[發明專利]從動閂鎖機構

有效

• 申請號: 201080055434.1
• 申請日: 2010-10-07
• 公開（公告）號: CN102791954A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·L·德倫斯;喬治·約恩多;喬治·易卜拉欣
• 申請（專利權）人: 長年TM公司
• 主分類號: E21B17/02
• 分類號: E21B17/02;E21B25/04
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;鄭特強

技術領域

本發明的實施方案大體涉及可用來鉆探地質地層和/或人造地層的鉆井設備和方法。具體地，本發明的實施方案涉及巖心筒（core?barrel）組件和用于將巖心筒組件閂鎖到鉆柱的機構。

背景技術

勘探鉆井可包括從地層取回所期望物質的樣本（巖心樣本）。鋼纜鉆井（wireline?drilling）系統是一種普遍的用于取回巖心樣本的鉆井系統。在鋼纜鉆井過程中，巖心鉆頭附接到外管或鉆桿的前邊緣。然后，通過隨著外管更深地下降至期望的地層內，將逐段地組裝在一起的一連串鉆桿附接，從而形成鉆柱。隨后使巖心筒組件下降或泵入鉆柱中。再使巖心鉆頭旋轉、推動和/或振動到地層內，由此造成期望物質的樣本進入巖心筒組件。一旦獲得巖心樣本，就使用鋼纜從鉆柱取回巖心筒組件。然后，能夠從巖心筒組件移走巖心樣本。

巖心筒組件通常包括用于容置樣本的巖心筒和用于附接到鋼纜的頭部組件。典型地，巖心筒組件被下降到鉆柱內，直到巖心筒到達外管的一部分或最遠的鉆桿為止。在該點，頭部組件的閂鎖被展開（deployed）以限制巖心筒組件的相對于鉆桿的運動。一旦被閂鎖，巖心筒組件就隨后與鉆桿一起前進到地層內，以引起物質填充巖心筒。

由于巖心筒組件與鉆柱之間的相互作用，能夠產生一個潛在的問題。例如，當鉆柱旋轉時，巖心筒組件的慣性能夠大于匹配部件之間的摩擦阻力，使得頭部組件以比鉆桿更低的速率旋轉，或者不能旋轉而保持固定。在這種情形下，匹配部件就會受到滑動接觸，而這能夠導致磨損。

因此，傳統的鋼纜系統的有許多要解決的缺陷。

發明內容

本發明的一個或多個實施方案借助使巖心筒組件有效且高效地閂鎖到鉆柱的鉆井工具、系統和方法，來克服本領域的一個或多個問題。例如，本發明的一個或多個實施方案包括巖心筒組件，該巖心筒組件具有能夠將巖心筒組件可靠地鎖定到鉆柱內的固定軸向位置的從動閂鎖機構。另外，這種從動閂鎖機構能夠減少或消除巖心筒組件與鉆柱的匹配部件之間的磨損。具體地，從動閂鎖機構能夠相對于鉆柱使巖心筒組件旋轉鎖定（rotationally?lock），由此減少或消除巖心筒組件與鉆柱的匹配部件之間的滑動接觸（和相關聯的磨損）。

例如，巖心筒頭部組件的一個實施方案包括套筒，該套筒中延伸穿過有多個閂鎖開口。巖心筒頭部組件也可包括至少部分地位于套筒內的驅動構件。驅動構件可包括多個平面驅動表面。另外，巖心筒頭部組件可包括位于多個平面驅動表面上或抵靠多個平面驅動表面的多個楔式構件。多個楔式構件可在多個閂鎖開口內延伸。驅動構件能夠使多個楔式構件楔入鉆柱的內表面與多個平面驅動表面之間，由此防止巖心筒的頭部組件相對于鉆柱而旋轉。

另外，巖心筒頭部組件的另一實施方案可包括套筒、可移動地耦合到套筒的閂體以及至少部分地位于套筒內的驅動構件。巖心筒頭部組件還可包括至少部分地位于閂體內的坐放構件（landing?member）。此外，巖心筒頭部組件可包括位于驅動構件上的多個楔式構件。驅動構件相對于多個楔式構件的軸向運動能夠使多個楔式構件相對于套筒在閂鎖位置與釋放位置之間徑向移動。巖心筒頭部組件還可包括位于坐放構件上的多個制動元件。坐放構件的相對于多個制動元件的軸向運動能夠使多個制動元件相對于閂體在收回位置與伸出位置之間徑向移動。

此外，用于取回巖心樣本的鉆井系統的實施方案可包括鉆桿，該鉆桿包括延伸到鉆桿的內徑中的第一環形凹部。而且，鉆井系統可包括適合插入鉆桿內的巖心筒組件。另外，鉆井系統可包括位于巖心筒組件內的從動閂鎖機構。從動閂鎖機構可包括驅動構件和多個楔式構件，驅動構件包括多個平面驅動表面。驅動構件的相對于多個楔式構件的軸向位移能夠推動或迫使多個楔式構件進入鉆桿的第一環形凹部，由此使巖心筒的頭部組件相對于鉆桿軸向而軸向鎖定。此外，鉆桿的旋轉能夠造成多個楔式構件使巖心筒組件相對于鉆桿而旋轉鎖定。

除前述之外，鉆井方法可包括將巖心筒組件插入鉆柱內。巖心筒組件可包括從動閂鎖機構，從動閂鎖機構包括位于多個平面驅動表面上的多個楔式構件。該方法還可包括使鉆柱內的巖心筒組件移動到鉆井位置。該方法還可包括使多個楔式構件展開到鉆柱的環形槽中。另外，該方法可包括使鉆柱旋轉，由此造成多個楔式構件楔入鉆柱的內徑與多個平面驅動表面之間。多個楔式構件的楔入能夠使巖心筒組件相對于鉆柱而旋轉鎖定。