CN1708631A - 用于井孔中可膨胀管件的环形隔离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在成品管道安装之后，用于在井孔中形成环形隔离装置的设备和方法。当其进入井孔中时，环形密包封置设置在成品管道中或其上。由于管道膨胀的作用，该密封件展开以形成环形隔离装置。当管道膨胀时，设置在管道上的可膨胀件可以通过设置在管道中并可用力迫使其进入膨胀件的液体进行膨胀。可反应化学物可以设置在管道中，并注入到环面中，以便能够在相互之间以及与周围的液体发生反应，从而增加体积，并硬化成环形密封。设置在管道中的弹性套管、环或带可以膨胀到与井孔壁接触，并且随着管道的膨胀，可以具有增大的径向尺寸以形成环形隔离装置。

Description

用于井孔中可膨胀管件的环形隔离装置

技术领域

本发明涉及一种隔离在井孔和井孔壁中的管件之间的环面的设备。更具体地说，本发明涉及一种用于在管件和井孔壁之间的环面上的适当位置上形成环形隔离装置的方法和设备。

背景技术

众所周知，油气井除了穿过人们感兴趣的石油和/或天然气地带之外，还要穿过许多其它的地带。这些地带中有些可能是有水的区域。因此需要在这些区域防止水进入到开采的石油和天然气中。其中通过同一井孔，多个石油和/或天然气地带会有渗透，为了最大效率的生产，需要隔离这些地带，从而可以对各地带的生产进行分别控制。采用外部封隔装置提供环形密封或隔离物在成品管道和井筒之间以便可以对各地带进行隔离。

最普遍采用的方法是在石油和天然气井中采用完全开口的井孔。在这些井中，只有标准的套筒用粘结剂与井孔的上部粘结，但其并不穿过开采地带。然后，管道从井孔中有套筒部分的底部一直延伸到各开采地带。如上所述，例如，这些地带中有些可能是必须与任何开采到的碳氢化合物相隔离的水域地带。各开采地带通常具有不同的自然压力，并必须相互隔离以防止各地带中有流动，并能在低压区域进行开采。

在斜孔井中采用完全开口的井孔特别有用。在这些井中，井筒有可能偏离，并能穿过开采地带水平延伸出几千英尺。因此经常需要在水平的成品管道长度上提供环形隔离装置，以便可以从开采地带的不同部分有选择地进行开采或进行隔离。

在完全开口的井孔中，通常要采用各种措施防止井孔壁倒塌或砂石从地层中流进成品管道。通常的方法是采用砂砾密封圈和砂粒分隔屏来防止倒塌和砂石流动。更现代的技术包括使用可膨胀实心或有孔管道和/或可膨胀砂粒分隔屏。这些种类的管件可以进入没有套筒的井孔中，并在其到达合适位置后进行膨胀。可以通过采用可膨胀囊状物或通过在管件上拉或推膨胀锥形物进行膨胀。已膨胀管道和分隔屏需要减少管件和井孔壁之间的环面，或实际与井孔壁接触，以提供机械支撑和约束，或防止在成品管道外面形成环流。然而在许多情况中，由于不规则的井孔壁和完全疏松地层，已膨胀管道和分隔屏将不能防止在井孔中出现环流。为此，如上所述环形隔离装置典型地需要能够阻止环流。

对于这种完全开口的井孔中，采用传统的外部封隔装置会出现许多问题。它们与内部的套筒封隔装置相比很不可靠，其可能需要附加装置用于设置堵塞物使粘合剂转向进入密包封置中，并且它们不能与完全膨胀的隔离屏相兼容。

