專利名稱：用于鉆探操作中的制動(dòng)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總體涉及鉆探方法和用于鉆探中的裝置。特別地，本申請(qǐng)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(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)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(tǒng)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(nèi)部部分。鉆 柱是隨著巖芯管移入地巖層內(nèi)更深處時(shí)，逐個(gè)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(nèi)，以獲取所需材料的樣本(常稱作芯樣)。當(dāng)獲取 芯樣時(shí)，通過將整個(gè)鉆柱移出(或起鉆)已鉆探過的孔(鉆孔)而撤出包含芯樣的內(nèi)部部 分。鉆桿的每個(gè)部分必須按順序從鉆孔移出。然后，可從巖芯管取出芯樣。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(jìn)地巖 層。巖芯管組件包括外部部分和位于外部部分內(nèi)部的內(nèi)管組件。巖芯管的外部部分又常在 末端設(shè)置有鉆頭，并鉆進(jìn)地巖層。然而，巖芯管的內(nèi)管組件常不包括鉆頭，且不連接到鉆柱。 相反，內(nèi)管組件以可釋放方式鎖定到外部部分，且整個(gè)巖芯管組件一起鉆進(jìn)。當(dāng)獲取芯樣 時(shí)，內(nèi)管組件從外部部分解鎖，并利用回撤系統(tǒng)撤回。然后，取出芯樣，并利用回撤系統(tǒng)將內(nèi) 管組件放置回外部部分內(nèi)。因此，繩索系統(tǒng)減少了當(dāng)獲取芯樣時(shí)，由于替代地使用了繩索系 統(tǒng)而需要將鉆柱的鉆桿降下和提起的時(shí)間。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(tǒng) 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(nèi) 管組件泵送到位，由此迫使內(nèi)管組件進(jìn)入向上定向的鉆孔。當(dāng)內(nèi)管組件到位并鎖定到外部 部分時(shí)，去除液壓并使巖芯管組件鉆進(jìn)。為了撤回內(nèi)管組件，可以相似工藝將繩索泵送到鉆 孔，且內(nèi)管組件如上所述地解耦和移出。盡管此種工藝可減少與撤回芯樣相關(guān)的時(shí)間，但在移出內(nèi)管組件時(shí)可碰到困難。 例如，偶爾內(nèi)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(nèi)，因此 對(duì)地表處的設(shè)備和人員構(gòu)成潛在危害。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的鉆探操作的制動(dòng)裝置，包括制動(dòng)器保持器，其具有在其 中限定的多個(gè)制動(dòng)器連接器開孔；本體構(gòu)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(gè)制動(dòng)元件，其至少部分地位于制動(dòng)器保持器和本 體構(gòu)件之間，并與制動(dòng)器連接器開口中的至少一個(gè)以及錐形表面連通；以及偏置構(gòu)件，其構(gòu) 造成在本體構(gòu)件上施加偏置力，以朝制動(dòng)器保持器移動(dòng)本體構(gòu)件，以將制動(dòng)元件從與錐形 表面的第一直徑接觸移向與第二直徑接觸。本發(fā)明的這些以及其它目的和特征將會(huì)從下述和所附權(quán)利要求中完全明白，或者通過在下文中闡述的本發(fā)明的實(shí)踐中獲知。


為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的上述以及其它優(yōu)點(diǎn)和特征，將參照附圖中圖示的特定實(shí)施 方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。可以理解，這些附示僅圖示出本發(fā)明的實(shí)施方式， 且因此不視為限制本發(fā)明的范圍。通過利用附圖并借助于附加特征和細(xì)節(jié)描述和解釋本發(fā) 明，其中圖1圖示出根據(jù)一個(gè)示例的具有制動(dòng)裝置的鉆探系統(tǒng)；圖2A圖示出根據(jù)一個(gè)示例的鉆探組件的已組裝視圖；圖2B圖示出根據(jù)一個(gè)示例的圖2A中的鉆探組件的分解圖；圖2C圖示出圖2B的制動(dòng)裝置的橫剖視圖；圖3A至3B圖示出根據(jù)一個(gè)示例的位于套管內(nèi)的制動(dòng)裝置的操作；以及圖4圖示出根據(jù)一個(gè)示例的制動(dòng)裝置。附圖與下述一起顯示和解釋鉆探工藝中的制動(dòng)裝置和使用該制動(dòng)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(gòu)造。不同附圖中的同一參考標(biāo)號(hào)表 示相似的——雖然必然完全相同的——部件。
