[发明专利]具有可缩回的可锁从动闩锁机构的岩芯钻井工具

说明书

技术领域

本发明的实施大体涉及可以用于地质和/或人为岩层钻井的钻井设备和方法。具体来说，本发明的实施涉及岩芯筒组件。

背景技术

岩芯钻井（或岩芯取样）包括因各种原因获取各种深度地下岩层的岩芯样品。例如，所取得的岩芯样品可以指出在特定岩层存在或可能存在什么物料，如石油、贵金属和其它所需的物料，以及指出在什么深度。在某些情况下，岩芯取样可以用来提供物料和活动的地质时间表。因此，岩芯取样可以被用来确定在特定区域进一步探索的可取性。

钢丝绳钻井系统是一种常见的用于取得岩芯样品的钻井系统。在钢丝绳钻井过程中，岩芯钻头被附接到外管或钻杆的前缘。然后，当将外管降到更深入所需岩层中时，通过附接一系列被一部分一部分组装起来的钻杆来形成钻柱。然后，将岩芯筒组件降入或泵入钻柱。旋转、推动和/或震动岩芯钻头使其进入岩层，从而导致目标物料的样品进入岩芯筒组件。一旦获取到岩芯样品，就使用钢丝绳从钻柱中收回岩芯筒组件。然后，可以将岩芯样品从岩芯筒组件中取出。

岩芯筒组件通常包括用于容纳岩芯的岩芯筒和用于将岩芯筒组件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或最远端钻杆上的联顶位。这时，部署头组件上的闩锁，以限制岩芯筒组件相对于钻杆的移动。一旦被闩上，随后就将岩芯筒组件与钻杆一起推进岩层，从而造成物料填满岩芯筒。

岩芯筒组件与钻柱之间的相互作用可能导致一个潜在的挑战。例如，当钻柱旋转时，岩芯筒组件的惯性可能超过配对部件间的摩擦阻力，因此头组件的旋转速率低于钻杆或无法旋转并保持静止。在这种情况下，配对部件可能遭受会导致磨料磨损的滑动接触。

通常，可能需要取得岩层中各种深度的岩芯样品。另外，在某些情况下，可能需要沿钻井路径取得在地平面下数千英尺深处或其它深度的岩芯样品。在这种情况下，取得岩芯样品可能需要从钻孔中移除整个钻柱（或拆除钻柱），这是个耗时且昂贵的过程。在其它情况下，可以使用钢丝绳钻井系统来避免拆除整个钻柱的麻烦和耗费的时间。然而，即使在使用钢丝绳钻井系统时，将岩芯筒组件安装到钻柱中和从钻柱中拆卸仍然很费时。

因此，常规钢丝绳系统存在很多能够解决的缺点。

发明内容

本发明的一个或多个实施克服本领域中用于有效且高效地获取岩芯样品的钻井工具、系统和方法的一个或多个问题。例如，本发明的一个或多个实施包括具有从动闩锁机构的岩芯筒组件，所述从动闩锁机构能够轴向并且旋转地将岩芯筒组件可靠地锁到钻柱上。此外，在将岩芯筒组件安装到钻柱中和从钻柱中拆卸期间，可以将从动闩锁机构径向缩回并锁在缩回位置。在岩芯筒组件的装卸期间，从动闩锁机构的所述缩回位置可以允许钻柱与岩芯筒组件之间更大的流体流动；因此，加快了岩芯筒组件的装卸速度。

例如，岩芯筒头组件的一个实施包括具有多个延伸出去的开口的套管。岩芯筒头组件还可以包括至少部分地放置在多个开口内的多个楔形构件。所述多个楔形构件可以被调适成轴向并且旋转地将套管锁到钻柱上。此外，岩芯筒头组件可以包括至少部分地放置在套管内的传动构件。所述传动构件可以包括至少一个在其中延伸的凹槽。所述至少一个凹槽可以配置成容纳所述多个楔形构件并将其保持在所述套管内的缩回位置中。

此外，岩芯筒头组件的另一个实施可以包括套管和与套管可移动连接的传动构件。岩芯筒头组件还可以包括多个放置在传动构件上的楔形构件。传动构件相对于套管的轴向移动可以在锁住位置与内缩位置之间相对于套管径向移动多个楔形构件。另外，岩芯筒头组件可以包括至少一个延伸进入传动构件的凹槽。所述至少一个凹槽可以容纳多个楔形构件并将其锁于缩回位置中。

另外，用于取得岩芯样品的钻井系统的实施可以包括包含多个钻杆的钻柱。钻井系统还可以包括被调适成插入钻柱内的岩芯筒组件。此外，钻井系统可以包括放置在岩芯筒组件内的从动闩锁机构。所述从动闩锁机构可以将岩芯筒组件相对于钻柱旋转地且轴向地锁定。从动闩锁机构可以包括多个放置在传动构件上的楔形构件。所述传动构件可以包括被调适成容纳多个楔形构件并将其相对于传动构件锁定的至少一个凹槽。