通过在可膨胀管道和隔离屏上放置橡胶套管，尽力在完全开口的井孔中形成环形隔离装置，然后使管道膨胀以用于压住橡胶套管使其与井孔壁相接触。主要由于实际的井孔形状和直径的变化和未知，这些努力获得的成效有限。由于套管的厚度要加上整个管道的直径，套管的厚度必定有限，其必须限定到能使管道进入井孔中。最大尺寸同样也必须限定到可以使管道能够在标称或甚至尺寸过小的井孔中进行膨胀。在冲垮的或尺寸过大的井孔中，一般管道的膨胀不可能使橡胶套管能够足够膨胀到与井孔壁相接触，并形成密封。为了在不同尺寸的井孔中形成环形密封或隔离装置，需要成功地使用可调或可变的膨胀工具。然而采用这种可变工具很难在橡胶上获得很大应力，并且这种类型的膨胀可以产生与井孔形状相符的管道内表面，并且直径并不完全一致。

在敞开的井孔中，特别是在水平的井孔中需要提供用于安装环形隔离装置的设备和方法，当安装在井孔中时，其可以安装在管件上，并可以在成品管道和敞开的井孔壁之间提供很好的密封。

发明内容

本发明提供一种可以安装在管道上或管道中的设备，其在井筒中延伸并且在管道和井孔之间展开形成环形隔离装置。在优选形式中，管道是可膨胀管道，并且由于管道膨胀的结果或随着管道一起膨胀时，环形隔离装置可以受到激励或展开。在一具体实施方式中，当其安装在井孔中时，环形隔离装置形成材料位于管道中具有的间隔室中，并且随着管道膨胀，可以从间隔室中挤出用以形成环形隔离装置。环形隔离装置形成材料可以放置在管道和井孔壁之间的环面中，其中由于材料本身固有的粘性，或者将材料在环面中适当的位置上转化成具有粘性、半固体的或固体材料的化学反应的结果，其可以用作环形隔离装置。该材料可以包括几种能相互反应的化学成分，或者是同样也能与周围液体发生反应，用以形成环形隔离装置的单一或多种的化学成分。

在另一形式中，本发明包括设置在管道部分外部的可膨胀件。上述任何一个环形隔离装置形成材料可以流入可膨胀件中，以便使其膨胀并形成环形隔离装置。在本发明的一个形式中，可膨胀件包括可以在压力逐渐增多的条件下，进行膨胀的多个部分。在最低压力下进行膨胀的部分可以设计成能够膨胀用以填充最大预期环面，而其他部分只在低压部分与井孔壁接触之后进行膨胀。可膨胀件可以与在间隔室中管道具有的材料一起膨胀，并且由于管道膨胀的结果，管道中的材料能够从间隔室中挤出到膨胀件中。其同样也可以与通过抽吸到管道本身中的材料或通过位于管道中的工作线一起膨胀。

在本发明的另一形式中，当其安装在井孔中，并随管道的膨胀而展开以用作环形隔离装置时，环形隔离装置形成材料可以是可膨胀管道上的弹性套管、带状物或环形物。在一种形式中，一个或优选多个环形物具有在管道膨胀之后，用于形成与最大井孔尺寸进行紧密液体密封的可选径向、轴向尺寸和形状，或当管道在最小尺寸的井孔中膨胀而没有超过最大允许应力后形成密封。在其他形式中，当安装在管道中用于进入到其径向尺寸先于或随着管道膨胀而增加的井孔中时，套管具有径向减小的尺寸。在一种形式中，当安装在管道中时，套管轴向延伸，并且在管道安装期间，通过滑动环可以将其固定在适当位置。当管道膨胀时，环松开，并且可以使得套管回到其原有的径向尺寸。在另一形式中，移动环由膨胀锥形物驱动，以便轴向压缩弹性套管并且增加其径向尺寸。两种机构都可以用于同一弹性套管上。在另一形式中，套管设计成可以自身折叠或由于轴向压缩，折叠成圆周方向具有波纹的形状，从而增加其径向尺寸。这些成对的弹性套管、带状物或环形物可以用于隔离环面的一部分，在其中管道中具有或通过管道或工作线传送到井孔中的环形隔离装置形成材料可以如上所述进行放置。