具體實(shí)施例方式本文提供的裝置、組件、系統(tǒng)以及方法包括在水平的和/或上孔鉆探(up-hole drilling)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(yùn)動(dòng)的制動(dòng)裝置 和方法?？砂凑招枰獙⒅苿?dòng)裝置結(jié)合于鉆探系統(tǒng)中。在至少一個(gè)示例中，制動(dòng)裝置是孔內(nèi) 組件(in-hole assembly)的部分，例如通常為繩索系統(tǒng)的部分，且可特別地為巖芯管組件 的部分。在一個(gè)示例中，制動(dòng)裝置可為相對(duì)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(dòng)裝置可耦接到或成為巖芯管的部分。下述給出特定細(xì)節(jié)以便于能透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，可在不利用 這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施和使用這些設(shè)備以及利用這些設(shè)備的方法。事實(shí)上，可通過修 改圖示的設(shè)備及其關(guān)聯(lián)方法來(lái)實(shí)施這些設(shè)備及其關(guān)聯(lián)方法，且這些設(shè)備及其關(guān)聯(lián)方法可結(jié) 合產(chǎn)業(yè)中傳統(tǒng)使用的其它任何設(shè)備和技術(shù)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(dòng)裝置，但這些設(shè)備及其關(guān)聯(lián)方法可用于將裝置和工具插入孔或管形構(gòu)件 內(nèi)的很多不同工藝中，例如井測(cè)試、油氣鉆探操作、管道清洗等。圖1圖示包括滑撬式組件105和鉆機(jī)頭110的鉆探系統(tǒng)100。滑撬式組件105可 作為鉆機(jī)130的一部分耦接到滑架120。鉆機(jī)頭110構(gòu)造成具有一個(gè)或多個(gè)耦接到鉆機(jī)頭 110的帶螺紋構(gòu)件140。帶螺紋構(gòu)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(gòu)件140描述為鉆桿。鉆桿140可轉(zhuǎn)而耦接到另外的鉆桿，以形成鉆柱150。鉆柱150 轉(zhuǎn)而可耦接到具有鉆頭160的巖芯管組件、或其它構(gòu)造成與諸如地巖層165的待鉆探材料 相界接的孔內(nèi)工具(in-hole tool)。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(duì)于水平 面向上定向。此外，鉆機(jī)頭110構(gòu)造成在鉆探工藝過程中轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱150。特別地，鉆機(jī)頭110 可改變鉆機(jī)頭110轉(zhuǎn)動(dòng)的速度以及方向?？筛鶕?jù)鉆探工藝按照需要來(lái)選定鉆機(jī)頭的轉(zhuǎn)速和/或鉆機(jī)頭110傳遞到鉆柱150的轉(zhuǎn)矩?；耸浇M件105可構(gòu)造成在鉆機(jī)頭110轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)于滑架120平移以將軸向力施加到鉆機(jī)頭110，以促動(dòng)鉆頭160進(jìn)入地巖層165。在所圖示的示例中，鉆探系統(tǒng)100包 括驅(qū)動(dòng)器組件170，驅(qū)動(dòng)器組件170構(gòu)造成相對(duì)于滑架120移動(dòng)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(xì)討論的，鉆機(jī)頭110可通過很多種方法構(gòu)造以 適于多種鉆孔情形。鉆探系統(tǒng)100還包括具有制動(dòng)裝置200的孔內(nèi)組件20。制動(dòng)裝置200構(gòu)造成有 助于阻止鉆探工具和裝置從地巖層165中的鉆孔內(nèi)意外退出。撤回機(jī)構(gòu)的鎖定或定位組件例如繩索打撈矛頭、纜線連接器、真空泵內(nèi)密封裝置(vacuum pump-in seal)等可耦接 到制動(dòng)裝置的近端，使得制動(dòng)裝置位于鉆探組件和回撤構(gòu)件之間。在其它示例中，制動(dòng)裝置 200可與撤回機(jī)構(gòu)一體形成。