装置可在设置Pl和P2之间循环而无需从环路切换到细长轴向轨道。环形空间由于大孔端口 412p而快速注满，以及单向阀413基本上不限制环形空间的注满，以使得活塞相对快地向下移动(以及销向上移动通过所述环路的第一轨道到达位置P2)到图24中所示的活塞位置。
[0107]活塞沿着环形空间向上的返回移动(以及销沿着环路的第二 (返回)轨道向下的返回向下移动)如前所述经由小端口 416和泄放阀414控制。当最上面的活塞密封件通过小端口 416时，销刚好移动通过在环路和细长轴向轨道之间的Y形连接部，并且处于P3处的过渡区域内，准备从环路过渡到细长轴向轨道内。在该点处，活塞上的密封件覆盖小端口416，拒绝流体通路通过小端口416，以使得在环形空间中的流体只能通过轴环412中的小孔泄放阀414逸出。通过小孔泄放阀的流率比通过小孔416和端口412p的流动慢得多，以使得活塞420非常缓慢地移动，且销在过渡区域P3内保持一段较长的时间，这可通过操纵压差以及设置泄放阀来进行调节。通常的设置可允许销在位置P3下在第二 (返回)轨道的过渡区域内保持15秒至2分钟或更长的时间。如果需要可以停止表面处的栗，且如前所述可对柱进行改变。可通过止回阀413和端口412p注满环形空间，以便驱动活塞420沿着环形空间向下(以及使得销440沿着槽450向上到达位置P4)，这由于端口 412p和止回阀413的更大流动面积而可以快速地完成。接头405则处于图25中所示的配置下，其中扩孔器切割器419延伸，以及循环端口打开。接头405可如前面针对其它示例所述的那样被停用，当活塞420沿着环形空间向上运动时在弹簧417的力作用下使得所述切割器419向回缩回到工具的主体内。
[0108]现参照图27，以类似于图8的平面视图示出活塞520的替代性设计。活塞520的替代性设计具有槽550，其实际上是图8中所示槽50的镜像，且其通常以与具有如图8中所示槽50的活塞20相同的方式工作，除了活塞20和520在相反方向上旋转。活塞520的其它功能与前面针对其它示例所述的相同。活塞520通常结合单独的套筒，该套筒设有与在活塞20中所设置的端口 25类似的端口(未示出)。因此通常情况下活塞520不具有任何一体式的端口。
[0109]现在参照图28和图29，公开具有槽750的另一变型的活塞720的另一替代性设计。槽750具有交错布置的环路LI ’(尽管其可具有如针对槽650所述的两个以上环路)和细长轴向轨道L2’。在槽750中，环路LI’和细长轴向轨道L2’的盲端直线部分不平行于活塞720的轴线X-X，使得槽750的整体相对于所述轴线X-X偏离角度。图28和图29的配置彼此成镜像。因此，销在槽750中的行进使得活塞连续旋转，以及旋转的程度根据在槽750的每一部分处远离轴线X偏离的角度来变化。槽750在环路LI’和细长轴向轨道L2’中的直线盲端部分通常彼此平行，虽然这不是必须的。
[0110]在一个典型的示例中，结合到通常根据第一示例的在循环柱内的控制接头中的根据本发明的设备可按如下方式操作:
[0111]1.准备使得工具柱行进到孔内，在表面处的栗可以闲置，栗送0GPM/0PSI。销通常保持在位置PI内。
[0112]2.使得工具行进到预钻的孔内，同时使得表面栗以约100GPM运行，这通常对应于在钻头处约24PSI。销移动到位置P2。
[0113]3.在表面处添加后续的钻管组，而栗闲置，栗送OGPM/在钻头处0PSI。销从位置P2移动回到位置Pl(通过过渡区域P3)。将一组钻管添加到柱会花费约2分钟至5分钟的时间。
[0114]4.继续步骤2和步骤3，直到工具柱达到所需深度。
[0115]5.以来自表面处的栗的较高压力钻孔，通常约300+GPM，对应于在钻头处约225PSI。行进销移动到位置P2内，其中循环阀关闭。
[0116]6.在表面处添加另一组钻管，而栗闲置，0GPM、在钻头处OPSI下。行进销从位置P2移动回到位置PI (通过过渡区域P3)，再次添加一组钻管。
[0117]7.继续步骤5和步骤6，直到需要启用现有的工具，例如循环接头、扩孔器、稳定器等。
