所述关闭配置下销处于细长轴向轨道内；
[0047]图15是类似于图12的侧剖视图，其中压力减小以及销将要切换到相邻的细长轴向轨道内；
[0048]图16是结合了根据本发明设备的第三循环工具处于第一关闭配置下的侧剖视图，在所述第一关闭配置下销处于第一环路中，孔压力低，而循环工具关闭，其中通过工具的内部通道打开；
[0049]图17是图16所示循环工具处于第二关闭配置下的侧剖视图，在所述第二关闭配置下销仍处于第一环路内，孔压力高，以及循环工具再次关闭，其中通过工具的内部通道打开；
[0050]图18是图16所示循环工具处于第一打开配置下的侧剖视图，在所述第一打开配置下所述销已经移动到细长轴向轨道内，压力高，以及循环工具打开，允许流体循环，并且其中通过工具的内部通道关闭；
[0051]图19是扩孔工具处于第一关闭配置下的侧剖视图，在所述第一关闭配置下销处于第一环路内，孔压力低，切割器缩回，并且循环端口关闭；
[0052]图20是图19所示工具处于第二关闭配置下的侧剖视图，在所述第二关闭配置下销仍处于第一环路内，孔压力高，切割器缩回，并且循环端口关闭；
[0053]图21是图19所示工具处于第一打开配置下的侧剖视图，在所述第一打开配置下销处于细长轴向轨道内，孔压力高，切割器延伸，并且循环端口打开；
[0054]图22是图19所示工具的侧剖视图，在所述关闭配置下切割器处于低的孔压力下，但是在所述关闭配置下销处于下一环路内，以及切割器缩回，并且循环端口关闭；
[0055]图23是变型的扩孔工具处于第一关闭配置下的侧剖视图，在所述第一关闭配置下销处于第一环路内，孔压力低，切割器缩回，并且循环端口关闭；
[0056]图24是图23所示工具处于第二关闭配置下的侧剖视图，在所述第二关闭配置下销仍处于第一环路内，孔压力高，切割器缩回，并且循环端口关闭；
[0057]图25是图23所示工具处于第一打开配置下的侧剖视图，在所述第一打开配置下销处于细长轴向轨道内，孔压力高，切割器延伸，并且循环端口打开；
[0058]图26是图23所示工具的侧剖视图，在所述关闭配置下切割器处于低的孔压力下，但是在所述关闭配置下销处于下一环路内，以及切割器缩回，并且循环端口关闭；
[0059]图27至图29示出类似于图8的活塞的三幅视图，示出可在图1所示装置中使用的不同活塞设计中使用的槽的替代性变型；
[0060]图30a和图30b以剖视图和局部侧视图示出处于第一停用配置下的工具的另一示例，其中没有压力施加到所述工具，且销处于第一(停用)环路内；
[0061]图31a和图31b示出了图30所示工具在压力下处于第二停用配置下的类似视图，其中销处于第一环路内；
[0062]图32a和图32b示出了图30所示工具处于第一启用配置下的类似视图，其中工具处于压力下以及销处于细长轴向轨道内；以及
[0063]图33a和图33b示出类似视图，其中工具未处于压力下且销处于第二环路内；
[0064]图34以剖视图和局部侧视图示出处于第一停用配置下的工具的另一示例，其中没有压力施加到所述工具，且主控制销处于(停用)环路内，以及辅助控制销处于停用位置；
[0065]图34a示出图34所示工具的A部分的放大视图；
[0066]图35以剖视图和局部侧视图示出在压力下处于第二停用配置下的图34所示工具的类似视图；
[0067]图36示出图34所示工具的类似视图，其中工具处于压力下，主控制销处于细长轴向轨道内，而辅助控制销处于第一停用位置；
[0068]图37示出图34所示工具的类似视图，其中主控制销处于环路内而辅助控制销处于半开位置；
[0069]图38示出图34所示工具的类似视图，其中主控制销处于环路内而辅助控制销处于第二启用位置；
[0070]图39和图40示出工具的内部组件在不同配置下的侧视图；
[0071]图41是在图34至图40所示工具的阀活塞970上的槽的示意性平面视图，仿佛活塞表面展开成一个平面；
[0072]图42、图42a和图42b示出图34所示工具的放大剖面和局部侧视图。
【具体实施方式】