在下述示例中，制動(dòng)裝置200包括構(gòu)造成選擇性地接合外套管 的內(nèi)表面或鉆孔壁的內(nèi)表面的制動(dòng)元件。如果需要，偏置構(gòu)件(例如彈簧)保持制動(dòng)元件與錐形表面和內(nèi)壁接觸，使得一直 可存在一些摩擦。在這種配置中，當(dāng)推擠進(jìn)錐形表面使其增加與制動(dòng)元件的接合時(shí)，制動(dòng)元 件的摩擦力增大。因此，當(dāng)在鉆探組件上施加背離鉆孔方向的力時(shí)，錐形表面被壓進(jìn)制動(dòng)元 件。這種作用的結(jié)果增大了制動(dòng)元件和內(nèi)壁之間的摩擦力，使鉆探組件制動(dòng)，并且在足夠大 的力的作用下在鉆孔內(nèi)止動(dòng)。然而，施加到回撤構(gòu)件的反方向的力使制動(dòng)元件遠(yuǎn)離圓錐形 表面，并容許鉆探工具移動(dòng)和退出鉆孔。這種制動(dòng)裝置既可用于下孔鉆探操作(down-hole drilling operation)中，也可 用于上孔鉆探操作(up-hole drilling operation)中。在以向上傾角的方式鉆進(jìn)鉆孔的 上孔鉆探操作中，可利用容許使用繩索撤回系統(tǒng)的任何合適技術(shù)和/或部件將該組件泵送 進(jìn)鉆孔。因此，制動(dòng)裝置200可容許在上孔鉆探操作中使用繩索撤回系統(tǒng)，而無(wú)組件以不可 控和可能不安全方式滑出鉆柱的危險(xiǎn)。因此，制動(dòng)裝置200通過以摩擦配置方式將制動(dòng)元 件接合于套管或鉆柱(或鉆孔)的內(nèi)壁之間，阻止鉆探組件從鉆孔移出或退出。圖2A圖示包括制動(dòng)裝置200的諸如內(nèi)管組件的孔內(nèi)鉆探工具組件20。制動(dòng)裝置 200可耦接到構(gòu)造成選擇性地接合外部套管和/或鉆孔壁的定位機(jī)構(gòu)，例如鎖位組件21。諸 如內(nèi)管22的鉆探設(shè)備可耦接到鎖位組件21的鉆頭?？梢岳斫?，在一些示例中，鎖位組件21 可與制動(dòng)裝置200 —體。圖2B是圖2A中圖示的孔內(nèi)組件20的分解圖。如圖2B所示，制動(dòng)裝置200可包 括第一構(gòu)件210、第二構(gòu)件220、制動(dòng)器保持器230、套筒240、偏置構(gòu)件250、以及撤回構(gòu)件 260。第二構(gòu)件220相對(duì)于制動(dòng)器保持器230的運(yùn)動(dòng)使得第二構(gòu)件220上的構(gòu)件沿徑向向 內(nèi)和向外移動(dòng)制動(dòng)元件234，由此脫離和接合制動(dòng)裝置200。套筒240可提供夾持表面，以 將處于預(yù)配置的脫離狀態(tài)下的制動(dòng)裝置200手動(dòng)鎖定。偏置構(gòu)件250朝制動(dòng)器保持器230 促動(dòng)第二構(gòu)件220，由此將制動(dòng)裝置200移向接合狀態(tài)。用以將第二構(gòu)件220移離制動(dòng)器保 持器230的隨后施加的力將因而克服偏置構(gòu)件250所施加的力，以由此將制動(dòng)裝置200移 至脫離狀態(tài)。制動(dòng)裝置200可為包括鉆柱或套管柱的較大鉆探工具或鉆探組件的一部分，較大 鉆探工具或鉆探組件諸如為巖芯管組件、泥漿移除組件、或用于鉆孔內(nèi)的其它任何鉆探工 具。為便于參考，術(shù)語(yǔ)“近”和“遠(yuǎn)”將用于描述各部件相對(duì)于鉆機(jī)頭的相對(duì)位置。因此，部件的近側(cè)部分將描述為比同一部件的遠(yuǎn)側(cè)部分相對(duì)更靠近鉆機(jī)頭?？梢岳斫?，孔內(nèi)組件20 可按照需要定方位在其它位置，以提供制動(dòng)裝置的所需功能。在圖示示例中，第一構(gòu)件210 位于第二構(gòu)件220的近側(cè)處。如圖2C所示，第一構(gòu)件210的近端210A耦接到撤回構(gòu)件260。第一構(gòu)件210可包 括通道212，以滑動(dòng)地容納第二構(gòu)件220的至少一部分。第一構(gòu)件210可借助于任何已知連 接裝置或方法耦接到撤回構(gòu)件260。例如，在多種實(shí)施方式中，第一構(gòu)件210可借助于銷、 鍵、螺栓、焊接、螺紋連接、一體式構(gòu)造等耦接到撤回構(gòu)件。相似地，第一構(gòu)件210可利用任 何已知連接裝置或方法，例如形成于遠(yuǎn)端210B上的螺紋連接部和形成于制動(dòng)器保持器230 中的相應(yīng)螺紋，耦接到制動(dòng)器保持器230。在其它示例中，制動(dòng)器保持器230可通過相配合 的孔和彈簧銷保持件耦接到第一構(gòu)件210的遠(yuǎn)端210B。在另外的一些其它示例中，第一構(gòu) 件210和制動(dòng)器保持器230可形成單個(gè)一體的部件。參見圖2B，第二構(gòu)件220包括近端220A和遠(yuǎn)端220B。