描述了高生产率的芯钻探系统。该系统包括钻柱、内芯筒组件、外芯筒组件以及将该内芯筒组件连接到有线线缆和起重机的取回工具。该钻柱包括多个几何形状可变的钻杆。该内芯筒组件包括非拖动闭锁机构，比如流体驱动式闭锁机构，该闭锁机构包含将闭锁保持于对接或者收缩位置的棘爪机构。该内芯筒组件还包括高效流体节流口。因而，该钻探系统通过减少该内芯筒组件通过该钻柱所需要的时间来显著提高芯钻探操作中的生产率和效率。还描述了其它实施例。
1.一种被配置成经过所述钻柱装卸的向下钻进工具组件，包括：芯筒头组件，包括外子组件；
非拖动闭锁机构，配置成经过钻柱装卸而不紧靠着所述钻柱的内表面拖动，其中，所述闭锁机构被配置成在对接位置和收缩位置之间选择性地移动，其中当处于所述对接位置时，所述闭锁机构的至少一部分朝着所述外子组件的外部延伸；以及棘爪机构，该棘爪机构被配置成当所述芯筒头组件被装入到所述钻柱中时选择性地将所述闭锁机构锁定所述收缩位置，其中所述棘爪机构包括：第一对相对的凹部，所述第一对相对的凹部延伸进入所述外子组件的内表面；
第二对相对的凹部，所述第二对相对的凹部延伸进入所述外子组件的所述内表面，其中所述第二对相对的凹部被设置在所述第一对相对的凹部的远侧；
一对球，所述一对球被配置成选择性地可偏压地容纳在所述第一对相对的凹部和所述第二对相对的凹部内，当所述闭锁机构在所述收缩位置时，所述一对球被容纳在所述第一对相对的凹部内，当所述闭锁机构在所述对接位置时，所述一对球被容纳在所述第二对相对的凹部内；以及弹簧，所述弹簧置于所述一对球之间并被配置成选择性地朝着所述第一对相对的凹部和所述第二对相对的凹部中的一对向外地偏压所述一对球。
2.如权利要求1所述的向下钻进工具组件，其中，所述非拖动闭锁机构包括流体驱动式闭锁机构、重力激励式闲锁机构、压力激励式闭锁机构、接触激励式机构和磁激励式闭锁机构之一。
3.如权利要求1所述的向下钻进工具组件，其中，所述棘爪机构被配置成选择性地将所述闭锁机构保持在所述对接位置。
4.如权利要求1所述的向下钻进工具组件，其中，所述向下钻进工具组件还包括取回部分，该取回部分耦合到所述向下钻进工具并且配置成连接到所述芯筒头组件。
5.如权利要求4所述的向下钻进工具组件，其中，所述闭锁机构被配置成通过流体压力移动到对接位置并且配置成通过所述取回部分上的力移动到收缩位置。
6.如权利要求1所述的向下钻进工具组件，其中，所述向下钻进工具组件包括内芯筒头组件，该内芯筒头组件包括内部构件和与所述内部构件可移动地耦合的外子组件。
7.如权利要求6所述的向下钻进工具组件，其中，所述棘轮机构被配置成选择性地防止所述外子组件相对于所述内部构件移动。
8.如权利要求7所述的向下钻进工具组件，其中，所述外子组件具有纵轴，以及其中所述第一对相对的凹部相对于所述第二对相对的凹部纵向间隔。
9.如权利要求8所述的向下钻进工具组件，其中，所述弹簧相对于所述外子组件的所述纵轴横向地定位。
10.如权利要求1所述的向下钻进工具组件，其中，所述闭锁机构包括：闭锁臂；和
其中所述销的轴向移动导致所述闭锁臂在所述对接位置和所述收缩位置之间枢转。
11.如权利要求1所述的向下钻进工具组件，其中，所述闭锁机构包括闭锁臂、闭锁球、闭锁辊或者多部件联接中的一个。
外子组件，该外子组件可移动地耦合至所述内部构件，所述外子组件具有外径，闭锁机构，该闭锁机构被配置成随着所述外子组件相对于所述内部构件移动而选择性地在对接位置和收缩位置之间移动，其中，当在所述对接位置时，所述闭锁机构的至少一部分朝着所述外子组件的外部延伸，以及其中，当在所述收缩位置时，所述闭锁机构被限制在所述外子组件的所述外径内；以及棘爪机构，该棘爪机构被配置成选择性地防止所述子组件相对于所述内部构件移动，并因此选择性地将所述闭锁机构锁定在所述收缩位置直至所述内部构件被强迫相对于所述外子组件轴向地并远离地移动预定距离，由此所述闭锁机构被选择性地锁定在所述对接位置。
