CN107109899A - 具有集成的样本定向工具的岩心筒头组件及使用该组件的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩心筒头组件，所述岩心筒头组件具有被配置成获取定向数据的至少一个电子仪器；电源；和通信装置，所述通信装置用于接收和/或发送定向数据，以便在岩心样本井下勘测和/或样本定向系统中使用，所述通信装置被配置成提供岩心样本相对于岩心被从中提取的材料主体的定向指示，并且本发明还提供一种识别岩心样本定向的方法。

Description

具有集成的样本定向工具的岩心筒头组件及使用该组件的 系统

相关专利申请的交叉引用

本申请要求提交于2014年4月21日的美国临时专利申请No.61/982,052的优先权，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及在钻井操作中井下勘测。更具体地讲，本发明涉及具有至少一个电子仪器和样本定向系统的岩心筒组件，所述至少一个电子仪器被配置用于岩心样本井下勘测。在一个示例中，所述至少一个电子仪器被配置用于提供岩心样本相对于岩心已被提取的材料主体的定向指示，并且还被配置成用于岩心样本定向识别的方法。

背景技术

以往，通过使用包括外管组件和内管组件的岩心钻探系统获得岩心样本。在操作中，切削头连接到外管组件，使得施加到外管组件的旋转扭矩可被传递至切削头。在钻井操作期间形成岩心，随着钻井进行，岩心沿内管组件的细长轴逐步延伸。通常，当采集岩心样本时，内管组件内的岩心是碎裂的，然后通常利用下降到钻孔的收回电缆从钻孔内收回内管组件和包含于其内的碎裂岩心样本。一旦将内管组件收回到地表，可以取出岩心样本并进行所需分析。

出于分析的目的，期望有岩心样本相对于其被提取出的地面的定向指示。这很复杂，因为钻探通常是以相对于垂直方向的角度进行的。为了提高矿物学记录的效率和准确性，期望在每个岩心被钻出并提取之前确定其在地下的取向和勘测位置。利用这些取向和勘测位置有利于接下来获得地下矿物/岩石含量的三维地图。

获取岩心样本定向指示的一种常见方式是通过使用定向矛，该定向矛包括从薄钢柄的一端突出的标记工具(诸如蜡笔)，该薄钢柄的另一端连接到电缆上。在引入内管组件之前，将定向矛下降到钻孔中。定向矛上的标记工具撞击将从中形成岩心的材料的正面，在其上留下标记。由于重力的关系，标记位于钻孔的下侧。然后将内管组件引入到钻孔中的外管组件之内。随着钻探进行，内管组件内会形成岩心样本。这样形成的岩心样本带有之前留下的标记。一旦完成岩心钻探进程并收回岩心样本后，标记将提供岩心样本在地层中的定向指示。

其他常规技术使用连接到岩心内管的定向单元和后端组件，以在钻探过程中经过优选的预定钻探距离间隔之后确定钻出岩心样本的正确定向。这些岩心定向单元通常在提取前测量岩心样本的旋转方向。在钻孔地表收回岩心材料时，可以通过电子装置和岩心材料的上侧或下侧来确定旋转方向，所述上侧或下侧被物理“标记”以便之后被地质学家识别。

通常将勘测仪器与岩心定向系统连接起来使用。在该技术中，将勘测仪器以周期性的深度下降至钻孔中以确定方位角(相对于基准点或方向的角度度量)、倾斜角(或倾斜度)以及任何其他所需勘测参数。使用这些周期性深度勘测读数估计不同深度的钻探路径。这样，可确定三维地下材料含量地图以及(从岩心定向设备)所提取岩心的旋转位置。

据发现，期望提供具有集成的样本定向子组件的改进岩心筒组件及其使用方法，该改进岩心筒组件被配置用于岩心样本井下勘测和样本定向，可减少对于增添额外钻柱元件的需求，从而提高钻探的效率和速度。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种岩心筒头组件，该岩心筒头组件具有细长管主体，该细长管主体限定选择性密封的内部空腔。岩心筒头组件可具有至少一个电子仪器和电源，所述至少一个电子仪器被定位在内部空腔中并被配置用于获得岩心样本的岩心定向数据，所述电源被定位在内部空腔中并与所述至少一个电子仪器电连通。岩心筒头组件还可具有通信装置，该通信装置被配置成能够接收和/或发送定向数据，以用于岩心样本井下勘测和/或样本定向系统。得到的岩心定向数据提供了岩心样本相对于从中提取岩心的材料主体的定向指示，还可用于利用该数据的方法。

岩心筒头组件被配置成经由各自连接装置连接到钻柱的管部分。在另一个方面，岩心筒头组件的至少一个电子仪器可以安装在例如但不限于主体所限定的内部空腔内、岩心筒头组件主体侧壁中所限定的内部空腔内、或者由岩心筒头组件侧壁的一部分围起或(在限定于主体中的空腔的内表面或外表面上)与岩心筒头组件侧壁的一部分密封接触。本领域的技术人员可以设想，岩心筒头组件可包括至少一个被配置来获取定向数据的电子仪器、电连接的电源以及用来接收和/或发送定向数据的通信装置。

在另一个方面，通信装置可包括无线通信装置，该无线通信装置被配置成能够以无线方式接收和/或发送勘测数据。任选地，通信装置可被配置成当停止钻探时或在钻探过程中彼此单向或双向通信。

在一个方面，岩心筒头组件的至少一个电子仪器能够有利地获得钻孔勘测读数能够，而无需插入笨重的延伸钻杆和/或勘测探头来测量钻孔路径的方位角和倾斜度/倾斜角。这导致减少了设备的处理和设备的使用，由于不需要将钻头周期性地退出一定距离以使勘测探头前进到钻头前并因此与钻头间隔开，从而减少了操作，并得到提高的运行效率。

本发明的另一个方面提供了执行钻探井下勘测的方法，该方法包括：a)从材料的地下主体钻探岩心；b)记录与待收回岩心的定向相关的数据，所述数据使用岩心筒头组件的至少一个电子仪器进行记录，c)将岩心与地下主体分离，以及d)基于在将岩心与地下主体分离之前所记录的岩心定向数据，获得岩心定向的指示。

任选地，该方法可包括：确定钻探已停止一段时间，使用岩心筒头组件的至少一个电子仪器记录与待收回岩心的定向相关的数据，将岩心与地下主体分离，将岩心收回至地表，基于钻探已经停止而岩心与地下主体分离之前所记录的岩心定向数据获得岩心定向的指示。

优点在于，由于在勘测过程中勘测和操纵设备的附件和机械伸展所需的时间较少，因此会有更多的时间用于钻探。

附图说明

图1示出了可操作地连接到头组件的岩心筒头组件的透视图。

图2示出了图1的纵向剖面图。

图3示出了图2的一部分的放大图，其中示出岩心筒头组件。

图4示出了图1的岩心筒头组件的透视分解图。

图5示出了岩心筒头组件的纵向剖面图，其中示出至少一个电子仪器和电连接的电源，它们设置在岩心筒头组件主体的内部空腔中。

图6示出了岩心筒头组件的另一方面的纵向剖面图，其中示出至少一个电子仪器和电连接的电源，它们设置在岩心筒头组件主体的内部空腔中。

图7示出了岩心筒头组件主体的纵向剖面图。

图8示出了可操作地连接到头组件的岩心筒头组件的纵向剖面图。

图9示出了示例性的至少一个电子仪器的示意图。

图10示出了示例性的至少一个电子仪器和电连接的电源的示意图，以便设置在岩心筒头组件主体的内部空腔中。

图11示出了与使用本发明的方法相关的示例性高级流程图。

图12示出了与使用本发明的方法的替代实施例相关的示例性流程图。

图13示出了与使用本发明的方法的替代实施例相关的示例性流程图。

图14示出了用于无线查询本发明的岩心筒头组件的示例性现有技术手持设备。

具体实施方式

通过参照以下详细说明、实例、附图和权利要求及其以上和以下的说明可更加容易地理解本发明。然而，在公开并描述本发明装置、系统和/或方法之前，应当理解，除非另有指明，本发明并不局限于所公开的具体装置、系统和/或方法，因为此类具体装置、系统和/或方法理所当然可能会发生变化。也应当了解本文所用的术语仅是为了描述特定方面，而不旨在进行限制。

