井下工具的远程液压控制的制作方法

本申请一般涉及钻井操作中的井下工具，并且涉及操作井下工具的方法。一些实施方案更具体地涉及用于井下工具的流体启用控制系统、机构和方法。本公开还涉及通过流体压力测序进行的井下扩孔器展开控制。

背景技术：

用于烃(例如，石油和天然气)生产的钻孔通常是使用钻柱钻出的，钻柱包括具有钻探组件的管状构件(也称为钻管)，该钻探组件包括附接到其底端的钻头。钻头旋转以剪切岩石地层的材料或使其破裂来钻探井眼。钻柱通常包括在钻井操作期间需要远程启用和停用的工具或其他装置。这些工具和装置尤其包括扩孔器、稳定器或用于使钻头转向的施力构件。

此类钻井环境可能会给机电控制系统的使用带来许多挑战。通过控制钻柱中的流体压力来对井下工具启用进行远程控制通常仅允许单个启用/停用循环，之后控制系统将被复位，同时在一些系统中减小有效钻柱直径。

替代的工具控制方法包括利用钻井流体(例如，沿着钻柱向下流通并且向上返回钻孔环空的泥浆)作为工具的控制通道。在此类情况下，可以防止工具启用/停用的意外触发(例如，响应于非操作者控制工具所期望的操作流体压力变化)。

附图说明

一些实施方案在附图的各图中以示例性而非限制性方式示出，在附图中：

图1描绘根据示例实施方案的包括提供用于工具启用的远程流体启用控制的控制装置的钻井设备的钻井设施的示意图。

图2a-2b描绘根据示例实施方案的用于工具启用的远程流体启用控制的钻井设备的部分截面三维视图，扩孔器形式的示例工具在图2a中展开并且在图2b中收缩。

图3a-3b描绘根据示例实施方案的图2的钻井设备的纵向截面。

图4a-4b以放大比例描绘图2的钻井设备的一部分的纵向截面，分别示出处于关闭状态和打开状态的钻井设备的阀门活塞。

图5a和图5b描绘根据示例实施方案的用以形成图2的钻井设备的一部分的筒状凸轮的三维视图。

图6以放大比例描绘图2的钻井设备的一部分的纵向截面三维视图，示出根据示例实施方案的形成钻井设备的一部分的闩锁销和筒状凸轮的细节。

图7以放大比例描绘图2的钻井设备的一部分的示意性纵向截面，示出了根据示例性实施方案的包括钻井设备的止动活塞或锁定活塞的锁定机构的细节。

图8a-8g各自示出根据示例实施方案的在钻井设备的控制操作期间的各个阶段的图2的钻井设备的三维纵向截面，与对应于相关联的纵向截面的状态的压力图和闩锁销行程图。

具体实施方式

参考附图描述的示例性实施方案的各方面包括用于通过远程流体压力控制来控制井下工具启用的方法和系统。所述实施方案的一个方面提供井下工具控制机构，该井下工具控制机构包括可在启用模式与停用模式之间设置的闩锁机构和用于将闩锁机构锁定在启用模式和停用模式中的至少一种的锁定机构。在一些实施方案中，锁定机构可以被构造用于将闩锁机构锁定在启用模式，并且用于将闩锁机构锁定在停用模式。将闩锁机构锁定在特定模式可以包括专门通过提供预定义的井下流体状态和/或预定义的井下流体压力/流量值的时间敏感序列来允许闩锁机构的模式切换。

在一些实施方案中，控制机构包括阀门构件或阀门活塞，该阀门活塞可沿着启用方向轴向地位移以从关闭状态切换到打开状态，在打开状态下，与井下工具流体连接的阀门口或开口由阀门活塞暴露，从而影响期望的工具响应(例如，用于展开井下工具诸如扩孔器)。在一些实施方案中，锁定机构包括锁定构件或锁定活塞，该锁定构件或锁定活塞可借助于钻井流体而在液压致动下沿着启用方向轴向位移。锁定机构可以包括锁定构件或止动构件，该锁定构件或止动构件被构造用于与阀门活塞的液压致动移动沿着相同方向的液压致动轴向移动。

在一些实施方案中，锁定机构包括锁定球，该锁定球由锁定活塞保持在捕获状态以用于随其一起轴向移动，锁定活塞可轴向位移以使锁定球在其中阀门活塞的相对轴向移动没有受到锁定球的阻止的清除位置与其中锁定球被布置用于阻止阀门活塞的阻塞位置之间移动。

图1是利用钻孔流体作为井下工具操作的控制通道的系统的示例性实施方案的示意图。钻井设施100包括钻柱108位于其中的地下钻孔104。钻柱108可包括从固定在井口处的钻井平台112悬挂的钻杆的连接部分。钻柱108的底端处的井下钻具组件或井底钻具组件(bha)122可包括钻头116，该钻头用以在钻柱108的前端分解地层，以引导钻孔104；和一个或多个扩孔器组件118，处于钻头116井上方以通过选择地可扩展切割元件的操作来加宽钻孔104。

因此，钻孔104是细长的空腔，其为大致圆柱形，具有沿钻孔104的长度保持或多或少恒定的大致圆形截面轮廓。钻孔104在一些情况下可以是直线形的，但通常可以包括沿其长度的一个或多个弯曲部、弯折、转折或角度。如参考钻孔104和其中的部件所使用的，钻孔104(并且因此钻柱108或其一部分)的“轴线”是指圆柱形钻孔104的大致中心线。因此，“轴向”是指在正在讨论的钻孔104的相关点或部分处至少近似沿着与钻孔104的长度方向平行的线的方向；“径向”是指至少近似沿着与钻孔轴线相交并且位于基本上垂直于井眼轴线的平面中的线的方向；“切向”是指至少近似沿着与钻孔轴线径向间隔的并且位于基本上垂直于钻孔轴线的平面中的线的方向；而“周向”是指至少近似围绕钻孔轴线的切向矢量旋转描述的大致圆弧或圆形路径。

如本文所使用的，运动或位置“井下”是指朝向钻头116远离地面的轴向运动或相对轴向位置。相反，“井上”是指沿着钻孔104轴向移动或相对位置，远离钻头116并朝向地球表面。

测量和控制组件120可包括在bha122中，其还包括用以测量钻孔参数、钻井性能等的测量仪器。

钻井流体(例如，钻井泥浆或可位于井内的其他流体)从地球表面的钻井流体储存器132例如泥浆坑流通并联接到井口(一般以130表示)，通过泵(未示出)将钻井流体沿着由钻柱108的中空内部提供的钻孔128向下推动，使得钻井流体在高压下通过钻头116离开。在从钻柱108离开之后，钻井流体占据在钻柱108和钻孔104的壁之间限定的钻孔环空134。虽然许多其他环形空间可能与系统102相关联，但是环形压力、环形间隙等的提及是指钻孔环空134的特征，除非上下文或描述另有说明。

应注意，沿钻柱108的内径(即，孔128)泵送钻井流体，其中流体流至限制在钻头116处的孔128外部。因此，操作期间的流体压力在孔128中比在环空134中通常更大。除非上下文另有指示，否则术语“压力差”指的是孔128中的一般流体压力与环空134中的压力之间的差。在离开钻头116之后，钻井流体沿着环空134向上流动，将钻屑从钻孔104的底部传送到井口130，在该井口处，钻屑被移除，并且钻井流体可返回到钻井流体储存器132。

在某些情况下，钻头116通过钻柱108从平台112的旋转而旋转。在该示例性实施方案中，井下马达136(例如所谓的泥浆马达或涡轮马达)被结合在钻柱108(这里形成bha122的一部分)中，由加压钻井流体驱动以便继而驱动钻头116的旋转。在一些实施方案中，钻柱108的旋转可由地面设备和井下马达中的一者或两者来选择地供电。

系统102可包括用以从结合在钻柱108(通常形成bha122的一部分)中的传感器和装置接收信号的地面控制系统140。地面控制系统140可在由操作者使用来控制钻井操作的显示器或监视器上显示钻孔参数和其它信息。一些钻井设施可部分地或完全地自动化，使得钻井控制操作(例如，如本文所述，控制马达136的操作参数和通过钻井液的压力排序控制井下工具展开)可以是手动、半自动或全自动化。地面控制系统140包括具有一个或多个数据处理器和数据存储器的计算机系统。地面控制系统140可以处理与钻井作业相关的数据、来自地面的传感器和装置的数据、从井下接收的数据，并且可以控制井下工具和井下装置和/或地面装置的一个或多个操作。

代替之前提到的扩孔器组件118或除了该扩孔器组件之外，钻柱108还可包括一个或多个井下工具。因此，在该实施例中，钻柱108的井下工具包括位于bha122中的至少一个扩孔器组件118，用以在bha122穿透地层时扩大钻孔104的直径。在其他实施方案中，扩孔器组件118可定位在bha122的井上方并耦接至bha122。每个扩孔器组件118可包括一个或多个周向隔开的刀片或携带切削结构的其他切削元件。扩孔器组件118容纳扩孔器144，该扩孔器从扩孔器组件118的壳体选择地径向延伸并收缩，以选择地增加并减小直径。

在该实施方案中，扩孔器144的展开通过使用加压钻井流体而被液压致动。钻井流体还用作控制通道，以选择扩孔器144的展开模式。钻井流体因此既用作液压致动介质又用作扩孔器144的控制通道。在该实施例中，实现扩孔器144的这种流体压力控制的展开控制机构由控制器148提供，该控制器包括具有串联连接在钻柱108中的钻杆主体或壳体215(见图2)的组件。在该实施方案中，控制器148安装在相关联扩孔器组件118的井下方。

