上孔衬套和包括上孔衬套的岩芯筒头组件的制作方法
【专利说明】上孔衬套和包括上孔衬套的岩芯筒头组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月14日提交的标题为“Up-Hole Bushing and Core BarrelHead Assembly Comprising Same, ”的美国专利申请号13/803,820的提交日的利益，所述申请以引用的方式整体并于本文。
技术领域
[0003]本发明大体涉及可用于钻探地质和/或人造岩层的钻探装置和方法。具体而言，本发明涉及在上孔钻探操作期间使用的衬套和并入有这种衬套的岩心筒头组件。
【背景技术】
[0004]勘探钻探可包括从岩层取回所需物料的样品(岩芯样品)。钢丝绳钻探系统是用于取回岩芯样品的一种常见类型的钻探系统。在钢丝绳钻探过程中，岩芯钻头附接到外管或钻杆的前缘。随后，通过随着外管更深地下降到所需岩层中，将逐段地组装在一起的一连串钻杆附接而形成钻柱。随后，将岩芯筒组件降入或栗入钻柱中。使岩芯钻头旋转、推动和/或振动到岩层中，从而使得所需物料的样品进入岩芯筒组件中。一旦获取到岩芯样品，即使用钢丝绳从钻柱取回岩芯筒组件。随后，可将岩芯样品从岩芯筒组件中移除。
[0005]岩芯筒组件通常包括用于接收岩芯的岩芯筒和用于附接到钢丝绳的头组件。通常，将岩芯筒组件降入钻柱中，直到岩芯筒到达外管的部分或最远的钻杆。这时，展开头组件上的闩锁，以限制岩芯筒组件的相对于钻杆的移动。一旦被闩锁上，随后即将岩芯筒组件与钻杆一起推进到岩层中，从而使得物料填满岩芯筒。
[0006]在上孔钻探操作期间，水通常积聚在岩芯筒组件上方。钻探操作者必须在移除岩芯筒组件之前排放积水。这种积水的排放造成钻探操作中的延迟并降低钻探效率。
[0007]因此，相关领域需要用于在上孔钻探操作期间改善从钢丝柱排放水并改善钻探效率的装置、系统和方法。
【发明内容】
[0008]本发明的一个或多个实现方式借助有效且高效地将岩芯筒组件闩锁到钻柱的钻探工具、系统和方法来克服本领域的一个或多个问题。例如，本发明的一个或多个实现方式包括具有从动闩锁机构的岩芯筒组件，所述从动闩锁机构可将岩芯筒组件可靠地锁定到钻柱内的固定轴向位置中。另外，从动闩锁机构可减少或消除岩芯筒组件与钻柱的匹配部件之间的磨损。具体而言，从动闩锁机构可相对于钻柱旋转锁定岩芯筒组件，从而减少或消除岩芯筒组件与钻柱的匹配部件之间的滑动接触(和相关的磨损)。
[0009]例如，岩芯筒头组件的一个实现方式包括具有穿过其延伸的多个闩锁开口的套筒。岩芯筒头组件还可包括至少部分定位在套筒内的驱动构件。驱动构件可包括多个平面驱动表面。另外，岩芯筒头组件可包括定位在多个平面驱动表面上或抵靠多个平面驱动表面的多个楔形构件。多个楔形构件可在多个闩锁开口内延伸。驱动构件可使多个楔形构件楔入钻柱的内表面与多个平面驱动表面之间，从而防止岩芯筒头组件相对于钻柱的旋转。
[0010]另外，岩芯筒头组件的另一个实现方式可包括套筒、可移动联接至套筒的上闩锁体和至少部分定位在套筒内的驱动构件。岩芯筒头组件还可包括至少部分定位在上闩锁体内的坐放构件。此外，岩芯筒头组件可包括定位在驱动构件上的多个楔形构件。驱动构件相对于多个楔形构件的轴向移动可使多个楔形构件相对于套筒在闩锁位置与释放位置之间径向移动。另外，岩芯筒头组件可包括定位在坐放构件上的多个制动元件。坐放构件相对于多个制动元件的轴向移动可使多个制动元件相对于上闩锁体在缩回位置与延伸位置之间径向移动。