[0118]8.为了通过从环路切换到细长轴向轨道来启用工具，将表面栗处的流率增加到100+GPM，使得销移动到位置P2内，对应于在钻头处约24+PSI，然后流率降低到在表面处小于60GPM，或在钻头处约9PSI，或完全关闭表面栗约20秒至50秒。使得销移动到过渡区域(位置P3)。同时行进销穿越过渡区域P3，再次以100+GPM，钻头处24+PSI启动栗。这导致销从环路切换到细长轴向轨道，并移动到位置P4。在该位置，工具被启用。循环接头通常增加TFA，扩孔器通常情况下可使得切割面延伸，和/或稳定器通常情况可使得稳定垫延伸。
[0119]9.为了关闭工具，按照步骤8执行同样的方法。这次当压力减少时，销从位置P4移动到过渡区域P5，且在系统中增加流量之后，销将移动到对应于上述位置P2的位置P2’。
[0120]10.使用步骤8和步骤9中所述的方法可根据需要将工具启用和停用多次。
[0121]如步骤8中所提及的那样，为了启用工具，可将栗关闭20秒至50秒，但是这可针对不同的时间段进行调节。此外，根据需要可调节60GPM与9PSI。在本发明的范围内，栗送速率和压力值可以变化。
[0122]实施例允许在高压力和低压力(或打开和关闭)之间切换的工具构造，其中压力可降低(可选地降低到零)达特定的时间，之后可再次增加或施加压力，而工具处于启用配置下。其它实施例允许在高压力和低压力之间进行切换，其中压力降低到允许在停用的环路和启用的细长轴向轨道之间进行切换的特定值。
[0123]本发明还提供了用于井下控制器的销和槽布置的控制槽，其中所述槽包括至少一个环路和至少一个细长轴向轨道，所述至少一个环路配置成使得工具在不同的停用配置之间循环，并且所述至少一个细长轴向轨道配置成使得工具处于启用配置下。
[0124]因此槽的实施例提供处于关闭(OFF)配置下的至少一个环路和处于打开(ON)配置下的至少一个细长轴向轨道，并允许在至少一个环路和至少一个细长轴向轨道之间进行切换。
[0125]Pl、P2和廓形(profile)中其它位置的径向间距通常情况下可在本发明的范围内进行变化。一种廓形可具有位置Pl和P2，其与位置P4在周向上间隔开例如180度，但其它示例可具有不同的间距和/或更多对或更少对的环路。例如，可存在三对环路和细长轴向轨道，其处在围绕所述活塞的周边间隔开60°的相等位置上。还可能是间隔开不同角度的不同数量的廓形。
[0126]在所公开的示例中，位置Pl和P2不需要如示例中所示那样彼此轴向对准。位置Pl可选地围绕周边相对于位置P2位移，以及细长轴向轨道也可具有两个端部，这两个端部围绕周边相对于彼此位移，这将改变廓形的形状，但无需改变工具的功能。
[0127]图30至图33示出图16至图18控制接头的变型示例，类似的部件将被标记以相同的参考标号，但以“8”而非“2”开头，并且与较早示例共享的部件在此将不详细地描述，但读者可参考先前示例以得到本示例相应部件的结构和功能的解释说明。在图30至图33的当前示例中，活塞820、销840、弹簧807、轴环812、小端口 816、端口 812p、单向止回阀813以及泄放阀814通常情况下都与前述相同，但在一些实施例中，槽850通常情况下可具有在上端部处形成有长槽的每一环路和每一细长轴向轨道，而不是如附图所示在环路和细长轴向轨道之间交替的短槽和长槽。
[0128]主体805被分成阀接头(valvesub)805v，其由公母连接布置固定在活塞接头(piston sub)805p的下方。阀接头805v承载为翼片819形式的封闭构件，所述翼片819以类似于翼片219的方式封闭孔805b。翼片819固定到阀管815的端部，并随同阀管815移动。阀管815安装在阀活塞870的下端部上，所述阀活塞870同轴地安装到流管810的外表面上，并且可相对于流管810滑动，所述流管810固定到主体上，通常通过轴环812固定到主体上。可选地，轴环812可包括上部轴环812u和下部轴环8121，所述轴环沿流管间隔开，且通常例如通过焊接、螺纹连接等不可移动地连接到所述主体。轴环812u、8121通常将流管810定中于孔805b内以及将其轴向地固定到主体。下部轴环8121通常用作适于弹簧807的端部止挡部，所述弹簧807在下部轴环8121和活塞820的下端部之间进行压缩。