流体压力考虑

使用钻井流体作为工具控制通道和液压驱动可能需要使不同实例中的类似流体压力触发不同的工具响应并允许操作者选择工具响应的机构。流体压力值与所需的扩孔器展开之间很少有例如简单的直接对应。虽然该实施例中的扩孔操作与孔128中的高流体压力(也称为钻孔压力或内部压力)一致，但并不是在每次发生高孔压力时，扩孔器144都会被展开。当钻取钻孔104时，孔压力可例如斜坡上升以经由马达136驱动钻头116。通常应避免在这样的钻井阶段期间进行扩孔器展开。

在该实施方案中，控制器148的功能是选择地调节扩孔器144响应某些流体压力状态的方式。扩孔器组件118可以是双模态的，选择性地被布置在停用模式(也称为休眠模式)或启用模式(也称为主动模式)中。在停用模式中，扩孔器144被收缩且保持在收缩，而不管是否为高孔压(例如，处于井下机器诸如马达136的操作水平的压力)。在启用模式中，扩孔器144动态地响应孔压力，使得高孔压力自动且总是导致通过扩孔器144的切削元件的径向延伸使扩孔器144展开。控制扩孔器组件118以选择性地将其布置到模式中的一个或另一个可以通过在钻井流体中产生随时间推移的预定义压力分布或预定义孔压力值序列。在一个实施例中，模式切换包括在比预定义触发时间间隔更长的时间内施加低压(相对于工具操作压力)。以下描述的大部分讨论了实现扩孔器组件118的这种触发模式控制的机构。

控制器操作的概述

图2a示出了处于停用模式的扩孔器组件118。如示意压力计204所示，钻柱108具有高孔压力，在该实施例中对应于扩孔器组件118的操作压力。这里的“操作压力”是指等于或大于孔压力的压力，在扩孔器组件118在扩孔期间处于孔压力的情况下，相关工具在该压力下执行其主要功能。尽管有这样的操作压力水平，但是图2a中的扩孔器144处于收缩状态，在该收缩状态下，示例形式的扩孔器臂208的扩孔器切割元件收缩至管状扩孔器主体210中。扩孔器臂208不会突出超过扩孔器主体210的径向外表面，且因此不会接合钻孔104的壁。

将这种情况与图2b进行比较，图2b示出了处于启用模式的扩孔器组件118。在图2b中，孔压力再次处于操作水平，但是现在扩孔器144处于展开状态，其中扩孔器臂208径向延伸，从扩孔器主体210突出来并从扩孔器主体210径向向外突出以接触钻孔壁，用于当钻孔主体210与钻柱108一起旋转时，对钻孔104扩孔。在该实施例中，扩孔器臂208以轴向对准的铰接连接对(其在致动时折叠来展开)安装在扩孔器主体210上。

在图2a的停用模式下和图2b的启用模式下的对相同压力条件的刀具响应的差异是由于具有大致管状壁423(图4)的控制器壳体215内的阀门活塞212的示例形式的阀门闭合构件的相应轴向位置。控制器148提供阀门口218以将孔128放置为与扩孔器组件118流体流动连通。扩孔器组件118经由阀门口218暴露于操作孔压力导致扩孔器臂208朝向其展开位置液压致动。在停用模式(图2a)中，阀门活塞212被锁定以保持在其关闭阀门口218的轴向位置的范围内，从而将扩孔器组件118与孔压力隔离并使其对高孔压力值无响应。

然而，在启用模式中，阀门活塞212与其在停用模式中的位置轴向隔开，在这个实施例中，阀门活塞212在控制器壳体215内在井下定位得更远，使得阀门活塞212无阀门口218，使扩孔器组件118暴露于压力波动并且响应于孔128中的操作流体压力允许自动扩孔器展开。

控制器148还包括用于将控制器148锁定在相应模式中的锁定机构168(本文中也称为止动机构)，以防止意外的启动/停用。锁定机构168被构造成通过防止或停止阀门活塞212在井下移动得足够远以打开阀门口218来将控制器148锁定在停用模式中，以及通过防止阀门活塞212从阻止阀门活塞回到其停用模式位置的闩锁机构解锁来将控制器148锁定在启用模式中。如下面将进一步详细描述的那样，锁定机构168通过再次阻止阀门活塞212轴向移动得足够远以脱离闩锁机构来防止阀门活塞212的解锁。

锁定机构168被构造成通过施加触发压力状态允许模式切换(包括阀门活塞212从其停用模式位置到其启用模式位置的轴向位移，反之亦然)，在该实施例中，触发压力状态包括在至少一个触发阈值间隔(在这个实施例中为大约15分钟)内施加低于预定义触发阈值(在这个实施例中为大约20巴)的压力差。更高阈值间隔可减少意外启用风险，但是一些操作者可优选更短阈值间隔，并且这些间隔因此可根据钻井条件和/或用户偏好而改变。在一些实施方案中，触发阈值间隔可以是约一分钟。

现在将描述控制器148的各种水力机械方面和特征，但是应注意，在该示例实施方案中，阀门活塞212的轴向位置确定由扩孔器组件118和控制器148提供的扩孔器系统的操作模式。下文描述的机构和部件配合以便于如通过来自地面控制系统140的远程压力顺序控制所期望的阀门活塞212的轴向定位。

现在将在高级概述中简要地提及有助于这种压力控制扩孔器展开的控制器148的一些部件和机构，之后在该示例实施方案的上下文中以更大幅度描述这些特征。此后，讨论示例控制器部件的功能交互。

高级功能概述

在图3中可以看到各种部件，它们在阀门活塞212上直接和/或间接地作用，以将其设置于其休眠模式位置或其主动模式位置。通过示例形式的闭合弹簧305(其作用于控制器壳体215与阀门活塞212之间以轴向向井上(即朝向图3中的左手侧)推动阀门活塞212)的阀门闭合偏压装置朝向其休眠模式位置推动阀门活塞212。在没有作用在阀门活塞212上的液压力的情况下，闭合弹簧305因此将阀门活塞212向井上移动至阀门口218由阀门活塞212的一部分(其作为阀门闭合构件(见例如图4中的阀门闭合套筒409))关闭的位置。为了说明清楚，阀门活塞212在图中被示为一体式结构，但是它可包括两个或更多个大致管状构件，这些管状构件被端对端地拧紧在一起以便于组装。

在停用模式中，阀门活塞212在没有流体压力的情况下在闭合弹簧305的推动下自由地移动到其关闭位置。然而，在停用模式中，阀门活塞212朝向控制器壳体215的井上端部的轴向移动(用于关闭阀门口218)受到闩锁机构的限制。在该实施例中，闩锁机构包括筒状凸轮310(其轴向锚固到阀门活塞212但可绕其旋转)，以及配合凸轮从动件，其形式为安装在控制器壳体215上的闩锁销312。如将在更大的长度上所描述的，筒状凸轮310具有凹入轨道315，其后面是闩锁销312。轨道315包括闩锁狭槽512(图5)，在该闩锁狭槽中，阀门活塞212的轴向向井上移动(用以关闭阀门口218)通过闩锁销312邻接轨道315的闩锁槽512的停止端而抵住其阀门闭合位置。因此在该实施例中，切换到启用模式包括闩锁销312进入筒状凸轮310的轨道315的闩锁狭槽512中，而切换到停用模式包括闩锁销312脱离闩锁狭槽512。

当孔128中的流体压力处于操作水平(“高压/高流量”)或处于次操作水平时(“低压/低流量”)时，阀门活塞212可以针对闭合弹簧305的偏压而在控制器壳体215内在向井下轴向地移动。阀门活塞212相对于闭合弹簧305的轴向移动速度由打开速度控制机构或延迟装置限制，该打开速度控制机构或延迟装置包括限流器318，限流器318限制从控制流体储存器321通过流量控制通道324到抽吸室327的液压流率。在该实施例中，限流器318是leeflosert，其在其之间存在差压时控制油可从控制流体储存器321移动至抽吸室327通过流量控制通道324的速率。通过限流器318的有效流动速率因此可在一定范围的压力差内基本上恒定。因此，限流器318控制阀门活塞212的移动速度，从而允许精确计算阀门活塞212在液压致动下移动以便切换控制器148的操作模式的触发阈值间隔。限流器318可允许在相反方向上的基本上不受限制的流体移动。在一些实施方案中，可以通过在相关腔室之间提供阀门装置来实现或促进从抽吸室327到控制流体储存器321的流体返回。例如，在一些实施方案中，止回阀或单向阀被安装在腔室321、327之间的专用流体通道中，专用流体通道被取向成允许沿着与限流器318控制阀门活塞速度的方向相反的方向基本上不受限制地流过流体通道。

阀门活塞212向井下轴向移动可以被锁定机构168(参见图3b和图7)阻挡，锁定机构168在该示例性实施方案中相对于筒状凸轮310位于井下。在该实施例中，锁定机构168包括呈示例形式的大致管状锁定活塞331的止动构件，该止动构件与阀门活塞212同轴并且可在控制器壳体215中轴向位移，以允许锁定活塞331针对控制器壳体215和阀门活塞212两者的相对移动。阀门活塞212和锁定活塞331端对端地布置，其相邻端部可伸缩地重叠在锁定机构168的重叠部分中。因此，在该实施例中，阀门活塞212的井下端部352在锁定活塞331的井上端部354中以滑动间隙可伸缩地接收。