[0011]此外，用于取回岩芯样品的钻探系统的实现方式可包括钻杆，所述钻杆包括延伸到钻杆内径中的第一环形凹槽。另外，钻探系统可包括适于插入钻杆内的岩芯筒组件。另外，钻探系统可包括定位在岩芯筒组件内的从动闩锁机构。从动闩锁机构可包括驱动构件和多个楔形构件，所述驱动构件包括多个平面驱动表面。驱动构件相对于多个楔形构件的轴向位移可推动或迫使多个楔形物进入钻杆的第一环形凹槽，从而相对于钻杆轴向锁定岩芯筒头组件。此外，钻杆的旋转可使得多个楔形构件相对于钻杆旋转锁定岩芯筒组件。
[0012]除前述之外，一种钻探的方法可涉及将岩芯筒组件插入到钻柱内。岩芯筒组件可包括从动闩锁机构，所述从动闩锁机构包括定位在多个平面驱动表面上的多个楔形构件。所述方法还可涉及将钻柱内的岩芯筒组件移动到钻探位置。所述方法还可涉及将多个楔形构件展开到钻柱的环形凹槽中。另外，所述方法可涉及旋转钻柱，从而使得多个楔形构件楔入到钻柱的内径与多个平面驱动表面之间。多个楔形构件的楔入可相对于钻柱旋转地锁定岩芯筒组件。
[0013]本文还描述一种用于在上孔钻探操作期间定位在岩芯筒组件内的衬套。所述衬套具有纵轴线和具有内表面和外表面的壁。所述衬套的内表面可限定衬套的入口、出口和中心镗孔。衬套的中心镗孔可围绕衬套的纵轴线并在衬套的入口与出口之间延伸。衬套的外表面可具有被定位成接近衬套的入口的第一部分和被定位成接近衬套的出口的第二部分。外表面的第一部分可相对于衬套的纵轴线从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对于衬套的纵轴线大体垂直延伸的相对的第一台肩表面和第二台肩表面。任选地，衬套的内表面可限定定位在衬套的入口与出口之间在衬套的中心镗孔内的突起。
[0014]具有纵轴线的岩芯筒头组件可提供有如上文所述的套筒、下闩锁体、活塞和上孔衬套。套筒可限定至少一个流体端口并具有内表面。套筒的内表面可具有内部突起。下闩锁体可移除地联接至套筒。活塞可具有端部和细长的轴部分。活塞可被配置用于相对于岩芯筒头组件的纵轴线轴向移动。衬套可定位在套筒内。衬套的纵轴线可与岩芯筒头组件的纵轴线对齐。衬套的外表面的至少一部分可被配置用于与套筒的内表面接合。衬套的第一台肩表面可被配置用于与下闩锁体接合，而衬套的第二台肩表面可被配置用于与套筒的内部突起接合。衬套的中心镗孔可被配置来接收活塞的至少一部分，使得活塞相对于岩芯筒组件的纵轴线的轴向移动选择性地控制流体流动穿过衬套。
[0015]本发明的另外的优点将部分陈述在以下描述中，并且部分地将从所述描述变得显而易见或者可通过实践本发明习得。本发明的优点将借助在所附权利要求书中特别指出的元件和组合来实现并达成。应理解，以上概述和以下详述均仅为示例性和解释性的，并且不限制要求保护的本发明。
【附图说明】
[0016]本发明的优选实施方案的这些和其他特征将在参考附图的详述中变得更加显而易见，其中:
[0017]图1示出根据本发明的实现方式的钻探系统的示意图，所述钻探系统包括具有从动闩锁机构的岩芯筒组件；
[0018]图2示出图1的岩芯筒组件的放大图，其还示出头组件和岩芯筒；
[0019]图3示出图2的头组件的分解图；
[0020]图4示出沿图2中的线4-4截取的图2的岩芯筒组件的剖视图；
[0021]图5示出与图4类似的图2的岩芯筒组件的剖视图，不过从动闩锁机构处在用于将岩芯筒组件栗送到钻柱内的位置；
[0022]图6A示出沿图5中的线6-6截取的图5的岩芯筒组件的剖视图，其中制动机构接合具有第一内径的钻杆；