13.如权利要求12所述的芯筒头组件，其中，所述棘爪机构包括：延伸进入所述外子组件的内表面的至少一个凹部；和
适合于从所述内部构件延伸进入所述外子组件的所述至少一个凹部的至少一个突起。
14.如权利要求13所述的芯筒头组件，其中，所述棘爪机构还包括弹簧，该弹簧径向向外地朝着所述至少一个凹部的方向偏压所述至少一个突起。
15.如权利要求14所述的芯筒头组件，其中，所述至少一个突起包括球。
16.如权利要求13所述的芯筒头组件，其中，所述棘爪机构还包括延伸进入所述外子组件的所述内表面的至少一个第二凹部，所述第二凹部与所述至少一个凹部轴向地相隔。
17.如权利要求12所述的芯筒头组件，其中，所述闭锁机构包括闭锁臂，该闭锁臂适于在所述收缩位置和所述对接位置之间枢转。
18.如权利要求15所述的芯筒头组件，其中，所述闭锁机构还包括与所述闭锁臂耦合的闭锁销，该闭锁销被配置成随着所述外子组件相对于所述内部构件移动而在所述收缩位置和所述对接位置之间枢转所述闭锁臂。
19.如权利要求12所述的芯筒头组件，其中，所述棘爪机构包括：第一对相对的凹部，所述第一对相对的凹部延伸进入所述外子组件的内表面；
第二对相对的凹部，所述第二对相对的凹部延伸进入所述外子组件的所述内表面，其中，所述第二对相对的凹部设置在所述第一对相对的凹部的远侧；以及一对球，所述一对球被配置成选择性地可偏压地容纳在所述第一对相对的凹部和所述第二对相对的凹部内，当所述闭锁机构在所述收缩位置时，所述一对球被偏压地容纳在所述第一对相对的凹部内，当所述闭锁机构在所述对接位置时，所述一对球被偏压地容纳在所述第二对相对的凹部内。
20.如权利要求19所述的芯筒头组件，其中，所述棘爪机构还包括弹簧，该弹簧安装在所述内部构件内并且被配置成选择性地将所述一对球向外地朝着所述第一对相对的凹部或者所述第二对相对的凹部中的一对偏压。
21.一种钻探系统，用于与具有着落环的外芯筒配合使用，所述钻探系统包括：芯筒头组件，该芯筒头组件被配置成经过所述外芯筒装卸，该芯筒头组件包括：外子组件，该外子组件具有远端和外径；
非拖动闭锁机构，配置成被装入所述外芯筒中而不紧靠着所述外芯筒的内表面拖动，其中，所述闭锁机构被配置成在对接位置和收缩位置之间选择性地移动，其中当处于所述对接位置时，所述闭锁机构的至少一部分朝着所述外子组件的所述外径的外部延伸；
取回部分，该取回部分耦合到所述外子组件并且配置成连接有线线缆；
棘爪机构，该棘爪机构被配置成将所述闭锁机构选择性地锁定在所述收缩位置直至所述芯筒头组件的所述外子组件的所述远端被定位成接近所述着落环。
22.如权利要求21所述的钻探系统，其中，所述取回部分包括矛头，该矛头可移动地与所述外子组件耦合。
内通道，该内通道从所述芯筒头组件延伸至所述芯样本管。
25.如权利要求24所述的钻探系统，其中，所述内通道包括止回阀，该止回阀被配置成允许流体从所述芯样本管流入到所述内通道、但是不从所述内通道流入到所述芯样本管。
26.如权利要求24所述的钻探系统，其中，所述芯筒头组件包括以液压方式连接到所述内通道的端口，并且所述端口被配置成允许流体从所述内通道通到所述芯筒头组件的外部。
内部构件，该内部构件可移动地耦合至所述外子组件；以及
其中，所述棘爪机构被配置成选择性地防止所述外子组件相对于所述内部构件移动，并因此选择性地将所述闭锁机构锁定在收缩位置直至所述内部构件被强迫相对于所述外子组件轴向地并远离地移动预定距离，由此所述闭锁机构被选择性地锁定在所述对接位置。
28.如权利要求21所述的钻探系统，其中，所述棘爪机构被配置成选择性地将所述闭锁机构锁定在收缩位置，而不管所述取回部分相对于所述外子组件的位置如何。
29.如权利要求21所述的钻探系统，其中，当处于收缩位置时，所述锁定机构被限制在所述外子组件的外径内。