锁定机构168进一步包括多个阻塞元件，该多个阻塞元件呈周向间隔开的锁定球356的示例形式(在图3b至图7的截面图中仅可看见其中一个)，其中的每一个均由锁定活塞331及其端部354保持在捕获状态，因此与阀门活塞端部354重叠。每个锁定球356位于延伸穿过锁定活塞331的管状壁的互补笼式孔358(见图7)中，使得锁定球356抵靠并遵循阀门活塞端部352的径向外周。锁定球356可相对于锁定活塞331径向位移，同时被轴向固定到锁定活塞331以与其一起移动。

为了便于描述，锁定机构168的进一步讨论主要涉及单个锁定球356的行为，但是应当记住，在该示例性实施方案中，锁定机构168包括多个周向间隔开的球356，其行为基本相同。然而，其他实施方案可以具有单个辊或锁定球356以用作阀门活塞212和锁定活塞331之间的锁定元件。

在该示例性实施方案中，锁定机构168通过选择性地引起阀门活塞212和锁定球356之间的干扰来操作。因此，锁定机构168可以在解锁状态(其中阀门活塞212的可伸缩地接收的端部352可轴向移动穿过锁定球356)与锁定状态(其中阀的轴向井下移动活塞212由于锁定球356受阻)之间切换。锁定机构168是处于解锁状态还是锁定状态都取决于锁定活塞331在控制器壳体215内的特定轴向位置。

阀门活塞212和锁定活塞331的重叠部分位于同轴地安装在控制器壳体215内并针对相对于控制器壳体215的轴向移动而固定的锁定套筒360中。锁定套筒360的径向内周限定与阀门活塞端部352的径向外周径向隔开的腔室壁，使得在阀门活塞端部352与锁定套筒360之间限定或多或少的环形锁定腔室362。锁定套筒360的径向内周呈径向阶梯状，在锁定腔室壁的内径变化的台阶或收缩部366变窄。因此，锁定腔室362具有较窄的收缩部分368(本文中相对于收缩部366位于井下)和较宽的释放部分370(本文中相对于收缩部分366位于井上)。需注意，收缩部366被成形为在锁定活塞331的井下轴向致动期间响应于球穿过收缩部的轴向运动而将锁定球356径向向内引导到收缩部分368中。

当它(锁定球356)位于收缩部分368中时，阀门活塞端部352承载阻挡锁定球356的干扰结构对。在该实施例中，干扰结构包括一对轴向隔开的径向突出的环形突出部，这些环形突出部限定楔状脊或凸起372，楔状脊或凸起372使得阀门活塞212与锁定套筒360之间的径向间隙减小，使得凸起372可以当锁定球356处于清除位置时(这里，当锁定球356处于锁定室362的释放部分370中时，如图3b所示)移动经过锁定球，但是使得当锁定球356处于收缩部分368中时，任一个凸起372经过锁定球356的移动在物理上受阻，从而停止阀门活塞212的在井下轴向地移动。

当锁定球356处于其阻塞位置(锁定球356已经在锁定活塞331的液压致动下移动经过收缩部366并进入收缩部分368中时)，锁定活塞331针对锁定弹簧334的进一步液压致动的前进通过锁定活塞331的环形套环针对形成锁定套筒360的一部分的互补止动台肩374的阻塞来防止。当阀门活塞212通过针对锁定球356的阻塞而停止时，阀门活塞212经由球356施加在锁定活塞331上的任何轴向作用力由于止动台肩374而受阻。

通过锁定活塞331相对于控制器壳体215的轴向移动，锁定球356可从释放部分370移动到收缩部分368，反之亦然。阀门活塞212被锁定弹簧334轴向向井上推动到清除位置(图3b)，其中锁定球356位于锁定腔室362的释放部分370中，并且因此不会干扰阀门活塞212。锁定机构168被构造成使得在高的操作泥浆压力和/或流量下，锁定活塞331向井下轴向地移动，抵抗锁定弹簧334的偏压(沿着与在液压钻井流体致动下的阀门活塞212相同的轴向方向，在这个实施例中称为打开方向)，以将锁定球356移动到锁定室362的收缩部分368中，从而阻止阀门活塞212向井下轴向地移动。

部分由于限流器318的操作，提供足以实现锁定活塞331抵抗锁定弹簧334的致动移动的孔压力导致锁定活塞331比阀门活塞212向井下移动更快地向井下轴向地移动，从而使锁定球356在凸起372中的井下的相邻一个到达收缩部366之前在锁定腔室362的收缩部分368中移动到其锁定位置，从而停止阀门活塞212，然后闩锁销312才可以根据情况脱离或进入筒状凸轮310的闩锁销512中。因此，在停用模式中，锁定活塞331移动到锁定位置以阻止阀门活塞212在井下前进得足够远以清除阀门口218或允许闩锁销312进入筒状凸轮310中的闩锁狭槽512中。在启用模式中，锁定活塞331的流体压力致动的井下移动同样阻止阀门活塞212在井下前进得足够远以到达解锁位置，在该位置中它将离开筒状凸轮310中的闩锁狭槽，从而保持阀门活塞212闩锁在阀门口218打开的轴向范围内。

然而，这些活塞和弹簧的尺寸和构造设定成使得在低于阈值水平(本文中也称为触发压力)的次级操作压力下，阀门活塞212被致动以向井下轴向移动，从而克服闭合弹簧305的弹性阻力，但是锁定活塞331上的液压致动力不足以克服锁定弹簧334。因此，在比触发间隔更长的时间段施加这种次操作压力或次阈值压力导致阀门活塞212发生轴向井下移动(而不会由于锁定球356而受阻，锁定球356通过现在基本上静止的锁定活塞331被保持在锁定腔室362的释放部分370中)距离远远足以允许闩锁销312进入闩锁狭槽512(从而从停用模式切换到启用模式)或允许闩锁销312脱离闩锁狭槽(从而从启用模式切换到停用模式)，这视情况而定。

现在将更详细地单独描述上面简要提到的控制器部件，之后讨论实践中的示例控制器148的部件的配合行为。

阀门活塞特征

图4a和图4b分别示出处于休眠模式和活动模式的示例控制器148的视图，其中示例阀门活塞212的一些附加特征是可见的。在该实施例中，阀门口插入件404同轴地安装在控制器壳体215中，从而限定孔开口406，由阀门活塞212的井口端部分提供的同轴阀门闭合套筒409密封地容纳在该孔开口中。阀门口插入件404锚固至控制器壳体215，其中阀门闭合套筒409可轴向滑动通过孔开口406。

阀门口插入件404限定流体流动通道的示例形式的阀门口218，其将由阀门口插入件404限定的钻柱孔128的一部分与基本上环形扩孔器致动室412连通。在其停用模式位置(图4a)中，阀门闭合套筒409关闭阀门口218，将扩孔器致动室412与孔128隔离开。当在井下轴向位移至其主动模式位置(图4b)时，阀门活塞212的井口端没有阀门口218，使得扩孔器致动室412经由阀门口218与孔128流体流动连通，从而暴露扩孔器致动室412，并且因此使扩孔器组件118暴露于孔压力。壳体215包括一个或多个喷嘴418以从壳体215中冲洗切屑。来自喷嘴418的流体喷射也可以用作地面压力指示器，以向地面上的操作者指示工具启用。在腔室412和孔128之间设置安全阀(未示出)，用作在相关联喷嘴堵塞的情况下的阀门活塞212的故障保护措施，从而将压力困在驱动活塞下方。在这种情况下，可通过拉动足够的限制来克服安全阀来使扩孔器臂被迫下降。替代地，或者除此之外，可在腔室412与环空134之间设置安全阀。

在孔开口406的井下侧，阀门活塞212具有径向突出的周向延伸环形井上钻套环或台肩421，其具有径向外端边缘，该径向外端边缘与控制器壳体215的管状壁423的内圆柱形表面密封滑动接合。阀门活塞212因此可在控制器壳体215内同轴滑动。

阀门活塞212的管状中心部分424和控制器壳体215的管状壁423之间的环形空间向井上台肩421的井下侧提供控制流体储存器321。阀门活塞212具有周向延伸系列的泥浆流动开口427，其位于台肩421的井上方，因此允许在孔128和在阀门活塞212的圆柱形外表面和控制器壳体215的管状壁423之间径向延伸的环形空间(在井上台肩421的井上方)之间的流体转移。因为控制流体储存器321中的流体压力与环空压力(通过稍后将讨论的压力平衡机构的操作)基本上匹配，所以井上台肩421上方的压力差基本等于孔-环空压力差。通常，这些压力中较高压力处于井上台肩421的井上侧(即孔压力)，使得在井下方向上在阀门活塞212上施加净液压力。

控制器壳体215提供环形腔室壁430，该环形腔室壁在井下与孔开口406相隔的位置处从控制器壳体(215)的管状壁423径向向内突出，轴向地超过井上台肩421。腔室壁430限定阀门活塞212滑动地容纳在其中的圆柱形孔径433，阀门活塞212的径向外圆柱形表面与室壁430的互补配合的径向内边缘表面密封接合。腔室壁430因此在其井上端处密封地限制控制流体储存器321。腔室壁430抵靠相对于控制器壳体215的轴向移动而锚固。结果，阀门活塞212在控制器壳体215中的轴向位移改变控制流体储存器321的体积。闭合弹簧305位于控制流体储存器321中，其绕阀门活塞212的中心部分424同轴地定位并且作用在井上台肩421和腔室壁430之间。