第二構(gòu)件220的位于近端 220A和遠(yuǎn)端220B之間的至少一部分具有直徑在近端220A和遠(yuǎn)端220B之間逐漸增大的錐 形輪廓。在圖示示例中，提供了錐形表面222。錐形表面222可具有大體圓錐形輪廓。第二 構(gòu)件220的近端220A包括軸224。軸224與凸肩226連通，凸肩226此外與導(dǎo)引筒228連 通。導(dǎo)引筒228與圓錐形表面222連通。制動(dòng)器保持器230包括近端230A和遠(yuǎn)端230B。近端230A可包括帶螺紋部231和 從帶螺紋部231朝近側(cè)延伸的軸232。在軸232和帶螺紋部231之間的過渡處形成有凸肩 226。如圖2C所示，制動(dòng)器保持器230構(gòu)造成將制動(dòng)元件234相對(duì)于圓錐形表面222定 位。在圖示示例中，制動(dòng)器保持器230包括本文定義的制動(dòng)器連接器235 (也如圖2B所示)。 制動(dòng)器連接器235構(gòu)造成以如下方式至少部分地容納制動(dòng)元件234，使得制動(dòng)元件234與圓 錐形表面222各部分之間的接合使制動(dòng)元件234沿徑向移動(dòng)。制動(dòng)元件234的通過與圓錐 形表面222的接合而進(jìn)行的徑向運(yùn)動(dòng)，使制動(dòng)裝置200在接合狀態(tài)和脫離狀態(tài)之間移動(dòng)。
因此，制動(dòng)器連接器235 (圖2B)相對(duì)于圓錐形表面222以所需配置繞制動(dòng)器保持 器230保持制動(dòng)元件234。然而，根據(jù)為特定操作而所需的制動(dòng)力而定，并非所有的制動(dòng)器 連接器235都需包含制動(dòng)元件234。例如，未被制動(dòng)元件234占用的制動(dòng)器連接器235可容 許流體流入第一構(gòu)件210的通道212。如根據(jù)本文提供的公開內(nèi)容所理解的，可按照需要選 定制動(dòng)元件的數(shù)量。偏置構(gòu)件250構(gòu)造成施加偏置力以相對(duì)于制動(dòng)器保持器230沿所需方向促動(dòng)第二 構(gòu)件220。在圖示示例中，偏置構(gòu)件250施加偏置力以朝制動(dòng)器保持器230移動(dòng)第二構(gòu)件 220。盡管將描述一個(gè)示例，但可以理解，偏置構(gòu)件可定位于能沿任何所需方向施加偏置力、 從而移動(dòng)錐形表面使其與制動(dòng)元件選擇性接觸的任何位置。在圖2C中，偏置構(gòu)件250位于第二構(gòu)件220的近端220A上的軸224上。特別地， 軸224可穿過制動(dòng)器保持器230，并穿過位于制動(dòng)器保持器230近端230A上的帶螺紋部231 和軸232。因此，第二構(gòu)件220的軸224可延伸到制動(dòng)器保持器230的軸232的近側(cè)處。偏 置構(gòu)件250然后可定位于軸232上。緊固件252，例如帶螺紋螺母，然后可固定到軸224，由此將偏置構(gòu)件250定位于制 動(dòng)器保持器230上的凸肩226和軸上的緊固件252之間。這種構(gòu)造使偏置構(gòu)件250朝制動(dòng)器保持器230移動(dòng)第二構(gòu)件220。當(dāng)偏置構(gòu)件250如圖2C所示地朝第二構(gòu)件220移動(dòng)時(shí)， 制動(dòng)元件234與圓錐形表面222的具有足夠大直徑以使制動(dòng)元件234延伸穿過制動(dòng)器連接 器235的一部分相接觸。制動(dòng)元件234穿過制動(dòng)器連接器235的延伸部分使制動(dòng)元件234 接合套管或鉆孔壁的內(nèi)表面。因此，第二構(gòu)件220與制動(dòng)器保持器230之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使 錐形表面222的變化部分接合制動(dòng)元件234，由此在接合狀態(tài)和脫離狀態(tài)之間移動(dòng)制動(dòng)裝 置 200。根據(jù)制動(dòng)要求以及外部管、桿或類似裝置的直徑的小變化，可移動(dòng)緊固件252以 調(diào)整制動(dòng)元件234在圓錐形表面222上的偏置位置。這種針對(duì)緊固件252的調(diào)整容許修改 當(dāng)將制動(dòng)裝置放置進(jìn)任何已知套管內(nèi)時(shí)所施加的靜態(tài)制動(dòng)力。與第二構(gòu)件220近端220A上的凸肩226之間的接觸約束了第二構(gòu)件220相對(duì)于 制動(dòng)器保持器230的朝向近側(cè)的運(yùn)動(dòng)，而緊固件252與軸232之間的接合約束了朝向遠(yuǎn)側(cè) 的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)引筒228與制動(dòng)器保持器230之間的接合可有助于提供第二構(gòu)件220和制動(dòng)器 保持器230之間的側(cè)面穩(wěn)定性?