用於井孔中可膨脹管件的環形隔離裝置的製作方法

2023-05-12 10:49:41 2

專利名稱：用於井孔中可膨脹管件的環形隔離裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隔離在井孔和井孔壁中的管件之間的環面的設備。更具體地說，本發明涉及一種用於在管件和井孔壁之間的環面上的適當位置上形成環形隔離裝置的方法和設備。
背景技術：
眾所周知，油氣井除了穿過人們感興趣的石油和/或天然氣地帶之外，還要穿過許多其它的地帶。這些地帶中有些可能是有水的區域。因此需要在這些區域防止水進入到開採的石油和天然氣中。其中通過同一井孔，多個石油和/或天然氣地帶會有滲透，為了最大效率的生產，需要隔離這些地帶，從而可以對各地帶的生產進行分別控制。採用外部封隔裝置提供環形密封或隔離物在成品管道和井筒之間以便可以對各地帶進行隔離。
最普遍採用的方法是在石油和天然氣井中採用完全開口的井孔。在這些井中，只有標準的套筒用粘結劑與井孔的上部粘結，但其並不穿過開採地帶。然後，管道從井孔中有套筒部分的底部一直延伸到各開採地帶。如上所述，例如，這些地帶中有些可能是必須與任何開採到的碳氫化合物相隔離的水域地帶。各開採地帶通常具有不同的自然壓力，並必須相互隔離以防止各地帶中有流動，並能在低壓區域進行開採。
在斜孔井中採用完全開口的井孔特別有用。在這些井中，井筒有可能偏離，並能穿過開採地帶水平延伸出幾千英尺。因此經常需要在水平的成品管道長度上提供環形隔離裝置，以便可以從開採地帶的不同部分有選擇地進行開採或進行隔離。
在完全開口的井孔中，通常要採用各種措施防止井孔壁倒塌或砂石從地層中流進成品管道。通常的方法是採用砂礫密封圈和砂粒分隔屏來防止倒塌和砂石流動。更現代的技術包括使用可膨脹實心或有孔管道和/或可膨脹砂粒分隔屏。這些種類的管件可以進入沒有套筒的井孔中，並在其到達合適位置後進行膨脹。可以通過採用可膨脹囊狀物或通過在管件上拉或推膨脹錐形物進行膨脹。已膨脹管道和分隔屏需要減少管件和井孔壁之間的環面，或實際與井孔壁接觸，以提供機械支撐和約束，或防止在成品管道外面形成環流。然而在許多情況中，由於不規則的井孔壁和完全疏鬆地層，已膨脹管道和分隔屏將不能防止在井孔中出現環流。為此，如上所述環形隔離裝置典型地需要能夠阻止環流。
對於這種完全開口的井孔中，採用傳統的外部封隔裝置會出現許多問題。它們與內部的套筒封隔裝置相比很不可靠，其可能需要附加裝置用於設置堵塞物使粘合劑轉向進入密包封置中，並且它們不能與完全膨脹的隔離屏相兼容。
通過在可膨脹管道和隔離屏上放置橡膠套管，盡力在完全開口的井孔中形成環形隔離裝置，然後使管道膨脹以用於壓住橡膠套管使其與井孔壁相接觸。主要由於實際的井孔形狀和直徑的變化和未知，這些努力獲得的成效有限。由於套管的厚度要加上整個管道的直徑，套管的厚度必定有限，其必須限定到能使管道進入井孔中。最大尺寸同樣也必須限定到可以使管道能夠在標稱或甚至尺寸過小的井孔中進行膨脹。在衝垮的或尺寸過大的井孔中，一般管道的膨脹不可能使橡膠套管能夠足夠膨脹到與井孔壁相接觸，並形成密封。為了在不同尺寸的井孔中形成環形密封或隔離裝置，需要成功地使用可調或可變的膨脹工具。然而採用這種可變工具很難在橡膠上獲得很大應力，並且這種類型的膨脹可以產生與井孔形狀相符的管道內表面，並且直徑並不完全一致。
在敞開的井孔中，特別是在水平的井孔中需要提供用於安裝環形隔離裝置的設備和方法，當安裝在井孔中時，其可以安裝在管件上，並可以在成品管道和敞開的井孔壁之間提供很好的密封。

發明內容
本發明提供一種可以安裝在管道上或管道中的設備，其在井筒中延伸並且在管道和井孔之間展開形成環形隔離裝置。在優選形式中，管道是可膨脹管道，並且由於管道膨脹的結果或隨著管道一起膨脹時，環形隔離裝置可以受到激勵或展開。在一具體實施方式
中，當其安裝在井孔中時，環形隔離裝置形成材料位於管道中具有的間隔室中，並且隨著管道膨脹，可以從間隔室中擠出用以形成環形隔離裝置。環形隔離裝置形成材料可以放置在管道和井孔壁之間的環面中，其中由於材料本身固有的粘性，或者將材料在環面中適當的位置上轉化成具有粘性、半固體的或固體材料的化學反應的結果，其可以用作環形隔離裝置。該材料可以包括幾種能相互反應的化學成分，或者是同樣也能與周圍液體發生反應，用以形成環形隔離裝置的單一或多種的化學成分。
在另一形式中，本發明包括設置在管道部分外部的可膨脹件。上述任何一個環形隔離裝置形成材料可以流入可膨脹件中，以便使其膨脹並形成環形隔離裝置。在本發明的一個形式中，可膨脹件包括可以在壓力逐漸增多的條件下，進行膨脹的多個部分。在最低壓力下進行膨脹的部分可以設計成能夠膨脹用以填充最大預期環面，而其他部分只在低壓部分與井孔壁接觸之後進行膨脹。可膨脹件可以與在間隔室中管道具有的材料一起膨脹，並且由於管道膨脹的結果，管道中的材料能夠從間隔室中擠出到膨脹件中。其同樣也可以與通過抽吸到管道本身中的材料或通過位於管道中的工作線一起膨脹。
在本發明的另一形式中，當其安裝在井孔中，並隨管道的膨脹而展開以用作環形隔離裝置時，環形隔離裝置形成材料可以是可膨脹管道上的彈性套管、帶狀物或環形物。在一種形式中，一個或優選多個環形物具有在管道膨脹之後，用於形成與最大井孔尺寸進行緊密液體密封的可選徑向、軸向尺寸和形狀，或當管道在最小尺寸的井孔中膨脹而沒有超過最大允許應力後形成密封。在其他形式中，當安裝在管道中用於進入到其徑向尺寸先於或隨著管道膨脹而增加的井孔中時，套管具有徑向減小的尺寸。在一種形式中，當安裝在管道中時，套管軸向延伸，並且在管道安裝期間，通過滑動環可以將其固定在適當位置。當管道膨脹時，環鬆開，並且可以使得套管回到其原有的徑向尺寸。在另一形式中，移動環由膨脹錐形物驅動，以便軸向壓縮彈性套管並且增加其徑向尺寸。兩種機構都可以用於同一彈性套管上。在另一形式中，套管設計成可以自身摺疊或由於軸向壓縮，摺疊成圓周方向具有波紋的形狀，從而增加其徑向尺寸。這些成對的彈性套管、帶狀物或環形物可以用於隔離環面的一部分，在其中管道中具有或通過管道或工作線傳送到井孔中的環形隔離裝置形成材料可以如上所述進行放置。
雖然本發明的具體實施方式
是想要在管道膨脹的同時，用固定的膨脹錐形工具生成環形隔離裝置，但也同樣可以使用其他的膨脹件，以便產生良好的效果。可膨脹囊狀物可以用於進行主要膨脹，或用於使具有包括彈性套管、帶狀物或環形物的環形隔離裝置形成材料的管道部分進行過度膨脹。通過管道或工作線所施加的內部壓力可以用於使所選的管道部分過度膨脹。所選管道部分的軸向壓縮可以用於輔助這種所選管道部分的過度膨脹。最後，本領域的技術人員也將同樣認識到所述的一些具體方式將會起作用，甚至當將其用於與沒有膨脹和/或被包封的井孔中的一部分的管道相結合時，也能提供許多優點。


圖1是根據本發明的在具有開口井孔的陸地上的井孔和許多環形隔離裝置的截面圖；圖2是顯示在管道的外表面上具有彈性環形物或帶狀物的完全開口井孔中的可膨脹管道的截面圖；圖3是顯示在可膨脹管道的外表面上的彈性套管的截面圖，在將管道安裝在井孔中時，彈性套管可以預延伸以減少其厚度；圖4是顯示在由膨脹錐狀物鬆開預延伸的套管之後，圖3的具體實施方式
的截面圖；圖5是顯示使用可調膨脹錐狀物將可膨脹管道和彈性套管膨脹延伸到開口井孔中的擴大部分，以便形成環形隔離裝置；圖6和圖7是顯示包括在管道膨脹，以便在井孔的擴大部分形成環形隔離裝置之前，可以摺疊的可膨脹管道外表面上的彈性套管的具體實施方式
的截面圖；圖8和圖9是顯示用於將圖6和圖7的彈性套管固定在適當位置上的閉鎖機構的截面圖；
圖10是顯示在其外表面上的基體中，具有用於在井孔中安裝的可反應化學物的可膨脹管道的截面圖；圖11是顯示在直徑減少的部分中，具有用於在井孔中安裝的可反應化學物的可膨脹管道的截面圖；圖12是顯示在直徑減少的部分裝有液體，並且由具有安全閥的可膨脹套管覆蓋的可膨脹管道的截面圖；圖13是顯示具有裝有液體的直徑減少、有波紋的部分，並且由具有安全閥的可膨脹套管覆蓋的可膨脹管道的截面圖；圖14是顯示有波紋的可膨脹管道和環形隔離裝置形成材料的位置的圖13的具體實施方式
的截面圖；圖15是顯示具有在可膨脹管道上的凹槽中的環形隔離裝置形成液體，並當管道膨脹時，安排成可以使彈性套管膨脹的本發明的另一具體實施方式
的部分截面圖；圖16是顯示當可膨脹管道已經膨脹之後的圖14的具體實施方式
中的情況；圖17、18和19是顯示具有可以膨脹作為管道膨脹過程的一部分的彈性套管的可膨脹管道組件的截面圖；圖20是顯示圖17、18和19的具體實施方式
的可選形式的截面圖；圖21、22和23是顯示具有可以裝在可膨脹的管道上，並由於管道膨脹的結果，可以鬆開以形成環形隔離裝置的嵌入式彈簧的彈性套管的截面圖；圖24和25是顯示具有可膨脹囊狀物以及由彈簧加載活塞驅動，以用於使囊狀物膨脹作為管道膨脹的一部分的兩個部分化學系統的可膨脹管道；圖26是顯示具有已壓縮泡沫材料套管的可膨脹管道的部分截面圖，其通過管道膨脹時，通過鬆開的格柵，壓縮泡沫材料套管可以固定在適當的位置上；圖27是顯示具有通過化學反應驅動由管道膨脹進行初始化的活塞使其膨脹的套管的可膨脹管道的截面圖；圖28和29是顯示具有當管道膨脹時，可以通過膨脹形成一個容器的摺疊板的可膨脹管道的截面圖；圖30是顯示具有裝有環形隔離裝置形成材料的內部空間的可膨脹管道的截面圖，當膨脹錐形物穿過可膨脹管道時，可以迫使該材料進入外部的可膨脹套管中；圖31是顯示在有凹槽的部分和膨脹線上具有可膨脹橡膠囊狀物，以便在使膨脹錐形物穿過管道的直徑減小部分之前，用從表面抽取的液體充滿橡膠囊狀物的可膨脹管道的截面圖；圖32是顯示具有彈性套管以及採用從表面抽取的壓力液體，用於使管道膨脹以便與井孔接觸的膨脹工具的可膨脹管道的截面圖；圖33和34是顯示使用軸向載荷和內壓力，引起可膨脹管道膨脹並且外套管與井孔壁接觸，以便形成環形隔離裝置的系統的截面圖；圖35是顯示已膨脹管道和用於將環形隔離裝置形成材料放置在已膨脹管道和井孔壁之間的環面中的注入工具的截面圖；圖36是顯示用於預膨脹如圖6-9所示類型的一種外部安裝的彈性套管的可選系統的截面圖；圖37是顯示用於預先膨脹如圖6-9所示類型的一種外部安裝的彈性體套管的另一系統的截面圖；圖38、39、40和41是顯示具有可以在不同的內壓力下進行膨脹的多個部分的外套管的展開圖；圖42是顯示在環面上具有穿過可膨脹隔離裝置的導管的具體實施方式
的截面圖；圖43是更詳細地顯示圖42的一部分；圖44是顯示位於環面中，並且旁路通過可膨脹隔離元件的一對導管；圖45是顯示可以用於形成環形隔離裝置，在圓周方向上具有波紋的彈性套管。
具體實施例方式
這裡所用的術語「環形隔離裝置」是指可以在井中的管件和井孔壁或套筒之間的環面上阻塞或防止液體從隔離裝置的一側流動到另一側的材料或機構或是材料和機構的結合。環形隔離裝置作為在環面兩個部分之間的承壓密包封置。由於環形隔離裝置必須阻塞在環形空間中的流動，它們可以具有與管道件外表面緊密液體接觸的內徑，和與井孔壁或套筒的內壁緊密液體接觸的外徑的環形或管狀形式。如果其可以膨脹到與井孔壁密切接觸從而去除環面，那麼環形隔離裝置可以通過管道本身形成。隔離裝置可以沿井孔延伸到一定的長度。在有些情況中，如下所述，導管可以設置在環面中穿過或繞過環形隔離裝置，以便可以控制某些材料例如液壓液體流入或流出井孔。
這裡所用的術語「有孔的」，例如有孔管道或有孔襯墊，是指具有穿過其的孔和開口。孔可以具有任何形狀，例如圓形、矩形、槽形等。這個術語並不是要限定孔的形成方式，即不需要通過打孔或孔的設置來對孔進行加工。
現參照圖1，所提供的是在其中採用根據本發明的環形隔離裝置的採油井的一個具體實例。在圖1中，井孔10是從陸地12的表面往下鑽，井孔10的上部具有套筒14，其可以通過粘合劑16與井孔10密封。在井孔10的套筒部分下面是向下延伸，然後橫向穿過各種陸地地層的開口井孔部分18。例如，井孔18可以穿過水域地帶20、頁巖層21、有油地帶22、非開採地帶23以及進入另一有油地帶24。如圖1所示，開口井孔18是傾斜的，這樣其以不同的角度穿過地帶20-24，並且可以幾乎水平地穿過有油地帶24。斜孔或水平鑽孔的技術可以使得這些井能夠從井的表面位置橫向鑽出幾千英尺，如果需要，可使這些井停留在一個單獨的地帶內。由於有油地帶一般並非水平的，所以在跟隨有油地帶的油井很少有完全水平的。
管道26放置在從套筒14的低端向下延伸穿過開口井孔18。在其上端，管道26通過環形隔離裝置28與套筒14密封。另一環形隔離裝置29密封在頁巖層21中的管道26和開口井孔18的壁面之間的環面。可以看出隔離裝置28和29阻止液體在水域地帶20中環形流動，並因而防止開採到水域地帶20中的水。在有油地帶22中，管道26具有有孔部分30。部分30可以是有孔襯墊，並且可以典型地在其外圓周上裝有防砂屏或過濾器。一對隔離裝置31防止到或穿過非開採地帶23的環流。如果需要，隔離裝置31可以是完全延伸穿過非開採地帶23的單獨隔離裝置。隔離裝置29和隔離裝置31的結合可以使得從有油地帶22中開採的油進入到可選擇性控制的有孔部分30中，從而防止開採到的液體通過環面流入到井孔18的其他部分。在有油地帶24中，圖示的管道26具有兩個有孔部分32和33。部分32和33上可以打有孔，並且可以典型地在其外圓周上裝有防砂屏或過濾器。環形隔離裝置36和38可以設置用於密封管道26和開口井孔18的壁面之間的環面。隔離裝置31、36和38可以分別控制油流入有孔部分32和33，並且可以防止開採到的液體環流到井孔18的其他部分。開口井孔18的水平部分可以穿過有油地帶24延伸幾千英尺。管道26可以同樣在有油地帶24內部延伸幾千英尺，並且可以包括由許多諸如隔離裝置36和38的環形隔離裝置分隔開的許多有孔部分，從而將地帶24分隔成可控制開採的多個區域。