抽吸室327在其井下端处通过与阀门活塞212的径向外表面和壳体壁423(或设置在壁423上的衬里)的径向内表面两者密封滑动接合的浮动环形平衡活塞450(参见图3a)受限。平衡活塞450因此在其井下端处密封抽吸室327。平衡活塞450位于筒状凸轮310相对于室壁430的远侧，使得筒状凸轮310容纳在抽吸室327中。抽吸室327因此是径向地限定在阀门活塞212与壁423(或其衬里)之间以及在腔室壁430与平衡活塞450之间径向地限定的大致环形空间。如上所述，抽吸室327经由流量控制通道324与控制流体储存器321流体连通，流量控制通道324中安装有限流器318。需注意，抽吸室327通过平衡活塞450的轴向运动而体积变化，平衡活塞450自动地轴向浮动以找到平衡位置，在该平衡位置中，平衡活塞450在其上几乎没有压力差。

围绕阀门活塞212并且紧邻平衡活塞的井下的大致环形体积提供了与孔128隔离的补偿室452，该补偿室452经由延伸穿过壳体壁423的流体通道762与环空流体连通(参见图3b)。因此，补偿室452保持在环空压力下，平衡活塞450自动且动态地移动以允许抽吸室327的膨胀，同时保持补偿室452和抽吸室327基本上处于环形压力。

筒状凸轮特征

如上所述，根据该示例实施方案的控制器148包括同轴地安装在阀门活塞212中的筒状凸轮310。在图4所示的实施方案中，筒状凸轮310锚固至阀门活塞212以通过安装为与阀门活塞212轴向移动的两个轴向间隔的球轴承449(图4)夹持而随其轴向移动。通过轴承449的操作，筒状凸轮310相对于阀门活塞212绕纵向轴线自由旋转。

现在转到图5和图6，可看出，示例筒状凸轮310的径向外圆柱形表面限定以凸轮/从动装置与闩锁销312配合的轨道315。轨道315包括环形引导凹槽518，该环形引导凹槽具有基本均匀深度、绕筒状凸轮310周向延伸，但可被闩锁销312占据的轴向位置变化。轨道315还包括具有与引导凹槽518相同的路径但具有较小宽度和较大深度的路径的底板通道524(也称为锁定通道)。换句话说，底板通道524是在引导凹槽518居中的细长槽状空腔。

在该实施例中，闩锁销312包括从动销609，该从动销609被安装在控制器壳体215的管状壁423中，并且以滑动间隙径向向内突出到引导凹槽518中，以支撑在引导凹槽518的侧壁上，用于将阀门活塞212的轴向移动转换为筒状凸轮310的旋转移动。闩锁销312还包括同轴地容纳在从动销609中的盲插孔中的卡扣销618。卡扣销618可相对于从动销609伸缩地滑动，从而从从动销609的径向内端径向向内突出。卡扣销618是弹簧加载的，被闩锁弹簧627远离从动销609推动以支撑在底板通道524的底板上。

与引导凹槽518不同，底板通道524的深度沿着其长度发生变化。这种深度变化包括在多个闩锁台阶530处的突然的深度变化，以及底板通道524的底板倾斜以形成坡道536的逐渐深度变化，这些坡道536用作导致卡扣销618在从动销609沿着轨道315移动时发生径向升高或降低的凸轮表面。

在图5a中，轨道315的在其内闩锁销312可以被保持在捕获状态以将控制器148闩锁在启用模式的一部分(本文中称为锁定狭槽)通常由点划线512表示。轨道315的对应于停用模式的那些部分(本文中称为解锁狭槽)在图5中由虚线506示出。需注意，在该示例性实施方案中，处于启用模式或停用模式中的控制器148的处理与打开或关闭阀门口218不同。在图5a和图5b中，虚线550示意性地表示阀门活塞212在阀门活塞212打开或关闭阀门口218的轴向位置。因此，当在这个实施例中，筒状凸轮310上的线550相对于闩锁销312位于井下位置时(即，当闩锁销312在图5的取向上位于线550的左侧时)，阀门口218打开。同样，当在这个实施例中，筒状凸轮310上的线550相对于闩锁销312的位于井上位置时(即，当闩锁销312在图5的取向上位于线550的右侧时)，阀门口218关闭。

应注意，解锁狭槽506的极端井下点(点a)被定位为使得当闩锁销312处于点a时阀门活塞212关闭阀门口218。当闩锁销312处于点a时，由于卡扣销618缠绕在其上的台阶530而使闩锁销不能沿解锁狭槽506移动至点e。相反，阀门活塞212的井下移动导致筒状凸轮310移动，使得闩锁销312沿着解锁狭槽506从点a移动到点b。解锁狭槽506的部分ab限定径向向外推动卡扣销618的坡道536。

还需注意，点b位于线550的左侧(参见图5b)，使得阀门口218在闩锁销312在点b处进入闩锁狭槽512之前打开。如果阀门活塞212的液压致动在闩锁销312到达点b之前停止，则筒状凸轮310将自动地向井上移动，使得闩锁销312再次返回到点a，再次穿过线550。在这种情况下，阀门口218将暂时打开，然后再次关闭，而无需改变控制器148的模式。

如果闩锁销312穿过点b，则其进入闩锁狭槽512，并且由于点b处的台阶530而不能返回支腿ab。闩锁狭槽512具有极端井下位置(点d)，该极端井下位置是非常短的点a，对应于其中阀门口218打开的阀门活塞212位置。在该实施例中，闩锁狭槽512包括两个部分(支腿c-d和支腿d-e)，由点d处的台阶530分开。底板通道524的底板倾斜以提供从点c到点d以及从点d到点e的坡道536。一旦闩锁销已经通过到达点e、然后进入解锁狭槽506并且可沿解锁狭槽506从点e轴向移动至点a而脱离闩锁狭槽512，点e处的另一台阶530即防止闩锁销312再进入闩锁狭槽512。

需注意，在该示例性实施方案中，轨道315的一个周期(例如，从点a到点a)仅包括筒状凸轮310的圆周的三分之一。因此，在该实施例中，所描述的周期针对筒状凸轮310的一次旋转重复了三次，并且筒状凸轮310与三个闩锁销312以120度的间隔配合。这方面，见例如图8a-8g，其中壁423被角度地分段以露出两个闩锁销312。

锁定活塞特征

参考图3b描述了锁定机构168的结构和功能的概述。现在将根据图3b和图7讨论锁定机构168的实施例的附加特征，图7示出了重叠的活塞端部352、354和锁定腔室362的放大视图。需注意，在图3b中，控制器148的所示状态是锁定活塞331处于解锁位置，阀门活塞212被解锁，并且几乎没有或基本上没有孔-环空压力差。图7示出了当控制器148处于图3b所示的状态时由施加操作孔压力导致的锁定机构168的状态。从上述内容中可知，当控制器148处于休眠模式(在本示例性实施方案中也称为停用模式)时施加操作压力的结果如例如图3b所示是锁定活塞331移动到阻塞位置(其中锁定球356相对于收缩部分368中的收缩部366位于井下位置)，并通过与其中一个凸起372的接触接合来阻止阀门活塞212的井下前进。

示例性锁定活塞331是中空圆柱形构件，其同轴地位于安装在控制器壳体215中的锁定套筒360内的控制器壳体215中，成为管状锁定套筒360的中空圆柱形内部中的密封滑动配合件。类似于阀门活塞212，由内部或锁定活塞331限定的圆柱形通道与钻柱108的孔128成一直线，使得通道限定孔128，以使其一部分与锁定活塞331重合。

锁定套筒360(在这个实施例中包括多零件结构的组件)也接纳同轴地位于锁定机构168的井上端处的阀门活塞212。阀门活塞212是在锁定套筒360中的滑动密封配合件，密封接口被限定在阀门活塞212的外径与锁定套筒360之间，在与锁定套筒360的井上端相邻的第一密封件750(图3b)处。锁定活塞331还密封锁定套筒360的内径，但是位于井下超出收缩部366的第二密封件752处。因此，锁定腔室362限定在第一密封件750与第二密封件752之间，其中配合锁定部件包括锁定活塞331和阀门活塞212的相应端部，锁定球356、释放部分370和收缩部分368以及阀门活塞212上的楔形凸起372位于锁定腔室362内。锁定活塞331和阀门活塞212两者的端部352、354具有径向延伸穿过其中的径向流动开口756，以允许钻井流体从孔128径向流动到锁定腔室362中。因此，锁定腔室362在操作期间处于钻孔压力下。

第二密封件752将控制器148的锁定机构部分的内部在锁定腔室362(位于其井下侧)和暴露腔室758(位于井下侧)之间隔开。锁定套筒360在其与暴露腔室758相对应的一部分中具有一系列径向流动孔760，其延伸穿过锁定套筒360的管状壁以允许流体流过其中。此外，控制器壳体215的管状壁423在其对应于暴露腔室的一部分中限定提供环形开口762的径向延伸通道。环形开口762使暴露腔室758与环空134流体流动连通，使得暴露腔室758在基本上等于环空压力的流体压力值下充满钻井流体(例如，钻井泥浆)。暴露腔室758的井下端由安装在锁定活塞端部354的外径上的端子密封件751限定，以密封锁定套筒360的内径。端子密封件751相对于第二密封件752具有减小的直径。

锁定活塞331的最远离阀门活塞212的井下端通向锁定套筒360的中空内部，锁定套筒360限定弹簧腔室764，弹簧腔室764提供同轴的内部通道，该内部通道针对钻柱108的长度的对应部分限定钻柱108的孔128。因此，弹簧腔室764在操作中基本上处于孔压力下。