，F(xiàn)將參照?qǐng)D3A至3B更詳細(xì)討論使用了制動(dòng)裝置200的一 個(gè)示例性方法。圖3A圖示了初始放置步驟過程中的制動(dòng)裝置200。如圖3A所示，套筒240可用于 制動(dòng)裝置200以輔助將制動(dòng)裝置200放置于外部部分300的所需位置。如圖3A所示，可借 助于位于制動(dòng)器保持器230內(nèi)的制動(dòng)元件234，將制動(dòng)裝置200偏置為脫離配置。因此，在 將制動(dòng)裝置200初始放置進(jìn)外部部分300的過程中，可使用套筒240。例如，可通過將第二 構(gòu)件220拉離制動(dòng)器保持器230而手動(dòng)地使用套筒240，由此將制動(dòng)元件234朝接合圓錐 形表面222較小直徑部分處移動(dòng)，并容許制動(dòng)元件234回縮進(jìn)制動(dòng)器保持器230。套筒240 具有在其中限定的槽244?？稍诘诙?gòu)件220 (圖2B)中限定相似的槽229 (圖2B)，而可在制動(dòng)器保持器230 中限定略微較大的槽239。在這種配置中，槽229、239以及244可對(duì)齊以容許套筒240將第 二構(gòu)件220拖離于制動(dòng)器保持器230。在一些示例中，然后可使用銷246以朝脫離位置手動(dòng) 移動(dòng)制動(dòng)裝置200。特別地，銷246可穿過槽229、239、244(圖2B)。這種構(gòu)造將套筒240 的運(yùn)動(dòng)傳遞到銷246，并當(dāng)銷246在槽239內(nèi)移動(dòng)時(shí)從銷傳遞到第二構(gòu)件220。因此，可通 過夾持第一構(gòu)件210和套筒240，以及將套筒240移至圖3A所示位置以朝脫離位置移動(dòng)制 動(dòng)裝置200，將套筒240移向遠(yuǎn)側(cè)處。當(dāng)制動(dòng)裝置200脫離時(shí)，可位于外部部分300內(nèi)。此 后，可釋放套筒240，使制動(dòng)裝置200接合外部部分300，如圖3B中所示。圖3B圖示了正與外部部分300結(jié)合使用的制動(dòng)裝置200，并將用于描述制動(dòng)裝置 200的操作和功能。如圖3B所示，制動(dòng)裝置200可位于外部部分300內(nèi)，并連接到上述鉆探 工具中的任一種或其它任何鉆探工具。偏置構(gòu)件250將制動(dòng)器保持器230和第二構(gòu)件220 偏置到一起，使制動(dòng)元件234與圓錐形表面222的較大直徑部分接合。這種作用的結(jié)果迫 使制動(dòng)元件234自制動(dòng)器保持器230的外表面延伸，并抵靠外部部分300的內(nèi)表面(或者， 在一些實(shí)施方式中為鉆孔的內(nèi)表面)。偏置構(gòu)件250的力可使得制動(dòng)元件234與圓錐形表面222和外部部分300的內(nèi)表 面不接觸、部分接觸、或完全接觸。當(dāng)不接觸或部分接觸時(shí)，容許制動(dòng)裝置200在外部部分 300內(nèi)部沿軸向行進(jìn)。當(dāng)完全接觸時(shí)，制動(dòng)裝置200停止沿軸向行進(jìn)，由此也停止了制動(dòng)裝 置200作為組成部分而所屬或制動(dòng)裝置200附接的工具的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)制動(dòng)裝置200最初置于鉆孔內(nèi)時(shí)，制動(dòng)裝置200經(jīng)常不接合。在下孔放置中，附 接到制動(dòng)裝置200遠(yuǎn)端的組件重力，圖示為作用于第二構(gòu)件220上的力Fg，使第二構(gòu)件220 和第一構(gòu)件210分開，從而使制動(dòng)裝置200脫離。在上孔(或加壓下孔)放置中，如圖1所 示，可在附接到制動(dòng)裝置200遠(yuǎn)端的組件中包括泵內(nèi)密封裝置(pump-in seal)，泵內(nèi)密封 裝置位于距離第二構(gòu)件220的遠(yuǎn)側(cè)處。泵內(nèi)密封裝置在附接組件和鉆孔之間產(chǎn)生密封。從孔內(nèi)近側(cè)處被引導(dǎo)的加壓流體入射到制動(dòng)裝置200上。該流體經(jīng)由套筒240中 的突棱242(圖2B)流經(jīng)制動(dòng)裝置200，并碰撞到上述的泵內(nèi)密封裝置。加壓流體在泵內(nèi)密 封裝置上的力，圖示為作用在第二構(gòu)件220上的Fp，在泵內(nèi)密封裝置上施加近側(cè)力，該近側(cè) 力也還用以朝近側(cè)拉動(dòng)第二構(gòu)件220。該近側(cè)力將第二構(gòu)件220拉離制動(dòng)器保持器230從 而由此脫離制動(dòng)裝置200，同時(shí)反方向的軸向力沿相反方向作用。在上孔操作中，與Fw沿同 一方向作用的重力也作用，以將第一部分210和制動(dòng)器保持器230拉離第二部分220。