管道26通常包括可膨脹的管狀部分。管道26的實心部分以及有孔部分32和33現在都使可以經常膨脹的。採用可膨脹管道具有許多優點。安裝時，管道具有減小的尺寸，其可以很容易地安裝在偏移的、傾斜的或水平的井孔中。膨脹時，實心的或有孔的管道和隔離屏，可以設置用於支撐沒有裝套筒的井孔，同時可以屏蔽和過濾掉砂子以及其他開採到有可能損壞管道的固體材料。膨脹後，管道的內徑增加，可以改善液體在管道中的流動。因為對可以膨脹的可膨脹管道26有限制，並且井孔壁面不規則，並可能在開採過程中，實際改變形狀，僅採用包括有可膨脹的有孔部分和隔離屏32和33的可膨脹管道26不可能完全阻止環流。為了獲得所需的流動控制，需要有環形隔離物或隔離裝置36和38。由於包括需要安裝，並能操作這些封隔裝置的結構件不能沿管道線26進行膨脹的各種原因，可以發現諸如可膨脹封隔裝置之類的典型環形隔離裝置與圖1所示的生產安裝的類型不相兼容。
參照圖2，提供一種用於安裝諸如圖1所示的元件36和38之類的環形隔離裝置的改進系統和方法。在圖2中，顯示有位於開口井孔40中的管道42。在圖2的右側，顯示的是管道未膨脹的狀態，並且其外表面具有彈性材料的環形物或帶狀物44，例如橡膠。在這種具體實施方式
中，環44具有相當短的軸向尺寸，即沿管道42的軸向長度上的長度，但具有相當長的徑向尺寸，即從管道中朝井孔壁40在徑向延伸的距離。優選地，如圖所示，這些環形物的徑向具有錐形，以便在與管道的外表面結合的部分具有較長的軸向尺寸，而在首先與井孔壁相接觸的端部具有較短的軸向尺寸。當在井孔中延伸時，管道42具有環44和相似的環46，其共同形成諸如圖1中的隔離裝置36一樣的單獨環形隔離裝置。環44和46可以採用在位於管道42周圍的模具中澆鑄的方法安裝在管道42上。管道同樣也可以由在環44和46之間的連續彈性套管覆蓋，其同樣也可以採用相同的澆鑄和固化過程而形成。同樣如圖2所示，將膨脹錐形物48如箭頭50所示從左側推入管道42中。當錐形物從左到右穿過管道時，管道可以膨脹到與52處一樣的較大直徑。當膨脹錐形物穿過環46時，可以迫使環46與井孔40接觸。由於總體積保持不變，管道52的膨脹可以減小環46的徑向尺寸並增大其軸向尺寸。換句話說，環46在膨脹的管道52和井孔40之間的環面上部分軸向伸展。當膨脹錐形物48穿過環44時，其同樣也會膨脹到與井孔40相接觸。圖1中的各環形隔離裝置36和38可以包括兩個或更多個，如圖2所示，安裝在可膨脹管道上的橡膠環形物44和46。
同樣，如圖2所示的是沿管道42的外表面延伸，並穿過環44和46的導管45。經常需要的是在完好的井中可以從地表面提供控制線、信號線、電源線等到井下的設備上。這些線可以是用於將信號從井下傳上或傳下，或發送控制信號到井下並且從井下將壓力和溫度傳感器信號傳到井上的銅線或其他導線。光纖也同樣可以用於將信號傳輸到井下或井上。這些線可以是用於給井下的液壓閥和電機等提供液壓動力的液壓線。液壓線也同樣可以給井下的設備提供控制信號。導管45同樣也可以是用於井下環境的其他類型的線，例如化學噴射線。通常優選地是將這些線布置在管道外面，而不是在管道中心的生產流路通道上。如圖所示，在用環44和46保持環面隔離的同時，這些線可以布置成穿過環44和46。
圖2的具體實施方式
解決了現有技術裝置中的一些問題。這種裝置已經包括在可膨脹的隔離屏外部上的相當薄，沿管道軸向延伸一段實質性距離的橡膠套管。在開口井孔的擴大部分中，這種套管典型地與井孔不接觸，並因此不會形成有效的環形隔離裝置。在井中堅固的地層中，這種現有技術的套管可以在可膨脹管道完全延伸，並在延伸的過程中產生過大力之前與井孔壁相接觸。由於其軸向的長度，在環面上軸向擠壓或流動這種套管所需要的力不可能由膨脹工具產生，並且如果可能的話，也將會損壞井孔或管道。
在圖2的具體實施方式
中，環44和46具有可選擇用以滿足一些要求的徑向和軸向尺寸。一個要求是環形物要以足夠的應力與井孔壁相接觸，以便與井孔壁相符合，並可作為有效的環形隔離裝置。環的徑向尺寸或高度可以選擇成比在已膨脹管道和最大要求井孔之間的環面寬度要大些。因此，由於管道膨脹的結果，環可以在環面上徑向壓縮並軸向膨脹。通過選擇合適的彈性材料，以及相對於徑向尺寸的環的軸向長度，可以產生最小應力，用以給井孔壁提供密封。
另一個要求是避免由於過應力而對環44和46產生的損壞。當管道在具有標稱直徑或小於標稱直徑的井孔中膨脹時，有可能出現過應力。這種過應力可能會損壞井孔壁，也就是由於過應力並壓垮井孔壁的地層。在有些情況中，對井孔壁的一些壓縮是可以接受的，或甚至是需要的。在膨脹工具穿過這些環之後，過應力同樣也可能引起管道的倒塌或壓縮。也就是說，當膨脹工具穿過或離開管道之後，在彈性環上的應力可以足夠到減少管道直徑。過應力可能損壞或停止膨脹工具本身的運動。也就是說，應力可能要比從給定的膨脹工具上獲得的那些力要大些。
當管道在最小直徑的井孔中膨脹時，這些彈性環一定會在內應力的作用下軸向膨脹，該內應力小於會引起井孔壁、管道或膨脹工具損壞的應力水平。如上所述，這些環的徑向尺寸是可選擇的。基於任何給定的徑向尺寸以及所選彈性體的特性，可以選擇這些環的軸向尺寸，以便可使在最小要求井孔中的管道能夠膨脹而不會產生過應力。軸向尺寸越小，使彈性環從原有的徑向尺寸徑向壓縮到在膨脹的管道和最小要求的井孔之間的環面厚度所需的力也越小。
環44和46的錐形可以滿足要求。從上述中明顯可知，徑向壓縮環44和46所需力的大小與這些環的軸向長度有關。具有如圖2所示的錐形(或如圖10和11所示的錐形)，這些環不會具有單一的軸向尺寸，而是具有一系列的軸向尺寸範圍。最短的軸向尺寸是在最先與井孔壁接觸的外圓周上。因此，在外圓周上引起徑向壓縮和軸向膨脹所需的力最小。也就是說，當管道膨脹時，可使最先與井孔壁面接觸的環開始有效地變形。這將有助於確保環與井孔壁面相符合。採用其他諸如半球形或拋物線形的截面形狀的環44和46也可以獲得相同的效果。
優選地，根據圖具體實施方式
的環形隔離裝置包括兩個或多個圖示的環44和46。同樣優選地是當這些環徑向壓縮時，可以選擇這些環的軸向尺寸，使得彈性體可以進行環形膨脹或擠壓。當然，這可以假定能使彈性體在提供的環形空間中不受限制的膨脹。如果相鄰的環間隔太近，當其在環面上軸向延伸時，有可能相互接觸。當發生這種接觸時，用於進一步進行徑向壓縮所需的力可能實質性地增加。因此優選地，相鄰的環必須具有足夠的間隔，以便可以至少在最小尺寸的井孔中進行不受限制的環形膨脹。由於諸如橡膠的彈性體本質上是不可壓縮的，所以必須提供足夠的環形空間用以容納可以通過這些環的最大徑向壓縮而軸向伸展的彈性材料的體積。如上所述，當圖示的具體實施方式
顯示在兩個環之間存在有彈性材料時，也同樣可能在兩個環之間存在有徑向較短的連接套管部分。甚至在這種情況下，還可以實現設計，以便在兩個環之間的套管部分的上方提供容量(空間)用於容納所需的膨脹。
參照圖3和圖4，顯示的是外環形隔離裝置的另一具體實施方式
。在圖3中，顯示出未膨脹的可膨脹管件54的一部分。在可膨脹管道件54的外部具有預先伸長的彈性套管56。套管56已經軸向延伸以增加其軸向尺寸，並且從不受外力作用時其所具有的尺寸上減小其徑向尺寸。套管56的一端安裝在通過焊接永久性地安裝在可膨脹管道件54的外表面的環58上，或可以通過如下所述的粘接或摺皺的方法使其進行可鬆開地安裝。在彈性套管56的另一端安裝有保存在可膨脹管道件54的凹槽62中的滑動環60。在圖4中，所示的彈性套管56是處在不受拉伸力作用的松馳或未拉伸的情況下。在圖4中，用力迫使膨脹錐形物64從左側進入可膨脹管道件54中，並且穿過鎖緊凹槽62。正是這樣，具有凹槽62的可膨脹管道件54可以膨脹到最終的膨脹尺寸。當這發生時，可以將滑動環60鬆開，並且可以使彈性套管56回到其未拉伸的尺寸。
如上所述，可膨脹管道需要儘可能地減少在管道和井孔壁面之間的環面。管道只可能膨脹有限的，沒有破裂的量，因此，當管道進入井孔中時，其需要在未膨脹的情況下具有最大可能的直徑。也就是說，膨脹前，管道越大，膨脹後，其也越大。安裝在管道外的部件在管道進入到井孔中時，可以增加管道的外徑。整個外徑的尺寸大小必須可以使管道能進入到井孔中。外徑是實際管道直徑加上任何一個外部件的厚度或徑向尺寸的總和。外部件可以有效地減少實際可膨脹管道件的容許直徑。
在圖3和4的具體實施方式
中，通過使彈性套管56預先拉伸到如圖3所示的形狀，可膨脹管道件54的總直徑可以當其進入到井孔中時減少。套管56的徑向尺寸減少可以使可膨脹管道件54具有較大的未膨脹直徑。當管道如圖4所示膨脹時，套管56可以回到原有的形狀，在那兒其可以進一步在可膨脹管道件54上徑向延伸。結果，當膨脹錐形物64從彈性套管56下面穿過時，將會在較大的井孔或不規則的井孔中形成環形隔離裝置。套管56的鬆弛形狀可以根據最大要求的直徑進行選擇，這樣當管道膨脹時，套管將與井孔壁相接觸，並且由於足夠的內應力而徑向壓縮，以便與井孔壁形成良好的密封。當徑向壓縮時，由於彈性體的體積保持不變，套管56將會沿環面軸向膨脹或擠壓到一定程度。
圖3和4中環形隔離裝置可能位於適當井孔中，該井孔的尺寸有可能是標稱鑽孔尺寸或甚至由於與井孔液體接觸的井孔壁膨脹，該尺寸並不夠大。在這種情況中，當管道54膨脹之前，套管56的鬆弛厚度足夠與井孔壁57相接觸。當膨脹錐形物64從彈性套管56下穿過時，還需要進一步軸向膨脹或擠壓以避免過大的應力。卸壓可以通過兩種方法中的任意一種。可以採用滑動環60，這樣當膨脹之後，其能在預選擇的力作用下在已膨脹管道54上滑動。可選擇地是，通過打褶或相似的、可以釋放，並在大於預選擇的力的軸向力的作用下進行有限運動的連接可以將環58安裝在管道54上。在任何一種情況中，通過在套管56下的管道54的膨脹產生的最大的力可能有限，同時需要在套管56上保持足夠的應力，以獲得與井孔壁的良好密封。如果環58用作卸壓裝置，需要提供鎖緊機構以防止在膨脹錐形物64穿過環58之後還進一步的滑動。鎖緊裝置可以是一個或多個在環58上的滑動型鋸齒59，當管道在環58下膨脹時，其可以卡緊管道54。也可採用其他機構，以獲得有限的壓力釋放，同時在已壓縮的套管56上保持足夠的應力以便與井孔保持良好的密封。
在圖5中，顯示的是部分膨脹的可膨脹管道部分66。部分66在其外圓周上安裝有固定的彈性套管68和70。在示圖中，所示的井孔壁72在彈性套管70的位置處具有擴大部分74。在該具體實施方式
中，可以利用可調節或可變直徑的膨脹錐形物76使管道66膨脹。當管道66在擴大部分74區域中膨脹時，錐形物76的直徑增加，以使管道66過度膨脹，從而引起彈性套管70與井孔壁在區域74中進行緊密的接觸。在沒有擴大的井孔壁72的區域75中，套管68將會與正常膨脹的管道66相接觸。可變膨脹錐形物76可以與諸如圖2的錐形物48或圖4的錐形物64之類的固定膨脹錐形物一起工作。兩種錐形物可以安裝在一個膨脹工具線上，或者可調節錐形物可以安裝在管道的開孔處，當其到達管線的端部時，可以用膨脹工具將其安裝或取出。管道、隔離屏等膨脹之後，通過固定錐形物，可變錐形物76可用於進一步膨脹外套管70的部分，從而確保與井孔的密封。這樣可以單程進入井孔中。例如，當工具向下進入到井孔中時，固定錐形物可以在整個管道中膨脹延伸，並且當工具向上回到井孔外時，可調錐形物能夠在所需的位置上展開。
圖6、7和8是顯示在管道膨脹之前，具有增加的可變徑向尺寸的外彈性套管的另一具體實施方式
。在圖6和7中，為使管道進入井孔中，所示的彈性套管80位於其安裝的位置上。套管80的一端與在管道78上的固定環82相連接。環82可以使套管80固定在適當的位置上。滑動環84與套管80的另一端相連接。彈性套管80上在86處有槽口或凹槽以用於產生鉸鏈或彎曲部分。
在圖6和7的左側顯示出的第二套管88具有兩個展開行程。當管道78進入到井孔中時，套管88實質上與套管80相同。在圖6中，膨脹工具90移動到管道78的左側，並且使管道78的一部分膨脹到與套管88的左端相連接的滑動環92上。當管道78的膨脹部分與環92相接觸時，將環推到右邊，並使套管88摺疊成圖示的可摺疊形狀。在摺疊的情況下，套管88具有增加的徑向尺寸，即其從管道78的外表面延伸出的比其進入管道安裝時的實質上要長一些。套管80和88也可以摺疊成不是圖6和7所示出的形狀。在可選的具體實施方式