需注意，第二密封件752上的操作压力差倾向于向井下推动锁定活塞331，而端子密封件751上的压力差倾向于沿相反方向推动锁定活塞331。然而，锁定套筒360的内壁的直径在其与第二密封件752接合时减小，使得由端子密封件751提供的井下密封接口的直径小于在由第二密封件752提供的井上接口处的对应直径。因此，响应于钻井流体沿着孔128的加压流动而作用在锁定活塞331上的净液压力因此用于向井下推动锁定活塞331。锁定活塞331的液压致动由于喷嘴中与第二密封件752相邻的中心通道变窄而进一步受到帮助。

如前所述，锁定活塞331的液压致动的井下移动由于锁定弹簧334而受阻。锁定弹簧334同轴地安装在弹簧腔室764中，与锁定活塞331的井下端处于同轴的端对端接合状态，从而将其向井上推向阀门活塞212(因而在该示例性实施方案中，将其推动沿着阀门活塞212的关闭方向推动)。再次注意，弹簧的性质被选择为使得锁定活塞331的液压致动的移动由于比预定触发压力更低的压力差而基本上被阻止，并且响应于高于阈值的压力状态而能够充分压缩以实现液压致动的轴向井下移动。

如图7中更详细所示，锁定活塞331所承载的干扰结构呈脊或凸起372对的示例形式，围绕锁定活塞端部354周向地延伸。如图7所示，锁定活塞端部354在复合结构的该示例性实施方案中，外部套筒可拆卸地且可替换地同轴地安装在锁定活塞端部354的管状壁上，其中凸起372由可更换套筒的径向外表面限定。这种结构允许可拆卸套筒用作可以移除和更换的磨损套筒，而不需要重新固定阀门活塞221。

在该示例性实施方案中，凸起372基本上相同，每个均包括位于锁定活塞331的外径上的径向突出部，在扁平顶点的任一侧具有倾斜的倾斜表面。在本文中“倾斜”是指相对于纵向轴线以一定角度延伸。为了便于描述，每个凸起372的井下斜面被进一步称为前缘斜面768，而另一个倾斜面(位于顶点的井上侧)被称为后缘斜面。每个凸起372成形为用于响应于锁定球356经过凸起372的轴向位移而引起锁定球356的径向移动的凸轮，反之亦然。前缘斜面768还用作倾斜接触表面或楔形表面，当倾斜接触表面或楔形表面处于锁定腔室362的收缩部分368中并且针对进一步井下位移锚固时，与锁定球356接触。因此，导致阻止阀门活塞212的进一步井下移动的轴向止动力从锁定活塞331(由于其抵靠台肩374)经由锁定球356传递到阀门活塞212。

根据设计考虑和偏好，凸起372的形状和轮廓可从一个实施方案到另一个实施方案各不相同。每个凸起372可以例如具有平滑弯曲的轮廓，也可以具有更成角度的轮廓。

需注意，每个凸起372的顶点与由锁定腔室362的释放部分370中的锁定套筒360提供的腔室壁之间的径向间隙大于锁定球356的直径，而顶与收缩部分368中的腔室壁368之间的径向间隙小于锁定球356的直径。因此，当凸起372运动经过收缩部分368中的锁定球356时，锁定球356被楔入在锁定套筒360与相应凸起372的前缘斜面768之间。

与孔轴线同轴的大致圆柱形平台在凸起372的任一侧和两侧之间由锁定活塞331的径向外周边限定。为了便于描述，这些平台(其轴向轮廓在这里是大致平面的，如图7所示)将进一步被区分为前部平台770(位于前缘凸起372a的井下)、后部平台774(位于后缘凸起372b的井上)和中间平台772(位于前缘凸起372a与后缘凸起372b之间)。需注意，在该示例性实施方案中，前缘凸起372a与后缘凸起372b之间的轴向间距基本上类似于阀门活塞212的闩锁位置与解锁位置之间的轴向间距。

在该示例性实施方案中，每个笼式孔358是径向延伸穿过锁定活塞331的管状壁的圆柱形通道，其直径的尺寸被设计成使得球可以径向通过笼式孔358。在该实施例中，锁定球356是笼状孔358中的滑动配合件。释放部分370中的锁定套筒360的直径与锁定活塞331的外径径向间隔开小于锁定球356的直径的距离。因此，通过阀门活塞212和锁定套筒360的相对表面防止锁定球356径向脱离笼形孔358。需注意，在该示例性实施方案中，笼形孔的圆柱形形状使得锁定球356相对于锁定活塞331的周向移动也受到限制，从而在多个锁定球356之间保持恒定的规则周向间距。

从描述本公开的一个实施方案的示例操作的以下描述中，锁定机构168的其他特征和操作方法将是显而易见的。

示例控制器操作

参考图8a-8g示出控制器148和扩孔器组件118的示例操作顺序。这些视图中的每一个由多个图组成，该多个图示出了控制器114及其在示例操作周期的特定阶段的操作的不同方面。因此，在特定附图中，阀门活塞212、筒状凸轮310和锁定机构168的各种视图因此表示在讨论的操作阶段的各个部件的同步快照。图8a-8g中的每一个包括：一方面，阀门活塞212和筒状凸轮310的同步孤立视图；以及，另一方面，锁定机构168以及压力图807和闩锁行程图820。压力图807示意地示出随着时间变化的孔-环空压力差值。

图8a-8g中的图示820示意地示出闩锁销312沿轨道315的行进。图示820中的点a至点e对应于参考图5描述的轨道315的点a至点e。销位置指示器803示意地示出闩锁销312在解锁狭槽506中的点a处的定位。每个销行程图820中的虚线550指示闩锁销312相对于筒状凸轮310的轴向位置，在该位置处，阀门口218由阀门活塞212从关闭切换到打开(反之亦然)，从而将扩孔器144从其收缩状态切换到其展开状态(反之亦然)。从前面的描述可以理解，行程图820中的线550右侧的销位置对应于阀门口218关闭的阀门活塞位置，并且图820中的左侧的线550的销位置对应于阀门口218关闭的阀门活塞212的位置。

在图8a中，控制器148最初被示出为处于停用模式。首先，孔128中的钻井流体不被加压，使得孔-环空力差基本为零(或不足以克服弹簧305、331的作用)。在这种停泵情况下，阀门活塞212基本上不经历液压致动，并且由闭合弹簧305向井上(即，在图8a中向左)推动。在处于停用模式时，闩锁销312位于解锁狭槽506(图5)中。由于闭合弹簧305的操作，闩锁销312位于点a处，阀门活塞212因此处于极端井上位置，在该位置处，阀门闭合套筒409关闭阀门口218。

锁定活塞331同样被锁定弹簧334推动到及极端井上位置，使得锁定球356被锁定活塞端部354在锁定室362的释放部分370中保持在捕获状态。阀门活塞212的尺寸设定成使得当阀门活塞212处于图8a所示的休眠、解锁位置时，阀门活塞端部352的前部平台770是与锁定室362的释放部分370的轴向对准器。因此，锁定球356位于前部平台770上，与锁定套筒360具有径向间隙。需注意，锁定球356不一定被重力地拉动成与阀门活塞端部352的径向外周接触。在一些实施方案中，锁定机构168可以被构造成例如通过环境流体的水力作用使锁定球356径向向内推动成与阀门活塞212接触。

图8b示出了提供用于将控制器148从停用模式改变为启用模式的流体压力状态。在该实施例中，用于切换到启用模式的钻井流体控制包括在大约15分钟的至少一个触发阈值间隔内保持孔-环空压力差低于大约20巴的触发阈值。

选择控制器148的各种部件(例如，阀门活塞212和锁定活塞331的液压特征，以及闭合弹簧305和锁定弹簧334的参数)，使得在低于20巴(在该实施例中为触发阈值)的孔-环空压力差时，锁定活塞331上的净液压力不足以向井下移动锁定活塞331(即，图8b中向右)，同时由于孔-环空压力差而引起的阀门活塞212上的净液压力大于可由闭合弹簧305施加在其上的最大阻力，使得阀门活塞212被液压致动以纵向向下移动(即，图8b中向右)。需注意，在一些实施方案中，控制器148的各种部件的轴向取向可以从图示的示例性实施方案的方向开始改变，使得在一些实施方案中，阀门活塞212和锁定活塞331可被构造用于在液压致动下向井上轴向位移。

通过限流器318的操作阻止阀门活塞212向井下移动，所述限流器限制流体从控制流体储存器321跨过室壁430转移至抽吸室327的速率。闩锁销312因此从点a移动至点c，在点b处进入闩锁狭槽512。需注意，当闩锁销312到达点b时，由控制器148提供的控制装置的闩锁机构从停用模式改变为启用模式，于是其进入闩锁狭槽512(参见图5)。因此，在这种情况下，点b包括闩锁销312的第一模式改变位置，阀门活塞212的对应纵向位置包括阀门活塞212的模式改变位置。需注意，在该实施例中，在点b的模式改变位置之前到达由线550表示的阀打开/关闭点。

因为在活塞模式改变的阀门活塞212的井下行程期间锁定活塞331保持基本上静止，所以锁定球356保持在锁定腔室362的释放部分370中，从而允许前缘凸起372a，然后是尾缘凸起372b通过由释放部分370中的锁定腔室362的圆柱形壁提供的足够的径向间隙而移动通过它。因此，锁定球356可以由于与相应凸起372的前缘斜面768的接触而径向向外移动，从而清除顶点，并且允许凸起372轴向地不受阻碍地移动通过它。因此，当阀门活塞212处于其极端井下位置时，锁定球356与阀门活塞端部352的后部平台774对准和/或安置在其上。