[0129]通过主体的端口 830通常与活塞850间隔开，且在该实施例中设置于阀接头805v上。通常情况下阀活塞870承载端口825，以及流管上的端口811也承载于阀接头SOSvRtJf活塞870在流管810上轴向滑动以便暴露和覆盖端口 811，并允许以及拒绝通过端口 830的连通。阀活塞870具有密封直径不同的活塞面积，以使得当经受压差时，其沿着孔805b向下朝向翼片819移动。此外，阀活塞由非常薄的阀致动器套筒817(在图30b中最佳可见)在相同的方向上推动，所述阀致动器套筒817位于流管810的上方，且可向下滑动以便推动阀管816的上端部。
[0130]此外，当前的示例包括可选的机构，用于当活塞沿着环形空间向下移动时限制弹簧行程，以使得销基本上起到旋转控制器的作用，且当其接近槽的端部时承载较少的轴向载荷，允许当前的示例在高压情况下使用而不会使得销过载。
[0131]行程限制机构包括分别安装到活塞850和下部轴环8121上的一对互嵌式上部套筒860u和下部套筒8601，其具有相对的互嵌式结构，所述互嵌式结构取决于结构860u、8601的相对旋转位置而允许不同程度的轴向行程。在当前示例中，互嵌式结构由边缘大致平行的指状部861u和8611提供，但是在不同实施例中确切的形状也可以变化。因为下部套筒8601固定到下部轴环上，所述下部轴环固定到主体上，因此下部指状部8611不旋转且不轴向平移。然而，上部套筒860u固定到可沿轴向移动和旋转的活塞850上，因此随同活塞850相对于固定的下部套筒旋转和平移。
[0132]因此，如图30b中所示，上部指状部可沿周向与下部指状部对准且与其间隔开，或如图31b中所示沿周向对准并抵靠下部指状部，以使得指状部的端部限制进一步的轴向行程，或如图32b中所示那样沿周向错开并互嵌，其中获得套筒860的最大轴向行程，或者如图33b中所示那样沿周向错开并轴向间隔开。因此在两个中间位置，所述活塞的最大轴向行程取决于指状部861在两个套筒上的相对旋转位置。当套筒860间隔开时指状部的相对旋转位置并不总是重要的；当套筒被压到一起时指状部邻接或互嵌，通常情况下这是很重要的，因为其允许或拒绝用于启用装置的额外轴向行程。
[0133]该示例的操作在其它方面类似于图16的示例;将压力施加到孔以沿着环形空间向下驱动活塞820，使得销840沿着槽向上对应于先前所述的位置Pl和P2移动。如前所述，所述装置可在设置Pl和P2之间重复循环，而无需从环路切换到相邻的细长轴向轨道，直到操作人员准备这样做。环形空间由于大孔端口 812p而快速注满，以及单向阀813基本上不限制环形空间的注满，以使得活塞相对快地向下移动(以及销向上移动通过所述环路的第一轨道)到图31中所示的位置。在该阶段下，指状部861u、8611彼此对准并邻接，通常情况下在销840达到短槽端部之前，这限制活塞820轴向行程的程度。这减小作用于销840上的力。
[0134]可选地，活塞可形成为所有上部槽具有相同尺寸，以及可仅仅通过套筒860限定在槽内的行程限制。
[0135]活塞820沿着环形空间向上返回的移动(以及销沿着环路的第二(返回)轨道向下的返回向下移动)要求在活塞上方的环形空间中的流体在活塞820向上移动之前从所述环形空间逸出。在环形空间内的流体不能通过止回阀813返回，且如之前那样，环形空间内的流体经由小端口 816按路线进入孔805b内。小端口的合并的流动面积相对较大，以及活塞820的初始向上移动是迅速的，因为流体主要通过小端口 816排出。当最上面的活塞密封件通过小端口816时，销刚好移动通过在环路和细长轴向轨道之间的Y形连接部，并且处于过渡区域内，准备从环路过渡到细长轴向轨道内(如果需要)。在该点处，活塞上的密封件覆盖小端口816，拒绝流体通路通过小端口816，以使得在环形空间中的流体只能通过轴环812中的小孔泄放阀814逸出。通过小孔泄放阀814的流率比通过小端口 816和端口 812p的流动慢得多，以使得活塞820非常缓慢地移动，且销在过渡区域P3内保持一段较长的时间，这可通过操纵压差以及设置泄放阀来进行调节。通常的设置可允许销在第二 (返回)轨道的过渡区域内保持15秒至2分钟(例如)或更长的时间。如果需要可以停止表面处的栗，且如前所述可对柱进行改变。当销840在(停用)环路内循环时，如图30和图31中所示，指状部对准，因此上部指状部861u总是与阀致动器套筒817间隔开，所以阀从不致动。
