用于鉆探操作中的制動裝置和方法
【專利說明】用于鉆探操作中的制動裝置和方法
[0001]本申請是申請號為200980112769.X、名稱為“用于鉆探操作中的制動裝置和方法”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本申請總體涉及鉆探方法和用于鉆探中的裝置。特別地，本申請涉及用于在鉆探操作過程中減少鉆探工具從鉆孔意外退出的方法和設備。
【背景技術】
[0003]當前已知和利用了很多鉆探工藝。一種鉆探工藝，即勘察鉆探，常包括從地巖層中取出所需材料的樣本。在用于勘察鉆探的傳統工藝中，開式鉆頭附接到用于取出所需樣本的巖芯管的底部或前邊緣。巖芯管包括附接到鉆柱的外部部分和采集樣本的內部部分。鉆柱是隨著巖芯管移入地巖層內更深處時，逐個部分地組裝在一起的一系列連接在一起的鉆桿。巖芯管旋入和/或推入所需地巖層內，以獲取所需材料的樣本(常稱作芯樣)。當獲取芯樣時，通過將整個鉆柱移出(或起鉆)已鉆探過的孔(鉆孔)而撤出包含芯樣的內部部分。鉆桿的每個部分必須按順序從鉆孔移出。然后，可從巖芯管取出芯樣。
[0004]在繩索勘察鉆探工藝中，巖芯管組件(或其它鉆探工具)位于鉆柱上，并鉆進地巖層。巖芯管組件包括外部部分和位于外部部分內部的內管組件。巖芯管的外部部分又常在末端設置有鉆頭，并鉆進地巖層。然而，巖芯管的內管組件常不包括鉆頭，且不連接到鉆柱。相反，內管組件以可釋放方式鎖定到外部部分，且整個巖芯管組件一起鉆進。當獲取芯樣時，內管組件從外部部分解鎖，并利用回撤系統撤回。然后，取出芯樣，并利用回撤系統將內管組件放置回外部部分內。因此，繩索系統減少了當獲取芯樣時，由于替代地使用了繩索系統而需要將鉆柱的鉆桿降下和提起的時間。
[0005]在一些鉆探工藝中，沿向上方向鉆出水平的或水平向上的鉆孔。在使用繩索系統的這種工藝中，利用位于巖芯管組件上的閥和密封部分，通過在密封部分后施加液壓，將內管組件泵送到位，由此迫使內管組件進入向上定向的鉆孔。當內管組件到位并鎖定到外部部分時，去除液壓并使巖芯管組件鉆進。為了撤回內管組件，可以相似工藝將繩索泵送到鉆孔，且內管組件如上所述地解耦和移出。
[0006]盡管此種工藝可減少與撤回芯樣相關的時間，但在移出內管組件時可碰到困難。例如，偶爾內管組件可從鉆柱掉出，由于巖芯管組件以可能高速的方式存在于鉆孔內，因此對地表處的設備和人員構成潛在危害。

【發明內容】

[0007]一種用于在鉆孔內進行的鉆探操作的制動裝置，包括:制動器保持器，其具有在其中限定的多個制動器連接器開孔；本體構件，其具有錐形表面，錐形表面具有第一直徑和第二直徑，第二直徑比第一直徑大；至少一個制動元件，其至少部分地位于制動器保持器和本體構件之間，并與制動器連接器開口中的至少一個以及錐形表面連通；以及偏置構件，其構造成在本體構件上施加偏置力，以朝制動器保持器移動本體構件，以將制動元件從與錐形表面的第一直徑接觸移向與第二直徑接觸。
[0008]本發明的這些以及其它目的和特征將會從下述和所附權利要求中完全明白，或者通過在下文中闡述的本發明的實踐中獲知。
【附圖說明】
[0009]為進一步闡明本發明的上述以及其它優點和特征，將參照附圖中圖示的特定實施方式對本發明進行更加詳細的描述。可以理解，這些附圖圖示僅圖示出本發明的實施方式，且因此不視為限制本發明的范圍。通過利用附圖并借助于附加特征和細節描述和解釋本發明，其中:
[0010]圖1圖不出根據一個不例的具有制動裝置的鉆探系統；
[0011]圖2A圖示出根據一個示例的鉆探組件的已組裝視圖；
[0012]圖2B圖示出根據一個示例的圖2A中的鉆探組件的分解圖；
[0013]圖2C圖示出圖2B的制動裝置的橫剖視圖；
[0014]圖3A至3B圖示出根據一個示例的位于套管內的制動裝置的操作；以及
[0015]圖4圖示出根據一個示例的制動裝置。