高生产率的芯钻探系统
技术领域
[0001] 本申请通常涉及钻探领域。特别地，本申请讨论了一种可以通过减少在钻柱中放置和取回芯样本管(或者样本管)所需要的时间量来提高钻探生产率的用于钻探芯样本的钻探系统。
背景技术
[0002] 钻探芯样本(或者芯采样)允许出于诸多不同目的来观测土壤内各种深度的地下形成。例如，通过钻探芯样本并且测试取回的芯，科学家可以确定什么材料如石油、稀有金属和其它所需材料存在或者可能存在于预期深度。在一些情况下，芯采样可以用来给出材料和事件的地理年表。这样，芯采样可以用来确定在特定区域中进一步勘探的可取性。
[0003] 为了适当地勘探一个区域或者甚至单个地点，可能在不同深度需要诸多芯样本。在一些情况下，可能从地平面以下数千英尺处取回芯样本。在这样的情况下，取回芯样本可能需要从钻孔去除整个钻柱(或者卸除钻柱)这一耗时和高成本的过程。在其它情况下，更快速的有线芯钻探系统可以包括通过使用有线线缆和起重机来移动(或者装入和卸除)钻柱的芯取回组件。
[0004] 尽管有线系统可以比收回和伸出整个钻柱更高效，但是用以在钻柱中装入和卸除芯样本的时间仍然常常是钻探过程的耗时部分。一些常规有线系统的芯取回组件的缓慢装卸速率可能由若干因素造成。例如，一些有线系统的芯取回组件可以包括弹簧加载式闭锁机构。这样的机构的闭锁常常可能紧靠着钻柱的内表面拖动并且由此减缓芯样本管在钻柱中的装卸。此外，由于钻探流体和/或土地流体可能存在于钻柱内，所以许多常规芯取回组件在钻柱内的移动可能产生对芯采样管可以在钻柱中装入和卸除的速率有限制的液压。
发明内容
[0005] 本申请描述了一种高生产率的芯钻探系统。该系统包括钻柱、内芯筒组件、外芯筒组件以及将该内芯筒组件连接到有线线缆和起重机的取回工具。该钻柱包括多个几何形状可变的钻杆。该内芯筒组件包括闭锁机构，该闭锁机构可以被配置成在装卸期间不紧靠着钻柱的内表面拖动。在一些实例中，闭锁机构可以由流体驱动并且包含将闭锁保持于对接或者收缩位置的棘爪机构。该内芯筒组件还包括高效流体节流口。因而，该钻探系统通过减少该内芯筒组件通过该钻柱所需要的时间来显著提高芯钻探操作中的生产率和效率。
附图说明
[0006] 为了进一步阐明这里描述的钻探系统的优点和特征，将参照附图中图示的具体实施例来呈现对系统的具体描述。这些附图仅描绘钻探系统的一些示例实施例，因此并不视为限制范围。不同附图中的相同标号代表相同元件，因此将省略它们的描述。将通过使用以下附图来额外特别地和详细地描述和说明所述系统：
[0007] 图1描绘了芯样本钻探系统的一些实施例；
[0008] 图2A和2B包含内芯筒组件的一些实施例的不同视图；
[0009] 图3A和3B描绘了芯样本钻探系统的一部分的一些实施例的横截面图；
[0010] 图4是芯样本钻探系统的一部分的一些实施例的横截面图；
[0011] 图5A-5C是在不同执行模式中的芯样本钻探系统的一部分的一些实施例的横截面图；以及
[0012] 图6A-6C是在不同执行模式中的芯样本钻探系统的一部分的一些实施例的横截面图。
具体实施方式
[0013] 以下描述提供具体细节以便提供透彻理解。然而，本领域技术人员能够理解，不运用这些具体细节也可以实现和使用所述钻探系统和关联方法。实际上，所述系统和关联方法可以通过修改系统和关联部件以及方法来付诸实际，并且可以与工业中常规使用的任何现有装置、系统、部件和/或技术结合使用。例如，尽管将钻探系统描述为使用于向下钻进钻探操作中，但是可以修改它们以使用于向上钻进钻探操作中。此外，尽管以下描述着重于用来在钻柱中装入和卸除芯筒组件的钻探系统，但是所述系统的部分可以与任何适当的向下钻进或者向上钻进工具一起使用，该工具比如是芯样本定向测量设备、孔方向测量设备、钻孔偏离设备或者任何其它适当的向下钻进或者向上钻进物体。