还需注意，在闩锁销312到达轨道315中的点b之前中断孔-环空压力差将导致由于阀门活塞212在闭合弹簧305的推动下向井下移动而使闩锁销312返回到点a。在这种情况下，阀门口218已经打开和关闭(在点550处)，而无需改变控制器148的模式。

在提供图8b所示的模式切换压力状态之后，通过孔128泵送钻井液可停止至少预定间隔。再次应注意，在没有孔-环空压力差的情况下，由闭合弹簧305将阀门活塞212推向其关闭位置。

在该实施例中，提供约一分钟的压力停止间隔(见图8c中的压力图807)的基本上为零的孔-环空压力差足够长以将阀门活塞212移动至极端井上位置可通过阀门活塞212处于闩锁状态下来实现。该极端井上闩锁位置对应于闩锁销312在点d处的位置(见图8c所示的控制器148的状态)。当闩锁销312到达轨道315中的点d时，它在该点处通过台阶530并邻接轨道315的壁，从而在闭合弹簧305的偏压下抵抗阀门活塞212进一步向井上移动。由于也邻接点d处的台阶530，仅闩锁销312从点d的可用移动是沿闩锁狭槽512的支腿de。

需注意，点d位于压力图820中的线550的左侧。因此，当闩锁销312位于轨道315中的点d时，阀门闭合套筒409无阀门口218，从而使扩孔器组件118受到孔压力。闩锁销312脱离闩锁狭槽512以允许关闭阀门口218唯一路径是沿着支腿de到达点e(包括模式改变位置)，此后可使阀门活塞212能够进行足够的井上移动，以使闩锁销312再次到达并经过由线550表示的阀门闭合点。

然而，如现在将看到的那样，如果阀门活塞212的移动由于大于触发阈值的孔-环空压力差而处于液压致动状态，则阀门活塞212的井下移动被锁定活塞331阻碍或止动，然后闩锁销312才可以沿着支腿de到达点e。

图8d示出示例性实例，其中孔-环空压力差升高超过本实施例的20和25巴之间的触发阈值。因此，压力差现在足够大以使锁定活塞331克服锁定弹簧334的阻力，使得阀门活塞212和锁定活塞331两者都被液压地推动以轴向向下移动，在该示例性实施方案中为阀门活塞212的打开方向。由于阀门活塞212的致动移动的速度受到限流器318的操作的限制，所以锁定活塞331向井下移动得足够快以使锁定球356到达收缩部366并移动到锁定腔362室的收缩部分368中，然后阀门活塞端部352的尾缘凸起372b才到达收缩部366。

当尾缘凸起372b与锁定腔室362的收缩部分368的入口轴向对准时，前缘凸轮372a的前缘斜面768与锁定球356相接触，并以基本上垂直于由前缘斜面768提供的接触表面的角度对锁定球356施加推力(也参见图7)。这些力的轴向分量由于锁定活塞331抵靠在台肩374上而受阻，而径向分量由于锁定腔室362的收缩部分368中的锁定套筒360的圆柱形壁而受阻。需注意，由于锁定活塞331的阻塞作用，锁定球356因此被有效地楔入阀门活塞212的外周边与锁定套筒360的内周边之间。

筒状凸轮310与尾缘凸块372b之间的轴向间距使得在闩锁销312已经到达点e的模式改变位置之前，尾缘凸起372b到达锁定腔室362的收缩部分368。锁定活塞331阻碍阀门活塞212从点d朝向点e的进一步井下移动的销位置在图8d中示为点d*。

因此，锁定机构168的操作因此用于响应于其中孔-环空压力差超过触发阈值的压力状态而阻止闩锁销312脱离闩锁狭槽512。因此，锁定机构168将控制器148锁定在启用模式，只有通过应用预定义的触发条件才能将控制器148切换到停用模式。

因此，当控制器148处于图8d所示的状态时，所描述的闩锁机构和锁定活塞331用于将控制器148置于启用模式，因为当施加操作孔压力时可以基本上立即展开扩孔器144。这是因为响应于施加操作孔压力(孔-环空压力差超过触发阈值)，阀门口218保持打开。如果孔压力此后减小，则闩锁销312返回到d点，被捕获在闩锁狭槽512中。结果是，响应于操作孔压力的施加，扩孔器组件118可重复地且可自动展开。

需注意，即使锁定活塞331在井下针对与阀门活塞212上的弹簧阻力(由闭合弹簧305提供)相比在锁定活塞331上相对于液压致动力施加的更大的弹簧阻力(由锁定弹簧334提供)被液压致动，锁定球356到达锁定腔室362的收缩部分368得以实现并且通过限流器318的操作得以确保，限流器318的操作如前所述延迟或控制阀门活塞212的移动速度。

可仅通过提供预定义的模式改变流体压力状态来实现闩锁销312从闩锁狭槽512中的脱离。在该实施例中，从启用模式改变到停用模式的模式改变流体压力状态类似于从停用模式改变到启用模式的情况。图8e示出由地面控制系统140处的操作者或自动化系统控制的压力状态。

在该实施例中，选择地改变孔压力，以提供至少触发阈值间隔(再次是约15分钟)的小于触发阈值(这里，例如，大约20-25巴)的孔-环空压力差。如前所述，锁定活塞331在其静止位置保持静止，在该位置中，锁定活塞331清除阀门活塞212的路径(由于其被基本上静止的锁定活塞331保持在锁定腔室362的释放部分370中)，以允许阀门活塞212移动到对应于闩锁销312通过在点e处经过台阶530上方的闩锁销312的通道而从闩锁狭槽512脱离的模式改变位置。如点a-d中的每个的情况，由于卡扣销618缠绕在对应台阶530上，所以点e实际上是闩锁销312不会沿闩锁狭槽512返回的点。在阀门活塞212进入对应于点e的解锁位置的这种移动期间，尾缘凸起372b因此移动经过锁定球356，同时锁定球356在与前缘斜面768接触时径向离开尾缘凸起372b。因此，当闩锁销312到达点e时，它被困在解锁狭槽506中，从而可仅沿轨道315的支腿e-a从点e朝向点a移动。需注意，当锁定销312在点e处进入解锁狭槽506时，控制器148从启用模式改变到停用模式。

一旦闩锁销312处于解锁狭槽506中，阀门活塞212在没有液压致动的情况下在闭合弹簧305的作用下自由地向井上纵向移动(在该示例性实施方案中为关闭方向)提供不足以抵抗弹簧305的闭合偏压的孔-环空压力差。在闩锁销312到达点e之后压力水平减小时，闩锁销312从点e移动回到起始位置(点a)，如图8f中示意性所示。在该实施例中，操作者在15分钟模式切换低压间隔(参见图8e)之后提供在等于或接近零巴的孔-环空压力差，导致阀门活塞212在井上针对其在解锁状态下的极端井上位置(点a)的自动弹簧致动移动，其中当闩锁销312通过与图8f的压力图820中的线550相对应的点时，阀门口218关闭。

现在应理解，阀门活塞212的这种井上返回到阀门口128关闭的位置不被锁定机构168阻挡。锁定球356保持在锁定腔室362的释放部分370中，允许第一尾缘凸起372b通过，然后前缘凸起372a通过它，再次位于前部平台770上。

图8g示出了锁定活塞331的操作，以响应于高于触发阈值的孔-环空压力差而将闩锁销312保持在解锁狭槽506中。因此，锁定机构168用于(不提供触发阈值序列/状态)根据闩锁销312在轨道中的位置将控制器148锁定在启用模式并将控制器148锁定在停用模式315。

当施加相应井下工具被展开的这样高的操作压力(本文中也称为操作工具压力)时，锁定活塞331在液压致动下向井下(在该实施例中为阀门活塞212的打开方向)移动得足够快以在阀门活塞212的前缘凸起372a到达收缩部366之前到达收缩部366。在该示例性实施方案中，锁定活塞331比阀门活塞212更快地向井下移动。

如先前关于尾缘凸起372b与锁定球356的接合所述，锁定球356(现在位于锁定腔室362的收缩部分中)通过经由锁定活塞331抵靠在台肩374上使锁定球356楔入阀门活塞212与锁定套筒360(正抵抗锁定活塞331的进一步井下移动而被锚固)之间来阻碍阀门活塞212的进一步移动。以这种方式，阀门活塞212的轴向前进在达到由点b限定的模式改变位置之前被阻挡。在该实施例中，阀门活塞212在阀门口218打开之前(即，在该实施例中，在闩锁销312到达线550之前)停止，图8g中以点a*表示。因此，控制器148被锁定在停用模式，扩孔器组件118对操作孔压力没有响应。

在中断上述阈值压力水平之后，锁定活塞331在锁定弹簧334的推动下向井上轴向地返回(例如，沿着关闭方向)。锁定球356因此被移回到锁定腔室362的释放部分370中，在该释放部分370处于清除位置。因此，控制器148的状态返回到参照图8a和图8g描述和讨论的状态。只有响应于提供触发压力序列，才能再次切回到启用模式，触发压力序列包括在至少触发间隔内施加低于阈值的压力(足以使阀门活塞212沿着打开方向移动)。

通过上述方法和系统，实现仅通过控制孔压力来控制井下工具。一个益处是，一旦控制器148处于启用模式，即可通过增加孔压力来简单地重复展开和收缩扩孔器组件118(或可连接至控制器148的任何其他井下工具)。在停用模式中，可以根据需要提供钻井流体压力，而不用担心相关工具(例如，扩孔器组件118)的意外展开，因为所述模式切换孔状态的意外施加(例如，15几分钟以上的连续的低流量/压力)是容易预防的。