[0073]现在参照附图，图1以横截面视图示出根据本发明的用于控制井下工具的设备的第一示例。图1所示设备包括控制接头(control sub) 1，其具有主体5，所述主体5具有在相应的端部处适于将主体5连接到油井或天然气井的柱内的公母连接部连接。通常情况下该柱可包括在控制设备1的上方和下方首尾相连的若干管状装置。如附图中所示，在该示例中，设备1在柱中连接，以使得主体5的左侧端部沿着孔向下最远，而所述主体5的右侧端部更靠近表面，但在其它示例中可采用不同的布置。主体5具有中心孔5b，其具有三个面朝上的台肩，邻近上端部的第一台肩6u，邻近下端部的第二台肩61，以及较小的中间台肩6m。孔5b在所述主体5的两个端部之间通过，允许流体通过主体5。流管10轴向延伸通过所述主体5，与孔5b的主轴线共轴，并且具有受限的内径，类似于在下部台阶(lower step)61下方的孔5b的内径。流管在流管10的底部处在其外表面上密封，且通常情况下旋拧并密封到在下部台阶61下方的孔5b狭道(throat)内的内螺纹内，并在其上端部处通过接合轴环12的夹头或簧环保持在位置上，所述夹头或簧环通常旋拧到在第一台阶6u上方的孔5b的较大直径部段的内表面上的内螺纹内。因此，流管10通常同轴地固定在孔5b内。代替螺纹，流管10可选地通过夹头或簧环布置而连接在内孔中。在该示例中，流管10通常只在底部处机械地旋拧到主体5内，并在顶部处由轴环12保持，但是替代性地，其可由在每一端部或任一端部处的螺纹或夹头来保持。
[0074]流管10在流管10的外表面和主体5内的孔5b的内表面之间限定环形空间。在环形空间内，弹簧7设置于工具的下部部分内。弹簧7降至最低而位于下部台阶61的面朝上的表面上。通常情况下，弹簧7由在环形空间内在弹簧7上方以及环绕所述流管10上部部分的活塞20设置保持处于压缩状态下。弹簧7在下部台阶61的面朝上表面和活塞20的面朝下表面之间的压缩在环形空间内将活塞20向上推动，抵靠轴环12的下表面对其进行压缩。弹簧7的力在图1中所示的其扩展配置下通常选择成相对较弱，并且弹簧力设计成允许在活塞20上方的环形空间内的流体压力克服弹簧7的力，并允许活塞20在环形空间内轴向移动，如将在下面进行描述的那样。活塞20通常在其内表面和外表面上密封，以确保其随着流体的力在环形空间内移动，防止流体通过。活塞在环形空间内的用于压缩弹簧的滑动移动通常将活塞下方的流体通过排放口 8排出，这有助于避免锁定活塞。
[0075]主体具有若干周向间隔开的循环端口30，其布置在相同的轴向位置处，但在围绕主体5的不同周向位置处。这些端口与通过流管10的壁的端口 11轴向对准。循环端口 30延伸通过主体5的壁，并且在某些情况下允许主体的孔5b和主体5的外表面之间的流体连通。然而，在图1中所示的位置，端口30的内表面(以及端口 11的外表面)由活塞20封闭，所述活塞20在端口 11和30的轴向位置的上方和下方进行密封，从而当活塞20处于图1中所示的位置时防止主体的孔5b和外侧之间的流体连通。
[0076]活塞20具有一组沿周向间隔开的端口25，其与主体5内的循环端口 30具有相同的周向间隔。流管10还具有围绕其周边间隔开的多个端口 11。在其它示例中，在流管10中的端口 11周向间隔开的模式可以与主体5中的端口30的间隔模式相同或不同。在该示例中，端口11与端口 30对准。然而，在流管10中的端口 11的轴向位置是如此的，以至于只有当活塞20的下表面降至最低而位于台肩6m上时，活塞20中的端口 25与端口 11轴向对准。活塞20上的端口 25类似地布置于活塞上的共同轴向位置处。因此活塞20的用于压缩弹簧的沿着孔5b向下滑动的移动使得活塞20中的端口 25与在主体5中的端口 30轴向对准，并且端口 11通过流管10，这使得用于使得主体5的孔5b和主体的外表面之间流体连通的流动路径开放。