當(dāng)接合完成時(shí)，制動(dòng)裝置200可阻止或減慢附接的鉆探工具在外部部分300內(nèi)的 近側(cè)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)將總體標(biāo)示為Fd的力沿朝向近側(cè)方向施加到第二構(gòu)件220時(shí)，制動(dòng)裝置200 可接合。這種力致使第二構(gòu)件220、以及由此還有圓錐形表面222壓入制動(dòng)器保持器230。 該作用轉(zhuǎn)而使制動(dòng)元件234被擠壓在圓錐形表面222和外部部分300的內(nèi)表面之間，使制 動(dòng)元件234和該內(nèi)表面之間產(chǎn)生摩擦。當(dāng)該力增大時(shí)，由于圓錐形表面222的接合制動(dòng)元 件234的部分的直徑增大，因此制動(dòng)元件234的摩擦力增大，因而抵靠該內(nèi)表面的制動(dòng)力增 大。從而，減慢和/或停止制動(dòng)裝置200在外部部分300內(nèi)的朝向近側(cè)運(yùn)動(dòng)。在上孔操作 中通過鉆探組件的重力，或者在下孔操作中通過地下或外部部分300遠(yuǎn)端處的流體/氣體 的壓力，可產(chǎn)生力Fd。制動(dòng)裝置200可通過任何合適移出工藝在任何時(shí)間從外部部分300 (或制動(dòng)裝置 200位于其內(nèi)的其它管形構(gòu)件)移出。例如，當(dāng)將標(biāo)示為Fw的向外(或朝向近側(cè)的)力施 加到撤回構(gòu)件260以從外部部分300移出制動(dòng)裝置200時(shí)，第一構(gòu)件210被拉離第二構(gòu)件 220，并釋放制動(dòng)元件234上的擠壓力。該作用的結(jié)果允許制動(dòng)元件234行進(jìn)以與圓錐形表 面222的較小直徑部分接合，從而釋放了制動(dòng)裝置200并容許制動(dòng)裝置200從外部部分300 回撤。因此，施加到撤回構(gòu)件260的向外力使制動(dòng)裝置200脫離，并容許制動(dòng)裝置 200 (以及任何附接裝置，例如鉆探組件)從外部部分300撤出。在一些實(shí)施方式中，制動(dòng)裝置200可具有其它用途。例如，制動(dòng)裝置200可用作在 末端位置具有壓力的鉆桿柱或任何管道內(nèi)的插塞。制動(dòng)裝置200由于足以將第二構(gòu)件220 壓入制動(dòng)器保持器230的遠(yuǎn)端和近端壓差而自動(dòng)地接合。在另一示例中，制動(dòng)裝置200可 用于通過在壓力下插入直到由變形構(gòu)件或由于壓力損失而被阻止，來(lái)探測(cè)鉆桿柱或管道的 破裂部分?？商峁┤菰S第二構(gòu)件220相對(duì)于制動(dòng)器保持器的線性運(yùn)動(dòng)同時(shí)保持耦接關(guān)系的 任何部件或裝置。制動(dòng)元件234可具有與位于制動(dòng)器保持器230內(nèi)的制動(dòng)器連接器235的 形狀大體匹配的形狀。例如，制動(dòng)元件234可為與制動(dòng)器連接器235的圓形形狀對(duì)應(yīng)的大 體球形形狀。在其它示例中，制動(dòng)元件234可為平坦的，可具有圓柱形形狀，或可具有楔形 形狀，以增大制動(dòng)元件234抵靠套管和/或圓錐形表面的制動(dòng)表面積。在其它實(shí)施方式中， 制動(dòng)元件234可具有為實(shí)現(xiàn)任何期望制動(dòng)特性而所需的任何形狀和設(shè)計(jì)。
制動(dòng)元件234可由適于用作擠壓式摩擦制動(dòng)元件的任何材料制成。例如，制動(dòng)元 件234可由鋼、或其它鐵合金、鈦和鈦合金、利用芳香聚酰胺纖維的化合物、浸油尼龍或塑 料、或上述材料的結(jié)合物制成。用于任何制動(dòng)元件的材料與其它任何制動(dòng)元件的材料可相 同或不同。撤回構(gòu)件260可為能與現(xiàn)有技術(shù)已知的任何連接或撤回系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)一起使用的 任何工具或設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，撤回構(gòu)件可包括可連接到繩索系統(tǒng)的矛頭，如上所 示。在其它實(shí)施方式中，撤回系統(tǒng)260可利用U形夾或其它纜線附接裝置耦接到纜線。在 另外的其它實(shí)施方式中，撤回構(gòu)件260可為用于耦接到剛性管的連接器。盡管圖示了一個(gè)構(gòu)造，但可以理解，第一構(gòu)件可以任何所需方式構(gòu)造或完全省去。 在圖4所示的至少一個(gè)示例中，可提供作為一體打撈筒組件的第一構(gòu)件210’。在這種示例 中，制動(dòng)器保持器230’和/或套筒240’可固定到一體打撈筒組件210’的遠(yuǎn)端210B’。第 二構(gòu)件220’可耦接到制動(dòng)器保持器230’以如上所述地作用。