[0136]当操作人员决定切换轨道并启用所述装置时，当销处于过渡区域内时，可通过止回阀813和端口812p再次注满环形空间，以便驱动活塞820沿着环形空间向下(以及使得销840沿着槽850向上)到达图32b中所示的位置，其等同于位置P4，这由于端口 812p和止回阀813的更大流动面积而可以快速地完成。应该注意到作为活塞820旋转的结果，位于上部套筒860u上的指状部861u不再与位于下部套筒8601上的指状部8611对准，因此两组指状部861可互嵌，允许上部销861u接合薄的阀致动器套筒817，并将其向下推动到图32b中所示的位置。这使得整个阀活塞870和阀管815向下朝向翼片819滑动，其压缩弹簧以迫使阀活塞870沿着孔向上朝向活塞820移动。
[0137]因此在启用位置，当施加压力时，活塞820使得所附接的上部套筒860u沿着流管的外表面向下移动。当位于上部套筒上的互嵌式指状部在位于下部套筒8601上的指状部之间滑动时，它们接合薄的阀致动器套筒817(在下部套筒8601的下面)的上端部。阀致动器套筒附接到阀活塞870，且当沿着流管向下推动其时，这将沿着流管的外表面向下推动阀活塞，直到阀活塞内表面上的密封件经过在流管上的端口 811下方，这允许从表面栗送的高流体压力通过流管的孔通过端口 811以及处于阀活塞870的密封区域的后面。阀活塞870的外表面也抵靠阀接头805v的内表面密封，并且打开通过流管的端口 811将在阀活塞870的密封的内部区域和外部区域的不同直径之间形成差异，由此克服弹簧的力迫使所述阀活塞870沿着孔805b向下移动，所述弹簧在位于阀活塞870上的台阶和固定到阀体805v上的轴环之间保持压缩。在由压差形成的力的作用下，阀活塞870相对于上部控制活塞820且独立于上部控制活塞820向下移动，且其具有的行程并不限制于活塞820的行程。当由压差所形成的力降低到低于压缩弹簧的力时，弹簧力使得阀活塞870返回到初始位置，其中端口 811密封。可选地，上部控制活塞820可停止在孔内移动，以及阀活塞870可独自行进以便关闭翼片并将端口830和825对准，但是在一些实施例中，两个活塞将通常一起行进以便提供用于关闭翼片的更大的力。阀活塞870的密封区域下方的环形空间(其通常是密封的)通常处于环境压力下，且通常具有通过阀接头870壁的小端口，以便将环形空间区域连接到工具的外部，这降低了液压锁定阀活塞的风险。当在系统中不存在压力时，阀活塞870通常情况下处于图33a所示的关闭位置，其中弹簧在轴环和阀活塞870上的台阶之间扩展，抵靠在阀接头805v顶部处的销上的内侧台肩来驱动阀活塞870，该内侧台肩充当活塞止动部。
[0138]一旦阀活塞870向下移动到足以将阀活塞870上的端口 825和流管上的端口 811对准，来自孔805b中流体压力的力则被传递到所述阀活塞870上，并且所述阀活塞870由液压的较大力在阀接头805v内被迫向下移动。因此，由致动器套筒817传递以便允许将流体压力施加到阀活塞870的初始动力可相对小，以及相关联的组件可以更轻且更简单。此外，关闭阀的力由此可布置成直接作用于阀活塞上，以便允许高效的力传递和高的关闭力。通常情况下，通过阀接头的壁进入到活塞区域内的小端口降低了液压锁定阀活塞870的风险。
[0139]喷射端口830允许来自孔805b的流体在高压下再循环，同时孔在下面通过翼片封闭，从而引导所有的孔流体通过所述喷射端口。喷射端口830与活塞820间隔开意味着槽850可与通过孔805