[0023]图6B示出与图6A类似的图5的岩芯筒组件的剖视图，不过制动机构接合具有大于第一直径的直径的钻杆；
[0024]图7示出与图4类似的岩芯筒组件的剖视图，不过从动闩锁机构被闩锁到钻柱；
[0025]图8示出沿图7中的线8-8截取的图7的岩芯筒组件的剖视图；并且
[0026]图9示出与图4类似的岩芯筒组件的剖视图，不过从动闩锁机构处在允许从钻柱取回岩芯筒组件的释放位置。
[0027]图10示出如本文描述的具有上孔衬套的示例性岩芯筒组件的剖视图。岩芯筒组件的从动闩锁机构被示出为处于伸出/展开位置。
[0028]图11是图10的岩芯筒组件的剖视图，其中从动闩锁机构处于缩回位置。
[0029]图12-图14示出如本文描述的示例性上孔衬套。图12是上孔衬套的底部透视图。图13是图13的上孔衬套的顶部透视图。图14是图13的上孔衬套的剖视图。
【具体实施方式】
[0030]可通过参考以下详细描述、实例、图和权利要求及其之前和之后的描述而更容易地理解本发明。然而，在公开和描述本装置、系统和/或方法之前，应理解，除非另外说明，否则本发明不限于所公开的具体装置、系统和/或方法，因而当然可以变化。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述特定方面的目的，且并不意图加以限制。
[0031]本发明的以下描述被提供为本发明的当前已知的最好的实施方案的能实现的教导。为此，相关领域的技术人员将认识并了解到可对本文中描述的本发明的各种方面做出许多改变，而仍然获得本发明的有益结果。还将显而易见的是，本发明的一些希望益处可通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征来获得。因此，本领域的从业人员将认识到对本发明进行许多修改和改编是可能的，并且在某些情况下甚至可能是希望的并且是本发明的一部分。因此，以下描述是作为说明本发明的原理而提供的并不在其限制之中。
[0032]除非上下文另外明确规定，否则如通篇所使用的单数形式“一个(种)”和“所述”包括多个指示物。因此，例如，除非上下文另外说明，否则提及“木质层”可包括两个或更多个此类木质层。
[0033]在本文中，范围可表达为从“约” 一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表达这种范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表达为近似值时，将理解的是特定值形成了另一方面。应进一步理解，所述范围的每个端点相对于另一个端点都是有区别的，并且独立于另一个端点。
[0034]如本文所使用的，术语“任选的”或“任意地”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，并且所述描述包括所述事件或情形发生的情况和不发生的情况。
[0035]本文所使用的单词“或”意指特定列表的任何一个构件并且还包括列出的任何构件的组合。
[0036]具有从动闩锁机构的岩心筒头组件
[0037]本发明的实现方式涉及用于有效且高效地将岩芯筒组件闩锁到钻柱的钻探工具、系统和方法。例如，本发明的一个或多个实现方式包括一种具有从动闩锁机构的岩芯筒组件，所述从动闩锁机构可将岩芯筒组件可靠地锁定到钻柱内的固定轴向位置中。另外，从动闩锁机构可减少或消除岩芯筒组件与钻柱的匹配部件之间的磨损。具体而言，从动闩锁机构可相对于钻柱旋转锁定岩芯筒组件，从而减少或消除岩芯筒组件与钻柱的匹配部件