[0014] 图1图示了钻探系统的一些实施例。虽然该系统可以包括任何适当部件，但是图1示出了钻探系统100可以包括：钻柱110；包括内芯筒200的内芯筒组件；包括外芯筒205的外芯筒组件；以及连接到线缆310的取回工具300。
[0015] 钻柱可以包括连接在一起产生伸长管状钻柱的数段管状钻杆。该钻柱可以具有本领域中已知的任何适当特性。例如，图1示出了一段钻杆120，其中钻杆120根据钻探应用可以是任何适当长度。
[0016] 所述钻杆段也可以具有适当横截面壁厚度。在一些实施例中，钻柱中的至少一段钻杆可以具有可变横截面壁厚度。例如，图1示出了钻柱110，其中钻杆段120的内径沿着钻杆的长度变化，而所述段的外径保持恒定。图1也示出了在一段钻杆120的第一端122处的壁厚度可以比在该段钻杆120的中部124附近的壁厚度更厚。
[0017] 钻杆的横截面壁厚度可以变化任何适当数量。例如，钻杆的横截面壁厚度可以在钻杆维持充分结构完整性并且保持与标准钻杆、有线和/或钻探工具兼容这一范围上变化。举例而言，外径(OD)约为2.75英寸的钻杆可以具有从它的最厚段到它的最薄段变化约15％的横截面壁厚度。在另一例子中，OD约为3.5英寸的钻杆可以具有从它的最厚段到它的最薄段变化约22％的横截面壁厚度。在又一例子中，OD约为4.5英寸的钻杆可以具有从它的最厚段到它的最薄段变化约30％的横截面壁厚度。然而，钻杆的横截面壁厚度可以在比这些例子中更大或者更小的范围上变化。
[0018] 钻杆的可变横截面壁厚度可以服务于诸多目的。一个目的在于可变壁厚度可以允许内芯筒以更少阻力移动穿过钻柱。钻柱内的钻探流体和/或土地流体常常可能导致对内芯筒移动的流体拖动和液压阻力。然而，钻柱110的可变内径可以允许钻柱110中包含的钻探流体或者其它材料(例如钻探气体、钻探泥浆、岩屑、空气等)以更大体积流过内芯筒并且因此更快地流动。例如，流体可以在装卸期间随着内筒穿过钻柱110的较宽段(例如在段120的中部124附近)而流过内芯筒200。
[0019] 在一些实施例中，钻探系统包括用于将内芯筒保持在与外芯筒的钻探端有预期距离处的机构。虽然可以使用适合于实现该既定目的的任何机构，但是图1示出了其中保持机构包括着落肩140和着落环219的一些实施例。具体而言，图1示出了着落肩140包括内芯筒200上的放大肩部。另外，图1示出了外芯筒205可以包括与着落肩140配对的着落环219。
[0020] 着落环和着落肩可以具有任何如下特征，该特征允许内芯筒“就座”于与钻柱110的钻探端有预期距离处。例如，着落肩可以略大于内芯筒和芯样本管的外径。在另一例子中，着落环可以具有比任一段钻杆的最小内径更小的内径。因此，着落环的减少直径可以宽到足以允许样品管通过而窄到足以将内芯筒的着落肩停止和就座于预期钻探位置。
[0021] 在着落肩的外周边与钻柱的内表面之间的环形空间可以是任何适当宽度。在一些实例中，环形空间可以是薄的，因为薄的环形空间可以允许样本管具有更大直径。然而在其它实例中，由于薄的环形空间可能在内芯筒装卸经过钻柱时阻止流体大量通过，所以着落肩可以包括允许增加穿过着落肩的流体流量的任何适当特征。在这些其它实例中，图2B示出了着落肩140可以具有成为其外周边的一部分的多个扁平表面或者扁平物145，从而给予着落肩140的外周边以多边形外观。这样的扁平物可以增加环形空间的平均宽度，以便在装卸两个方向上减少流体阻力-并且由此增加流体流量。
[0022] 钻柱110无论是用于向上钻进还是向下钻进钻探过程均可以定向在包括与水平面成约30度与约90度之间的任何角度。实际上，当系统100在向下钻进钻探过程中与钻探流体一起使用时，向下角度可以帮助将一些钻探流体保持在钻孔的底部。此外，向下角度可以允许使用取回工具和线缆从钻柱卸除内芯筒。
