驅(qū) 動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)，比如先前描述的流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)。在這一例子中，該組件 可以裝入到鉆柱中并且停止于預(yù)期位置(例如停止于著落環(huán)處)。然后，當(dāng)流體 將壓力施加到該組件中的流體控制閥時(shí)，該閉鎖機(jī)構(gòu)可以用與上述方式相似的 方式移動(dòng)到對(duì)接位置。
結(jié)合本公開(kāi)內(nèi)容描述的實(shí)施例旨在于僅舉例說(shuō)明而不是進(jìn)行限制。本領(lǐng)域 技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到與本公開(kāi)內(nèi)容一致的各種變化實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方式。因而，所 附權(quán)利要求將不受以上描述中闡述的具體細(xì)節(jié)限制，因?yàn)槠湓S多明顯變化在不 脫離其精神或者范圍的情況下是可能的。
1權(quán)利要求
1、一種向下鉆進(jìn)工具組件，包括向下鉆進(jìn)工具；非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)，配置成經(jīng)過(guò)鉆柱裝卸而不緊靠著所述鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)，其中，所述閉鎖機(jī)構(gòu)被配置成在所述鉆柱內(nèi)有選擇地固接所述向下鉆進(jìn)工具；以及取回部分，耦合到所述向下鉆進(jìn)工具并且配置成連接到有線線纜。
2、 如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)工具組件，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包 括流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖才幾構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)工具組件，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包 括配置成有選擇地將所述閉鎖機(jī)構(gòu)保持在對(duì)接位置或者收縮位置的棘爪機(jī)構(gòu)。
4、 如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)工具組件，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)在 功能上耦合到所述取回部分。
5、 如權(quán)利要求2所述的向下鉆進(jìn)工具組件，其中，所述流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī) 構(gòu)被配置成通過(guò)流體壓力移動(dòng)到對(duì)接位置并且配置成通過(guò)所述取回部分上的力 移動(dòng)到收縮位置。
6、 如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)工具組件，其中，所述向下鉆進(jìn)工具組件 包括內(nèi)芯筒組件。
7、 一種鉆探系統(tǒng)，包括 鉆柱；具有非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)的向下鉆進(jìn)工具組件，所述閉鎖機(jī)構(gòu)被配置成經(jīng)過(guò)所 述鉆柱裝卸而不緊靠著所述鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)，其中，所述閉鎖機(jī)構(gòu)被配置成 在所述鉆柱內(nèi)有選擇地固接所述向下鉆進(jìn)工具組件；以及取回部分，耦合到所述向下鉆進(jìn)工具組件并且配置成連接到有線線纜。
8、 如權(quán)利要求7所述的鉆探系統(tǒng)，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包括流體驅(qū) 動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)，所述流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)被配置成通過(guò)流體壓力移動(dòng)到對(duì)接位置并且通過(guò)所述取回部分上的力移動(dòng)到收縮位置。
9、 如權(quán)利要求7所述的鉆探系統(tǒng)，其中，所述鉆柱包括多個(gè)管狀元件，至 少一個(gè)所述管狀元件具有可變內(nèi)徑和均勻外徑，其中，所述可變內(nèi)徑^t配置成
10、 如權(quán)利要求7所述的鉆探系統(tǒng)，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包括配置 成有選擇地將所述閉鎖機(jī)構(gòu)保持在對(duì)接位置或者收縮位置的棘爪機(jī)構(gòu)。
11、 一種內(nèi)芯筒組件，包括非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)，配置成在鉆柱內(nèi)有選擇地固接內(nèi)芯筒，其中，所述閉鎖 機(jī)構(gòu)被配置成經(jīng)過(guò)所述鉆柱裝卸而不緊靠著所述鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)；以及 取回部分，耦合到所述內(nèi)芯筒并且配置成連接到有線線纜。
12、 如權(quán)利要求11所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包括配 置成通過(guò)流體壓力移動(dòng)到對(duì)接位置的流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)。