本发明的以下描述被提供为以当前熟知的最佳实施例实现本发明的教导。为此，相关领域的技术人员将认识和理解，可在本文描述的本发明的各个方面作出许多更改，同时仍能获得本发明的有益效果。还显而易见的是，可以通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征来获得本发明的一些所需的有益效果。因此，本领域的技术人员将认识到，对本发明做出的许多修改和调整是可能的，并且在某些情况下甚至是期望的，并构成本发明的一部分。因此，以下描述被提供为本发明的原理的示例性说明而并非限制本发明。

如全文所用，除非上下文清楚地另外指明，单数形式的“一个”、“一种”以及“所述”包括复数涵义。因此，例如，提及“端口”可包括两个或更多个此类的端口，除非上下文另有指示。

范围在本文中可被表达为始于“约”某一特定值和/或止于“约”另一特定值。当表达此类范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一特定值。类似地，当采用先行词“约”将数值表达为近似值时，应当理解，该具体值也构成了另一个方面。还应理解，每个范围的端值相对于另一个端值，还是不取决于另一个端值来说，都是有意义的。

如本文所用，术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且所述描述包括其中发生所述事件或情况的实例和其中不发生所述事件或情况的实例。

如本文所用的单词“或”意指特定列表中的任意一个成员，并且还包括该列表成员的任意组合。

如本领域技术人员将会认识到，所述方法和系统可采用完全硬件实施例的形式、完全软件实施例的形式或软件和硬件方面结合的实施例的形式。此外，所述方法和系统可采用计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，所述计算机可读存储介质具有包含于存储介质中的计算机可读程序指令(例如，计算机软件)。更具体地讲，本发明的方法和系统可采用基于网络实现的计算机软件的形式。可使用任何合适的计算机可读存储介质，包括但不限于硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备或固态电子存储设备。

下文结合方法、系统、装置和计算机程序产品的框图和流程图图示描述了所述方法和系统的实施例。应当理解，框图和流程图图示中的每个框以及框图和流程图图示中的框组合可分别由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置上以生产机器，使得在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令会产生用于实现流程图的一个或多个框中所指定的功能的方式。

这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，所述计算机可读存储器可指导计算机或其他可编程数据处理装置来以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令生产制品，包括用于实现流程图的一个或多个框中所指定的功能的计算机可读指令。计算机程序指令还可以加载到计算机或其他可编程数据处理装置上以在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤，产生由计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令可提供用于实现流程图的一个或多个框中所指定的功能的步骤。

因此，框图和流程图图示中的框支持用于执行指定功能的方式的组合、用于执行指定功能的步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图图示中的每个框以及框图和流程图图示中的框组合都可由基于专用硬件的计算机系统来执行，该计算机系统执行指定功能或步骤、或专用硬件和计算机指令的组合。

在一个方面，用于钻入材料的地下主体中的钻探组件可包括具有钻头的钻柱10、由线性连接的管段形成的外管以及用于接收从地下主体钻取的岩心的内管。在一个方面，将岩心筒头组件30集成到钻柱10中，形成钻柱的一部分，如图1所示，其中岩心筒头组件可操作地连接到传统的头组件20上。

岩心筒头组件被配置成经由各自连接装置连接到钻柱的管部分。在另一个方面，岩心筒头组件的至少一个电子仪器可以安装在例如但不限于主体所限定的内部空腔内、岩心筒头组件主体侧壁中所限定的内部空腔内、或者由岩心筒头组件侧壁的一部分围起或(在限定于主体中的空腔的内表面或外表面上)与岩心筒头组件侧壁的一部分密封接触。本领域的技术人员可以设想，岩心筒头组件可包括至少一个电子仪器、电连接的电源和通信装置，所述至少一个电子仪器被配置用于获取定向数据，所述通信装置用来接收和/或发送定向数据。

在一个方面，参见图1至图7，岩心筒头组件30可包括至少一个电子仪器40、可操作地电耦合的电源50和通信装置，所述至少一个电子仪器被配置用于获取定向数据，所述通信装置用来接收和/或发送定向数据。在一个方面，至少一个电子仪器40可包括岩心定向数据记录工具中的至少一个数字和/或机电传感器42和/或一个或多个物理数据传感器44，所述岩心定向数据记录工具可被配置用于在岩心刚刚破裂之前或之后确定岩心定向，并且任选地被配置用于检测来自材料主体的岩心破裂信号。在各个方面，可以设想的是，所记录的数据可任选地包括“倾斜”角和/或方位角数据，以提高如下文所述的岩心定向结果的可靠性。

在这个方面，与岩心筒组件的至少一个电子仪器40可操作地通信的至少一个数字和/或机电传感器42可被配置用于检测振动和/或被配置用于检测作用在该电子仪器上的三轴重力负荷。在一个示例性方面，一旦检测到所期望的振动状态和/或检测到所需的重力负荷状态，即可停止钻探，而岩心筒头组件可记录与岩心定向相关的数据，诸如但不限于重力场强度和方向和/或磁场的强度和方向。

岩心筒头组件30具有近端32和相对的远端34，所述近端可操作地朝着钻柱的钻头端取向。如图1和图5至图6所示，岩心筒头组件30具有细长的管体60，该管体通常接合到头组件10的常规电缆收回部分。因此，钻柱的头组件是完整的，且无需使用现有技术设计中所需要的笨重的延伸管。

细长管主体60的螺纹近端62与第一内部空腔64连通，该第一内部空腔向远侧延伸到基座部分65。靠近第二内部空腔的基座部分限定端口66，该端口从细长管主体的外表面延伸至与第一内部空腔流体连通。任选地，在这个方面，可以设想的是，黄油嘴68可被安装在端口66中，以允许油脂或润滑剂的选择通道与第一内部空腔连通，反之亦然。

第二内部空腔70被限定在细长管主体60内，所述第二内部空腔与第一内部空腔隔开并从第一内部空腔向远侧延伸。可调整第二内部空腔70的大小以气密地包封下列三者中的至少一者：被配置用于获取定向数据的所述至少一个电子仪器40、电源50以及用来接收和/或发送定向数据通信装置。在另一个方面，可调整第二内部空腔70的大小以气密地包封所述至少一个被配置用于获取定向数据的电子仪器40和电源50。在一个方面，所述至少一个电子仪器40可包括上文讨论并在图8和图9中示意性地示出的电子仪器。所述至少一个电子仪器40可操作地电连接到电源50，所述电源可包括任何常规电源，诸如但不限于电池、可充电电池等。