此外，可以理解，可以提供任 何構(gòu)造，或者可完全省去第一構(gòu)件而制動(dòng)器保持器和第二構(gòu)件可耦接到其它任何部件。除了任何前述修改外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離以上描述的主旨和范圍的情況下 可設(shè)計(jì)很多其它變型和替代性配置，且所附權(quán)利要求意圖涵蓋這些修改和配置。因此，盡管 關(guān)聯(lián)了目前認(rèn)為是最實(shí)用和最優(yōu)選的方面并借助于特性和細(xì)節(jié)闡述了上述信息，但本領(lǐng)域 技術(shù)人員清楚，在不脫離本文闡述的原理和概念的情況下可進(jìn)行很多修改，包括但不限于 形式、功能、操作方式和用途等修改。并且，如本文所用的，這些示例僅是示例性的，并且不 應(yīng)該理解為以任何方式加以限制。在不脫離本發(fā)明的主旨或本質(zhì)特性的情況下，本發(fā)明可以其它具體形式實(shí)施。上 述實(shí)施方式在所有方面應(yīng)理解為示例性和非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要 求而非前述進(jìn)行限定。落入與所述權(quán)利要求等效的意義和范圍內(nèi)的所有變化意圖為本發(fā)明 范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的鉆探操作的制動(dòng)裝置，包括制動(dòng)器保持器，所述制動(dòng)器保持器具有在其中限定的多個(gè)制動(dòng)器連接器開孔； 本體構(gòu)件，所述本體構(gòu)件具有錐形表面，所述錐形表面具有第一直徑和第二直徑，所述 第二直徑比所述第一直徑大；至少一個(gè)制動(dòng)元件，所述至少一個(gè)制動(dòng)元件至少部分地位于所述制動(dòng)器保持器和所述 本體構(gòu)件之間，并與所述制動(dòng)器連接器開口中的至少一個(gè)以及所述錐形表面連通；以及偏置構(gòu)件，所述偏置構(gòu)件構(gòu)造成在所述本體構(gòu)件上施加偏置力，以朝所述制動(dòng)器保持 器移動(dòng)所述本體構(gòu)件，以將所述制動(dòng)元件從與所述錐形表面的第一直徑接觸移向與所述第 二直徑接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的制動(dòng)裝置，其中，所述制動(dòng)器連接器開口大體為圓形開口。
3.如權(quán)利要求2所述的制動(dòng)裝置，還包括多個(gè)制動(dòng)元件，所述制動(dòng)元件大體為球形制 動(dòng)元件。
4.如權(quán)利要求1所述的制動(dòng)裝置，其中，所述本體構(gòu)件的錐形表面為圓錐形表面。
5.如權(quán)利要求1所述的制動(dòng)裝置，其中，所述本體構(gòu)件包括近側(cè)構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求5所述的制動(dòng)裝置，還包括操作時(shí)與所述制動(dòng)器保持器聯(lián)接的遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求6所述的制動(dòng)裝置，還包括操作時(shí)與所述遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件聯(lián)接的撤回構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求7所述的制動(dòng)裝置，還包括位于所述遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件和所述制動(dòng)器保持器之間 的套筒，所述套筒具有在其中限定的多個(gè)沿軸向定向的溝槽。
9.如權(quán)利要求1所述的制動(dòng)裝置，其中，所述第一直徑位于所述第二直徑的近側(cè)處。
10.一種用于在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的鉆探操作的制動(dòng)裝置，包括 第一構(gòu)件，所述第一構(gòu)件構(gòu)造成耦接到鉆柱；制動(dòng)器保持器，所述制動(dòng)器保持器耦接到所述第一構(gòu)件，所述制動(dòng)器保持器包括在其 中限定的多個(gè)制動(dòng)器連接器開口 ；第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件操作時(shí)與所述制動(dòng)器保持器聯(lián)接，所述第二構(gòu)件具有與所述 制動(dòng)器連接器開口連通的圓錐形表面，所述圓錐形表面具有朝向所述第一構(gòu)件定位的第一 直徑和與所述第一構(gòu)件相對(duì)的第二直徑，所述第二直徑比所述第一直徑大；以及多個(gè)制動(dòng)元件，所述多個(gè)制動(dòng)元件位于所述制動(dòng)器保持器的多個(gè)制動(dòng)器連接器開口 內(nèi)，并與接觸表面接觸，其中所述第二構(gòu)件相對(duì)于所述制動(dòng)器保持器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使所述制 動(dòng)元件在與所述圓錐形表面的第一直徑接合和與所述圓錐形表面的第二直徑接合之間移 動(dòng)。