因此，已经描述了通过远程流体压力控制来控制井下工具启用的方法和系统。一些实施方案提供了钻井设备，该钻井设备包括大致管状壳体，用于形成沿钻孔纵向延伸的细长钻柱的直线部分，该壳体限定纵向延伸的孔以在压力下输送钻井流体，在孔中的钻井流体压力与环空(其将壳体与钻孔壁径向隔开)中的钻井流体压力之间限定孔-环空压力差。控制装置可以被安装在壳体中以控制钻柱中的井下工具对孔-环空压力差的变化的响应，该控制装置限定可连接到井下工具(例如，扩孔器组件118)的液压启用机构的阀门口，所述控制装置还包括阀门活塞(例如，阀门活塞212)，所述阀门活塞可在所述壳体中纵向移动以将所述阀门口设置在打开状态(其用于实现所述孔与所述井下工具的所述启用机构之间的流体压力连通)关闭状态(其用于使启用机构与孔基本上隔开)之间。示例性设备还包括闩锁机构(包括例如筒状凸轮310和闩锁销312)，以将阀门活塞可释放地闩锁到壳体以限制阀门活塞沿着第一纵向方向的相对纵向移动(在该示例实施方案中，包括沿着关闭方向、朝向阀门口的关闭的移动，该关闭方向例如在所述示例性实施方案中是井上移动)，阀门活塞在闩锁时可通过沿着相反的第二纵向方向(例如，沿着关闭方向，该关闭方向在所述实施方案中是井下方向)的移动而可释放到模式改变位置(例如，通过闩锁销312到达筒状形凸轮310上的模式改变点e，点b是当阀门活塞212解锁时的模式改变位置)。在该实施方案中，阀门活塞的闩锁或释放使得控制装置的操作模式在以下两种模式之间变化：启用模式，其中在施加等于或高于工具启用水平的孔压力时，阀门口处于其打开状态，以实现液压工具启用；以及停用模式，其中在施加等于或高于工具启用水平的孔压力时，阀门口处于其关闭状态，以防止液压工具启用。

示例性钻井设备还包括止动构件，该止动构件或锁定构件(例如，锁定活塞331)可响应于提供高于触发阈值的孔-环空压力差而在液压致动下自动位移，以阻碍闩锁的阀门活塞在闩锁时在液压致动下移动至模式改变位置。在所描述的示例实施方案中，止动构件(例如，锁定活塞331)移动以阻碍阀门活塞的移动包括与阀门活塞的液压致动的移动的情况相同的方向的液压致动移动。

虽然已经参考特定示例实施方案描述了本发明，但是显而易见的是，在不脱离方法和/或系统的更广泛精神和范围的情况下，可对这些实施方案进行各种修改和改变。相应地，说明书和附图被视为具有说明而非限制含义。

例如，在一些实施方案中，可以采用与锁定活塞331不同的止动机构来阻碍阀门活塞212的移动。还需注意，虽然所描述的控制装置特别适用于与扩孔器组件结合使用，但这些技术可以有利地与各种其他井下工具(包括例如，可调式量规稳定器、罐、排放阀、阀门、封隔器、流量控制装置或其中其状态需要从地面随意控制的任何液压启用机构)结合使用。

因此，所描述的示例性实施方案尤其公开了一种用于控制将沿着钻孔纵向地延伸的钻柱中的井下工具的井工具设备，所述井工具设备包括：大致管状壳体，所述大致管状壳体被构造成形成钻柱的直线部分，所述壳体限定纵向延伸孔以在压力下输送钻井流体，在孔中的钻井流体压力与环空(其将壳体与限定钻孔的壁径向隔开)中的钻井流体压力之间限定孔-环空压力差；以及控制装置，所述控制装置被安装在壳体中，所述控制装置被构造成响应于孔-环空压力差的变化来控制井下工具的响应，控制装置限定可连接至井下工具的液压启用机构的阀门口。

控制装置包括：阀门活塞，所述阀门活塞可在壳体中纵向位移以将阀门口设置在打开状态(其允许孔与井下工具的启用机构之间的流体压力连通)和关闭状态(其基本上将启用机构与孔隔离)之间；和闩锁机构，所述闩锁机构被构造成将阀门活塞可释放地闩锁至壳体以限制阀门活塞沿着第一纵向方向的相对纵向移动，其中闩锁的阀门活塞可通过其沿着相反第二纵向方向的移动而释放至模式改变位置，在该位置，控制装置的操作模式在一方面活动模式(其中，在施加等于或高于工具启用水平的孔压力时阀门口处于打开状态，以允许液压工具启用)与另一方面休眠模式(其中，在施加等于或高于工具启用水平的孔压力时阀门口处于关闭状态，以防止液压工具启用)之间改变。

控制装置还包括止动构件，该止动构件可响应于提供高于触发阈值的孔-环空压力差而在液压致动下自动位移，以阻碍闩锁的阀门活塞在液压致动下移动至模式改变位置。

止动构件可以是与阀门活塞纵向对准并且可沿着与阀门活塞在液压致动下的移动相同的方向而在第二纵向方向上的液压致动下纵向地位移。在这种情况下，控制装置还可以包括：关闭偏置装置，该关闭偏置装置被构造成沿着第一纵向方向、朝着阀门口的关闭并且针对阀门活塞的液压致动的移动而推动阀门活塞；以及止动偏置装置，该止动偏装置被构造成沿着第一纵向方向远离阀门活塞并且针对阀门活塞的液压致动的移动而推动止动构件，止动偏置装置施加比关闭偏置装置更大的偏置力并且被选择成使得存在一定范围的孔-环空压力差值，在这些孔-环空压力差值下，锁定活塞的液压致动的移动被止动偏置装置基本上防止，同时实现了阀门活塞针对关闭偏置装置的液压致动的移动。

井工具设备还可以包括延迟装置，以阻止阀门活塞沿着第二纵向方向的液压致动的移动，以便于在阀门活塞在闩锁时到达模式改变位置之前，阻碍锁定活塞与阀门活塞的接合。延迟装置可以包括：多个配合流量控制腔室，所述多个配合流量控制腔室操作性地连接到阀门活塞，使得阀门活塞的纵向移动取决于配合流量控制腔室之间的对应流体传递；流体通道，所述流体通道连接所述多个配合流量控制腔室中的至少两个；以及限流器，所述限流器位于流体通道中，被构造成响应于流量控制腔室之间的压力差将流量控制腔室之间的流体流限制到预定义的流体流率，从而将阀门活塞的液压致动的纵向移动限制到预定义的速度。

井下工具可以是扩孔器组件，该扩孔器组件包括管状扩孔器主体，所述管状扩孔器主体与壳体纵向对准并连接至壳体，以将扩孔器组件的启用机构放置为与阀门口流体压力连通；以及一个或多个切削元件，所述一个或多个切削元件被安装在所述扩孔器主体上并且被构造成对所述钻孔壁扩孔，所述切削元件可响应于以下两种状态之间的孔压状态而设置：展开状态，其中所述一个或多个切削元件从所述扩孔器主体径向向外突出以接合所述钻孔壁；以及收缩状态，其中所述一个或多个切削元件收缩以允许所述扩孔器主体的旋转不受所述一个或多个切削元件与所述钻孔壁的接合的限制。

闩锁机构可被构造为使得可仅通过在低于触发阈值的水平处并以至少一个触发阈值间隔提供孔-环空压力差来实现在锁定时阀门活塞响应于基本上恒定的孔-环空压力差在第二纵向方向上从闩锁静止位置液压致动地移动至模式改变位置。

闩锁机构可包括同轴地安装在阀门活塞上的筒状凸轮，其可绕阀门活塞旋转并且被锚固至阀门活塞以与其一起纵向移动，筒状凸轮在其径向外表面上限定细长轨道凹槽，轨道凹槽在改变纵向位置处绕筒状凸轮周向延伸，闩锁机构还包括安装在壳体上以从其中径向向内突出的闩锁构件，闩锁构件容纳在凸轮中的轨道凹槽中，随后与轨道凹槽接合，轨道凹槽被成形为使得筒状凸轮相对于闩锁构件的纵向移动引起筒状凸轮的旋转。

轨道凹槽可包括：闩锁狭槽，其成形为使得当闩锁构件处于闩锁狭槽中时，通过闩锁构件与闩锁狭槽的接合来防止通过在闭合偏压装置的推动下使阀门活塞纵向移动来关闭阀门口；和解锁狭槽，其成形为允许闩锁构件沿其移动至阀门口关闭的位置。

本公开的一个方面包括一种设备，所述设备包括

大致管状壳体，所述大致管状壳体被构造用于结合在钻柱中，所述钻柱将沿着钻孔纵向地延伸，所述壳体限定纵向延伸孔，所述纵向延伸孔被构造成通过所述壳体输送钻井流体；

阀门口，所述阀门口被构造用于连接到结合在所述钻柱中的工具的液压工具启用机构；

阀门活塞，所述阀门活塞可在所述壳体中纵向地位移，并且被构造成通过所述阀门活塞沿着打开方向的纵向位移而将所述阀门口从关闭状态设置为打开状态，所述阀门口处于所述打开状态允许所述孔与所述工具启用机构之间的流体连接；