[0016]附圖與下述一起顯示和解釋鉆探工藝中的制動裝置和使用該制動裝置的方法的原理。在附圖中，為了清楚起見可放大部件的厚度和構造。不同附圖中的同一參考標號表示相似的一一雖然必然完全相同的一一部件。
【具體實施方式】
[0017]本文提供的裝置、組件、系統以及方法包括在水平的和/或上孔鉆探(up-holedrilling)過程中用于控制位于期望位置的諸如巖芯管組件的鉆探組件等運動的制動裝置和方法。可按照需要將制動裝置結合于鉆探系統中。在至少一個示例中，制動裝置是孔內組件(in-hole assembly)的部分，例如通常為繩索系統的部分，且可特別地為巖芯管組件的部分。在一個示例中，制動裝置可為相對于外套管可移入合適位置的頭組件的部分。在其它示例中，制動裝置可耦接到或成為巖芯管的部分。
[0018]下述給出特定細節以便于能透徹理解。然而，本領域技術人員可理解，可在不利用這些特定細節的情況下實施和使用這些設備以及利用這些設備的方法。事實上，可通過修改圖示的設備及其關聯方法來實施這些設備及其關聯方法，且這些設備及其關聯方法可結合產業中傳統使用的其它任何設備和技術一起使用。例如，盡管以下描述集中于在勘察鉆探操作中使用制動裝置，但這些設備及其關聯方法可用于將裝置和工具插入孔或管形構件內的很多不同工藝中，例如井測試、油氣鉆探操作、管道清洗等。
[0019]圖1圖示包括滑撬式組件105和鉆機頭110的鉆探系統100。滑撬式組件105可作為鉆機130的一部分耦接到滑架120。鉆機頭110構造成具有一個或多個耦接到鉆機頭110的帶螺紋構件140。帶螺紋構件可包括但不限于鉆桿和套管。為便于參考，將把管形帶螺紋構件140描述為鉆桿。鉆桿140可轉而耦接到另外的鉆桿，以形成鉆柱150。鉆柱150轉而可耦接到具有鉆頭160的巖芯管組件、或其它構造成與諸如地巖層165的待鉆探材料相界接的孔內工具(in-hole tool)。
[0020]在所圖示的示例中，滑架120可定向成使得鉆柱150為大體水平的或相對于水平面向上定向。此外，鉆機頭110構造成在鉆探工藝過程中轉動鉆柱150。特別地，鉆機頭110可改變鉆機頭110轉動的速度以及方向。可根據鉆探工藝按照需要來選定鉆機頭的轉速和/或鉆機頭110傳遞到鉆柱150的轉矩。
[0021]滑撬式組件105可構造成在鉆機頭110轉動時，相對于滑架120平移以將軸向力施加到鉆機頭110，以促動鉆頭160進入地巖層165。在所圖示的示例中，鉆探系統100包括驅動器組件170，驅動器組件170構造成相對于滑架120移動滑撬式組件105，以如上所述地將軸向力施加到鉆頭160。如下文更詳細討論的，鉆機頭110可通過很多種方法構造以適于多種鉆孔情形。
[0022]鉆探系統100還包括具有制動裝置200的孔內組件20。制動裝置200構造成有助于阻止鉆探工具和裝置從地巖層165中的鉆孔內意外退出。撤回機構的鎖定或定位組件【例如繩索打攜矛頭、纜線連接器、真空泵內密封裝置(vacuum pump-1n seal)等】可親接到制動裝置的近端，使得制動裝置位于鉆探組件和回撤構件之間。在其它示例中，制動裝置200可與撤回機構一體形成。在下述示例中，制動裝置200包括構造成選擇性地接合外套管的內表面或鉆孔壁的內表面的制動元件。
[0023]如果需要，偏置構件(例如彈簧)保持制動元件與錐形表面和內壁接觸，使得一直可存在一些摩擦。在這種配置中，當推擠進錐形表面使其增加與制動元件的接合時，制動元件的摩擦力增大。因此，當在鉆探組件上施加背離鉆孔方向的力時，錐形表面被壓進制動元件。這種作用的結果增大了制動元件和內壁之間的摩擦力，使鉆探組件制動，并且在足夠大的力的作用下在鉆孔內止動。然而，施加到回撤構件的反方向的力使制動元件遠離圓錐形表面，并容許鉆探工具移動和退出鉆孔。
[0024]這種制動裝置既可用于下孔鉆探操作(down-hole drilling operat1n)中，也可用于上孔鉆探操作(up-hole dr