[0023] 内芯筒可以具有任何如下特性或者部件，该特性或者部件允许它将向下钻进物体(例如样本管)与取回工具连接，从而向下钻进物体可以在钻柱中装入或者卸除。例如，图2A示出了内芯筒200可以包括：取回点280；包括上芯筒210的上芯筒组件；以及包括下芯筒240的下芯筒组件。
[0024] 内芯筒200的取回点280可以具有任何如下特性，该特性允许它有选择地附着到任何取回工具，比如过冲组件和有线起重机。例如，图2A示出了取回点280可以成形为如同矛点，以便辅助取回工具正确对准以及与取回工具耦合。在另一例子中，取回点280可以枢轴地附着到上芯筒，以在具有多个棘爪的一个平面内在枢轴上转动。通过图示，图2B示出了取回点280可以经由销290枢轴地附着到取回工具的矛头基部285，因而弹簧加载式棘爪柱塞292可以与矛头基部285上的对应部分相互作用。
[0025] 上芯筒210可以具有任何适当的如下部件或者特性，该部件或者特性允许对芯样本管进行定位以便于芯样本收集和从钻柱卸除芯样本管。例如，图3A和3B示出了上芯筒210可以包括内子组件230、外子组件270、流体控制阀212、闭锁机构220和用于连接到下芯筒的连接构件213。
[0026] 内子组件230和外子组件270可以具有适合于在内芯筒中使用的任何部件或者特征。例如，图2B示出了一些实施例，其中内子组件和外子组件可以被配置成允许内子组件230耦合到外子组件270并且相对于外子组件270轴向地移动(或者在钻探方向上向后和/或向前移动)。图2B也示出了内子组件230可以如下方式经由穿过内子组件230中的切口232的销227连接到外子组件270，该方式允许内子组件230相对于外子组件270轴向地移动对应于切口232的长度的距离。
[0027] 在一些实施例中，上芯筒包括流体控制阀。这样的阀可以服务于诸多功能，这些功能包括提供对在装卸和/或钻探期间通过内芯筒的钻探流体量的控制。另一功能可以包括如这里所述的局部控制闭锁机构。
[0028] 流体控制阀可以具有与这些功能一致的任何特性或者部件。例如，图2B和3A示出了流体控制阀212可以包括流体控制阀构件215和阀环211。阀构件215可以通过任何已知连接器如销216耦合到外子组件270。销216可以在阀构件215的切口214中行进，从而阀构件215可以相对于内子组件230和外子组件270轴向地移动。阀构件215相对于内子组件230的移动允许通过与阀环211相互作用来有选择地开启或者闭合流体控制阀212。例如，图3A示出了处于开启位置的流体控制阀212，其中阀构件215已经穿过阀环211行进到切口214的一个限度。反言之，图3B示出了处于开启位置的流体控制阀212，其中阀构件
215收缩到切口214的另一限度。图3B中的流体控制阀处于准备好插入到钻柱中的位置，其中它可以允许流体从下芯筒流到上芯筒。
[0029] 在一些实施例中，上芯筒210可以包含允许一部分钻探流体穿过上芯筒210的内通道242。尽管可以按照需要沿着内芯筒200的长度提供流体端口，但是图2A和3B示出了在内通道242与内芯筒200的外部之间提供流体连通的流体端口217和217B。流体端口217和217B可以被设计成具有高效并且允许流体流过和穿过内芯筒200的如下部分，流体流动在这些部分可能受到内芯筒200的几何形状或者特征和方位的限制。类似地，可以按照需要并入任何附加流体流动特征、即加工到内芯筒的部分中的扁平物。
[0030] 图3A示出了流体控制阀212位于内通道242内的一些实施例。在这样的实施例中，钻探流体供应泵(未示出)可以被对接成递送流体流量和压力以生成跨越阀构件215的流体拖动，以便推动阀构件215对接和/或移动穿过阀环211。