虽然本发明的具体实施方式是想要在管道膨胀的同时，用固定的膨胀锥形工具生成环形隔离装置，但也同样可以使用其他的膨胀件，以便产生良好的效果。可膨胀囊状物可以用于进行主要膨胀，或用于使具有包括弹性套管、带状物或环形物的环形隔离装置形成材料的管道部分进行过度膨胀。通过管道或工作线所施加的内部压力可以用于使所选的管道部分过度膨胀。所选管道部分的轴向压缩可以用于辅助这种所选管道部分的过度膨胀。最后，本领域的技术人员也将同样认识到所述的一些具体方式将会起作用，甚至当将其用于与没有膨胀和/或被包封的井孔中的一部分的管道相结合时，也能提供许多优点。

附图说明

图1是根据本发明的在具有开口井孔的陆地上的井孔和许多环形隔离装置的截面图；

图2是显示在管道的外表面上具有弹性环形物或带状物的完全开口井孔中的可膨胀管道的截面图；

图3是显示在可膨胀管道的外表面上的弹性套管的截面图，在将管道安装在井孔中时，弹性套管可以预延伸以减少其厚度；

图4是显示在由膨胀锥状物松开预延伸的套管之后，图3的具体实施方式的截面图；

图5是显示使用可调膨胀锥状物将可膨胀管道和弹性套管膨胀延伸到开口井孔中的扩大部分，以便形成环形隔离装置；

图6和图7是显示包括在管道膨胀，以便在井孔的扩大部分形成环形隔离装置之前，可以折叠的可膨胀管道外表面上的弹性套管的具体实施方式的截面图；

图8和图9是显示用于将图6和图7的弹性套管固定在适当位置上的闭锁机构的截面图；

图10是显示在其外表面上的基体中，具有用于在井孔中安装的可反应化学物的可膨胀管道的截面图；

图11是显示在直径减少的部分中，具有用于在井孔中安装的可反应化学物的可膨胀管道的截面图；

图12是显示在直径减少的部分装有液体，并且由具有安全阀的可膨胀套管覆盖的可膨胀管道的截面图；

图13是显示具有装有液体的直径减少、有波纹的部分，并且由具有安全阀的可膨胀套管覆盖的可膨胀管道的截面图；

图14是显示有波纹的可膨胀管道和环形隔离装置形成材料的位置的图13的具体实施方式的截面图；

图15是显示具有在可膨胀管道上的凹槽中的环形隔离装置形成液体，并当管道膨胀时，安排成可以使弹性套管膨胀的本发明的另一具体实施方式的部分截面图；

图16是显示当可膨胀管道已经膨胀之后的图14的具体实施方式中的情况；

图17、18和19是显示具有可以膨胀作为管道膨胀过程的一部分的弹性套管的可膨胀管道组件的截面图；

图20是显示图17、18和19的具体实施方式的可选形式的截面图；

图21、22和23是显示具有可以装在可膨胀的管道上，并由于管道膨胀的结果，可以松开以形成环形隔离装置的嵌入式弹簧的弹性套管的截面图；

图24和25是显示具有可膨胀囊状物以及由弹簧加载活塞驱动，以用于使囊状物膨胀作为管道膨胀的一部分的两个部分化学系统的可膨胀管道；

图26是显示具有已压缩泡沫材料套管的可膨胀管道的部分截面图，其通过管道膨胀时，通过松开的格栅，压缩泡沫材料套管可以固定在适当的位置上；

图27是显示具有通过化学反应驱动由管道膨胀进行初始化的活塞使其膨胀的套管的可膨胀管道的截面图；

图28和29是显示具有当管道膨胀时，可以通过膨胀形成一个容器的折叠板的可膨胀管道的截面图；

图30是显示具有装有环形隔离装置形成材料的内部空间的可膨胀管道的截面图，当膨胀锥形物穿过可膨胀管道时，可以迫使该材料进入外部的可膨胀套管中；

图31是显示在有凹槽的部分和膨胀线上具有可膨胀橡胶囊状物，以便在使膨胀锥形物穿过管道的直径减小部分之前，用从表面抽取的液体充满橡胶囊状物的可膨胀管道的截面图；

图32是显示具有弹性套管以及采用从表面抽取的压力液体，用于使管道膨胀以便与井孔接触的膨胀工具的可膨胀管道的截面图；

图33和34是显示使用轴向载荷和内压力，引起可膨胀管道膨胀并且外套管与井孔壁接触，以便形成环形隔离装置的系统的截面图；