中，套管80和88可以不用開槽或也可設計成可以摺疊，或者能通過滑動環84和92簡單地壓縮成如圖4所示的形狀。在圖7中，膨脹工具90完全穿過套管88的下方，並且使管道78膨脹，並使套管88膨脹，這樣套管88與井孔壁在94處相接觸。滑動環92移動到右側一直到套管88完全摺疊，並且使環92的進一步運動停止。在此處，工具90穿過環92的下方，使其與管道78一起膨脹。
在圖8和9中，顯示的是當安裝管道時，將諸如圖6和7中的環84和92之類的滑動環固定在適當位置上的裝置。在圖8和9中，彈性套管96和固定環98可以與圖6和7中的彈性套管80和固定環82相同。在圖8和9中，可膨脹管道100具有用於使滑動環固定在適當位置上的凹槽102。在圖8中，滑動環104具有靠其中心的配合槽106，其延伸到凹槽102中以用於將滑動環鎖緊在適當的位置。在圖9中，滑動環108具有形狀與凹槽102相配合的邊沿110。在圖8和圖9的兩個具體實施方式
中，當用力迫使膨脹錐形物進入可膨脹管道100中時，凹槽102可以去除或是平的。當這種情況發生時，在其膨脹時，滑動環104和108將不再會鎖緊到適當位置，並將沿可膨脹管道100自由地滑動。管道膨脹後，在圖8和9中彈性套管96可以變成如圖7所示的套管88的形狀。
參照圖3和4，如上所述，在小井孔中如圖7所示的套管88的膨脹可能會導致膨脹工具上具有過壓力或力。如上所述，可以提供相同方式的卸壓。也就是說，滑動環92可以適應向後滑動到左邊，以響應在套管88上的過壓力。或者環90可以通過打褶與管道78相連，與圖8和9中所示的結構一樣，這樣如果施加有足夠的力，其可以鬆開，還可滑動到右邊。
現參照圖10，所示的是可選的具體實施方式
，在其中採用可膨脹的化學材料形成環形隔離裝置。在圖10中，可膨脹管道112實質上與前面圖中的可膨脹管道是相同的。在該具體實施方式
中，兩個彈性環114和116可能實質上與圖2所示的環44和46相同，安裝在管道112的外表面上。管道112在環114和116之間具有液體密封的壁面，並可能在圖示部分的端部有孔。在彈性環114和116之間，具有安裝在管道112的外壁上的圓柱形覆蓋層或各種化學材料的套管118。在這種具體實施方式
中，套管118包括用惰性粘合劑122包封好的氧化鎂和磷酸二氫鉀的固體顆粒120，例如幹粘土。化學物氧化鎂和磷酸二氫鉀遇到水將溶解並發生反應，然後液體將變成凝膠相，並最終晶化成固體陶瓷材料鎂鉀磷酸鹽六水合物。這種材料一般可以作為酸基結合劑，並且有時是指化學粘合陶瓷，在大約二十分鐘其就可正常硬化，並且很好的結合成各種底層。如果需要，可以採用其他的酸基結合劑系統。一些需要二十二水合反應，並在有較大空隙空間需要填充的地方可以採用。當該具體實施方式
採用象包封材料122一樣的粘土時，在將管道112安裝在井孔的過程中，可以採用將單一的化學顆粒分隔開，並防止井孔中的液體與化學材料相接觸的任何其他材料或包封裝置。如下所公開，單一的化學成分可以包封成微膠囊、管子、袋子等形式。
當如圖2所示，驅動膨脹錐形物穿過管道112時，管道112斷裂或變形，從而使化學反應物120與在井孔環面中的水混合併反應，以形成如上所述的固體材料。在圖10的具體實施方式
中，彈性環114和116主要用於將化學反應物120固定到適當的位置上，一直到化學反應完全結束。當反應發生時，化學材料的體積可以通過與水反應和結合而膨脹，並且通過已反應的化學物形成最終的環形隔離裝置。因此，彈性環114和116是可選擇的，但最優選地是，當發生反應時，確保將化學物放在適當的位置上。彈性環114和116需要設計成在發生化學反應的情況下，使材料釋放，並導致可能損壞管道112的過大壓力。在許多情況中，所需的一個或兩個有一定尺寸大小的彈性環114或116不能完全密封住井孔。這將使得多餘的水和其他環形液體流入到可以提供水合反應的地方。通過這樣鬆散的配合，環114和116將會使諸如在較低壓力下的膠體之類的粘性材料減少流出，而使得一些液體材料或在過壓下的膠體流出更多。如果需要，化學材料可以壓縮成熱敏材料，並通過將加熱器放入管道112中而釋放到所需的位置上。
如圖10所示，導管115穿過環114、116和化學覆蓋層118。導管115是用於提供電源、控制、通訊信號等，與如上所述的圖2中的導管45相同。在該具體實施方式
中，在形成環形隔離裝置後，會將導管115嵌入在酸基粘合劑上。所述的具體實施方式
的許多優點都將得以實現，而不管是否有導管115存在。
圖11所示的是採用各種化學材料用於形成環形隔離裝置的另一具體實施方式
。可膨脹管道124優選地具有一對彈性環126和128。在環126和128的位置之間，管道124具有環形槽區130。在槽130中具有諸如乾燥條件下的交聯的聚丙醯胺之類的可膨脹聚合物132。易破裂的套管134安裝於延伸到有槽部分130的管道124的外壁上。在套管134和有槽部分130之間的空間限定有間隔室用以保存形成環形隔離裝置的材料，即可膨脹聚合物132。在將管道124安裝在井孔中期間，套管134可以防止液體進入可膨脹聚合物132。聚合物132可以是通過套管134固定在適當位置上的粉末形狀或細小的顆粒。聚合物132可以由膨脹時碎裂的固體塊或薄片組成，其同樣也可以由多孔的或泡沫狀的薄片形成。如果使用固體的或多孔形式的薄片，套管134也可能不需要或僅是簡單地粘貼在可膨脹聚合物132的外表面的覆蓋層或薄膜上。當將膨脹錐形物強行推入管道124中時，直徑減少部分130沿著管道124的其餘部分延伸至最終設計的膨脹尺寸。橡膠環126和128將膨脹到能限制或阻止環流。保護套管134設計成有裂口或碎片而不是膨脹，從而使聚合物132暴露於井洞裡的液體中，聚合物132將吸收大量的水並膨脹到最初體積的幾倍。用力迫使在此處的聚合物132到達管道124的最終直徑的外部，並因而與井孔壁相接觸。可膨脹聚合物和彈性環密封件126及128結合成環形隔離裝置。環形隔離裝置的形狀具有靈活性，並且如果井孔的形狀和尺寸發生改變，其也能與不均勻的井孔形狀和尺寸相符合。
其他各種固體、液體或可用作圖11的具體實施方式
中的化學材料132的粘性材料。可膨脹聚合物可以具有薄片形狀或立體形狀，其安裝於管道124上。在圖10的具體實施方式
中的採用的酸基粘合劑材料具有有槽部分130，並在管道124的安裝過程中可由套管134進行保護。參照圖10進行說明，彈性環126和128是可選的，但優選地是當反應發生時可以將材料固定在適當的位置。並且優選地設計成可以限制由膨脹材料產生的壓力大小。
現在參照圖12，對本發明的另一具體實施方式
進行說明，其中液體可用於膨脹套管。在圖12中，可膨脹管道136由具有在其中存有材料環形隔離裝置形成材料140的凹槽的直徑減少部分138形成。外膨脹殼或套管142形成具有直徑減少部分138的液體密封室或腔。安裝好的套筒142的外徑比可膨脹管道136要大些，從而可以增加與管道136一起進入井孔中的材料140的數量。外套筒142可以通過焊接或其他方式固定在井孔上端144的管道136上。在其井孔下端146上，外套筒142通過彈性密封件148粘接在管道136上。固定套管150的一端焊接在管道136上，並且相對的一端延伸到外套筒142的端部146。固定套管150優選地包括至少一個靠近中心的排出孔152。預設置的外套筒142的部分143可以在比套筒142的保持部分更低的壓力下進行膨脹。部分143可以由不同的材料製成或可以在低壓時進行膨脹。例如，部分143可以在形成如圖11所示的形狀之前進行褶皺和退火處理。部分143優選地與套筒142的端部146相連，其可通過膨脹工具進行擴展。金屬外套筒142在其外表面可以由彈性套管或襯層154覆蓋。如果在膨脹過程中，萬一褶皺不能完全去除，那麼褶皺可以有助於與井孔壁形成密封，那麼彈性套管154優選地在部分143上。彈性套管154同樣可以優選地在有孔的套筒142的任何部分上。
下面將對可稱為「金屬」套管或套筒的可膨脹套筒142和其他可膨脹套管進行說明，這主要是為了與彈性材料有所區別。它們可以由多種諸如可延展鐵、不鏽鋼或其他合金，或者包括聚酯基體(matrix)合成物或金屬基體合成物的合成物之類的金屬材料組成。它們可以打孔或進行熱處理，例如退火以減少膨脹所需的力。
在操作中，圖12所示的具體實施方式
與圖12所示的在井孔中的情況一樣。一旦適當定位，可用力迫使膨脹錐形物如圖2所示由左向右穿過管道136。當錐形物到達直徑減少部分138，並開始膨脹到與管道136的最終直徑相同時，材料140的壓力將增大。由於壓力增大，套管142向外朝著井孔壁膨脹。膨脹開始於部分143，其可以在第一個壓力作用下進行膨脹。當部分143接觸到井孔壁時，材料140的壓力增大一直到第二個壓力，這時套管142的其餘部分開始膨脹。如果尺寸選擇合適，可膨脹套管142和彈性覆蓋層154將受壓與井孔壁完全接觸。為確保這種接觸，需要提供額外的材料140。如果有額外的材料，並且套管142與整個長度上的外井孔壁緊密接觸，膨脹過程將提升材料140的壓力到第三壓力，此時聚合物密封件148打開，並釋放出多餘材料。然後，多餘材料通過排出孔152流入到管道136和井孔壁之間的環形空間中。當膨脹錐形物移動到套管142的端部146時，管道136和套管142將對著固定套管150的重疊部分進行膨脹。當這些部分都一起進行膨脹時，密封再次形成，以防止材料140進一步從管道136和外套管142之間的空間中洩漏。材料140可以是任何已公開的可反應或可膨脹材料，這樣在152處排出的多餘材料可以發生反應，例如，與周圍的液體進行反應，用以在管道136和井孔壁之間形成附加的環形隔離裝置。
在圖12的具體實施方式
中，所示的套管142具有膨脹的初始直徑，以便可以使材料140進入到井孔中。如上所述，這樣結構可以導致管道136具有較小的最大未膨脹直徑。這有可能僅用外套管142就可形成一個液體室或蓄水池，而不用直徑減少部分138。然而，為了獲得相同的儲存液體的體積，套管142將不得不進一步從管道136上膨脹，並且管道136的最大未膨脹直徑將進一步減少。
圖13顯示的是一個可選的具體實施方式
，其允許管道156具有較大的未膨脹直徑。在此具體實施方式
中，外套管158具有圓柱形狀，並且本質上具有與管道156相同的外徑。否則，外套管158將以與圖11的套管142相同的方法與管道156進行密封。同樣地，該具體實施方式
包括與圖12的具體實施方式
中所採用的一樣的卸壓裝置157。套管158優選地具有預先設置的部分159，以便在比套管158的保持部分更低的壓力下可以進行膨脹，與圖12的套管142的部分143一樣。外套管158可以具有象圖12的套管154一樣的外彈性套管。
為了給圖13的具體實施方式
中的環形隔離裝置的形成材料的較大體積提供存儲空間，可以將管道156的直徑減小部分160如圖14所示進行褶皺。優選地，部分160從具有比管道156的未膨脹直徑更大的未膨脹直徑的管道上形成。在將部分160褶皺的過程中，管道壁可以在褶皺後拉伸到較大的圓周，然後退火以釋放應力。這些安排中的每一步都有助於減小在部分160中，由於打開褶皺，並膨脹到最終直徑所產生的總應力。從圖14中可以看出，管道156的直部分160的褶皺或褶皺產生相對大的用於存儲膨脹液體的空間162。當膨脹錐形物通過在圖13的具體實施方式
中的管道時，打開褶皺，驅動在空間162中的材料使外套管158，以與圖12所述的相同方法進行膨脹。除了打開褶皺部分160，圖13的具體實施方式
與圖12的具體實施方式
中操作相同，即當膨脹工具從左到右穿過管道156時，材料162到達第一壓力，此時套管部分159膨脹一直到其接觸到井孔壁。接著，材料到達第二壓力，此時，其餘的套管158膨脹。如果整個套管158接觸到井孔壁，就可達到第三壓力，此時卸壓裝置157將多餘的材料排出到環面中。
如圖12和13所示的卸壓裝置，在下列的許多具體實施方式
中，優選地在可膨脹管道系統中採用固定直徑的錐形物進行膨脹。膨脹後，可膨脹管道系統經常在其整個長度上需要具有相同的內徑。採用固定直徑的膨脹工具可以提供這種相同的內徑。在這種系統中，卸壓機構可以具有一些優點。大量的膨脹材料需要與可膨脹管道一起進入井孔中，以確保在過尺寸的例如，衝洗過的並且不規則形狀的井孔部分形成很好的環形隔離裝置。如果井孔是標稱大小或過小尺寸，那麼將會需要比形成環形隔離裝置所需的更多的液體。如果沒有卸壓機構，過壓力將會出現在膨脹過程的材料中，並且膨脹工具也會經受過大力的作用。結果會導致管道破裂或膨脹工具阻塞或斷裂。卸壓機構可以將多餘的材料排放到環面中，從而避免過壓力或過大的力，並且，可以採用合適的材料用作輔助環形隔離裝置。
圖15和16顯示本發明的另外一個具體實施方式
，在其中安裝於井孔內的可膨脹管道中的材料可用於膨脹環形隔離裝置。圖15中，可膨脹管道164包括提供用於儲存隔離裝置形成材料的儲藏室的減少直徑部分166，優選的材料是液體168。液體168通過彈性套管170保持在一定的位置，彈性套管170完全覆蓋著液體168並且沿可膨脹管道164的外表面延伸一段市實質的附加距離。有孔的金屬覆蓋物172的第一部分在第一端174與可膨脹管道164連接。覆蓋物172沿彈性套管170的周圍延伸一段距離，這段距離至少等於管道164的直徑減小部分166的長度。覆蓋物部分176的第二部分具有連接到管道164的一端178。覆蓋物部分176覆蓋，並使彈性套管170一端固定在適當的位置。在覆蓋物部分172和176之間，彈性套管170的一部分暴露出來。與套管170的暴露部分相鄰的覆蓋物172的覆蓋物部分176和部分180具有許多穿孔，並因此設計成可以相對容易地進行膨脹。覆蓋物172的保持部分182僅有最小的槽(或者在一些具體實施方式