在一个方面，如图所示，多个窗口74可被限定在细长管主体中，所述窗口从细长管主体的外表面61延伸至第二内部腔室70中，靠近第二内部腔室的封闭近端72。在另一方面，可提供定向指示器模块80，其包括多个光发射器82。可调整定向指示器模块80的尺寸和形状以密封地闭合第二内部腔室，避免加压流体经由所限定的多个窗口74有任何进入第二内部腔室70。

在另一个方面，可以设想的是，第二内部空腔可包括限定在其中的至少一个定向槽。在这个方面，可将定向指示器模块手动定向，并且可保持所需位置至下文所述的至少一个O形环密封件84。任选地，在另一方面，定向指示器模块82被配置用于将多个光发射器88定向或以其他方式定位，使得每个光发射器都位于一个窗口之下。

在一个方面，定向指示器模块80还可包括密封装置，用于防止任何加压流体从所限定的窗口74进入第二内部空腔70。在一个方面，密封装置可包括至少一个O形环密封件84，所述至少一个O形环密封件安装在定向指示器模块的外部部分，并且被配置用于在定向指示器模块的外部部分与第二内部空腔内表面的一部分之间进行密封。

在一个示例性方面，来自多个光发射器88(例如，发光二极管等)的光穿过多个窗口74或可通过所述多个窗口观察到。参考箭头A指示钻头端方向，参考箭头B指示头组件的方向。此外，如上文所述，由于仅需要两种彩色灯(诸如但不限于绿色和红色)来指示一个或另一个旋转方向以在标记前建立正确的岩心定向，故使得获取岩心定向的过程更加简单。指示器构成密封设备的一部分，并且可以是低功耗的LED灯。

或者，可使用闪烁的灯光，诸如但不限于将某一频率或数量的闪光用于一个方向，并且另一个频率或数量的闪光用于另一个旋转方向。当取得正确的定向时，可以发出稳定的灯光。因此，有利地，当从井下收回岩心筒头组件30和岩心样本时，岩心筒头组件30不需要与钻柱分开来才可确定岩心样本的所需定向。与远程设备(诸如手持设备)无线通信以在岩心筒头组件和远程设备之间传送数据也可通过经由至少一个孔口传输来实现。

在另一个方面，第二内部空腔70向远侧延伸到细长管主体60的开放式远端73。为进一步实现被配置用于获取定向数据的至少一个电子仪器40、电源50及任选地用来接收和/或发送定向数据的通信装置的气密包封，可提供密封耦合器90，所述密封耦合器被配置成以密封方式容纳在细长管主体60的开放式螺纹远端73中。如所指出的那样，可提供密封装置以防止任何加压流体进入第二内部空腔。在一个方面，密封装置可包括至少一个O形环密封件95，所述至少一个O形环密封件安装在密封耦合器的一部分上，并且被配置用于在密封耦合器的一部分与细长管主体的开放式远端内表面的一部分之间进行密封。

在另一方面，为进一步实现第二内部空腔的气密密封，并提供用于电缆操作的流体控制，提供了止回阀组件100。在一个方面，止回阀组件100包括连接的近端组件和远侧锥形座，所述远侧锥形座限定用于可操作地容纳止回球120的内部腔室110。

在一个方面，止回阀组件的近端组件102可限定母螺纹连接，该母螺纹连接被配置成可以螺纹方式连接到细长管主体60的远端73的外表面上所限定的公螺纹。本领域的技术人员将会认识到，随着止回阀组件100的近端组件被螺纹连接到细长管主体的远端73，密封耦合器90被驱动到第二内部空腔70中的密封位置，以实现完全气密性。

另外，本领域的技术人员将会认识到，由于定向指示器模块90被密封地设置在第二内部腔室70的近端中，所述至少一个电子仪器40、电源50和任选地通信装置(用来接收和/或发送定向数据)被设置成与定向指示器模块可操作地接触，并且密封耦合器90被设置成与所述至少一个电子仪器40、电源50和任选地通信装置(用来接收和/或发送定向数据)接触，随着止回阀组件的近端组件被螺纹连接到细长管主体的远端73，相应定向指示器模块80上的密封装置以及密封耦合器90均被驱动到第二内部空腔中的密封位置，以实现第二内部空腔的完全气密性。

在另一个方面，止回阀组件的内部腔室110延伸到止回阀组件的远端104。在这个方面，提供了至少一个端口106，所述至少一个端口从止回阀组件的外表面延伸，并与止回阀组件的内部腔室流体连通。在一个方面，所述至少一个端口106可包括多个端口。在这个方面，可以设想的是，所述多个端口可以相等或不相等的角度度数间隔开。

在这个方面，内部腔室110可具有远侧锥形座112，其适于选择性地容纳球120，所述球的尺寸经调整可选择性地阻挡远侧锥形座。本领域的技术人员将会认识到，可调整止回阀组件100的内部腔室110的尺寸和形状以允许该球在打开位置和闭合位置之间选择性地轴向移动，在所述打开位置中，该球与锥形座表面稍稍隔开，使得加压流体可移动通过止回阀组件的远端，并随后通过内部腔室从所述至少一个端口流出，在所述闭合位置中，该球被压靠在锥形座表面上，使得加压流体不能移动通过止回阀组件。

在另一方面，细长管主体60的外表面61可限定靠近中间主体部分的多个凹平面阻挡件67。这些凹平面阻挡件有助于抓握岩心筒头组件30并将该组件进行选择性地定向。任选地，可靠近指示器窗口限定额外的凹平面阻挡件69以便选择性地定向样本，所述指示器窗口限定在细长管体中。

现在参见图8，示出了岩心筒头组件30的替代实施例，其包括被配置用于获取定向数据的至少一个电子仪器40、可操作地电连接的电源50以及用于接收和/或发送定向数据的通信装置。

在这个方面，岩心筒头组件130具有近端132和相对的远端134，所述近端可操作地朝着钻柱的钻头端取向。如图8所示，岩心筒头组件130通常接合到头组件10的常规电缆收回部分。因此，钻柱的头组件是完整的，且无需使用现有技术设计中所需要的笨重的延伸管。

岩心筒头组件130具有细长管主体160，该细长管主体可操作地连接到细长的空心主轴170，该空心主轴继而可操作地连接到选择性开放式止回阀组件180。细长管主体具有螺纹近端162，该螺纹近端限定内套管底座163。细长管主体的开放式远端164限定内肩部165，该内肩部的尺寸和形状被设计成可容纳至少一个常规圆柱形轴承190。

套管192安装在套管底座中，并且其尺寸和形状被设计成可旋转地容纳空心主轴170的近端172。如图所示，空心主轴的中间部分由所述至少一个轴承190可旋转地支撑。在另一方面，螺母194连接到临近空心主轴170近端的空心主轴170螺纹部分174。

细长管主体160的内壁165的一部分、螺母194的一部分以及空心主轴外表面的一部分限定了内部空腔166，在该内部空腔中安装有弹簧，并且安装有被配置用于获取定向数据的至少一个电子仪器40、可操作地电连接的电源50以及用来接收和/或发送定向数据的通信装置。被配置用于获取定向数据的至少一个电子仪器40、可操作地电连接的电源50以及用于接收和/或发送定向数据的通信装置可以集成在一起；或者由内部空腔166内的细长管主体围起或固定至内部空腔内的细长管主体上。本领域的技术人员将会认识到，随着空心主轴旋转，细长管主体将保持在相同的位置，也就是说，当空心主轴转动时，细长管主体不会转动。

在一个任选方面，限定端口167，该端口从细长管主体的外表面延伸至与内部空腔流体连通。任选地，在这个方面，可以设想的是，黄油嘴168可被安装在端口167中，以允许油脂或润滑剂的选择通道与内部空腔连通。