图35是显示已膨胀管道和用于将环形隔离装置形成材料放置在已膨胀管道和井孔壁之间的环面中的注入工具的截面图；

图36是显示用于预膨胀如图6-9所示类型的一种外部安装的弹性套管的可选系统的截面图；

图37是显示用于预先膨胀如图6-9所示类型的一种外部安装的弹性体套管的另一系统的截面图；

图38、39、40和41是显示具有可以在不同的内压力下进行膨胀的多个部分的外套管的展开图；

图42是显示在环面上具有穿过可膨胀隔离装置的导管的具体实施方式的截面图；

图43是更详细地显示图42的一部分；

图44是显示位于环面中，并且旁路通过可膨胀隔离元件的一对导管；

图45是显示可以用于形成环形隔离装置，在圆周方向上具有波纹的弹性套管。

具体实施方式

这里所用的术语“环形隔离装置”是指可以在井中的管件和井孔壁或套筒之间的环面上阻塞或防止液体从隔离装置的一侧流动到另一侧的材料或机构或是材料和机构的结合。环形隔离装置作为在环面两个部分之间的承压密包封置。由于环形隔离装置必须阻塞在环形空间中的流动，它们可以具有与管道件外表面紧密液体接触的内径，和与井孔壁或套筒的内壁紧密液体接触的外径的环形或管状形式。如果其可以膨胀到与井孔壁密切接触从而去除环面，那么环形隔离装置可以通过管道本身形成。隔离装置可以沿井孔延伸到一定的长度。在有些情况中，如下所述，导管可以设置在环面中穿过或绕过环形隔离装置，以便可以控制某些材料例如液压液体流入或流出井孔。

这里所用的术语“有孔的”，例如有孔管道或有孔衬垫，是指具有穿过其的孔和开口。孔可以具有任何形状，例如圆形、矩形、槽形等。这个术语并不是要限定孔的形成方式，即不需要通过打孔或孔的设置来对孔进行加工。

现参照图1，所提供的是在其中采用根据本发明的环形隔离装置的采油井的一个具体实例。在图1中，井孔10是从陆地12的表面往下钻，井孔10的上部具有套筒14，其可以通过粘合剂16与井孔10密封。在井孔10的套筒部分下面是向下延伸，然后横向穿过各种陆地地层的开口井孔部分18。例如，井孔18可以穿过水域地带20、页岩层21、有油地带22、非开采地带23以及进入另一有油地带24。如图1所示，开口井孔18是倾斜的，这样其以不同的角度穿过地带20-24，并且可以几乎水平地穿过有油地带24。斜孔或水平钻孔的技术可以使得这些井能够从井的表面位置横向钻出几千英尺，如果需要，可使这些井停留在一个单独的地带内。由于有油地带一般并非水平的，所以在跟随有油地带的油井很少有完全水平的。

管道26放置在从套筒14的低端向下延伸穿过开口井孔18。在其上端，管道26通过环形隔离装置28与套筒14密封。另一环形隔离装置29密封在页岩层21中的管道26和开口井孔18的壁面之间的环面。可以看出隔离装置28和29阻止液体在水域地带20中环形流动，并因而防止开采到水域地带20中的水。在有油地带22中，管道26具有有孔部分30。部分30可以是有孔衬垫，并且可以典型地在其外圆周上装有防砂屏或过滤器。一对隔离装置31防止到或穿过非开采地带23的环流。如果需要，隔离装置31可以是完全延伸穿过非开采地带23的单独隔离装置。隔离装置29和隔离装置31的结合可以使得从有油地带22中开采的油进入到可选择性控制的有孔部分30中，从而防止开采到的液体通过环面流入到井孔18的其他部分。在有油地带24中，图示的管道26具有两个有孔部分32和33。部分32和33上可以打有孔，并且可以典型地在其外圆周上装有防砂屏或过滤器。环形隔离装置36和38可以设置用于密封管道26和开口井孔18的壁面之间的环面。隔离装置31、36和38可以分别控制油流入有孔部分32和33，并且可以防止开采到的液体环流到井孔18的其他部分。开口井孔18的水平部分可以穿过有油地带24延伸几千英尺。管道26可以同样在有油地带24内部延伸几千英尺，并且可以包括由许多诸如隔离装置36和38的环形隔离装置分隔开的许多有孔部分，从而将地带24分隔成可控制开采的多个区域。