中沒有槽)，並要求有較高的壓力來膨脹。如果需要，覆蓋物部分172和176兩個都可以由第二彈性套管覆蓋，以便在膨脹後，改善井孔壁和覆蓋物之間的密封。
圖16顯示出在將膨脹錐形物從在圖15和16中的可膨脹管道164的左側驅動穿過到右側之後的該具體實施方式
的情況。當用力迫使錐形物穿過可膨脹管道164時，首先迫使液體168在彈性套管170的暴露部分下面流動。如圖16所示，液體將會膨脹一直到其與184相接觸並且相符合。在該具體實施方式
中，優選地是，可膨脹管道164的直徑減小部分166可以比彈性套管170的暴露部分要長相當多。通過合適地選擇這些長度比，足夠的液體168可以為彈性套管170提供非常大的膨脹。當彈性套管170膨脹並與井孔壁相接觸時，液體168的壓力增大，並且有很多孔的覆蓋物部分176和部分180也將會膨脹。如果在覆蓋物部分176和部分180膨脹到與井孔壁相接觸之後，需要提供另外的液體，那麼液體的壓力將會提升到足夠高，從而引起覆蓋物172的最小有孔部分182膨脹。因此，最小有孔部分182的槽口可以提供壓力釋放或限制的作用。同樣，也需要包括如圖12和13所示的卸壓機構，以便提供輔助的壓力限制機構，以防井孔是標稱尺寸或過小尺寸。
現參照圖17、18和19，顯示的是在其上裝有套管的管道膨脹之前，給外彈性套管提供預壓縮的環形隔離裝置系統。在圖17中，通過安裝於引導膨脹軸194上的膨脹工具192，使所示的可膨脹管道190已進行部分膨脹。在圖17中，已膨脹部分196可以具有已膨脹與井孔壁198相接觸的外隔離屏。在已膨脹部分的右側，設置有在已膨脹管道部分200和202之間的螺紋接頭。彈性套管204設置在部分200的外徑上。螺紋部分202與可膨脹管道的直徑減少部分206相連接，在其中可以將引導膨脹軸194的部分208推進，以形成幹涉配合。部分208優選地在外表面上開有鍵槽，用以形成與直徑減少部分206的緊密夾緊。旋轉軸承210設置在彈性套管204和較低的管道部分202之間。
當管道線190膨脹到如圖17所示的地方後，膨脹軸194可以轉動，這樣其鍵槽端部208可以引起管道部分202相對於部分200轉動。由於螺紋連接的結果，彈性套管204軸向壓縮，這樣如圖18所示，其徑向尺寸也將會增加。
一旦如圖18所示，彈性套管204已經膨脹，將膨脹錐形物192用力推進管道線190，並穿過管道部分200和202，使所有部分一直膨脹到最終直徑，如圖19所示，並驅動彈性套管204與井孔壁198相接觸，當管道線190膨脹時，在部分200和202之間的螺紋連接可以緊緊地結合在一起，從而防止其進一步轉動。
參照圖20，顯示的是圖17、18和19的具體實施方式
的另一可選形式。在該具體實施方式
中，採用的是包括膨脹錐形物192、膨脹軸194和有鍵槽部分208的相同膨脹工具。兩個可膨脹管道部分209和210通過內套管211連接在一起。套管211在其各端具有與部分209和210上的內螺紋相配合的外螺紋。套管在其中心附近具有外凸緣212和內凸緣213。彈性套管214設置在外凸緣212與管道部分209之間的套管211上。內凸緣213的尺寸與膨脹軸194的有鍵槽部分208相配合。圖20的系統的操作方法實質上與圖17、18和19的系統的操作方法的相同。當膨脹錐形物192穿過並且使管道部分209膨脹時，有鍵槽部分208與內凸緣213相結合。膨脹錐形物的向下運動將停止，並且膨脹軸194轉動，從而使套管211相對於管道部分209和210轉動。當套管211轉動時，其使外凸緣212從管道部分210上移開，並且朝管道部分209軸向壓縮在外凸緣212和管道部分209的端部之間的彈性套管214。如圖18所示，套管214的徑向尺寸將會增加。那麼將膨脹錐形物驅動穿過管道209、套管211和管道210的其餘部分，以使管道膨脹，並用力迫使彈性套管214向外朝向井孔壁，以隔離如圖19所示的環面。
現參照圖21、22和23，顯示的是在其中採用螺旋彈簧以膨脹外彈性套管，從而形成環形隔離裝置的本發明的具體實施方式
。在圖21中，所示的彈性套管220處在其鬆弛或自然形狀，與最初加工出的形狀一樣。彈性套管220由兩個部分組成，其包括圓筒形彈性套管222。即彈性套管222在其各端具有與未膨脹管道的外徑相對應的直徑，並且在其中心具有較大的直徑。螺旋彈簧224嵌入在彈性套管222中，並其通常具有與鬆弛情況一樣的相同形狀。在圖22中，所示的彈性套管220安裝在未膨脹管道226的一部分上，以便於進入井孔中。套管220可以縱向地伸長，以使得其與管道226的外徑相符合。套管220可以通過在其井孔下端部的固定環228和在其井孔上端的滑動環230固定在管道226上。環228和230實質上與圖3所示的環58和60相同。滑動環230可鬆開地鎖在形成於可膨脹管道226的外表面上的槽中，從而使彈性套管220保持直徑減少形狀，以便可以按如圖3所示的方式進入管道中。
圖23顯示的是當管道226已經放置在開口井孔232中，並且已經將膨脹錐形物從左至右驅動穿過管道226之後，彈性套管220的形狀和方向。如圖4所示，膨脹錐形物使包括可使滑動環230釋放的固定滑動環230以及能使彈性套管220回到如圖21所示的自然形狀的槽口的管道226產生膨脹。因此，膨脹時，套管220與井孔壁232接觸，形成了環形隔離裝置。
參照圖24和25，所示的系統包括其可通過液體，隨著可膨脹管道部分240的膨脹而膨脹的外彈性囊狀物。可膨脹囊狀物242設置在可膨脹管道240的外部。同樣，環形液體室244也設置在管道240的外部。在液體室244的一端是液體246，在其另一端是壓縮彈簧248。在液體246和壓縮彈簧248之間是滑動密封件250。在液體室244內部的彈簧固定器252通過可釋放焊接254使壓縮彈簧248保持壓縮狀態。在液體室244和囊狀物242之間的埠256最初通過安全膈膜258進行密封。
在圖25中，所示的膨脹錐形物260從右到左移動，使管道240膨脹。當可釋放焊接254膨脹時，其從彈簧固定器252上斷裂，並釋放彈簧248，以驅動滑動活塞250到左側，這將使液體246通過安全膈膜258注入到囊狀物242中。因此，在膨脹錐形物260到達可膨脹管道240中具有囊狀物242的部分之前，囊狀物242膨脹。當膨脹錐形物繼續從右至左使管道240膨脹時，其還將進一步驅動已膨脹囊狀物242與井孔壁262緊密接觸。
在優選的具體實施方式
中，囊狀物242部分用可以與設置在環形液體室244中的化學化合物246反應的化學化合物245進行填充。當將化合物246驅動進入囊狀物242時，兩種化合物混合，並且它們發生反應，以形成固體、或半固體塑性材料和/或膨脹。
在圖24和25的具體實施方式
中，彈簧248可以用其他形式的諸如帶氣墊的板簧之類的儲能裝置替代。沒有儲能裝置，該具體實施方式
同樣也能進行操作。例如，彈簧248、彈簧固定器252以及活塞250可以去除。液體室244的整個體積可以由液體246填充。當膨脹錐形物260從右至左移動時，有可能使液體室244倒塌，並且將液體246通過埠256擠入到囊狀物242中。當錐形物20從其下穿過之前，可以使囊狀物填充，並當管道部分240膨脹時，可使其進一步膨脹。
在圖24和25的具體實施方式
中，需要提供卸壓或限壓裝置。如果囊狀物242安裝在井孔的標稱或過小部分，當膨脹錐形物穿過囊狀物下方時，其有可能受到過壓力的作用。在上述的具體實施方式
中，其中液體室244中充滿液體，並且沒有使用彈簧，液體室244的外壁可以設計成在低壓下膨脹，以防止對囊狀物242或膨脹工具260的損壞。如果液體室244本身膨脹到與井孔壁相接觸，在液體室244中，同樣可能包括用於排出多餘液體的安全閥。
現參照圖26，顯示的是在其上具有可以膨脹以形成環形隔離裝置的已壓縮開口泡沫材料套管268的可膨脹管道部分266。泡沫材料268是具有低滲透性或無滲透性的開口泡沫材料產品，其可以限制環形方向的流動。其可以彈性壓縮至少50％的初始厚度，並且能可逆地膨脹到其原始的厚度。在使管道266進入井中之前，泡沫材料268放置在管道上，並且軸向壓縮，並通過由一系列圓形環274連接的一系列縱向件形成的籠270固定在適當的位置上。籠270，或至少環274由易碎的或低拉伸強度的，當膨脹錐形物穿過管道時，會出現不能承受管道266的正常膨脹的材料形成。因此，當管道膨脹時，例如，如圖2所示，籠270失效並且釋放泡沫材料268，以使其膨脹到原有的厚度或徑向尺寸。當出現這種情況時，管道266本身膨脹朝井孔壁擠壓泡沫材料268，以形成環形隔離裝置。
泡沫材料268可以由在泡沫材料的開口空間中具有的可反應或可膨脹的幹化合物製成。例如，參照圖10所說明的酸基粘合劑的成分或參照圖11所說明的交聯的聚丙烯醯胺可以結合成泡沫材料。在安裝過程中，象圖11的套管134一樣的保護性套管可以用於保護化學物不與液體接觸。當管道266膨脹之後，化學物可以暴露到地層的液體中並且發生反應，以形成粘合劑或膨脹塊，從而獲得剛性結構並且使已膨脹泡沫材料具有不滲透性。
當管道進入井孔中時，可以採用其他機構壓縮泡沫材料268。例如，可以採用在泡沫材料套管的各端連接到管道部分266的螺旋條或帶。端部連接可以安排成能中斷膨脹過程，並釋放泡沫材料268。可選擇地是，泡沫材料268可以由真空收縮塑料薄膜覆蓋。在膨脹之前，這種薄膜同樣可以防止化學物進入到泡沫材料268中。塑料薄膜可以預先伸長到其極限，這樣，當通過膨脹工具進一步膨脹時，薄膜裂開，釋放泡沫材料268以便膨脹，並且使化學物暴露到周圍的液體中。
現參照圖27，所示的環形隔離裝置採用化學反應以提供動力，迫使套管進入到膨脹的狀態。可膨脹管道部分280的一部分在其外表面上具有套管282。套管282的一端固定在管道280上。套管282的另一端與在套管288和管道280之間的圓柱形活塞286相連接。在活塞286的一端是在活塞286和在一側的套管288之間的密封件290，並且可膨脹管道280在其另一側。套管282可以是彈性體或金屬物或可以是在其外表面具有彈性塗層的可膨脹金屬套管。兩個化學室292和294形成於套管288的一部分和可膨脹管道280之間。易碎分隔裝置298使化學室292與294分隔開。
在圖27的具體實施方式
的操作中，驅動膨脹錐形物從左到右使管道280的直徑膨脹。當膨脹到達易碎分隔裝置298時，分隔裝置破裂，使得在化學室292和294中的化學物混合併且發生反應。在該具體實施方式
中，化學物可以產生自燃反應，從而產生相當大的力使安全膈膜296破裂，並且將活塞286驅動到圖的右側。當此發生時，套管282將會彎曲，並且向外摺疊，以與鑽孔壁300相接觸。當受力的錐形物穿過套管282的下方時，其將進一步在鑽孔壁300上壓縮套管282，以形成環形隔離裝置。
參照圖28和29，所示的是採用花瓣型板以形成環形隔離裝置的本發明具體實施方式
。在圖29中，所示的是處在正常或自由位置，並安裝在可膨脹管道部分312上的一系列板310。各板具有沿管道周圍的切向線安裝在管道312的外表面的一端。板有足夠大，在如圖29所示的膨脹狀態下可以重疊。板310一同形成在管道312和井孔壁之間的錐形柵欄。為了進入井孔中，管道部分210可以相對管道312進行摺疊，並且通過環帶314固定在適當的位置。帶或環314由當有任何較大的膨脹時，就可以斷裂的易碎材料形成。當驅動膨脹錐形物從左到右穿過管道312時，環帶314斷裂，鬆開板310，以便象傘或花一樣，向後朝著其自由狀態的位置膨脹，一直到其與井孔壁相接觸。可以與諸如那些如圖10和11所示的本發明的其他具體實施方式
一樣採用一對或多對板310。板310可以用於替代圖中所示的環形彈性環114、116、126和128。板310由金屬製成，並塗有彈性材料，以便改善在單個板之間以及板和井孔壁之間的密封。可選擇地是，板可以透過液體，但不可以透過膠體或顆粒。例如，可滲透的板可以用作自然出現在環面中的細砂的屏障或過濾器，其可有意放在環面中以形成環形隔離裝置。
在上述的圖中顯示的是許多在可膨脹管道上具有環形隔離裝置形成材料的具體實施方式
。材料可以是有點堅硬的彈性材料或可以注入在管道的部分和井孔壁之間的環形空間以形成環形隔離裝置的液體材料。這些材料設置在可膨脹管道的外表面上，管道本身的總體直徑一定典型地減少到可以使管道進入井孔中。此外，在井孔中安裝時，設置在管道外表面上的任何材料都有可能受到損壞。
參照圖30，所示的是在其中環形隔離裝置形成材料設置在可膨脹管道部分的內表面上的具體實施方式