[0077]活塞20在孔5b内的移动通过销和槽布置调节，所述销和槽布置限制活塞20在孔5b内的轴向移动范围，并引导活塞围绕其轴线旋转。活塞20为具有轴向孔的套筒形式，并且在该示例中，控制槽形成于活塞的外表面上。在图8中示出销和槽布置。在该示例中，销40通过侧向通过主体5侧壁的螺纹孔插入，并短距离延伸到所述孔内，当活塞20上下移动时，所述短距离足以接合槽50并足以将销40保持在槽50内。槽50通常设置于活塞20的外表面上。在替代性示例中，槽可设置于可单独连接到所述活塞上的单独套筒上，或替代性地，活塞可设有销，所述销侧向向外延伸到设置于孔的内表面上或设置于与孔连接的单独套筒上的面向内的槽中。销和槽布置可设置于设备的接头1上，但这不是必须的，并且销和槽布置可设置于单独的组件上。
[0078]在接头1中的槽50具有至少一个环路，每个环路允许销40在限定活塞20的两个不同关闭配置的不同配置之间移动，其中通过活塞的端口 25不与通过主体5的端口 30和通过流管10的端口 11对准，并且不发生流体连通。在接头1中的槽50还具有至少一个细长轴向轨道，其通常布置在主体5的轴向方向上，并且在轴向方向上具有的长度大于轨道部分在环路盲端处的长度，其中销40在槽50内的对应于活塞20不同配置之间的两个不同位置之间移动，其中在活塞20的不同配置之间允许或禁止通过端口 30的流体流动。
[0079]细长轴向轨道经由第一偏离分支轨道3d连接到第一相邻环路，并经由第二偏离分支轨道4d连接到第二相邻环路。细长轴向轨道不形成环路的一部分。第一偏离分支轨道3d和第二偏离分支轨道4d不形成环路的一部分，禁止所述销从所述第一偏离分支轨道3d循环回到第二偏离分支轨道4d或回到细长轴向轨道。槽50配置成不使得销40从偏离分支轨道4d回到在其端部处具有P4的细长轴向轨道，除非销40沿着围绕活塞20的大致圆形路径行进，所述路径通过细长轴向轨道和环路的重复图案而形成。
[0080]销40可在操作人员选择的时间从环路切换到其相邻的细长轴向轨道，如现在将描述的那样，但还允许在每一环路上的两个配置之间重复循环，而不必在两个环路之间进行切换，直到操作人员选择这样做。销40还可从其相邻的细长轴向轨道之一进入环路，如现在将描述的那样。因此，装置可在不同的停用配置之间循环，其中在这两种配置下，外侧端口30关闭且不发生通过它们的流体连通;但在操作人员选择的时间，销和槽布置可切换成使销通过细长轴向轨道行进，并允许打开和关闭外侧端口 30。
[0081]孔5b中的流体压力通过在轴向方向上通过轴环12的轴向端口 12p连通到活塞20，由此在孔5b和在流管10和孔5b内表面之间的环形空间之间提供流体连通路径。活塞20的内表面和外表面在端口 25的上方和下方密封。因此，孔5b内的压力变化通过端口 12p传递到活塞20的上表面，从而使得活塞20响应于压力变化而轴向滑动移动，例如以便当压力足够高以克服弹簧力时压缩弹簧7。活塞围绕流管10的旋转通过销40在槽50内的约束来控制，其以凸轮的方式带动活塞。
[0082]图1示出了控制接头1的静止位置，在该静止位置，孔5b不受到压力，并且弹簧7沿着环形空间向上推动活塞20抵靠轴环12的下端部。约束活塞20防止进一步轴向移动的反作用力通常由轴环12承受;虽然如图1中所示销40处于活塞20外表面上的槽50的底部端部处，通常情况下，槽50的长度设计成使得保持活塞20的力由将轴环12在主体5内孔上固定在位置上的螺纹保持，并且销40可简单地设计成引导活塞20的旋转，而不是当压力高时还需要保持活塞20抵抗轴向移动。通常情况下，弹簧力相对较弱(在最小压缩下为约300ftlb(英尺镑)以及在最大压缩下为lOOOftlb)。当孔5b内的压力增加时，流体压力通过端口 12p传送，其将活塞20在环形空间内向下推动，如图2中所示。
[0083]如参照图8最佳看到的那样，销40在槽50的盲端轴向部分的下端部处在图8上的点P1处开始。当活塞20相对于固定销40开始向下移动时，销40沿着轴向部分的盲端轴向向上行进，并进入偏离部分ld，这当销40沿着逆时针方向通过偏离部分时导致活塞20相对于固定销40沿着顺时针方向旋转。另一轴向部分使得旋转停止，但引导活塞20的轴向移动，直到槽50进入另一偏离部分Id’，此时在顺时针方向上朝向槽的在位置P2处终止的另一盲端轴向部分行进，对应于图2中所示的槽40的位置。销40从第一盲端轴向孔、通过第一逆时针方向的偏离部分ld、通过第一轴向过渡部分到达第二偏离的顺时针方向的轨道Id’并最终通向在P2处的第二盲端轴向孔的轨道是槽50环路的第一轨道。