可以设想的是，可调整内部空腔166的大小以气密地包封下列三者中的至少一者：被配置用于获取定向数据的所述至少一个电子仪器40、电源50以及用于接收和/或发送定向数据的通信装置。在另一个方面，可调整内部空腔166的大小以气密地包封被配置用于获取定向数据的所述至少一个电子仪器40和电源50。在一个方面，所述至少一个电子仪器40可包括上文讨论并在图9和图10中示意性地示出的电子仪器。所述至少一个电子仪器40可操作地电连接到电源50，所述电源可包括任何常规电源，诸如但不限于电池、可充电电池等。

在另一方面，为了为电缆操作提供流体控制，提供了选择性开放式止回阀组件180。在一个方面，止回阀组件180包括限定近侧锥形座184的连接端组件182，所述近侧锥形座限定用于可操作地容纳止回球195的内部腔室185。

在一个方面，止回阀组件的连接端组件182可限定母螺纹连接，该母螺纹连接被配置成可以螺纹方式连接到空心主轴170的远端173的外表面上所限定的公螺纹。因此，如图所示，锥形座184可操作地连接到主轴170的远端173，使得可将主轴170的空心内部选择性地设置为与由止回阀组件180控制的流体实现流体连通。

本领域的技术人员将会认识到，止回阀组件的端部组件182限定至少一个端口186，所述至少一个端口从止回阀组件的外表面延伸并且与止回阀组件的内部腔室流体连通。在一个方面，所述至少一个端口186可包括多个端口。在这个方面，可以设想的是，所述多个端口可以相等或不相等的角度度数间隔开。

在这个方面，内部腔室185可具有近侧锥形座184，其适于选择性地容纳球195，所述球的尺寸经调整可选择性地阻挡近侧锥形座。本领域的技术人员将会认识到，可调整止回阀组件180的内部腔室185的尺寸和形状以允许该球在打开位置和闭合位置之间选择性地轴向移动，在所述打开位置中，该球与锥形座表面稍稍隔开，使得加压流体可通过细长主轴移出进入止回阀组件的近端，并随后通过止回阀组件的内部腔室从所述至少一个端口流出，在所述闭合位置中，该球被压靠在锥形座表面上，使得加压流体不能移动通过止回阀组件从而通过空心主轴。

在运行中，可以设想的是，在一个非限制性示例中，当存在诸如来自钻井操作的振动时，岩心筒头组件30的至少一个电子仪器40不进行任何定向测量。在这个方面，机械、机电和/或电子传感器以及编程到岩心筒头组件的至少一个电子仪器中的软件算法的组合被配置用于：当岩心筒头组件在钻孔中下降时以及在钻井过程中，确定该岩心筒头组件在运动，因此无需检测来自材料主体的岩心样本的断裂。类似地，在另一方面，可以设想的是，岩心筒头组件的所述至少一个电子仪器可被配置用于检测在岩心破裂之后岩心筒头组件上升到地表以进行岩心收回，并且随后在上升操作过程中不会进行任何岩心定向测量。

在一个非限制性示例中，在运行中，当钻机准备碎裂岩心时，钻机可选择性地在第一预定延迟时段内不转动钻柱，所述第一预定延迟时段的范围可以在约10秒至约90秒的范围内。在延迟时段内，可以设想的是，可在此非旋转(即，振动最小)期间进行定向和倾斜角测量。接着，在碎裂岩心之后，钻机可等待第二预定延迟时段，之后再开始进一步旋转，所述第二预定延迟时段可在约60秒至约120秒之间的范围内，或为至少90秒。

任选地，可以设想的是，由从地表沿钻孔向下泵送的钻探泥浆和/或水在钻孔内产生的压力可被至少一个电子仪器42检测到，，所述至少一个电子仪器可包括至少一个压力传感器。在各个非限制性示例中，所述至少一个压力传感器可以安装在钻柱上，诸如内钻管和/或外钻管上、或钻头上、或岩心筒头组件上。所检测到的压力(诸如但不限于容纳岩心的内管内的压力或压力差(诸如但不限于内管和外管之间/两侧的压力差))可以指示内管几乎或完全充满岩心材料。这可以发生在将岩心与材料的地下主体分离(诸如通过突然拉回岩心将岩心从主体碎裂)之前，因此可提供岩心将被碎裂的指示。

任选地，可以设想的是，被配置用于获取定向数据的至少一个电子仪器40、电源50以及用于接收和/或发送定向数据的通信装置的大小和形状可被设计成能够一体化地安装在常规电缆组件中。在这个方面，被配置用于获取定向数据的至少一个电子仪器40、电源50以及用于接收和/或发送定向数据的通信装置可被最小化和/或柔性化，以便被容纳在常规电缆组件中所限定的空腔之内，并且随后可以使用诸如但不限于环氧树脂气密密封在所限定的空腔中。

本领域的技术人员将认识到，岩心筒头组件30不需要与头组件20分离以确定岩心样本的定向和/或收集由工具装置所记录的数据，这样，由于不必分开各段以得到岩心样本定向，而使得设备故障的风险降低、钻探停工时间减少并且设备处理时间也被缩短。已知系统需要工具的终端查询。通过提供密封装置和设施，以便通过观察细长管主体60侧面中的一个或多个窗口74的定向指示来确定岩心样本的定向，从而提高岩心样本采集和定向的可靠性和效率。因此，会使操作人员面临受伤风险，并造成钻井操作的额外停机时间。现在无需将岩心筒头组件30与头组件分离，即可确定岩心样本的定向并在减少钻探延迟和设备损坏/故障风险的情况下收回所收集的信息。

此外，与已知系统不同，岩心筒头组件30在电缆组件中提供所需流量的加压流体以便常规地操作通常用于电缆操作中的流体控制阀。如所提到的那样，止回阀组件100允许流体选择性地通过该组件并到达岩心筒头组件30的外表面，随后通过压力安全阀从细长管主体的第一内部空腔流出。

在一个方面，可提供一个或多个压力传感器42，以检测压力数据，所述压力数据可包括压力读数；压力和/或压力差的变化。压力数据可与岩心筒头组件30和/或在地表上的操作者进行操作性通信。在一个示例性方面，一旦检测到所期望的压力值，可停止钻探，岩心筒头组件30的至少一个电子仪器40可记录与岩心定向相关的数据，诸如重力场强度和方向和/或磁场的强度和方向。

在各个方面，可以设想的是，所记录的数据可任选地包括“倾斜”角或方位角数据，以提高岩心定向结果的可靠性。通常，倾斜角是内岩心管钻头组件相对于水平面的角度，并且该角度可在水平面之上或之下，这取决于钻探方向是来自地面水平之上还是来自地下的任何钻探方向。这提供进一步确认，钻孔的渐进钻探遵循最大渐进倾斜角，该最大渐进倾斜角可随钻探进行而递增地变化，但不会达到超过全角变化率的程度，即，两个连续方向勘测/定向工作站之间实际钻孔路径的总曲率的正态化估值(例如，度/30米)。

在操作中，在获得定向和岩心样本之前，操作者可将远程外部通信设备设置为开始时间。远程外部通信设备先与岩心筒头组件30的至少一个电子仪器40通信，然后再将至少一个电子仪器放入钻孔。接着，在从开始时间起经过预定的计时间隔之后，所述至少一个电子仪器40可被配置成开始正常运行以检测指示岩心碎裂的振动特征。