管道26通常包括可膨胀的管状部分。管道26的实心部分以及有孔部分32和33现在都使可以经常膨胀的。采用可膨胀管道具有许多优点。安装时，管道具有减小的尺寸，其可以很容易地安装在偏移的、倾斜的或水平的井孔中。膨胀时，实心的或有孔的管道和隔离屏，可以设置用于支撑没有装套筒的井孔，同时可以屏蔽和过滤掉砂子以及其他开采到有可能损坏管道的固体材料。膨胀后，管道的内径增加，可以改善液体在管道中的流动。因为对可以膨胀的可膨胀管道26有限制，并且井孔壁面不规则，并可能在开采过程中，实际改变形状，仅采用包括有可膨胀的有孔部分和隔离屏32和33的可膨胀管道26不可能完全阻止环流。为了获得所需的流动控制，需要有环形隔离物或隔离装置36和38。由于包括需要安装，并能操作这些封隔装置的结构件不能沿管道线26进行膨胀的各种原因，可以发现诸如可膨胀封隔装置之类的典型环形隔离装置与图1所示的生产安装的类型不相兼容。

参照图2，提供一种用于安装诸如图1所示的元件36和38之类的环形隔离装置的改进系统和方法。在图2中，显示有位于开口井孔40中的管道42。在图2的右侧，显示的是管道未膨胀的状态，并且其外表面具有弹性材料的环形物或带状物44，例如橡胶。在这种具体实施方式中，环44具有相当短的轴向尺寸，即沿管道42的轴向长度上的长度，但具有相当长的径向尺寸，即从管道中朝井孔壁40在径向延伸的距离。优选地，如图所示，这些环形物的径向具有锥形，以便在与管道的外表面结合的部分具有较长的轴向尺寸，而在首先与井孔壁相接触的端部具有较短的轴向尺寸。当在井孔中延伸时，管道42具有环44和相似的环46，其共同形成诸如图1中的隔离装置36一样的单独环形隔离装置。环44和46可以采用在位于管道42周围的模具中浇铸的方法安装在管道42上。管道同样也可以由在环44和46之间的连续弹性套管覆盖，其同样也可以采用相同的浇铸和固化过程而形成。同样如图2所示，将膨胀锥形物48如箭头50所示从左侧推入管道42中。当锥形物从左到右穿过管道时，管道可以膨胀到与52处一样的较大直径。当膨胀锥形物穿过环46时，可以迫使环46与井孔40接触。由于总体积保持不变，管道52的膨胀可以减小环46的径向尺寸并增大其轴向尺寸。换句话说，环46在膨胀的管道52和井孔40之间的环面上部分轴向伸展。当膨胀锥形物48穿过环44时，其同样也会膨胀到与井孔40相接触。图1中的各环形隔离装置36和38可以包括两个或更多个，如图2所示，安装在可膨胀管道上的橡胶环形物44和46。

同样，如图2所示的是沿管道42的外表面延伸，并穿过环44和46的导管45。经常需要的是在完好的井中可以从地表面提供控制线、信号线、电源线等到井下的设备上。这些线可以是用于将信号从井下传上或传下，或发送控制信号到井下并且从井下将压力和温度传感器信号传到井上的铜线或其他导线。光纤也同样可以用于将信号传输到井下或井上。这些线可以是用于给井下的液压阀和电机等提供液压动力的液压线。液压线也同样可以给井下的设备提供控制信号。导管45同样也可以是用于井下环境的其他类型的线，例如化学喷射线。通常优选地是将这些线布置在管道外面，而不是在管道中心的生产流路通道上。如图所示，在用环44和46保持环面隔离的同时，这些线可以布置成穿过环44和46。