。在圖30中，顯示的是處在未膨脹狀態的可膨脹管道的部分320。在管道320的內表面上設置有各端安裝在管道320的內表面上的圓柱套管322。在套管322和管道320之間的空間限定在其中具有一定量的隔離裝置形成材料324的間隔室。內套管322可以具有任何所需的長度，優選地比管道部分少，並且因此具有相當數量的隔離裝置形成材料324。穿過可膨脹管道320，在靠近內套管322的一端上設置有一個或多個埠326。埠326必須位於與通過使用膨脹工具可以首先接觸到的內套管322的端部相對的端部。埠326優選地包括可以使材料從管道320的內部流到外部，但可以阻止從外部流回到內部的止回閥。如果需要，當其穿過埠326時，可以提供各種裝置限定材料324的環流。環形彈性環328可以設置在管道320的外表面上，以限制材料324的流動。可選擇地是，可膨脹囊狀物330可以安裝在可膨脹管道320的外表面上，以限定從埠326穿過的材料。可膨脹囊狀物330可以由可膨脹金屬套管或彈性套管或兩者的結合物形成。
在操作中，圖30的具體實施方式
是在開口井孔中的所需位置上安裝環形隔離裝置。驅動膨脹錐形物從左至右穿過可膨脹管道320。當膨脹錐形物到達內套管322時，套管322在管道320的內壁中膨脹，從而給材料324施加壓力，接著其通過埠326流入到可膨脹管道320的外表面。可選擇地是，套管322可以設計成這樣，通過膨脹錐形物，套管322的端部可以在管道320的內表面上滑動或從管道320的內表面上分裂。當錐形物移動時，其可以壓縮套管，並且將材料324通過埠326擠出。接著，內套管322可以通過膨脹工具用力作用井孔。如果採用外套管330，材料324可以是液體、氣體或象固體一樣的液體(諸如玻璃狀物或一些珠狀物)中的任何一種，其將使套管330膨脹，以形成與井孔壁的密封。如果採用套管330，優選地可以提供象圖13所示的結構157一樣的卸壓機構。如果不採用套管330，材料324可以是任何能夠固化或具有足夠大的粘性，可以固定在所放置地方的液體或液體/固體的混合，或是參照圖10和11中所述的諸如酸基粘合劑或交聯的聚丙烯醯胺之類的能夠通過埠326擠出與井孔中的液體接觸，並形成環形隔離裝置的活性材料。如果採用環328控制活性材料的位置，優選地，環328設計成可以限制這種活性材料的最大壓力。
對於上述的許多具體實施方式
，必需使放置在環面中以形成隔離裝置的液體具有很大的粘性，或當其暴露在井孔的環面中具有的液體中時，其能夠改變特性。靜態時比抽取時更有粘性的觸變材料同樣具有許多優點。各種矽樹脂材料可以具有這些所需的特性。一些可以通過與水接觸而凝固，並且變成完全的固體。進一步參照圖30，這種冷凝矽樹脂材料可以注入環面中，而不需要採用套管330並且可以有或沒有環328。這種可凝固的矽樹脂材料可以與任何形式的壁面輪廓相符合，並填充在穿過各種隔離裝置時可能引起洩漏的井孔中的微小破裂或一些多孔間隔。這種可凝固的矽樹脂材料同樣可以在圖11、12、13和35的具體實施方式
中具有許多優點。在圖11和13的具體實施方式
中，這種材料可以是用於使套管154和158膨脹的很好材料，任何排出到環面中的多餘液體將會凝固，並形成固體隔離裝置。
現參照圖31，顯示的是可以進入井孔中的最大直徑可膨脹管道的一個具體實施方式
。可膨脹管道336的一部分具有直徑減小部分338。在直徑減小部分338中有幾個管道埠340，各優選包括能使液體從管道336的內部流到外部的止回閥。在具有直徑減小部分338的管道336的外表面上安裝有其各端與管道336密封的可膨脹囊狀物342。囊狀物342優選地是彈性材料。由於囊狀物342安裝在直徑減小部分338上，其未膨脹的外徑不大於管道336的外徑。所示的膨脹工具344從左至右使管道336膨脹。在膨脹工具344上的芯軸346上安裝有外密封件348，其可以與管道336的直徑減小部分338的內表面產生緊密的液體密封。當這發生時，在膨脹工具344中的受壓液體通過芯軸346上的側埠345以及管道埠340流出以膨脹橡膠囊狀物342。當管道336繼續膨脹時，直徑減小部分338向外膨脹到整個直徑，並且已膨脹囊狀物342可以受力緊靠著井孔壁，以形成環形隔離裝置。
在圖31的具體實施方式
的更簡單形式中，可膨脹囊狀物342可以用一個或多個固體彈性環替代。例如圖2中所示的兩個或多個環可以安裝在直徑減小部分338中，通過這種結構可以獲得較大的未膨脹管道直徑的益處。在管道336膨脹之前或之後，管道埠340可以去除或者在環之間的環面中採用注入液體，優選地發生反應。
參照圖32，顯示的是使可膨脹管道件具有過膨脹，從而形成環形隔離裝置的本發明的具體實施方式
。在圖32中，所示的管道356放置在井孔358中的適當位置上。管道356在其外表面上具有彈性套管360。如果需要，可以採用幾個諸如圖2所示的彈性環代替套管360。所示的壓力膨脹工具362從表面位置可以進入到套管360的位置。壓力膨脹工具362包括與管道356的內壁形成緊密液體密封的密封件364。工具362包括位於密封件364之間的側埠366。優選地包括安全閥367。當工具362到達圖示的位置之後，液體從表面抽出到膨脹工具362中，並以足夠大的壓力使管道356膨脹和過膨脹。當彈性套管360與井孔壁358接觸時，壓力增加並且膨脹停止。安全閥限制壓力大小，以避免使管道356破裂。工具362可以穿過管道356移動到其他位置，在其中安裝有諸如套管360的外套管，並且使他們膨脹與井孔壁358接觸，以形成其他環形隔離裝置。
如圖32所示的膨脹系統可以用於管道356正常膨脹之前或之後。如果在正常膨脹之前工作，工具362可以具有一個可調膨脹錐形物或當工具362從管道356中退回時，可以從用於膨脹的管道線的底部拾起一個錐形物。如果在正常膨脹之後工作，密封件364可以是膨脹密封件，使得在進行正常膨脹過程後，將需要過膨脹的地帶隔離開。
參照圖33和34，顯示的是用於使採用液壓成形技術的可膨脹管道過膨脹的系統。在圖33中，顯示的是在其外表面上具有彈性套管372的可膨脹管道部分370的部分。為了膨脹環形隔離區372，一對滑塊374位於在套管372各邊的管道370的內部。然後施加力驅動滑塊朝向另一塊，並且將管道370的一部分放置在壓縮的橡膠套管372的下方。軸向壓縮可以減少膨脹管道370的內部壓力，並使其膨脹到較大的直徑而不會破裂。然後在管道370裡的壓力可以上升到使由滑塊374引起的軸向壓縮的部分膨脹。由於軸向加載和內部壓力，如圖34所示，管道膨脹一直到橡膠套管372與井孔壁376相接觸。這將引起指示環形隔離裝置已經形成的壓力增加。然後將滑塊374釋放，並移動到其他位置用於膨脹以形成其他環形隔離裝置。如果需要，如圖32所示的膨脹工具可以與如圖33和34所示的滑塊一起使用，這樣膨脹壓力可以與關注的環形隔離區相隔開。參照圖2中的導管45，如上所述導管378可以定位穿過橡膠套管372，以用於給井孔中的設備提供電源、控制和通信信號等，並也能從其中獲得信號。
參照圖35，所示的是可以在可膨脹管道膨脹之後形成相符合的環形隔離裝置的本發明具體實施方式
。在圖35中，所示的可膨脹管道380的部分位於開口井孔382中。管道380具有一對彈性環384和386。這種結構與圖2中的相同。當採用傳統膨脹錐形物的管道380膨脹之後，可以發現膨脹環386已經在井孔壁382和管道380之間壓縮，從而形成密封，同時由於其已經膨脹到井孔井孔壁382的擴大部分，所以膨脹環384不能與井孔壁緊密密封。膨脹環384和386需要設計成可以限制注入材料的壓力。膨脹的管道380包括一個或多個埠388，其優選地包括止回閥。如圖32所示的裝置362相似的液體注入線390可以設置在注入工具390中的適當位置。注入線390包括在通向注入工具390的埠394的任意一邊的密封件392。注入工具390的位置如圖所示，各種環形隔離裝置的形成材料可以通過埠394和388從表面抽取到在已膨脹管道380和井孔壁382之間的環形空間中。環384和386用於防止注入的材料沿環面流動。導管埠394可以位於通過環384和386的位置，以用於給井孔中的設備提供電源、控制和通信信號等，並也能從其中獲得信號。如上所述，參照圖2中的導管45。
在圖35的具體實施方式
中，各種材料可以被抽取出以形成所需的環形隔離裝置。所選的化學系統可以是那些注入稀薄的水液體，然後獲得有效粘性以隔離環面的材料。這些化學系統包括諸如那些由Halliburton能源服務公司提供的用於Angard TM和Anjel服務的矽酸鈉系統。諸如那些由Halliburton擁有的美國專利5,865,845中公開的(其可用作所有目的的參考)以及那些由Halliburton提供的用於ResSeal TM，Sanfix，Sanstop TM或Hydrofix TM的水關閉系統的樹脂系統也同樣是非常有用的。諸如那些由Halliburton的H2Zero TM和PermSeal TM服務公司提供的交聯的聚合物系統也同樣是十分合適的。諸如那些由Halliburton的Matrol TM服務公司的乳劑也同樣可以在板中生成高粘度的膠體。各粘合劑也同樣可以用該系統注入到環面中。如果周圍的地層具有過多的孔，圖35的系統將特別有用。已注入的液體可選擇地滲透進入遠離井孔壁382的地層，以防止液體通過流過地層本身而繞過環形隔離裝置。
圖28和29的花瓣板具體實施方式
可以用於替換如圖35所示的環384和386。他們對於用細砂作為環形隔離裝置的形成材料以形成環形隔離裝置非常有用。預先混合的細沙漿可以抽取到一對板310之間的管道380的外部。當壓力增加時，板310可以過濾掉砂子和使砂子脫水。可以相信這種幾英寸長的砂包可以提供能夠阻塞成品液體環形流動的很好的環形隔離裝置。該具體實施方式
也同樣可以通過堵塞或過濾由地層或在環面中的流動而自然形成的砂子以形成環形砂隔離裝置。
參照圖36，所示的是用於預先膨脹外部具有的，圖6至9所示類型的彈性套管的另一系統。所示的可膨脹管道400的一部分可以通過膨脹工具402從左至右膨脹。可摺疊的彈性套管404與圖6的套管80相同，安裝在管道400的外表面上。在套管404的右端是與圖6的環82相同的止動環406。外金屬套管408安裝在與套管404的左端相鄰的管道400上，並且具有在套管408的內表面和管道400的外表面之間的滑動密封件410。內滑動套管412位於外套管408的位置上，並且通過一個或多個螺栓或銷銷414與其相連。銷414可以在相應的槽416中軸向滑動穿過管道400。
在圖36的具體實施方式
的操作中，膨脹工具402的前緣418的尺寸與管道400的未膨脹內徑相配合，並且將套管412推動到右邊。當將膨脹錐形物驅動到右邊時，其推動可通過在槽416中滑向右的銷414依次將套管408推向右邊的套管412。當銷414到達槽416的右端時，套管404將如圖6所示已經摺疊。膨脹工具402進一步移動使銷414折斷，這樣可以將套管412推向管道400。當膨脹工具402穿過管道400、外套管408和彈性套管404時，所有這些部件將如圖7所示進一步膨脹。套管408的內表面優選地具有齒形夾緊面420，與圖4中的表面59一樣。當套管408移動到右，齒形夾緊面420將與管道400的外表面相鄰。當管道400膨脹時，可以握住齒形面420以防止套管408的進一步滑動。參照圖3和4，如上所述，環406可設置成滑動以響應由過小尺寸的井孔產生的過膨脹壓力。
參照圖37，所示的還是用於預先膨脹外部具有的圖6至9所示類型的彈性套管的另一系統。所示的管道500的一部分可以通過膨脹工具502從左至右膨脹。可摺疊的彈性套管504與圖6的套管80相同，安裝在管道500的外表面上。在套管504的右端是與圖6的環82相同的止動環506。在套管504的左端安裝有滑動環508。套管510可滑動地安裝在管道500的內表面上。一對滑動密封件512在套管510和管道500的內表面之間提供緊密的液體密封。一個或多個銷514與內套管510相連，並從內套管510上徑向延伸。銷514延伸通過在管道500中相應的槽516，並且位於與環508的左端相鄰的位置上。環508優選地在其內表面上具有夾緊齒518。
在圖37的具體實施方式
的操作中，用力推動膨脹工具502從左到右穿過管道500。當工具502到達套管510的邊緣520時，其開始推動套管510到右邊。套管510通過銷514將外環508推向右邊，使套管504壓縮並且摺疊成圖6所示的形狀。當銷514到達槽516的端部時，套管510停止移動到右邊。套管510的邊緣520優選地傾斜以與膨脹工具502的形狀相配合，並在套管510停止之前，限制力的大小，並通過工具502膨脹。然後，工具502穿過套管510，使套管510、管道500、外環508以及套管504膨脹。當這發生時，齒518可以握住管道500的外表面，以防止環508的進一步滑動。參照圖3和4，如上所述，環506可設置成滑動，以響應由過小尺寸的井孔產生的過膨脹壓力。
圖12至16以及30的具體實施方式
共同具有一些功能特徵和優點。在圖38至41中顯示出這些的總體形式。這些具體實施方式
在可膨脹管道中各提供一個凹槽或空間，在其中所用於形成環形隔離裝置的流動材料能與可膨脹管道一起進入井孔中。在各具體實施方式
中，需要有足夠的材料設置在管道中，以便在過尺寸、衝失的以及不規則的井孔中形成環形隔離裝置。在標稱的或甚至是過小尺寸的井孔中，也需要同樣合適的系統功能。在各具體實施方式
中，可膨脹的外套管具有一些能夠實現多種功能可能的特性。