任选地，在另一个方面，可检测压力变化或水平以指示碎裂前的条件或时间段，诸如内管内的泥浆/水的压力因岩心填充或几乎填满收纳岩心的内管而升高。

在一个方面，岩心筒头组件30的至少一个电子仪器40可被配置成在存在诸如来自钻井操作的振动时不进行任何定向测量。在这个方面，机械、机电和/或电子传感器以及编程到岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40中的软件算法的组合可被配置用于：当岩心筒头组件在钻孔中下降时以及在钻井过程中，确定该岩心筒头组件在运动，因此无需检测来自材料主体的岩心样本的断裂。类似地，在另一方面，可以设想的是，岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40可被配置用于检测在岩心破裂之后岩心筒头组件上升到地表以进行岩心收回，并且随后在上升操作过程中不会进行任何岩心定向测量。

任选地，在确定岩心的定向时可包括倾斜角。在一个方面，钻孔的倾斜角可用于确定是否使用所获得的定向数据。例如，可通过前面讨论的验证步骤是可接受的并且加上钻孔的倾斜角也在可接受的限度内来确定有效的岩心定向样本。在一个方面，在新钻孔的第一次运行之前，可将倾斜角取样作为参照。此特定参照称为设置功能。在这个方面，可在远程通信设备上选择设置功能，然后传输至岩心筒头组件。为清楚起见，岩心样本定向子组件不会将岩心定向，而是记录指示待收回的岩心的定向信号。然后，岩心筒头组件可下降到钻孔中，或者在尚没有钻孔待钻探的情况下与钻杆的角度对齐。一旦岩心筒头组件下降到所期望的位置或钻孔末端，用户可优选通过使用远程通信设备“标记”该“发射”。

随后，将岩心筒头组件收回，可使用远程通信设备将钻孔的倾斜角(角度)发送至岩心筒头组件的通信装置。任选地，钻孔末端的倾斜角可以手动输入到远程通信设备中，并且将倾斜角发送回到岩心筒头组件。

在一个方面，当在检测来自碎裂岩心的振动之前没有钻探振动的期间以及在后续没有钻探振动的时间段之前，通过岩心定向设备获得指示岩心定向的一个或多个信号时，获得合规数据。可以设想的是，一个或多个实施例可利用最终合规数据而非最先获得的合规数据。

在一个方面，可以设想的是，所述至少一个电子仪器40可包括在一端处的液晶显示器41。这样可允许在部署之前设置定向系统，并且当收回到地表时指示岩心样本的视觉对齐。岩心筒头组件30可以连接到岩心筒头组件，所述岩心筒头组件可操作地连接到样本管，用于接收岩心样本。在一个方面，如图8和图9示例性地示出，所述至少一个电子仪器40可包括至少一个振动传感器、至少一个加速度计43、存储器45、计时器47和前述的液晶显示器41。任选地，至少一个电子仪器40还可包括下列元件中的一种或多种和/或优选地这些元件中的两种或多种的组合：至少一个重力传感器、磁场传感器、倾斜计、方向测定传感器、陀螺仪。

在这个方面，所述至少一个电子仪器40可被配置用于在岩心取样过程中每几秒钟记录一次定向数据。可使用常用秒表，使开始时间与实际时间同步。然后，可操作地连接的岩心筒头组件30和岩心筒头组件可降低到钻柱外壳中以开始岩心取样。在钻探并采集岩心样本于内岩心样本管中后，操作者可以停止秒表并将岩心样本管收回到地表。在地表上，从内管取出岩心样本之前，如果液晶显示器仍在工作，操作者可查看液晶显示器，显示器将引导操作者执行指令中的步骤来旋转岩心管直到岩心样本下部处于岩心管下端。然后，标记岩心样本并将其存储以供将来分析。

本发明的另一个方面提供了执行钻探井下勘测的方法，该方法包括：a)从材料的地下主体钻探岩心；b)记录与待收回岩心的定向相关的数据，所述数据使用岩心筒头组件的至少一个电子仪器进行记录，c)将岩心与地下主体分离，以及d)基于在将岩心与地下主体分离之前所记录的岩心定向数据，获得岩心定向的指示。

任选地，该方法可包括：确定钻探已停止一段时间，使用岩心筒头组件的至少一个电子仪器记录与待收回岩心的定向相关的数据，将岩心与地下主体分离，将岩心收回至地表，基于钻探已经停止而岩心与地下主体分离之前所记录的岩心定向数据获得岩心定向的指示。

在一个示例性方面，对于图11中流程图所示的实施例，当发生以下事件时，可验证岩心定向：

a)步骤200：对于第一预定延迟时段，岩心筒头组件检测不到高于阈值的振动，或者检测出振动低于阈值；

b)步骤220：在第一预定延迟时段中，进行岩心定向测量；

c)步骤230：在第一预定延迟时段之后并且在第二预定延迟时段之前，检测来自地下主体的碎裂岩心的噪声；

d)步骤240：对于第二预定延迟时段，岩心筒头组件检测不到高于阈值的振动，或者检测出振动低于阈值；

e)步骤250：仅当存在步骤200、230和240时，保留步骤220中获得的定向测量结果；

f)步骤260：当且仅当得到步骤200、230和240时，忽略检测到的信号或不检测振动或没有振动。如果忽略检测到的信号，必须在步骤280中检测到振动沉默信号，然后才可碎裂岩心。

任选地，如步骤270所示，可在碎裂岩心之前无钻探的期间(时段Y)内获得倾斜角测量，优选地如果倾斜角在设置的限度内。

在一个方面，一旦获得了所需的岩心定向，则可在步骤290中关闭岩心筒头组件或调至低功耗待机模式，为随后被置于定向模式做准备。一旦在步骤300中岩心筒头组件30被收回到地表，操作者可在步骤310中将岩心筒头组件设置为定向模式。在一个示例中，并非意图限制，这可以在步骤320中通过用于与岩心筒头组件的通信装置进行通信的远程通信装置来完成。

在另一方面，可以设想的是，岩心筒头组件可包括定向指示器组件，该定向指示器组件包括一个或多个灯或其他视觉指示器，诸如但不限于一个或多个显示面板以提供定向方向和标记岩心所需定向的指示。在这个方面，一旦在定向模式下，视觉指示(诸如一个或多个LED的闪烁)可为操作者指示旋转岩心的方向以找到“正确的底侧”进行标记。在这个方面，“正确的底侧”是岩心的一部分，其在与地下主体分离之前位于最下部。

一旦在步骤330中确定了正确的底侧，操作者可经由远程通信设备再次实现与岩心筒头组件的通信装置的通信。在步骤340中，并基于记录的定向数据，远程通信设备可被配置用于验证已得到正确的定向。随后，在步骤350中，操作者可执行另一定向操作。

使用本发明的任选且示例性的方法示于图12和图13中。在一个方面，如图12所示，岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40可被编程以用于运行模式、休眠模式和定向模式中。在这个方面，岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40被配置成能够在所述至少一个电子仪器感测到振动已停止时致动并提取顺序临时数据读数(POD1、POD2、POD3等)。这些临时数据读数按所需时间间隔(其可以是约0.1至约1.0秒之间)读取。在这个方面，岩心筒头组件30被配置成能够在所述至少一个电子仪器结束休眠时致动或供电。此外，可以设想的是，每当所述至少一个电子仪器40时，时钟开始运行。例如，这可在插入钻孔之前发生于地表上。如果在顺序临时数据读数的采集的任何部分期间感测到振动，则编程也可任选地忽略任何已采集的临时数据(POD1、POD2、POD3等)。在这种情况下，编程会在运行模式下自动转到步骤“关闭重力传感器”。