[0031] 在一些实施例中，上芯筒也包括闭锁机构，该闭锁机构可以在芯样本管被填充之时相对于外芯筒将芯样本管保持在预期位置。为了不妨碍内芯筒在钻柱内的移动，闭锁机构可以被配置成使得闭锁不紧靠着钻柱的内表面拖动。因而，这一非拖动闭锁机构可以是任何如下闭锁机构，该闭锁机构允许它执行这一保持功能而在装卸期间不紧靠着钻柱的内表面拖动。例如，该闭锁机构可以包括流体驱动式闭锁机构、重力激励式闭锁机构、压力激励式闭锁机构、接触激励式机构或者磁激励式闭锁机构。因而，在一些实施例中，可以通过电子或者磁子系统、通过由闭锁机构以上和/或以下的液压差驱动的阀做功(valve works)、或者通过另一适当激励机构来激励该闭锁机构。
[0032] 该闭锁机构也可以包括任何如下部件或者特性，该部件或者特性允许它实现它的既定目的。例如，闭锁机构可以包括任何数目的闭锁臂、闭锁辊、闭锁球、多部件联接、或者任何如下机构，该机构被配置成在内芯筒的着落肩就座于着落环上时将闭锁机构移动到对接位置。
[0033] 作为非限制性例子，图2B和3A示出了如下闭锁机构220的一些实施例，该闭锁机构220包括通过连接器如销227枢轴地耦合到外子组件270的至少一个枢轴构件225。图2B和3A也示出了闭锁机构220可以包括通过连接器(比如销228)耦合到内子组件230的至少一个闭锁臂226，从而一个或者多个闭锁臂226可以从外子组件270收缩或者延伸。图
2B示出了闭锁臂226可以包括对接法兰229或者如下表面，该表面被配置成在闭锁机构处于对接位置时有摩擦地对接钻柱的内表面。例如，图3A示出了当处于对接位置时，闭锁臂
226可以从外子组件270延伸出来和/或离开。反言之，当处于收缩位置时(如图5C中所示)，闭锁臂226不可以延伸到外子组件270的外径以外。
[0034] 在一些实施例中，闭锁机构也可以包括如下棘爪机构，该棘爪机构帮助将闭锁机构维持于对接或者收缩位置。该棘爪机构可以在钻探期间帮助支持与钻柱的内表面接触的闭锁臂。棘爪机构也可以帮助闭锁臂保持收缩以免在任何装卸动作期间接触钻柱的内表面和紧靠着钻柱的内表面拖动。
[0035] 棘爪机构可以包含任何如下特征，该特征允许该机构具有多个棘爪位置。图3B示出了其中棘爪机构234包括如下弹簧237的一些实施例，该弹簧237在各端具有球238。棘爪机构234位于内子组件230中，并且与外子组件270中的棘爪位置235和236配合，以在棘爪机构234处于对接棘爪位置235时在对接位置或者在棘爪机构234处于收缩棘爪位置236时在收缩位置支持该闭锁机构。
[0036] 在一些优选实施例中，该闭锁机构可以与该流体控制阀配合，以便成为流体驱动式闭锁机构。因而，流体控制阀212可以与闭锁机构220结合操作，以便允许内芯筒200在钻柱110中快速和高效地装入和卸除。如下文具体所述，闭锁机构和流体控制阀可以用任何如下适当方式来操作地连接，如图5A-6C中所示，该方式允许流体控制阀将闭锁机构移动到对接位置。
[0037] 图4图示了下芯筒240的一些实施例。下芯筒240可以包括适合于与内芯筒一起使用的任何部件或者特性。在一些实施例中，如图4中所示，下芯筒可以包括至少一个内通道242、止回阀256、芯断裂装置252、轴承组件225、压缩垫圈254、芯样本管连接258和/或上芯筒组件连接245。
[0038] 图4示出了内通道242可以从上芯筒延伸通过下芯筒240。除了其它方面之外，内通道还可以通过允许流体直接地流过下芯筒来提高生产率。内通道可以具有允许流体流过它的任何特征。例如，图2B示出了内通道242可以包括从上芯筒210延展到下芯筒240的空心锭子251。