[0084]在图2中所示的位置，销40行进到环路中的第一轨道的在图8中所示的位置P2处终止的上端部。在该位置处，限制活塞防止进一步的轴向向上移动。因此，端口 25不与端口 11、30对齐，以及不发生流体循环。当孔5b内的流体压力减小时，例如，通过降低在表面上的栗的活动，弹簧7的力最终能够克服流体压力，并迫使活塞20向回沿着环形空间向上移动，以使得销40开始沿着槽50向下移动。从位置P2开始，其中如图2中所示销40位于槽50内，销40沿着盲端轴向槽向下行进，但不进入第一轨道Id’的偏离部分，而是进入环路的第二轨道或返回轨道的偏离部分2d内。环路的第二(或返回)轨道包括逆时针方向延伸的第一偏离部段2d、轴向部段以及第二偏离部段2d’，所述第二偏离部段2d’在顺时针方向上返回并与在P1处对应于第一轨道的盲端轴向部分会聚，其中销40在图1中在P1处开始其行程。假设活塞20继续向上移动，以使得销沿着第二返回轨道继续向下行进，销40将循环回到在P1处的起始位置，准备进行通过所述第一轨道的另一个循环。接头1可以这种方式在环路的两个轨道内重复地循环，对于任意数量的所需循环而言进行加压和减压，但不启用所述工具。这是有用的，因为通常情况下有必要不时地停止在表面处的栗，例如以便进行柱连接，以便增加另一立管，或者以便移除一个立管。因此，通过根据当前示例的设备，可在表面处启用和停用所述栗以便将任何数量的管长度添加到柱或从柱移除任何数量的管长度，而不会影响由接头1所控制的工具的启用或停用，其原因在于销简单地在环路的两个轨道内循环，其中槽的两个端部都对应于工具的停用配置。
[0085]上述的第一轨道和第二轨道构成环路，并允许销40根据需要多次循环通过环路，以便在表面处进行各种连接或断开连接，而不会启用或停用由接头1控制的井下工具。
[0086]当接头1准备打开循环端口30时，销40循环通过第一轨道从位置P1到达P2，如图1和图2之间的过渡所示，并在环路的返回或第二轨道上，销从环路切换到细长轴向轨道。这在环路的第二轨道上进行，并且具体地，在该示例中，当销40从第二轨道的第一偏离部分出现时且在其离开第二偏离轨道以便重新进入到对应于起始位置P1的第一轴向轨道之前进行。在第一偏离部分的端部和第二偏离部分的端部之间的该过渡区域P3中的某些点处，通常情况下通过在表面处切换或调节栗以使得套筒/活塞的移动方向反向，例如增加该栗的活动水平以便使得活塞20在环形空间内改变轴向方向。在该点P3处，活塞20不是在第一偏离部分的端部和第二偏离部分的端部之间的过渡区域中沿着第二轨道向下移动，而是开始在该环形空间内向下移动，并且销40相应地沿着槽50的过渡部分向上移动。在所述第二轨道的轴向部分的顶部处，所述第二轨道分支成Y形连接部，其一个分支分出以便形成第一环路中第二轨道的第一偏离部分，而另一分支(其通常与轴向部分轴向对准)通向细长轴向轨道。由于槽的几何形状，当销40沿着过渡部分向上移动时，其行进到细长轴向轨道内，并且不返回到环路的第二轨道的偏离部分2d内。因此，销40行进通过细长轴向轨道的偏离部段到达在对应于图4中所示的接头1位置的细长轴向轨道端部处的位置P4。在P4处的细长轴向轨道允许活塞20沿着环形空间向下的较长轴向行程，直到其降至最低而位于中间台阶6m上，所述中间台阶6m形成活塞止动台肩，且在该点处活塞20不能够再向下轴向移动。在同一点处，销40位于位置P4处，且如图4中所示处于槽的最顶部或其附近，但反作用于流体压力的作用力通常由台阶6m承受而不是完全由销40保持(尽管可能是这种情况)。在该位置P4处，端口 11、25和30轴向对准，从而允许在所述流管内孔之间的流体连通，通过流管端口 11、活塞端口 25，并通过主体端口 30，到达工具的