在一个方面，如图13所示，岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40可被类似地编程以用于运行模式、休眠模式和定向模式中。在这个方面，岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40被配置成能够根据时间间隔方案进行致动，在所述时间间隔方案中，信号被发送到三轴重力传感器以便根据预定的时间间隔方案获取读数。

在一个方面，可以设想的是，岩心筒头组件30可被用于异步时间操作中的岩心取样。在这个方面，由岩心筒头组件30所执行的数据记录事件与通信设备在时间上不同步。也就是说，岩心筒头组件可被编程为不从基准时间开始计时，并且可任选地编程为使得岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40在特定预定时间间隔不进行取样(发射)。例如，并非意图限制，岩心筒头组件30的所述至少一个电子仪器40可以编程为不采集每一分钟一个三秒样本，其中所述一分钟间隔被同步到远程，因此远程将会知道每次取样将在何时发生。在这个方面，通信装置或设备不会同步到岩心定向单元，即异步运行，因此通信设备不知道是否或何时取样。因此，获得岩心样本定向指示的过程比现有设置简化了。

在一个方面，当岩心筒头组件位于地表上时，外部通信设备可发信号到所述至少一个电子仪器40，以在部署到井下之前激活或退出待机模式。任选地，所述至少一个电子仪器40可以是已激活的，这样则无需将所述至少一个电子仪器40从已停用(“关闭”)的状态打开。

或者，所述至少一个电子仪器40可被配置成在从地表部署起的预定时间段后，或者在激活延迟计时器或其他延迟机制的时间用尽之后，激活并开始提取数据样本。例如，可在地表将数据收集设备配置成仅在至少一个预定时间段已经用尽之后或计数器已完成与延迟时段相关的预定计数之后，从待机模式“唤醒”到激活模式。

在一个方面，可以设想的是，可将所述至少一个电子仪器40编程为根据时间间隔和/或随机产生的时间间隔进行测量/记录定向数据。在这个方面，在所述至少一个电子仪器40被激活期间，被编程用于记录数据的指令可持续执行，这些数据作为规则的或随机产生的时间间隔的结果而生成。然而，由于在感测振动期间，所述至少一个电子仪器40中的传感器中的至少一个可以关闭/停用，因此在感测到振动的时间段中没有定向数据被获取。当振动停止时，传感器被接通，然后时间间隔指令将根据规则的或随机的时间间隔恢复执行。在这个方面，根据所使用的时间间隔测量/获取定向数据，优选地在延迟计时器开始运行时或之后开始进行。但是，由于例如在感测振动的时间段内传感器将被关闭/停用的事实，在这段时间间隔内将不会记录数据。在这个方面，当钻探停止，从而导致振动停止时，将采集数据，并且可根据在地表上开始的时间间隔方案优选地继续采集数据，并且优选地时间间隔方案可以总是在后台运行，即使在传感器都关闭或停用(例如，睡眠)时。

在另一方面，所述至少一个电子仪器40可在时间间隔(在最小时间间隔和最大时间间隔的限制范围内的规则的或随机产生的间隔)处登记和/或记录井下的定向相关数据，也可以测量总共使用的勘测时间T。

在另一方面，可由在地表上的外部通信设备启动所述至少一个电子仪器40，而第二(不同的)通信设备可用于“标记”(设定)时间点，即，开始计算与将岩心样本从地下岩石碎裂相关的实耗时间段的时间t，从而用于识别在此碎裂之前即刻记录的数据集。

在一个方面，随着所述至少一个电子仪器40沿钻孔推进，规则或随机时间段的定向测量将耗尽电池电量，为了予以补偿，可延迟启动。例如，当在地表上操作(例如，接通)外部通信设备时，可显示在所述至少一个电子仪器40中设置延迟时间的选项。例如，可显示0至99分钟之间的延迟。在这个方面，当所述至少一个电子仪器40启动，并且通信设备将延迟时间段发送至所述至少一个电子仪器40时，所述至少一个电子仪器40中的计时器将允许先让该延迟时间段过去，然后再记录任何定向测量。

在一个方面，当钻探停止且最接近时间Tx时，可记录定向数据，其中Tx优选地小于或等于T-t，并且其中T是由所述至少一个电子仪器40所记录的时间(勘测时间)并且t是由外部通信设备记录的实耗时间，所述实耗时间在钻探停止并记录定向数据时开始。在这个示例性方面，应当理解，所需的记录数据可以在大于T-t的时间Tx处，也就是说，如果在实耗时间开始之后，而在所述至少一个电子仪器40记录定向数据的同时，钻探保持停止，且延迟将岩心样本从岩石上分离(破裂)。因此，假如在钻探停止之后且在岩心从地下岩石破裂之前没有钻探活动发生，Tx可大于T-t。在这个方面，在操作中，当岩心筒头组件30与岩心样本被收回地表时，外部通信设备查询所述至少一个电子仪器40，以识别最接近T-t时间所记录的岩心定向数据，即外部通信设备的计时器不与所述至少一个电子仪器40的计时器同步，并且两个计时器不会在一个基准时间开始。

例如但不限于，所述至少一个电子仪器40可在已知的允许时间间隔范围内的规则不规则时间间隔记录定向数据，所述允许时间间隔诸如1秒至1分钟范围内10秒、15秒、20秒或30秒间隔中的一个或多个。可以设想的是，时间间隔可以由在最小和最大允许范围内运行的随机(时间)数字发生器生成。因此，可以重复用于获取定向数据的时间间隔(例如10秒、10秒、10秒、20秒、20秒、10秒…)。因此，在这个示例性方面，不会在设定时间段中恒定地执行数据记录事件(“发射”)。然而，可以设想的是，可使用预定的设定时间间隔。也就是说，所述至少一个电子仪器40可在每个时间间隔记录定向数据，优选地直到岩心从底层岩石破裂开，但也可以在此之后继续记录。

在操作中，所述至少一个电子仪器40可以被部署在井下钻孔中。任选地，可在地表上启动所述至少一个电子仪器40，它的计时器在地表上开始勘测时间计时，或者该计时器可延迟直到所述至少一个电子仪器40全部或一部分进入钻孔中才开始，以节约电力。随后，当岩心管中已充分捕获岩心样本时，停止钻探，在此非钻探期间中，所述至少一个电子仪器40记录与其自身在钻孔中的定向相关的定向数据，并因此记录被捕获在岩心筒头组件30中相关岩心样本的定向数据，除非所述至少一个电子仪器40旋转，否则岩心筒头组件无法旋转。接着，使岩心样本从地下岩石破裂，并将岩心筒头组件30收回到地表。

在一个方面，外部通信设备可以由用户记录实耗时间t，即，在地表上开启手持外部通信设备中的计时器。这优选地在钻探已停止、或从岩石上碎裂岩心之前即刻(此时钻探已停止)、或碎裂岩心之后即刻时进行。然而，应当理解，由于所述至少一个电子仪器40可被编程用于识别实耗时间开始之前的未钻探期间发生的最晚的记录数据，因此可在岩心从底层岩石碎裂后才开始计算实耗时间。在这个方面，外部通信设备保留实耗时间的记录。