13、 如權(quán)利要求11所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)被配置 成通過(guò)所述取回部分上的力移動(dòng)到收縮位置。
14、 如權(quán)利要求12所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述內(nèi)芯筒組件包括配置成 相對(duì)于彼此軸向地移動(dòng)的外芯筒子組件和內(nèi)芯筒子組件。
15、 如權(quán)利要求12所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述內(nèi)芯筒組件還包括內(nèi)通 道，所述內(nèi)通道至少?gòu)男緲颖竟苎由斓皆诠δ苌线B接到所述流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī) 構(gòu)的流體控制閥，從而所述內(nèi)通道被配置成當(dāng)所述內(nèi)芯筒組件裝入到所述鉆柱 中時(shí)允許所述鉆柱中包含的至少一部分流體通過(guò)。
16、 如權(quán)利要求12所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)包 括配置成有選擇地將所述流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)保持在收縮位置或者對(duì)接位置的 棘爪機(jī)構(gòu)。
17、 如權(quán)利要求15所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述內(nèi)通道包括配置成允許 流體從所述芯樣本管流入到所述內(nèi)通道、^f旦是不從所述內(nèi)通道流入到所迷芯樣 本管的止回閥。
18、 如權(quán)利要求15所述的內(nèi)芯筒組件，其中，所述內(nèi)芯筒組件包括以液壓方式連接到所述內(nèi)通道的端口 ，并且所述端口被配置成允許流體從所述內(nèi)通道 通到所述內(nèi)芯筒組件的外部。
19、 一種獲得芯樣本的方法，包括提供內(nèi)芯筒組件，所述內(nèi)芯筒組件包括配置成在鉆柱內(nèi)有選擇地固接所述 內(nèi)芯筒組件的非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)，其中，所述閉鎖機(jī)構(gòu)被配置成經(jīng)過(guò)所述鉆柱裝 卸而不緊靠著所述鉆柱的內(nèi)表面拖動(dòng)，所述內(nèi)芯筒組件還包括耦合到所述內(nèi)芯 筒組件并且配置成連"^妻到有線線纜的取回部分；將所述內(nèi)芯筒組件定位在所述鉆柱中；對(duì)接所述閉鎖才幾構(gòu)；鉆探芯樣本；收縮所述閉鎖才幾構(gòu)；以及使用所述取回部分來(lái)取回所述內(nèi)芯筒組件。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述鉆柱包括多個(gè)鉆桿，至少一個(gè) 所述鉆桿具有可變內(nèi)徑和均勻外徑，其中，所述可變內(nèi)徑被配置成在裝卸期間 減少拖動(dòng)和對(duì)所述內(nèi)芯筒組件的液壓阻力。
21、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包括配置成通 過(guò)流體壓力移動(dòng)到對(duì)4妄位置并且配置成通過(guò)所述取回部分上的力移動(dòng)到收縮位 置的流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)。
22、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)包括配置成有 選擇地將所述非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)保持在對(duì)接位置或者收縮位置的棘爪機(jī)構(gòu)。
23、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述內(nèi)芯筒組件包括內(nèi)通道和配置 成允許流體從芯樣本管流入到所述內(nèi)通道、但是不從所述內(nèi)通道流入到所述芯 樣本管的止回閥。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述內(nèi)通道從所述芯樣本管延伸到 在功能上連接到所述流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)的流體控制閥的至少 一部分。
25、 如權(quán)利要求24所述的方法，還包括在將所述閉鎖機(jī)構(gòu)移動(dòng)到收縮位置 時(shí)閉合所述流體控制閥。
全文摘要
描述了高生產(chǎn)率的芯鉆探系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鉆柱、內(nèi)芯筒組件、外芯筒組件以及將該內(nèi)芯筒組件連接到有線線纜和起重機(jī)的取回工具。該鉆柱包括多個(gè)幾何形狀可變的鉆桿。該內(nèi)芯筒組件包括非拖動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)，比如流體驅(qū)動(dòng)式閉鎖機(jī)構(gòu)，該閉鎖機(jī)構(gòu)包含將閉鎖保持于對(duì)接或者收縮位置的棘爪機(jī)構(gòu)。該內(nèi)芯筒組件還包括高效流體節(jié)流口。因而，該鉆探系統(tǒng)通過(guò)減少該內(nèi)芯筒組件通過(guò)該鉆柱所需要的時(shí)間來(lái)顯著提高芯鉆探操作中的生產(chǎn)率和效率。還描述了其它實(shí)施例。
文檔編號(hào)E21B1/00GK101675205SQ200880007004
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月3日
發(fā)明者克里斯·德倫特 申請(qǐng)人:博爾特朗耶爾