[0039] 根据一些实施例，下芯筒包括止回阀256，该止回阀256允许流体从芯样本管流到内通道、但是不允许流体从内通道流到芯样本管。因而，止回阀可以在内芯筒被装入钻柱中并且芯样本管为空的时允许流体进入内通道、然后经过内芯筒。在这一方式下，流体阻力可以减少，因而内芯筒可以更快和更容易地装入到钻柱中。另一方面，当内芯筒从钻柱中卸除时，止回阀可以阻止流体压在芯样本管中包含的芯样本上。因而，止回阀可以防止样本移出或者丢失。并且当止回阀阻止流体穿过下芯筒并进入芯样本管中时，流体可以被迫在芯样本管和下芯筒以外周围流动。虽然任何单向阀都可以作为止回阀，但是图4示出了止回阀256包括球阀259的一些实施例。
[0040] 在一些实施例中，下芯筒240可以包括轴承组件，该轴承组件允许芯样本管在上芯筒和钻柱旋转时保持静止。下芯筒可以包括以这一方式操作的任何轴承组件。在图4中所示实施例中，轴承组件255包括如下滚珠，这些滚珠允许下芯筒240的外部257在钻探操作期间随着钻柱旋转，而相对于芯样本将芯样本管维持在固定旋转位置。
[0041] 下芯筒可以用任何适当方式连接到芯样本管。图4示出了如下一些实施例，其中下芯筒240被配置成通过芯样本管连接258以螺纹方式连接到内管帽270(图2B中所示)和/或芯样本管，其耦合到轴承组件255。
[0042] 图4也示出了下芯筒240包含芯断裂装置的一些实施例。芯断裂装置可以用来将力矩施加到芯样本，并且由此使芯样本在钻头(未示出)处或者附近断裂，因而可以在芯样本管中取回芯样本。尽管下芯筒240可以包括任何芯断裂装置，但是图4示出了如下一些实施例，其中芯断裂装置252包括可以允许芯样本管和下芯筒240相对移动的弹簧261和轴衬263。
[0043] 在一些实施例中，下芯筒也可以包括一旦芯样本管已满或者一旦芯样本堵塞于芯样本管中就限制钻探流体流动的一个或者多个压缩垫圈。压缩垫圈(图4中表示为254)可以在钻柱和上芯筒在钻探方向上按压时被轴向地压缩，但是芯样本管没有轴向地移动，因为样本管已满或者以别的方式被防止随着钻柱向下移动。这一轴向压缩使垫圈直径增加，从而减少并且最终消除在钻柱的内表面与垫圈的外周边之间的任何空间。随着垫圈减少这一空间，它们可以造成钻探流体压力的增加。这一钻探流体压力的增加可以用以通知操作者需要取回芯样本和/或内芯筒。
[0044] 图5A-6C图示了内芯筒200在装卸以及钻探期间的功能以及棘爪机构234和流体驱动式闭锁机构220的一些实施例的功能的一些例子。图5A描绘了处于中间位置的棘爪机构234，当人工将闭锁机构220放置于收缩位置以便准备插入到钻柱中时可以是这种情况。图5B示出了当闭锁臂226处于对接位置时，延伸枢轴构件225以强使闭锁臂226保持向外(也如图3A中所示)。反言之，如图5C中所示，当闭锁臂226处于收缩位置时，枢轴构件225可以旋转，从而闭锁臂226可以收缩到上芯筒210中。
[0045] 如上所述，内子组件230可以相对于外子组件270轴向地移动。在一些实施例中，如图5A-5C中所示，这一移动可以使闭锁机构在收缩与对接位置之间移动，其中内子组件230相对于外子组件270的移动可以改变闭锁臂226的位置。支持闭锁臂226的销228可以仅连接到内子组件230，而支持枢轴构件225的销227可以连接到外子组件270。因此，当外子组件270相对于内子组件230轴向地移动以便覆盖更少的内子组件230时，两个销(销228和销227)之间的距离可能增加并且枢轴构件225可以旋转。因而，闭锁臂226可以部分地或者完全地移动到外子组件270中，并且棘爪构件234可以从对接棘爪位置235移动到收缩棘爪位置236(如图5C中所示)。反言之，当外子组件270轴向地移动以便覆盖更多的内子组件230时，两个销(销228和227)之间的距离可能减少，并且闭锁臂226可以被迫脱离外子组件270进入对接位置(如图5B中所示)。