当将所述至少一个电子仪器40和包含岩心样本的岩心筒体头组件30被收回到地表时，用户可以查询所述至少一个电子仪器40。在这个方面，一旦所述至少一个电子仪器40证实收到查询命令，通信设备可命令停止勘测时间T(停止所述至少一个电子仪器40的计时器)和实耗时间t(停止外部通信设备的计时器)。在这个方面，外部通信设备可指示所述至少一个电子仪器40识别在从勘测时间结束时回溯的实耗时间段开始之前或之后即刻所记录的定向数据，也就是说，所述至少一个电子仪器40必须“回顾”之前经过的时间点或附近记录的数据。在这个方面，所述至少一个电子仪器40从它的勘测时间T中减去实耗时间t，得到与当钻探停止时获得的所需记录数据相关的时间Tx。

在这个方面，一旦在所述至少一个电子仪器的存储器中识别出正确记录的定向数据，所述电子仪器可进入定向模式，从而可对岩心样本进行定向并记录该定向。在一个示例性方面，按一定时间间隔触发所述至少一个电子仪器40，开始记录定向数据；该时间间隔可以是上述的规则或随机的时间间隔。定向数据的记录仅可在时间延迟结束时开始。例如，所述至少一个电子仪器40内的计时器可以从将设备部署到钻孔中(或之前)开始运行。然而，延迟可阻止设备记录定向数据，直到延迟结束。一旦延迟结束，根据当前的时间间隔序列(即，随机产生的时间间隔或规则的时间间隔)，记录定向数据。

任选地，当所述至少一个电子仪器40的振动或其他运动在井下充分停止时，所述至少一个电子仪器40可根据当前的时间间隔体系恢复记录定向数据，或者可切换到另一个时间间隔体系以感测和记录定向。

任选地，所述至少一个电子仪器40可被编程为识别在碎裂岩心样本之前记录的、但基于在碎裂岩心样本之后开始的实耗时间段的岩心定向数据。所述至少一个电子仪器40可被编程用于识别在实耗时间开始之前记录的定向数据。在另一方面，由于该时间间隔记录体系，可在碎裂岩心样本后记录所述的记录数据。在这个方面，如果在井下没有任何物体移动(并且在碎裂岩心后并未移动)之时记录了数据集，该数据集可被认为足够准确而受信任。可将该数据集与一个或多个先前的数据集进行比较，如果它们一致，则可以认为对于定向用途而言足够准确。只需要这些数据集中的一个，可丢弃或忽略任何其他数据集。

在另一方面，可以设想的是，操作所述至少一个电子仪器40以开始记录定向数据可以在地表开始，然后将设备部署到钻孔中。也可以推迟开始记录定向数据，从而避免当设备在钻孔中向下行进的过程中进行不必要或不可用的定向测量以节省电池电量。需要在从地下岩石碎裂岩心样本之前或之后即刻定向测量。在一个示例性方面，所述至少一个电子仪器40可具有延迟以阻止记录定向数据直到延迟结束。

在另一个方面，所述至少一个电子仪器40可周期性地(诸如在随机或规律的时间段)进行定向测量，并记录所得测量结果中的一个或多个。优选地，所述至少一个电子仪器40可处于休眠模式，转变为通电(唤醒)模式，然后进行测量，并且可在每次达到间隔时长后重新进入睡眠。在一个方面，如果两个或更多个连续定向测量结果是相同的，则所述至少一个电子仪器40可以忽略、不记录或从存储器删除不必要的重复测量结果，并且仅保留重复测量结果中的一个，优选地为相同测量结果中的第一个。在这个方面，记录下的每个定向测量结果都可以加上标记或“打上时间戳”，优选地相对于所述至少一个电子仪器40中运行的计时器，即，为记录下的定向数据赋予时间戳Tx，其中x是在设备中运行的勘测时间框架内的特定时间。因此，Tx是从自记录该定向数据集开始的勘测时间T以来所经过的时间。可以设想的是，Tx可以是实际时间或自勘测时间T开始以来的累积时间。因此，在这个方面，所述至少一个电子仪器40可具有实时时钟类型的计时器或“启停”(计数器或秒表)型计时器。当(因为岩心筒中有足够岩心样本)而停止钻探并且岩心将自底层岩石被破碎时，加注“标记”，从此时开始在地面上记录实耗时间t。在这个方面，可以设想的是，可在破碎之前或之后，以规则或不规则的时间间隔来加注此标记。

现在参见图14，图中示出了示例性的已知手持设备400，它以无线方式接收来自岩心筒头组件的通信装置的数据或信号。在这个方面，岩心筒头组件的通信装置包括发射器，该发射器可使用穿过窗口的视距数据传输，诸如借助红外数据传输，或无线电波传输。通信设备400可存储从岩心筒头组件的通信装置接收到的信号或数据。在一个方面，通信设备400可包括显示器402、导航按钮404、406和数据接收确认按钮408。

在一个方面，可先设置岩心筒头组件30，再将其插入钻孔。可通过岩心筒头组件的通信装置与岩心定向数据接收机或通信装置400之间的红外线通信进行数据收回。在这个方面，在地表处回收岩心样本内管后，并且在将岩心样本从内管取出之前，操作者可任选地移除头组件。操作者可使用远程通信设备来从岩心筒头组件的通信装置获取定向数据，该岩心筒头组件在远程设备和通信装置之间使用视距无线红外通信。然而，应当理解，岩心筒头组件的通信装置和通信设备400之间的数据通信可通过其他无线装置，诸如通过无线电传输来进行。

在这个现有技术方面，可在必要时旋转整个内管、岩心样本和岩心筒头组件，以确定岩心样本的所需定向。岩心筒头组件近端上的指示器向操作者指示，向哪个方向、是顺时针还是逆时针转动岩心样本。指示器的一种颜色可用于指示顺时针旋转，而另一种颜色可用于指示需要进行逆时针转动。持续进行该操作，直到岩心样本被定向成其下部部分处于管的下端。然后，标记岩心样本，用于正确定向，然后用于分析。

在一个方面，可以设想的是，在某些位置和/或环境条件下，视觉和/或听觉定向指示器可能不足以被看见或被听见。因此，可使用额外的或替代的装置和/或方法，以确保岩心样本已被正确地定向。在这个实施例中，岩心筒头组件30主体的外表面61可具有角度标记，该角度标记可任选地被刻划/蚀刻、机械加工、模制或以其他方式，诸如通过打印或绘制而提供在外表面61上。例如，可绕外侧参数划出等分短划线，代表完整的圆或周边的一个或多个角度。再对每隔五条短划线刻划数字，自数字0开始，接着是5、10、15等，直到355。

当岩心被收回并且岩心筒头组件的通信装置与手持通信器400通信时，额外的信息可从岩心筒头组件传送到通信器400，诸如0和359(含)之间的数字，表示岩心筒头组件和岩心样本的旋转角度。当在本发明方法的一个或多个实施例过程中对岩心进行定向时，岩心筒头组件的数值划线应该与所发送到通信器400的数字相同，这也再次确认定向是正确的。因此，如果用于指示岩心定向的视觉或听觉装置无用或不可用，则可使用匹配发送数字的角度排列对岩心进行定向，然后可使用通信器400进行审查。

本发明的实施例提供了完全井下操作的岩心筒头组件，其优点在于不必将工具/设备的任何部分从内管断开或拆卸，并且/或者从头组件或钻探组件的任何其他部分断开或拆卸，岩心筒头组件为了操作正常而需要将该钻探组件组装在其内。将岩心筒头组件从头组件和/或内管断开或拆卸的风险在于：在那些连接处可能发生密封故障和/或接合螺纹可能发生错扣。另外，由于使用了很大力量将那些部分螺纹连接在一起，需要大量的人力和大型设备来分开各部分。在钻孔中的较高的周围压力意味着，各部分之间的连接密封起到了防止水和灰尘进入并损坏设备的作用。