闩锁机构，所述闩锁机构被构造用于将所述阀门活塞可释放地闩锁到所述壳体以限制所述阀门活塞的相对纵向运动，从而将所述控制机构设置在包括以下模式的操作模式之间：启用模式，其中在施加等于或基本上高于工具启用水平的钻井流体压力时所述阀门口处于所述打开状态；以及停用模式，其中在施加等于或基本上高于工具启用水平的钻井流体压力时所述阀门口处于所述关闭状态，所述闩锁机构被构造成响应于所述阀门活塞纵向移动到模式改变位置而从所述操作模式中的一个切换到另一个；以及

止动构件，所述止动构件可响应于提供基本上高于触发阈值水平的钻井流体压力而在液压致动下沿着所述打开方向自动位移，以阻碍所述阀门活塞移动到所述模式改变位置。

在一些实施方案中，所述止动构件(例如，锁定活塞)被构造成允许所述阀门活塞响应于在至少触发阈值间隔内提供低于所述触发阈值水平之水平的钻井流体压力而无阻碍地移动到所述模式改变位置。在此类实施方案中，所述止动构件可以被构造用于响应于提供基本上高于所述触发阈值水平的钻井流体压力而防止以下两种情况：(a)从所述启用模式到所述停用模式的模式改变，其是通过在所述阀门活塞到达解锁位置之前阻碍所述阀门活塞沿着所述打开方向移动；以及(b)从所述停用模式到所述启用模式的模式改变，其是通过在所述阀门活塞到达闩锁位置之前阻碍所述阀门活塞沿着所述打开方向移动。在一些实施方案中，所述闩锁机构被构造成通过防止所述阀门活塞沿着关闭方向返回移动到其中所述阀门口处于所述关闭状态的纵向位置而将所述机构闩锁在所述启用模式，所述关闭方向与所述打开方向相反。

在一些实施方案中，所述阀门活塞和所述锁定活塞在至少一个重叠部分中轴向地重叠，所述锁定活塞承载位于所述重叠部分中并且被构造成可通过所述锁定活塞在以下两个位置之间的纵向移动而移动的阻塞元件(例如，一个或多个锁定球)：(a)清除位置，其中允许所述阀门活塞的相对纵向运动足够到移动到所述模式改变位置，以及(b)阻塞位置，其中所述阻塞元件被构造成阻碍所述阀门活塞移动到所述模式改变位置。

所述锁定活塞可以被构造成通过所述锁定活塞响应于提供基本上高于所述触发阈值水平的钻井流体压力而沿着所述打开方向的液压致动纵向移动来使所述阻塞元件从所述清除位置移动到所述阻塞位置。在此类实施方案中，所述锁定活塞还可被构造成当所述阻塞元件处于所述阻塞位置时，通过所述锁定活塞响应于中断基本上高于所述触发阈值水平的钻井流体压力而沿与所述打开方向相反的关闭方向的纵向移动来使所述阻塞元件从所述阻塞位置移动到所述清除位置。

在一些实施方案中，所述锁定活塞被构造成响应于提供低于所述触发阈值水平的钻井流体压力而将所述阻塞元件保持在所述清除位置。在一些实施方案中，所述阻塞元件被锚固到所述锁定活塞以用于随其一起纵向移动，并且可响应于所述阻塞位置与所述清除位置之间的纵向移动而相对于所述阀门活塞径向地位移。在一些实施方案中，所述阻塞元件通过所述重叠部分中的所述阀门活塞的径向外周和结合在所述壳体中并且限定其中所述阻塞元件所处的锁定腔室的至少一部分的腔室壁的径向内周而抵抗从阀门活塞的径向脱离被保持在捕获状态。在一些实施方案中，所述锁定腔室的所述腔室壁被构造成限定释放部分和收缩部分，所述腔室壁的内径在所述收缩部分中比在所述释放部分中更小，所述阻塞元件可通过由所述锁定活塞沿着所述打开方向的移动导致的从所述释放部分纵向移动到所述收缩部分而从所述清除位置切换到所述阻塞位置。

在一些实施方案中，所述阻塞元件是被构造用于沿着所述重叠部分中的所述阀门位置的径向外周滚动的辊。在一些实施方案中，辊可以是球。

在一些实施方案中，所述阀门活塞和所述锁定活塞包括大致管状零件，所述大致管状零件以端对端的布置方式同轴地安装在所述壳体内，所述阀门活塞和所述锁定活塞具有相应端部，所述相应端部一个在另一个内地可伸缩地接纳在所述重叠部分中，所述阻塞元件位于所述阀门活塞的径向外周与所述壳体之间的大致环形体积中。在此类实施方案中，所述阀门活塞在所述重叠部分中承载一个或多个干扰结构(例如，径向突出的突出部、不规则体或凸起)，每个干扰结构均包括位于所述阀门活塞的径向外表面上的径向突出部，所述径向突出部被构造成当所述阻塞元件位于所述锁定腔室的所述收缩部分中时，与所述阻塞元件阻塞性接合。每个干扰结构均可包括被构造用于在所述阻塞位置与所述阻塞元件楔入接合的倾斜接触表面。在一些实施方案中，所述一个或多个干扰结构包括轴向隔开的干扰结构对，所述干扰结构对中的一个被构造用于与所述阻塞元件阻塞性接合，以防止所述阀门活塞在闩锁时移动到所述解锁位置，并且所述干扰结构对中的另一个被构造用于与所述阻塞元件阻塞性接合，以防止所述阀门活塞在解锁时移动到所述闩锁位置。

在一些实施方案中，所述井下工具包括扩孔器组件，所述扩孔器组件包括：

管状扩孔器主体，所述管状扩孔器主体与所述壳体纵向对准并连接至所述壳体以将所述扩孔器组件的所述启用机构置于与所述阀门口流体连接；以及

一个或多个切削元件，所述一个或多个切削元件被安装在所述扩孔器主体上并且被构造成对所述钻孔壁扩孔，所述切削元件可响应于以下两种状态之间的孔压状态而设置：(a)展开状态，其中所述一个或多个切削元件从所述扩孔器主体径向向外突出以接合所述钻孔壁；以及(b)收缩状态，其中所述一个或多个切削元件收缩以允许所述扩孔器主体的旋转不受所述一个或多个切削元件与所述钻孔壁的接合的限制。

本公开的另一方面包括一种方法，所述方法包括：通过控制钻柱压力状态来控制耦接在沿钻孔纵向延伸的钻柱中的井下工具的操作，以通过可操作地耦接至所述井下工具并且限定可连接至所述井下工具的液压启用机构的阀门口的控制机构引起响应，所述控制机构还包括，至少：

(a)阀门活塞，所述阀门活塞可在所述壳体中纵向地位移，并且被构造成通过所述阀门活塞沿着打开方向的纵向位移而将所述阀门口从关闭状态设置为打开状态，所述阀门口处于所述打开状态允许所述孔与所述工具启用机构之间的流体连接；

(b)闩锁机构，所述闩锁机构被构造用于将所述阀门活塞可释放地闩锁到所述壳体以限制所述阀门活塞的相对纵向运动，从而将所述控制机构设置在包括以下模式的操作模式之间：启用模式，其中在施加等于或基本上高于工具启用水平的钻井流体压力时所述阀门口处于所述打开状态；以及停用模式，其中在施加等于或基本上高于工具启用水平的钻井流体压力时所述阀门口处于所述关闭状态，所述闩锁机构被构造成响应于所述阀门活塞纵向移动到模式改变位置而从所述操作模式中的一个切换到另一个；以及

(c)止动构件，所述止动构件可响应于提供基本上高于触发阈值水平的钻井流体压力而在液压致动下沿着所述打开方向自动位移，以阻碍所述阀门活塞移动到所述模式改变位置。

所述井下工具的控制包括通过在至少触发间隔内提供低于所述触发阈值水平的钻井流体压力，来使所述控制机构从所述启用模式切换到所述停用模式。在一些实施方案中，所述井下工具的控制包括通过在至少触发间隔内提供低于所述触发阈值水平的钻井流体压力，来使所述控制机构从所述停用模式切换到所述启用模式。

所描述的实施方案进一步公开了一种钻井设施，其包括井工具设备，以及包括使用井工具设备的方法。

前面的详细描述参考附图描述了本公开的示例实施方案，附图描绘了示出如何实施本公开的实施例的各种细节。本文的讨论参考这些附图提出新颖方法、系统和设备的各种实施例，并且对所描绘的实施方案进行足够详细地描述，以使得本领域的技术人员能够实践本公开的主题。除本文所讨论的说明性实施例之外的许多实施方案可以用于实践这些技术。除了本文具体讨论的替代方案之外，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行结构和操作变化。

在本说明书中，对本说明书中“一个实施方案”或“实施方案”，或“一个实施例”或“实施例”的参考并不旨在一定是指同一个实施方案或实施例；然而，这类实施方案并非相互排斥的，除非这样说明或如受益于本公开的本领域的普通技术人员将显而易见的。因此，本发明可包括本文所述的实施方案和实施例的多种组合和/或综合，以及如限定在基于本公开的所有权利要求和此类权利要求的所有法律等效物的范围内的其他实施方案和实施例。

在以上具体实施方式中，可以看出，出于使本公开合理化的目的，各种特征共同组合在单个实施方案中。本公开的该方法不应被解释为反映以下意图：要求保护的实施方案需要比每一权利要求项中明确阐述的特征更多的特征。相反，如随附权利要求书所反映，发明主题在于比单个公开实施方案的所有特征更少的特征中。因此，所附权利要求由此并入具体实施方式中，其中每一权利要求项本身就是一个独立实施方案。