[0046] 图6A-6C示出了流体控制阀212可以如何工作的一些例子。图6A示出了处于开启位置的流体控制阀212，以使流体可以从下芯筒240、经过内通道242、穿过流体环211、穿过流体控制阀212、并且经过流体端口217B流到内芯筒200的外部。当流体控制阀212处于开启位置时，闭锁机构220可以处于收缩位置并且准备好插入到钻柱中。在图6A中所示的这一开启位置，流体可以从下芯筒240流到上芯筒210，但是流体压力强使阀构件215朝向流体环211并且使流体控制阀按抵流体环211而阻止流体流动。
[0047] 当内芯筒的着落肩到达钻柱中的着落环时，可以阻止内芯筒更接近外芯筒的钻探端移动。由于着落肩能够具有与钻柱内表面的严格公差，所以可以基本上防止钻探流体在着落肩140周围流动。相反，钻探流体可以经过内芯筒200(例如经由流体端口217B和内通道242)行进。因此，流体可以流动并且按抵阀构件215。切口214然后可以允许阀构件215轴向地移动以便按压到流体环211中并且穿过流体环211直至切口214对接销216。
图6B和3A示出了流体控制阀212在这一点处可以再次处于流体环211以下的开启位置。
当棘爪机构234处于中间位置时(如图5A中所示)，内子组件230可以在阀构件215拉动附着到内子组件230的销216时移动。因此，流体压力可以使阀构件215移动穿过流体环
211并且由此移动内子组件230和棘爪机构234，从而闭锁机构220移动到并且保持于对接位置。
[0048] 图5B和6B图示了闭锁机构220处于对接位置(即准备好钻探)时的内芯筒200的一些实施例。如图5B中所示，可以将棘爪机构234支持在对接棘爪位置235。如图6B中所示，在钻探期间，可以将流体控制阀212支持在开启位置而流体压力将阀构件215推到流体环211以下。
[0049] 一旦已经按照需要填充芯样本管，则可以停止钻探过程并且可以从钻柱中卸除芯样本。为了取回芯样本，通过连接到有线线缆310和起重机(未示出)的取回工具300朝着地表拉动取回点280。对接闭锁机构(例如机构220)和芯样本管中的芯样本的重量可能阻止取回点280上的拉力(并且因此阻止外子组件270上的拉力)。这些阻力可以使内子组件230相对于外子组件270移动，从而棘爪机构234从对接棘爪位置235(如图5B中所示)移动到收缩棘爪位置246(如图5C中所示)。内子组件230的移动使销216从流体环211移开。当阀构件215中的切口214由销216卡住时，流体控制阀212移动到阀构件215就座于流体环211中的闭合位置(如图6C中所示)。并且当从钻柱卸除内芯筒时，向下流体压力可以防止流体控制阀212向上开启。
[0050] 如上文提到的那样，内子组件230的移动可以使闭锁机构220进入收缩位置，如图6C中所示。在该收缩位置，闭锁机构220没有拖动或者以别的方式阻止从钻柱中提取内芯筒200。因此，流体驱动式闭锁机构极大地减少了取回芯样本所需要的时间。一旦从钻柱卸除内芯筒200并且移除芯样本，可以将内芯筒复位以放置于钻柱中以便取回另一芯样本，如图5A和6A所示。
[0051] 在所述系统的一些变化中，内芯筒的各种部件中的一个或者多个部件可以与各种其它向下钻进或者向上钻进工具和/或物体结合。例如，某一形式的非拖动闭锁机构(比如具有棘爪机构的流体驱动式闭锁机构)可以与地面或孔测量仪器或者孔调节机构结合。举例而言，任何孔中测量仪器组件可以包括流体驱动式闭锁机构，比如先前描述的流体驱动式闭锁机构。在这一例子中，该组件可以装入到钻柱中并且停止于预期位置(例如停止于着落环处)。然后，当流体将压力施加到该组件中的流体控制阀时，该闭锁机构可以用与上述方式相似的方式移动到对接位置。
[0052] 结合本公开内容描述的实施例旨在于仅举例说明而不是进行限制。本领域技术人员会认识到与本公开内容一致的各种变化实施例和实现方式。因而，所附权利要求将不受以上描述中阐述的具体细节限制，因为其许多明显变化在不脱离其精神或者范围的情况下是可能的。