在圖38中，顯示的是在具有擴大或衝出的部分534的開口井孔壁532中的膨脹的管道部分530。所示的可膨脹套管536具有可膨脹以接觸擴大的井孔部分534的第一部分538。套管部分538設計成在第一壓力允許下進行很大膨脹，以便在擴大的井孔壁534上形成環形隔離裝置。它可由褶皺或有孔或經過處理，以允許較大膨脹的彈性材料或可膨脹金屬材料製成。如果使套管536褶皺或打孔，它優選地用彈性套管覆蓋。套管536的其他部分540和542設計成在高於膨脹部分538所需的壓力下可以進行膨脹。當其進入或在井孔532中安裝時，在管道530中具有的液體的體積可選地將達到使可膨脹套管部分538膨脹到其最大容許體積。
參照圖39，顯示的是擴大井孔部分538、管道530和隔離裝置的套管部分538的後視圖。如圖所示，井孔部分534也許不僅要擴大，而且還具有不規則的形狀，其寬度大於高度並且底部由碎片填充，比頂部要平些。套管部分538具有靈活性，可以使其與不規則形狀相符合。管道530中的膨脹液體應該足夠膨脹套管536，以與不規則的井孔相接觸，只要其不超過套管的最大允許膨脹就可以。
在圖40中所顯示的相同管道530和套管536是擴大的井孔部分544，但擴大小於圖38中的衝去部分534。在圖40中，套管部分538膨脹到比圖38要求要小的直徑以接觸井孔壁。管道530中僅有部分液體需要膨脹套管部分538。當部分538接觸到井孔壁後，管道530膨脹，膨脹液體壓力在較高的壓力水平，此時套管部分540也膨脹。部分540也同樣膨脹，以接觸井孔壁544。在圖40中，使兩個部分538和540膨脹以接觸井孔壁的膨脹液體量與具有管道530的下井孔的量相同。管道530的完全膨脹不會導致套管536的進一步膨脹。
在圖41中，所顯示的是安裝在未衝失的井孔壁546中的管道530。替代井孔壁546的是標稱鑽孔直徑或由於膨脹與井孔液體接觸，實際過小的鑽孔直徑。在這種情況下，外套管部分538首先在第一壓力下膨脹以接觸井孔。這時，膨脹液體壓力升高，導致套管部分540膨脹而接觸井孔壁546。這些部分的膨脹僅需要求設置在管道530中的部分液體量。結果，液體壓力上升到第三壓力，此時套管部分542膨脹，以接觸井孔壁546。在這個圖示中，需要能膨脹所有的部分538、540和542以接觸到井孔壁的液體的流體的容量比設置在管道530中的液體總量要少。結果，液體壓力上升到第四壓力，此時安全閥釋放多餘的液體進入在548處的環面中。
在圖38-41中所示的膨脹套管可以分別具有兩個，三個或更多的能在不同壓力下膨脹的隔離部分，並且也許包括或不包括安全閥。圖12和13的具體實施方式
具有兩個在不同壓力下膨脹的套管部分以及和一個可以在第三壓力下打開的安全閥。圖15和16的具體實施方式
具有三個套管部分，各部分在不同的壓力下膨脹，並且如圖所示不具有安全閥。如果需要，圖15和16的具體實施方式
可以提供一個安全閥來防止系統過壓。這些部件的結合提供了在最大量的膨脹，以在很大的不規則井孔裡形成環形隔離裝置，同時允許相同系統能夠膨脹，以在標稱或過小的井孔中形成環形隔離裝置，而不會引起可能損壞環形隔離裝置形成套管、環等、管道或是膨脹工具的過壓或過大作用力。
在圖2、10、33、34和35中，所示的導管位於環面中，並穿過由這些具體實施方式
形成的環形隔離裝置。參照圖42、43和44，所示的是包括這種導管的更詳細的具體實施方式
。在圖42中，可膨脹管道550的部分具有直徑減少部分552。外膨脹套管554延伸到凹槽552中，以形成存儲隔離形成材料的間隔室。外導管556通過套管554。導管556可以具有進入凹槽552和套管554之間的間隔室裡的開口557。圖43提供了在圖42中的套管554和導管556之間的密封結構的更詳細視圖。如圖所示，橡膠墊片558可以位於通向套管554一端的開口560處。導管556可以插入過墊片558。墊片在導管556和套管554之間形成緊密液體密封，以阻止在環面以及在套管554和凹槽552之間的間隔室之間出現液體流動。
圖44所示的是用於在環形隔離裝置設置的位置上提供一個或多個導管的另一個結構。可膨脹套管561設置在可膨脹管道562上，形成一個間隔室，在其中環形隔離裝置形成材料可以設置通過管道562一起進入下井孔中。套管561具有在其中具有兩個導管566的縱向凹槽564。橡膠墊片568具有與凹槽564配合的外尺寸以及用於輸送兩個導管566的兩個孔。當套管561膨脹到接觸井孔壁，以形成環形隔離裝置時，墊片568將作為在導管566和套管561之間環面部分的環形隔離裝置，並將保護導管566。
如上所述，導管556和566可以輸送各種銅或其他導體或光纖或可以是液壓或其他材料。在圖42的具體實施方式
中，如果需要，側埠557可以用於輸送液體以膨脹套管554。導管可以通過一系列的套管554，並且它們可以全都膨脹到與在各套管上有一具有側埠557的單一導管556一樣具有相同的壓力。導管556可以用於傳遞兩個部分的化學系統中的一部分，另一部分與管道一起進入井孔中。導管556可以提供電源給加熱器，以促進化學反應。無論是電源或液體壓力均可以用來打開和關閉可以在生產線安裝時，控制環形隔離裝置膨脹的閥門，或可以用於在生產過程中控制在各隔離的開採部分已開採液體的流量。圖44的雙導管設計可以提供兩根液壓線，其可用於控制和提供電源給多個井孔中的控制系統。
參照圖45，所示的彈性套管580可選擇地用作圖3的套管56，圖6的套管80和88或者圖21的套管220。所示的套管580具有不規則的澆鑄形狀。各端582是簡單的圓柱形彈性套管。在端部582之間有一系列圓周方向的褶皺584，褶皺584具有與端部582的內徑相對應的內徑的內彎曲部分586。這內徑尺寸與未膨脹的可膨脹管道部分的外表面相配合。褶皺584的最大直徑與在導管沒有膨脹的衝失的井孔壁相接觸並配合。如果需要，當如下所述，將套管580覆蓋時，線帶588可以用於保持褶皺的形狀。
在使用過程中，套管580通過如圖3所示象滑動環60一樣的滑動環和象環58一樣的固定環安裝於可膨脹管道上。然後，套管580沿軸向伸展到皺褶在管道中基本變平，並且導管和滑動環鎖進限制凹陷中。注意，彈性體的軸向延伸對皺褶變平並不是必需的。接著，變平的套管580在安裝時與導管一起進入井孔中。當井孔中的導管膨脹時，如圖4所示，滑動環將可以釋放，並趨向於回到其褶皺形狀。當膨脹繼續時，滑動環將由如圖6和7所示的膨脹錐形物推動，以便軸向壓縮套管580。套管580將形成如圖45所示的形狀，並接著，進一步壓縮直到褶皺584緊緊地壓在一起。線帶588優選地在整個壓縮過程中保持形狀不變。如果需要，如圖36和37所示的可選擇軸向壓縮和徑向膨脹系統可以採用套管580。可以看出，通過澆鑄在圖45中所示形式的套管580，套筒將具有一個進入井孔中時較小的徑向高度，以及當其已經釋放並回到其褶皺形狀時，非常可預測的徑向高度。與這裡描述了其他具體實施方式
一樣，接著，當膨脹工具通過套管580下方時，套管580將進一步隨著膨脹管道一起膨脹。
在如上所述的各種具體實施方式
中，各種液體可以用於本發明中以膨脹外套管、囊狀物等，以形成環形隔離裝置，或通過其自身或結合在管道中的外彈性環、套筒等，直接注入在套管和井孔壁之間的環面中以形成環形隔離裝置。這些液體可以包括隨管道進入下井孔中的不同的單一粘稠的或膠溶的液體。它們可以包括與周圍的液體發生反應形成粘液、半固體或固體狀的化學系統。它們也可以包括易流動的，諸如玻璃珠子之類的固體材料。在許多上述的具體實施方式
中，環形隔離裝置是由直接與井孔壁接觸的粘性的、半固體的材料形成，或可以用液體去膨脹金屬和/或彈性套筒而形成。這些結構不僅提供在不規則或擴大的井孔壁上的環形隔離裝置，而且還可以在井孔形狀和尺寸經常隨鑽井的生產周期而改變時，隔離裝置能與井孔的形狀或尺寸保持一致。
從上述具體實施方式
中顯而易見，需要提供外彈性套管、環等在進入管道時，具有標稱直徑，而且其需要足夠的膨脹以在不規則和擴大開口井孔上形成環形隔離裝置。通過合適的選擇彈性材料，其可以膨脹以接觸井孔中的液體或將液體輸送進或注入到成品管道中。例如，低丙烯腈在接觸到二甲苯時膨脹百分之五十。簡單的EPDM化合物在接觸到碳氫化合物時發生膨脹。這種方法在如圖2、4、5、6、12、15、19、22、25、30、31、32、34和35的具體實施方式
中提供了附加的膨脹和隔離裝置。這可以需要在不膨脹的彈性體中裝入可膨脹的彈性體。用這種方式，膨脹的彈性體也許會損失一些物理強度。不膨脹外層也同樣可以阻止膨脹劑的損失，以及膨脹材料的收縮。例如，在圖30的具體實施方式
中，彈性套管330可以製成兩層，即膨脹內層和不膨脹外層。液體324可選擇用於內層膨脹。液體324和彈性體的內層將用固體或半固體物質填充已膨脹件330。
這裡描述的低粘度的膨脹液體經常需要用來膨脹套管或直接抽取進入環面中。低粘度液體允許一些液體流入微小結構中或進入地層中，以防止液體繞過環形隔離裝置。但同樣也需要注入液體一旦到位就形成高粘度、半固體或固體。許多兩個部分化學系統可用於產生這種粘稠的、半固體、有彈性的或固體的材料。例如，一些矽材料或聚丙烯醯胺材料，與水發生反應以形成粘性液體。其它一些需要一個兩個部分化學系統或催化劑以引起化學物發生反應。圖10所示的具體實施方式
釋放兩個在乾燥的條件下的化學成分，以便與周圍的水共同發生反應。圖24所示的具體實施方式
在需要放置環形隔離裝置的地方釋放並混合一個在乾燥條件下的兩個部分化學系統。在圖13和14的具體實施方式
中，褶皺導管部分160提供了四個獨立的間隔室，在其中設置在要安裝的管道中的各種化學系統在管道膨脹時可以進行混合。在其他諸如圖12和16所示的具體實施方式
中，釋放系統包括一個單獨凹槽或間隔室。在這些具體實施方式
中，兩個部分化學系統可以通過包封化學系統的一部分或包封設置在化學系統的另一部分中的袋子、管道、微球體、微囊體等中的催化劑進行使用。通過選擇這些容器的尺寸和形狀，它們在允許材料混合和反應的膨脹過程中會發生破裂。例如，在圖30的具體實施方式
中，埠326的形狀可能引起像袋子、管道、微囊體等發生破裂，並在它們穿過埠時，混合材料。
如上所述，圖1所示的環形隔離裝置28、30、36和38中的任何一個實際上可以包括兩個或多個在其他圖中所示的單個環形隔離裝置。如果需要，可以將這些單獨的環形隔離裝置對緊密地排列以便給設置在管道中僅在管道膨脹之後混合的兩個部分化學系統中的各部分提供單獨的凹槽或儲存間隔。例如，根據圖12或13的具體實施方式
與象圖11一樣的具體實施方式
中的井孔間隔有很短的距離。圖11的具體實施方式
具有用於圖12或13的具體實施方式
中具有的材料的催化劑。通過圖12或13的具體實施方式
的卸壓機構排出的過多液體排出到圖11的具體實施方式
中的井孔中，當膨脹時，其可以釋放催化劑進入井孔中，從而使得排出的液體變稠，變成半固體或固體。以相同的方式，圖30的具體實施方式
可以包括兩個內套管322，每一個設置有兩個部分化學系統中的一部分，每一個具有位於一對環形彈性環328之間的埠326。膨脹時，化學系統的兩個部分將注入到環面中，並在環328之間隔離以便混合和發生反應。可選擇地是，所述單獨隔離裝置中的任意一個可以包括從釋放系統中排出的單一成份化學物或可膨脹物之一，並形成環形隔離裝置與在環面中的周圍液體相接觸或發生反應。採用這些方法中的任意一種，機械隔離裝置或(例如可膨脹件)隔離裝置以及化學或可膨脹隔離裝置(由釋放系統排出到環面中的材料形成)可以彼此形成在同一環面的附近。
在圖11-16、24、25、30以及38-41中所示的具體實施方式
中，環形隔離裝置形成材料優選地設置在由管道壁形成的貯液器或間隔室中。在圖11-16中，膨脹液體間隔室形成於管道直徑減少部分和外套管之間。在圖30中，間隔室形成於內套管和管道內表面之間。在任何一種情況中，當材料進入或安裝在井孔中時，其與管道一起進入井孔。優選地，當管道進入井孔中時，間隔室可以整體，或至少部分位於管道外徑的內部。這使得有足夠量的材料使套管或囊狀物膨脹，或在環面中形成環形隔離裝置，一起進入下井孔，但不需要，或最小化、減少管道直徑，以便具有足夠小的系統直徑可安裝於井孔中。安裝時，管道需要具有最大可能的直徑，這樣膨脹時，可以儘可能地減少環面尺寸。
許多上述的具體實施方式
包括使用膨脹錐形物的裝置用於使管道膨脹。然而，本領域的技術人員將認識到通過採用諸如液壓動力可膨脹囊狀物或填塞裝置之類的其他類型的膨脹工具可以獲得許多同樣的優點。除了錐形膨脹工具外，同樣也需要用可膨脹囊狀物。例如，如果用錐形膨脹工具進行膨脹之後，不能獲得好的環形隔離裝置，那麼還可以用可膨脹囊狀物進一步膨脹隔離裝置，以便能與井孔壁獲得良好的密封接觸。當安裝管道線時，可膨脹囊狀物也可以用於壓力或洩漏測試。例如，可膨脹囊狀物可以在管道中根據所公開的一個具體實施方式
中安裝有環形隔離裝置的地方膨脹。管道可以受壓到能夠阻塞在管道本身中流動，從而可以探測經過已安裝的隔離裝置的環流。如果探測到過多的洩漏，囊狀物的壓力可以增加，從而進一步膨脹隔離裝置以便改善井孔壁的密封。
在上述的許多具體實施方式