11.如權(quán)利要求10所述的制動(dòng)裝置，還包括偏置構(gòu)件，所述偏置構(gòu)件構(gòu)造成施加偏置 力以一起拖拉所述第二構(gòu)件和所述制動(dòng)器保持器。
12.如權(quán)利要求10所述的制動(dòng)裝置，其中，所述第二構(gòu)件還構(gòu)造成與鉆探工具耦接。
13.如權(quán)利要求10所述的制動(dòng)裝置，還包括耦接到所述第一構(gòu)件的撤回構(gòu)件。
14.如權(quán)利要求13所述的制動(dòng)裝置，其中，所述撤回構(gòu)件包括球形頭組件。
15.如權(quán)利要求10所述的制動(dòng)裝置，還包括構(gòu)造成手動(dòng)地脫離所述制動(dòng)裝置的套筒構(gòu)件。
16.如權(quán)利要求10所述的制動(dòng)裝置，還包括保持構(gòu)件，所述保持構(gòu)件構(gòu)造成保持所述制動(dòng)元件鄰近內(nèi)部構(gòu)件，且所述保持構(gòu)件耦接到撤回機(jī)構(gòu)，并構(gòu)造成當(dāng)力施加到所述撤回 機(jī)構(gòu)時(shí)使所述制動(dòng)裝置脫離以從所述鉆孔移出鉆探組件。
17.一種用于在鉆孔內(nèi)制動(dòng)鉆探工具的方法，包括 提供鉆探工具；將所述工具連接到包括制動(dòng)元件的制動(dòng)裝置，所述制動(dòng)元件位于具有外表面的內(nèi)部構(gòu) 件的鄰近處，且其中所述外表面的直徑沿第一方向增大；以及將所述工具插入鉆孔，使得所述第一方向朝向所述鉆孔的口部。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括接合所述制動(dòng)裝置，以抵抗所述工具退出所述 鉆孔的意外運(yùn)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，當(dāng)沿朝向所述鉆孔的口部的方向?qū)⒘κ┘拥剿?述工具時(shí)，所述制動(dòng)裝置自動(dòng)地接合。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括使用繩索系統(tǒng)從所述鉆孔移出所述工具。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，將所述工具插入鉆孔的步驟包括在將所述工具 放置于所述鉆孔內(nèi)之前使所述制動(dòng)裝置脫離。
22.一種包括制動(dòng)裝置的鉆探工具，所述制動(dòng)裝置包括 第一部分，所述第一部分用于連接到鉆探工具；上部部分，所述上部部分用于連接到撤回機(jī)構(gòu)；以及中間部分，所述中間部分包括具有外表面的內(nèi)部構(gòu)件，所述內(nèi)部構(gòu)件沿朝向所述鉆 孔底部的遠(yuǎn)側(cè)方向增大；制動(dòng)構(gòu)件，所述制動(dòng)構(gòu)件用于通過在所述內(nèi)部構(gòu)件與所述鉆孔的 內(nèi)表面或另一位于所述鉆孔內(nèi)的鉆柱之間受擠壓，來(lái)限制所述鉆探工具在所述鉆孔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。
23.如權(quán)利要求22所述的工具，其中，所述內(nèi)部構(gòu)件的外表面具有大體圓錐形形狀，且 所述制動(dòng)元件包括多個(gè)大體球形形狀。
全文摘要
一種用于在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的鉆探操作的制動(dòng)裝置，包括制動(dòng)器保持器，其具有在其中限定的多個(gè)制動(dòng)器連接器開孔；本體構(gòu)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(gè)制動(dòng)元件，其至少部分地位于制動(dòng)器保持器和本體構(gòu)件之間，并與制動(dòng)器連接器開口中的至少一個(gè)以及錐形表面連通；以及偏置構(gòu)件，其構(gòu)造成在本體構(gòu)件上施加偏置力，以朝制動(dòng)器保持器移動(dòng)本體構(gòu)件，以將制動(dòng)元件從與錐形表面的第一直徑接觸移向與第二直徑接觸。
文檔編號(hào)E21B23/01GK101999030SQ200980112769
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者克里斯托弗·L·德倫斯 申請(qǐng)人:長(zhǎng)年Tm公司