[發明專利]具有可縮回的可鎖從動閂鎖機構的巖芯鉆井工具

有效

• 申請號: 201080057031.0
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102782248A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 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: E21B25/02
• 分類號: E21B25/02;E21B25/10
• 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;黃艷

技術領域

本發明的實施大體涉及可以用于地質和/或人為巖層鉆井的鉆井設備和方法。具體來說，本發明的實施涉及巖芯筒組件。

背景技術

巖芯鉆井（或巖芯取樣）包括因各種原因獲取各種深度地下巖層的巖芯樣品。例如，所取得的巖芯樣品可以指出在特定巖層存在或可能存在什么物料，如石油、貴金屬和其它所需的物料，以及指出在什么深度。在某些情況下，巖芯取樣可以用來提供物料和活動的地質時間表。因此，巖芯取樣可以被用來確定在特定區域進一步探索的可取性。

鋼絲繩鉆井系統是一種常見的用于取得巖芯樣品的鉆井系統。在鋼絲繩鉆井過程中，巖芯鉆頭被附接到外管或鉆桿的前緣。然后，當將外管降到更深入所需巖層中時，通過附接一系列被一部分一部分組裝起來的鉆桿來形成鉆柱。然后，將巖芯筒組件降入或泵入鉆柱。旋轉、推動和/或震動巖芯鉆頭使其進入巖層，從而導致目標物料的樣品進入巖芯筒組件。一旦獲取到巖芯樣品，就使用鋼絲繩從鉆柱中收回巖芯筒組件。然后，可以將巖芯樣品從巖芯筒組件中取出。

巖芯筒組件通常包括用于容納巖芯的巖芯筒和用于將巖芯筒組件附接到鋼絲繩的頭組件。通常，將巖芯筒組件降入鉆柱中，直到巖芯筒到達外管或最遠端鉆桿上的聯頂位。這時，部署頭組件上的閂鎖，以限制巖芯筒組件相對于鉆桿的移動。一旦被閂上，隨后就將巖芯筒組件與鉆桿一起推進巖層，從而造成物料填滿巖芯筒。

巖芯筒組件與鉆柱之間的相互作用可能導致一個潛在的挑戰。例如，當鉆柱旋轉時，巖芯筒組件的慣性可能超過配對部件間的摩擦阻力，因此頭組件的旋轉速率低于鉆桿或無法旋轉并保持靜止。在這種情況下，配對部件可能遭受會導致磨料磨損的滑動接觸。

通常，可能需要取得巖層中各種深度的巖芯樣品。另外，在某些情況下，可能需要沿鉆井路徑取得在地平面下數千英尺深處或其它深度的巖芯樣品。在這種情況下，取得巖芯樣品可能需要從鉆孔中移除整個鉆柱（或拆除鉆柱），這是個耗時且昂貴的過程。在其它情況下，可以使用鋼絲繩鉆井系統來避免拆除整個鉆柱的麻煩和耗費的時間。然而，即使在使用鋼絲繩鉆井系統時，將巖芯筒組件安裝到鉆柱中和從鉆柱中拆卸仍然很費時。

因此，常規鋼絲繩系統存在很多能夠解決的缺點。

發明內容

本發明的一個或多個實施克服本領域中用于有效且高效地獲取巖芯樣品的鉆井工具、系統和方法的一個或多個問題。例如，本發明的一個或多個實施包括具有從動閂鎖機構的巖芯筒組件，所述從動閂鎖機構能夠軸向并且旋轉地將巖芯筒組件可靠地鎖到鉆柱上。此外，在將巖芯筒組件安裝到鉆柱中和從鉆柱中拆卸期間，可以將從動閂鎖機構徑向縮回并鎖在縮回位置。在巖芯筒組件的裝卸期間，從動閂鎖機構的所述縮回位置可以允許鉆柱與巖芯筒組件之間更大的流體流動；因此，加快了巖芯筒組件的裝卸速度。

例如，巖芯筒頭組件的一個實施包括具有多個延伸出去的開口的套管。巖芯筒頭組件還可以包括至少部分地放置在多個開口內的多個楔形構件。所述多個楔形構件可以被調適成軸向并且旋轉地將套管鎖到鉆柱上。此外，巖芯筒頭組件可以包括至少部分地放置在套管內的傳動構件。所述傳動構件可以包括至少一個在其中延伸的凹槽。所述至少一個凹槽可以配置成容納所述多個楔形構件并將其保持在所述套管內的縮回位置中。

此外，巖芯筒頭組件的另一個實施可以包括套管和與套管可移動連接的傳動構件。巖芯筒頭組件還可以包括多個放置在傳動構件上的楔形構件。傳動構件相對于套管的軸向移動可以在鎖住位置與內縮位置之間相對于套管徑向移動多個楔形構件。另外，巖芯筒頭組件可以包括至少一個延伸進入傳動構件的凹槽。所述至少一個凹槽可以容納多個楔形構件并將其鎖于縮回位置中。

另外，用于取得巖芯樣品的鉆井系統的實施可以包括包含多個鉆桿的鉆柱。鉆井系統還可以包括被調適成插入鉆柱內的巖芯筒組件。此外，鉆井系統可以包括放置在巖芯筒組件內的從動閂鎖機構。所述從動閂鎖機構可以將巖芯筒組件相對于鉆柱旋轉地且軸向地鎖定。從動閂鎖機構可以包括多個放置在傳動構件上的楔形構件。所述傳動構件可以包括被調適成容納多個楔形構件并將其相對于傳動構件鎖定的至少一個凹槽。