中，所示的系統採用膨脹工具，當其在井孔中移動時，可以膨脹可膨脹管道，並展開環形隔離裝置。這些系統中各個都能同樣很好地使用膨脹過程中，其可以在井孔中移動的膨脹工具。在一些具體實施方式
中，如果膨脹工具的移動方向改變，各埠以及安全閥的位置也可以改變。對於水平的井孔，術語「上部井孔」是指朝井表面位置的方向。
相似地，當許多優選具體實施方式
已經參照在開口井孔中的應用進行說明，通過採用在這描述的方法和結構獲得相似的優點，以形成管道和有套管的井孔中的套管之間的環形隔離裝置。許多相同的方法和方式可以採用，以突出在井孔中，特別是在有套管的井中安裝之後，其不膨脹的成品管道的優點。
雖然本發明的一些具體實施方式
已經進行了公開和說明，但是應當認為本領域的熟練技術人員可能在此基礎上做出各種變更而不會脫離由權利要求所限定的發明保護範圍和主題精神。
權利要求
1.一種用於在可膨脹管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括可膨脹管道的一部分；在所述可膨脹管道中形成的間隔室；以及設置在所述間隔室中的環形隔離裝置形成材料。
2.根據權利要求1所述的系統，還進一步包括設置在所述可膨脹管的外表面上的可膨脹件；以及從所述間隔室到所述可膨脹件的液體通道。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於所述可膨脹件是具有在第一壓力下可膨脹的第一部分和在大於所述的第一壓力的第二壓力下可膨脹的第二部分的可膨脹套管。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於所述井孔具有一個最大預期的直徑；所述套管的第一部分可以膨脹到所述最大預期直徑而不會損壞所述套管，以及所述間隔室的尺寸可承載足夠的隔離裝置形成材料，以便膨脹所述套管的第一部分到所述的最大預期直徑。
5.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於所述套管具有在大於所述第二壓力的第三壓力下可膨脹的第三部分。
6.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於所述可膨脹套管的第一部分包括軸向褶皺的金屬。
7.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述可膨脹套管包括彈性套管。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於所述可膨脹套管包括在所述第二部分的所述彈性套管周圍的可膨脹金屬套管。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述可膨脹金屬套管是有孔的。
10.根據權利要求2所述的系統，還進一步包括連接到所述可膨脹件，以適於在選定的壓力下從所述可膨脹件上釋放材料的安全閥。
11.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於所述可膨脹件和所述可膨脹管道的外表面共同形成所述間隔室。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於所述可膨脹管道具有直徑減少部分；以及所述可膨脹件延伸經過所述直徑減少部分。
13.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於所述可膨脹管道的一部分軸向褶皺；以及所述可膨脹件延伸到所述褶皺部分。
14.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述可膨脹件包括可膨脹金屬。
15.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述可膨脹件包括一個彈性體。
16.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述可膨脹件包括可膨脹金屬和彈性體。
17.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於所述可膨脹件包括一個囊狀物；還進一步包括一個活塞，所述活塞設置成用於驅動所述環形隔裝置形成材料從所述間隔室通過液體通道進入到所述囊狀物中；連接到所述活塞的壓縮彈簧；以及設置成當所述管道膨脹時用於釋放所述彈簧的彈簧抑制裝置。
18.根據權利要求17所述的系統，其特徵在於所述抑制裝置包括設置成當所述管道膨脹時可以斷裂的焊接。
19.根據權利要求2所述的系統，還進一步包括用於膨脹所述可膨脹管道，並驅動所述材料從所述間隔室進入所述膨脹件中的膨脹裝置。
20.根據權利要求1所述的系統，還進一步包括一個從所述的間隔室到所述管道的外表面上的液體通道；以及用於膨脹所述管道和驅動所述材料從所述間隔室通過液體通道，併到所述管道外部的膨脹裝置；以及由此，所述管道在井孔中膨脹時，所述材料流入到在所述管道和所述井孔之間的環面中，並形成環形隔離裝置。
21.根據權利要求20所述的系統，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料能與所述井孔中的液體發生化學反應。
22.根據權利要求20所述的系統，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是多部分化學系統，其在將所述材料被推入所述液體通道之後發生反應。
23.根據權利要求20所述的系統，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是一種吸收水並膨脹的材料。
24.根據權利要求23所述的系統，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是一種聚合體。
25.根據權利要求1所述的系統，還進一步包括設置在所述管道中，並在所述套管和所述管道的內表面之間形成所述間隔室的套管；以及其中所述液體通道包括從所述管道的內表面到外表面的埠。
26.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括可膨脹管道的一部分；設置在所述管道的外表面上的兩個圓環；由此，當所述管道安裝於井孔中並膨脹時，所述環至少部分阻塞在所述管道和井孔壁之間的環面中的液體流動。
27.根據權利要求26所述的系統，還進一步包括用於在所述圓環對之間中放置環形隔離裝置形成材料的裝置。
28.根據權利要求26所述的系統，進一步包括在所述圓環對之間的所述管道中的化學反應材料的帶狀物。
29.根據權利要求28所述的系統，其特徵在於所述材料被包封以防止在所述管道未膨脹時，發生化學反應，並且當所述管道膨脹時，進行化學反應。
30.根據權利要求29所述的系統，其特徵在於所述材料是當水一出現就發生反應的兩種成分的酸基粘合劑。
31.根據權利要求30所述的系統，其特徵在於，所述材料是氧化鎂和磷酸二氫鉀。
32.根據權利要求26所述的系統，還進一步包括與所述管道一起設置的間隔室；以及從所述間隔室到所述環之間的空間中的液體通道；在所述間隔室中的環形隔離裝置形成材料；以及驅動所述材料從所述間隔室到所述環之間的空間中的裝置。
33.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於所述間隔室由位於所述環和覆蓋所述直徑減小部分的易碎套管之間的所述管道的直徑減小部分形成。
34.根據權利要求33所述的系統，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是一種與水接觸並膨脹的聚合物。
35.根據權利要求34所述的系統，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是聚丙烯醯胺。
36.根據權利要求32所述的系統，其特徵在於所述間隔室形成於設置在所述管道中的套管和所述導管內壁之間；以及所述液體通道是從所述導管的內壁到外壁的埠。
37.根據權利要求26所述的系統，還進一步包括在所述兩環之間從所述導管內壁到所述導管外壁的埠。
38.根據權利要求37所述的系統，還進一步包括在具有從所述井孔的表面位置到埠的液體通道的工作線。
39.根據權利要求38所述的系統，還進一步包括設置在所述工作線上的膨脹工具。
40.一種用於在管道和具有最小預期直徑和最大預期直徑的井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括具有第一未膨脹外徑和第二已膨脹外徑的可膨脹管道部分；以及設置在所述管道的外表面上的彈性材料的環，所述環具有可選擇的徑向和軸向尺寸，以便當所述管道在具有所述最大預期直徑的井孔中膨脹時，所述環將與所述井孔接觸，並且以預選的最小應力壓縮，並且當所述管道在具有所述最小預期直徑的井孔中膨脹時，所述環將與所述井孔接觸，並且以預選的最大應力壓縮。
41.根據權利要求40所述的系統，其特徵在於所述環具有與所述可膨脹管道接觸的內表面以及與所述井孔壁接觸的外表面，並且在其內表面具有第一軸向尺寸，在其外表面具有第二軸向尺寸，所述第一軸向尺寸要大於所述第二軸向尺寸。
42.根據權利要求40所述的系統，還進一步包括一對所述環，其與所述可膨脹管道軸向間隔一段足夠的距離，這樣當所述管道在具有最小預期直徑的井孔中膨脹時，所述環將軸向膨脹而不會相互接觸。
43.根據權利要求40所述的系統，還進一步包括與所述可膨脹管道軸向間隔開的一對所述環；以及設置在所述一對環之間的所述管道上的彈性套管，所述套管具有比所述環的徑向尺寸要小一些的徑向尺寸。
44.根據權利要求40所述的系統，還進一步包括一對所述環，其與所述可膨脹管道軸向間隔開一段足夠的距離，這樣膨脹在具有最小預期直徑的井孔中的管道所需的力，將不會超過膨脹工具的限制或損壞管道或井孔。
45.根據權利要求40所述的系統，還進一步包括與所述可膨脹管道軸向間隔開的一對所述環；以及設置在所述圓形環對之間的所述管道上的化學反應材料凹槽，所述材料包封有保護性覆蓋物，從而當所述管道未膨脹時，防止發生化學反應，當所述管道膨脹時，允許發生化學反應。
46.根據權利要求40所述的系統，還進一步包括與所述可膨脹管道軸向間隔開的一對所述環；設置在所述管道中的間隔室；設置在所述間隔室中的環形隔離裝置形成材料；以及從所述的間隔室到所述圓形環對之間的空間的液體通道；由此，所述管道膨脹時，所述材料流入到在所述圓環對之間的空間中，並形成環形隔離裝置。
47.根據權利要求40所述的系統，其特徵在於所述管道包括相對所述第一未膨脹直徑的直徑減小部分，並且所述圓形環設置在所述直徑減小部分上。
48.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括管道的一部分；設置在所述管道的外表面上的彈性套管，當無外力作用時，所述套管具有第一徑向尺寸，並且當受外力作用時，所述套管具有第二徑向尺寸，所述第一徑向尺寸要大於所述第二徑向尺寸；由此，當所述管道安裝在井孔中時，所述套管具有減小的徑向尺寸。
49.根據權利要求48所述的系統，其特徵在於所述管道是可膨脹管道；所述套管具有第一端和第二端；所述抑制裝置包括與所述套管第一端和所述管道連接的第一環；以及第二環，其與所述套管第二端連接並且可鬆開地連接到所述管道上；以及所述第一和第二環間隔開，以施加軸向延伸力給所述套管，從而減小其徑向尺寸到所述第二徑向尺寸。
50.根據權利要求49所述的系統，其特徵在於所述第一環與所述管道摩擦連接，同時摩擦係數可選擇，以便解除在所述套管上的在預選壓力以上的軸向壓縮力。
51.根據權利要求49所述的系統，其特徵在於所述第二環與所述管道摩擦連接，同時摩擦係數可選擇，以便解除在所述套管上的在預選壓力以上的軸向壓縮力。
52.根據權利要求49所述的系統，還進一步包括在所述管道的外表面上的凹槽，當所述管道膨脹時，所述凹槽設置成被去除；其中至少所述第二環的部分與所述凹槽結合；由此，當所述管道膨脹時，所述第二環從與所述凹槽結合處釋放，所述軸向伸展力可以去除，並且所述套管可以與所述第一徑向尺寸接觸。
53.根據權利要求48所述的系統，其特徵在於在無外力作用下，所述彈性套管是具有與所述管道外徑相等的內徑的圓柱體。
54.根據權利要求48所述的系統，其特徵在於所述彈性套管具有與所述管道的外徑相等的內徑的第一和第二圓柱端部，並且在無外力作用下，具有在所述端部之間較大直徑部分。
55.根據權利要求54所述的系統，還進一步包括嵌入在所述彈性套管中的螺旋彈簧。
56.根據權利要求48所述的系統，其特徵在於所述彈性套管具有與所述管道外徑相等的內徑的第一和第二圓柱端部，並且在無外力作用下，具有在所述端部之間圓周上褶皺的部分。
57.根據權利要求48所述的系統，還進一步包括用於釋放所述抑制裝置的釋放裝置，由此，當所述管道安裝在井孔中之後，所述彈性套管可以膨脹到較大徑向尺寸。