虽然本发明的数个实施例已在前文的说明书中所公开，但本领域的技术人员应当理解，本发明所属的许多修改和其他实施例将被想到，其具有在前述描述和相关附图中呈现的教导的有益效果。因此，应当理解，本发明不限于上文所公开的具体实施例，并且许多修改形式和其他实施例旨在被涵盖于所附权利要求书的范围内。此外，虽然本文采用了特定的术语，以及以下的权利要求也采用了特定的术语，它们仅仅用于一般性和描述性的意义，而不是为了限制所述发明的目的，也不是为了限制所附权利要求的目的。

Claims (33)

1.一种岩心筒头组件，包括：

细长管体，所述细长管体限定选择性密封的内部空腔；

至少一个电子仪器，所述至少一个电子仪器安装在所述密封内部空腔中，被配置成获取定向数据，其中所述至少一个电子仪器包括岩心定向数据记录工具中的至少一个数字和/或机电传感器，所述岩心定向数据记录工具可被配置用于在样本岩心刚刚破裂之前或之后确定所述岩心的定向情况；

电源，所述电源与所述至少一个电子仪器可操作地通信，其中所述电源被安装在所述内部空腔内；以及

通信装置，所述通信装置用于接收和/或发送岩心定向数据。

2.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述细长管体具有螺纹近端，用于连接到头组件的电缆收回部分。

3.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述细长管体具有第一内部空腔，所述第一内部空腔向远侧延伸到所述细长管体的基座部分。

4.根据权利要求3所述的岩心筒头组件，其中所述选择性密封的内部空腔与所述第一内部空腔隔开并从所述第一内部空腔向远侧延伸。

5.根据权利要求4所述的岩心筒头组件，其中靠近所述密封内部空腔的所述基座部分限定端口，所述端口从所述细长管体的外表面延伸至与所述第一内部空腔流体连通。

6.根据权利要求5所述的岩心筒头组件，其中压力接头被安装在所述端口中，以允许流体选择性地通至或通自所述岩心筒头组件的所述外表面，与所述第一内部空腔连通。

7.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔的尺寸和形状受到调整，以气密地包封下列中的至少一者：所述至少一个电子仪器、所述电源和用来接收和/或发送定向数据的所述通信装置。

8.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔的尺寸和形状受到调整，以气密地封闭所述至少一个电子仪器和所述电源。

9.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，还包括多个窗口，所述多个窗口被限定在所述细长管体中，所述多个窗口从所述细长管体的外表面延伸至在所述密封内部空腔的封闭近端附近与所述密封内部空腔光学连通。

10.根据权利要求9所述的岩心筒头组件，还包括定向指示器模块，所述定向指示器模块包括多个光发射器。

11.根据权利要求10所述的岩心筒头组件，其中所述定向指示器模块的尺寸和形状受到调整，以密封地闭合所述密封内部空腔，防止加压流体经由所述多个窗口侵入所述密封内部空腔。

12.根据权利要求10所述的岩心筒头组件，其中所述定向指示器模块被配置成将所述多个光发射器定向或以其他方式定位，使得每个光发射器都位于一个窗口之下。

13.根据权利要求10所述的岩心筒头组件，其中所述定向指示器模块还包括第一密封装置，用于防止任何加压流体从所述细长管体中所限定的所述多个窗口进入所述密封内部空腔。

14.根据权利要求13所述的岩心筒头组件，其中所述第一密封装置包括至少一个O形环密封件，所述至少一个O形环密封件安装在所述定向指示器模块的外部部分，并被配置成在所述定向指示器模块的外部部分和所述密封内部空腔内表面的一部分之间进行密封。

15.根据权利要求14所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔可包括限定在其中的至少一个定向槽。

16.根据权利要求14所述的岩心筒头组件，其中将所述定向指示器模块保持在相对于至少一个O形环密封件的所需位置。

17.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔向远侧延伸至所述细长管体的开放式螺纹远端。

18.根据权利要求18所述的岩心筒头组件，还包括密封耦合器，所述密封耦合器被配置成以密封方式容纳在所述细长管体的所述开放式螺纹远端中。

19.根据权利要求18所述的岩心筒头组件，还包括第二密封装置，用于防止任何加压流体进入所述密封内部空腔。

20.根据权利要求19所述的岩心筒头组件，其中所述第二密封装置包括至少一个O形环密封件，所述至少一个O形环密封件安装在所述密封耦合器的一部分上，并且被配置成在所述密封耦合器的一部分和所述细长管体的所述开放式远端内表面的一部分之间进行密封。

21.根据权利要求18所述的岩心筒头组件，还包括止回阀组件，所述止回阀组件被配置成实现所述密封内部空腔的气密密封，并提供用于电缆操作的流体控制。

22.根据权利要求21所述的岩心筒头组件，其中所述止回阀组件包括连接的近端组件和远侧锥形座，所述远侧锥形座限定用于可操作地容纳止回球的内部腔室。

23.根据权利要求22所述的岩心筒头组件，其中所述近端组件限定母螺纹连接，所述母螺纹连接被配置成可以螺纹方式连接到所述细长管体远端外表面上所限定的公螺纹。

24.根据权利要求23所述的岩心筒头组件，其中所述近端组件以螺纹方式连接到所述细长管体的远端，所述密封耦合器被驱动到所述密封内部空腔之中的密封位置，以实现完全气密性。

25.根据权利要求22所述的岩心筒头组件，其中所述止回阀组件的所述内部腔室延伸到所述止回阀组件的远端，并且其中所述止回阀组件还限定至少一个端口，所述至少一个端口从所述止回阀组件的外表面延伸并与所述止回阀组件的所述内部腔室流体连通。

26.根据权利要求25所述的岩心筒头组件，其中所述内部腔室具有远侧锥形座，其适于选择性地容纳止回球，所述止回球的尺寸经调整可选择性地阻挡所述远侧锥形座。

27.根据权利要求26所述的岩心筒头组件，其中调整所述内部腔室的尺寸和形状，以允许所述止回球在打开位置和闭合位置之间选择性地轴向移动，在所述打开位置中，所述止回球与所述锥形座的表面稍稍隔开，使得加压流体可移动通过所述止回阀组件的所述远端，并随后通过所述内部腔室从所述至少一个端口流出，在所述闭合位置中，所述止回球被压靠在所述锥形座的表面上，使得加压流体不能移动通过所述止回阀组件。

28.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述细长管体的外表面限定靠近所述中间体部分的多个凹平面阻挡件。

29.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述至少一个电子仪器被编程为，在所述至少一个电子仪器感测到所述至少一个电子仪器无相对运动时获得定向数据。

30.根据权利要求29所述的岩心筒头组件，其中所述至少一个电子仪器被编程为，在所述至少一个电子仪器感测到无振动时获得定向数据。

31.根据权利要求30所述的岩心筒头组件，其中如果所述至少一个电子仪器感测到振动，则所述至少一个电子仪器不进行任何定向测量。

32.根据权利要求29所述的岩心筒头组件，其中所述至少一个电子仪器被编程为，当所述至少一个电子仪器确定所述岩心筒头组件在所述钻孔中下降或上升以及在钻探过程中因而处于运动中时，不获得定向数据。

33.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述至少一个电子仪器被编程为，根据预定时间间隔方案获得定向数据。