58.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括管道的一部分；設置在所述管道的外表面上的彈性套管，當無外力作用時，所述套管總體上具有圓柱形狀，以響應軸向壓縮，並沿圓周線方向摺疊，以獲得圓周方向褶皺的形狀；以及用於在井孔中軸向壓縮所述套管的裝置。
59.根據權利要求58所述的系統，還進一步包括多個在所述套管上減小厚度的環，所述環與所述套管軸向間隔，並限定摺疊點。
60.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括可膨脹管道的一部分；設置在所述管道的外壁上的彈性套管，當無外力作用時，所述套管實質上具有圓柱形狀，以響應軸向壓縮力，具有要小於所述第一軸向尺寸的第二軸向尺寸，並且所述第二徑向尺寸要大於所述第一徑向尺寸；以及用於給在井孔中的所述套管施加軸向壓縮力的裝置。
61.根據權利要求60所述的系統，其特徵在於所述套管具有第一端和第二端，還進一步包括與所述套管第一端和所述管道連接的第一環；與所述套管第二端連接的第二環，並且可滑動地連接到所述管道上；以及響應於通過錐形膨脹工具引起的所述管道的膨脹，所述第二環的形狀可以沿所述管道軸向滑動，並施加壓縮力給所述套管。
62.根據權利要求61所述的系統，其特徵在於所述第一環與所述管道摩擦連接，同時摩擦係數可選擇，以便解除在所述套管上的在預選壓力以上的軸向壓縮力。
63.根據權利要求61所述的系統，其特徵在於所述第二環與所述管道摩擦連接，同時摩擦係數可選擇，以便解除在所述套管上的在預選壓力以上軸向壓縮力。
64.根據權利要求61所述的系統，還進一步包括可滑動地設置在所述管道中並且與所述第二環連接的內套管，所述內套管的形狀可以與錐形膨脹工具結合，並隨其移動，所述錐形膨脹工具穿過所述管道，並在所述管道上軸向移動所述第二環。
65.根據權利要求60所述的系統，其特徵在於所述套管可以在自身上摺疊以響應軸向壓縮力。
66.根據權利要求65所述的系統，其特徵在於所述套管包括多個具有限定摺疊線的減小厚度的圓形區域。
67.根據權利要求60所述的系統，其特徵在於所述管道包括通過螺紋連接的兩個部分；所述彈性套筒設置在所述兩個部分之間；由此，當進行螺紋連接時，可以施加軸向壓縮力給所述彈性套管。
68.根據權利要求67所述的系統，還進一步包括用於可旋轉地與所述兩個部分之一結合的工作線；由此，當所述工作線旋轉時，可以施加軸向壓縮力給所述彈性套管。
69.根據權利要求60所述的系統，還進一步包括圓柱體，其通過密封件分隔成第一和第二間隔室，以便在所述管道膨脹時斷裂；在所述第一間隔室中的自燃化學系統的兩個部分的第一部分；在所述第二間隔室中的自燃化學系統的兩個部分的第二部分；在與所述套管相連接的所述圓柱體中的活塞；由此，當所述管道膨脹以及所述密封件斷裂時，自燃反應驅動所述活塞以壓縮所述密封件。
70.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括在井孔中的管道的一部分；設置在所述管道和所述井孔之間環面中的導管；以及填充在所述管道、所述導管以及所述井孔之間的空間中的環形隔離裝置。
71.一種用於在可膨脹管道和井孔之間形成環形隔離裝置的系統，其包括可膨脹管道的一部分；多個板，各個具有沿圓周線與所述管道的外部柔性連接的一端，當無外力作用時，各個具有與所述管道間隔開的第二端，所述板一同形成錐形，以及易碎的抑制環帶位於所述板周圍，並且固定靠在可膨脹管道上的各個板的第二端；由此，當所述管道膨脹時，所述環帶斷裂，並且釋放所述板。
72.根據權利要求71所述的系統，其特徵在於所述板是金屬板，還進一步包括覆蓋各個所述板的彈性塗層。
73.根據權利要求71所述的系統，其特徵在於，所述板是可滲透液體的。
74.根據權利要求73所述的系統，其特徵在於，所述板實質上是不滲透膠體的。
75.根據權利要求73所述的系統，其特徵在於所述板實質上是不滲透大於預定尺寸的微粒的。
76.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的方法，其包括步驟在可膨脹管道部分形成間隔室；用隔離裝置形成材料填充間隔室；在井孔中安裝管道；驅動隔離裝置形成材料從所述間隔室進入在所述管道和所述井孔之間的環面中。
77.根據權利要求76所述的方法，其特徵在於從所述間隔室驅動隔離裝置形成材料的所述步驟包括膨脹所述管道的步驟。
78.根據權利要求76所述的方法，其特徵在於從所述間隔室驅動隔離裝置形成材料的所述步驟包括驅動膨脹工具通過所述管道的步驟。
79.根據權利要求76所述的方法，其特徵在於形成間隔室的所述步驟包括將所述可膨脹套管安裝於所述管道的外表面上的步驟。
80.根據權利要求79所述的方法，其特徵在於驅動隔離裝置形成材料從所述間隔室進入在所述管道和所述井孔之間的環面中的所述步驟包括用所述隔離裝置形成材料膨脹所述可膨脹套管的步驟。
81.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的方法，其包括步驟在可膨脹管道部分上安裝彈性套管；在井孔中安裝管道部分；增加所述套管的徑向尺寸；以及膨脹所述管道。
82.根據權利要求81所述的方法，其特徵在於無外力作用時，所述套管具有第一徑向尺寸；在所述可膨脹管道部分上安裝所述套管的所述步驟包括施加軸向伸展力給所述套管以減小其徑向尺寸到比所述第一徑向尺寸小的第二徑向尺寸的步驟，以及增加所述套管的徑向尺寸的所述步驟包括釋放所述軸向伸展力的步驟。
83.根據權利要求82所述的方法，其特徵在於，所述軸向伸展力通過對所述管道的膨脹來釋放。
84.根據權利要求81所述的方法，其特徵在於增加所述徑向尺寸的所述步驟包括給所述套管施加軸向壓縮力的步驟。
85.根據權利要求84所述的方法，其特徵在於所述軸向壓縮力通過膨脹所述管道來施加給所述套管。
86.根據權利要求85所述的方法，還進一步包括步驟在與所述彈性套管的一端相鄰的所述管道上安裝環，響應錐形膨脹工具穿過所述管道的運動，所述環可以在所述管道上滑動，並施加軸向壓縮力給所述套管。
87.根據權利要求81所述的方法，其特徵在於無外力作用時，所述套管具有第一徑向尺寸；在所述可膨脹管道部分上安裝所述套管的所述步驟包括施加徑向壓縮力給所述套管以減小其徑向尺寸到比所述第一徑向尺寸小的第二徑向尺寸的步驟，以及增加所述套管的徑向尺寸的所述步驟包括釋放所述徑向壓縮力的步驟。
88.根據權利要求87所述的方法，其特徵在於所述徑向壓縮力可以通過膨脹所述套管予以釋放。
89.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的方法，其包括步驟在可膨脹管道部分上安裝處在無活性狀態下的化學系統；在井孔中安裝管道；以及激活所述化學系統。
90.根據權利要求89所述的方法，其特徵在於所述化學系統是有水時，其能發生反應的兩個部分化學系統，還進一步包括步驟通過在無彈性、不反應的抗水基體中包封所述化學系統而將所述化學系統安裝在所述管道上。
91.根據權利要求90所述的方法，其特徵在於激活所述化學系統的所述步驟包括步驟膨脹所述管道，並因而使所述基體破裂，以便使所述化學系統暴露在周圍的水中。
92.根據權利要求89所述的方法，其特徵在於所述化學系統包括有水時膨脹的聚合物，還進一步包括通過在無彈性抗水套管中包封所述化學系統而將所述化學系統安裝在所述管道上。
93.根據權利要求92所述的方法，其特徵在於激活所述化學系統的所述步驟包括步驟膨脹所述管道，並因而使所述套管破裂，以便使所述化學系統暴露在周圍的水中。
94.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的方法，其包括步驟在可膨脹管道部分的外表面上安裝可膨脹件；在井孔中安裝管道；膨脹可膨脹件；以及膨脹管道。
95.根據權利要求94所述的方法，還進一步包括步驟在所述管道中形成間隔室；用環形隔離裝置形成材料填充所述間隔室；用所述環形隔離裝置形成材料膨脹可膨脹件。
96.根據權利要求95所述的方法，其特徵在於膨脹所述管道的所述步驟包括用力迫使膨脹錐形物穿過所述管道的步驟。
97.根據權利要求96所述的方法，其特徵在於膨脹所述可膨脹件的所述步驟包括使所述間隔室倒塌的步驟。
98.根據權利要求97所述的方法，其特徵在於使所述間隔室倒塌的所述步驟包括用力迫使膨脹錐形物穿過所述管道的步驟。
99.根據權利要求94所述的方法，還進一步包括步驟從所述管道中抽取環形隔離裝置形成材料，並進入所述膨脹件中。
100.根據權利要求99所述的方法，還進一步包括在所述管道中通過工作線抽取環形隔離裝置形成材料。
101.根據權利要求100所述的方法，其特徵在於所述工作線包括管道膨脹工具，以及在膨脹所述管道時，實現通過工作線抽取環形隔離裝置形成材料的所述步驟。
102.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的方法，其包括步驟在井孔中安裝管道；將環形隔離裝置形成材料放置在所述管道和所述井孔壁之間的環面中；以及膨脹管道。
103.根據權利要求102所述的方法，還進一步包括在所述管道中形成間隔室；用環形隔離裝置形成材料填充所述間隔室；以及驅動所述隔離裝置形成材料從所述間隔室進入到所述環面中。
104.根據權利要求103所述的方法，其特徵在於膨脹所述管道的所述步驟包括用力迫使膨脹錐形物穿過所述管道的步驟。
105.根據權利要求104所述的方法，其特徵在於從所述間隔室中驅動所述隔離裝置形成材料包括使所述間隔室倒塌的步驟。
106.根據權利要求105所述的方法，其特徵在於使所述間隔室倒塌的所述步驟包括用力迫使膨脹錐形物穿過所述管道的步驟。
107.根據權利要求102所述的方法，還進一步包括步驟從所述管道中抽取環形隔離裝置形成材料，並進入所述環面中。
108.根據權利要求107所述的方法，還進一步包括步驟在所述管道中通過工作線抽取環形隔離裝置形成材料。
109.根據權利要求108所述的方法，其特徵在於所述工作線包括管道膨脹工具，以及在膨脹所述管道時，實現通過工作線抽取環形隔離裝置形成材料的所述步驟。
110.根據權利要求102所述的方法，還進一步包括步驟將一對彈性環安裝在所述管道的外表面上；以及將所述環形隔離裝置形成材料放置在所述一對彈性環之間。
111.根據權利要求102所述的方法，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是可以在所述環面中與周圍的液體發生化學反應以便有足夠的粘性，以形成環形隔離裝置的化學系統。
112.根據權利要求102所述的方法，其特徵在於所述環形隔離裝置形成材料是當放置在所述環面中可以激活以與周圍的液體發生化學反應，並具有足夠的粘性，以形成環形隔離裝置的兩個部分化學系統。
113.根據權利要求112所述的方法，還進一步包括步驟包封至少所述化學系統的一部分，以便防止所述的化學系統發生化學反應；以及當將所述材料放置在所述環面中時，釋放所述至少所述化學系統的一部分，以激勵所述化學系統的化學反應。
114.一種用於在管道和井孔之間形成環形隔離裝置的方法，其包括步驟在可膨脹管道部分安裝彈性套管；在井孔中安裝管道；用具有固定膨脹直徑的第一膨脹工具膨脹管道；以及在所述套管的位置上進一步膨脹管道。
115.根據權利要求114所述的方法，還進一步包括步驟使用可變膨脹錐形物進一步在所述套管的位置上膨脹所述管道。
116.根據權利要求114所述的方法，還進一步包括步驟施加壓力給在所述套管的位置上的管道內部，以便進一步膨脹所述管道。
117.根據權利要求116所述的方法，還進一步包括步驟施加軸向壓縮給在所述套管的位置上的所述管道。
118.根據權利要求114所述的方法，還進一步包括步驟使用可膨脹囊狀物在所述套管的位置上進一步膨脹所述管道。
全文摘要
本發明公開一種在成品管道安裝之後，用於在井孔中形成環形隔離裝置的設備和方法。當其進入井孔中時，環形密包封置設置在成品管道中或其上。由於管道膨脹的作用，該密封件展開以形成環形隔離裝置。當管道膨脹時，設置在管道上的可膨脹件可以通過設置在管道中並可用力迫使其進入膨脹件的液體進行膨脹。可反應化學物可以設置在管道中，並注入到環面中，以便能夠在相互之間以及與周圍的液體發生反應，從而增加體積，並硬化成環形密封。設置在管道中的彈性套管、環或帶可以膨脹到與井孔壁接觸，並且隨著管道的膨脹，可以具有增大的徑向尺寸以形成環形隔離裝置。
文檔編號E21B33/12GK1708631SQ03822594
公開日2005年12月14日 申請日期2003年9月18日 優先權日2002年9月23日
發明者麥可·M·布勒金斯基, 格雷戈裡·B·奇特伍德, 拉爾夫·H·埃科爾斯, 蓋瑞·P·芬克豪澤, 約翰·C·加諾, 威廉·D·安德森, 保羅·I·赫爾曼, 馬裡恩·D·基爾戈, 喬迪·R·麥戈羅森, 羅納德·J·鮑威爾, 亞歷克斯·普羅齊克, 託馬斯·W·雷, 麥可·W·桑德爾斯, 羅傑·L·舒爾茲, 大衛·J·斯蒂爾, 羅伯特·S·泰勒, 布拉德利·L·託德, 辛西婭·塔克尼斯 申請人:哈利伯頓能源服務公司