图2的具体实施方式解决了现有技术装置中的一些问题。这种装置已经包括在可膨胀的隔离屏外部上的相当薄，沿管道轴向延伸一段实质性距离的橡胶套管。在开口井孔的扩大部分中，这种套管典型地与井孔不接触，并因此不会形成有效的环形隔离装置。在井中坚固的地层中，这种现有技术的套管可以在可膨胀管道完全延伸，并在延伸的过程中产生过大力之前与井孔壁相接触。由于其轴向的长度，在环面上轴向挤压或流动这种套管所需要的力不可能由膨胀工具产生，并且如果可能的话，也将会损坏井孔或管道。

在图2的具体实施方式中，环44和46具有可选择用以满足一些要求的径向和轴向尺寸。一个要求是环形物要以足够的应力与井孔壁相接触，以便与井孔壁相符合，并可作为有效的环形隔离装置。环的径向尺寸或高度可以选择成比在已膨胀管道和最大要求井孔之间的环面宽度要大些。因此，由于管道膨胀的结果，环可以在环面上径向压缩并轴向膨胀。通过选择合适的弹性材料，以及相对于径向尺寸的环的轴向长度，可以产生最小应力，用以给井孔壁提供密封。

另一个要求是避免由于过应力而对环44和46产生的损坏。当管道在具有标称直径或小于标称直径的井孔中膨胀时，有可能出现过应力。这种过应力可能会损坏井孔壁，也就是由于过应力并压垮井孔壁的地层。在有些情况中，对井孔壁的一些压缩是可以接受的，或甚至是需要的。在膨胀工具穿过这些环之后，过应力同样也可能引起管道的倒塌或压缩。也就是说，当膨胀工具穿过或离开管道之后，在弹性环上的应力可以足够到减少管道直径。过应力可能损坏或停止膨胀工具本身的运动。也就是说，应力可能要比从给定的膨胀工具上获得的那些力要大些。

当管道在最小直径的井孔中膨胀时，这些弹性环一定会在内应力的作用下轴向膨胀，该内应力小于会引起井孔壁、管道或膨胀工具损坏的应力水平。如上所述，这些环的径向尺寸是可选择的。基于任何给定的径向尺寸以及所选弹性体的特性，可以选择这些环的轴向尺寸，以便可使在最小要求井孔中的管道能够膨胀而不会产生过应力。轴向尺寸越小，使弹性环从原有的径向尺寸径向压缩到在膨胀的管道和最小要求的井孔之间的环面厚度所需的力也越小。

环44和46的锥形可以满足要求。从上述中明显可知，径向压缩环44和46所需力的大小与这些环的轴向长度有关。具有如图2所示的锥形(或如图10和11所示的锥形)，这些环不会具有单一的轴向尺寸，而是具有一系列的轴向尺寸范围。最短的轴向尺寸是在最先与井孔壁接触的外圆周上。因此，在外圆周上引起径向压缩和轴向膨胀所需的力最小。也就是说，当管道膨胀时，可使最先与井孔壁面接触的环开始有效地变形。这将有助于确保环与井孔壁面相符合。采用其他诸如半球形或抛物线形的截面形状的环44和46也可以获得相同的效果。

优选地，根据图2具体实施方式的环形隔离装置包括两个或多个图示的环44和46。同样优选地是当这些环径向压缩时，可以选择这些环的轴向尺寸，使得弹性体可以进行环形膨胀或挤压。当然，这可以假定能使弹性体在提供的环形空间中不受限制的膨胀。如果相邻的环间隔太近，当其在环面上轴向延伸时，有可能相互接触。当发生这种接触时，用于进一步进行径向压缩所需的力可能实质性地增加。因此优选地，相邻的环必须具有足够的间隔，以便可以至少在最小尺寸的井孔中进行不受限制的环形膨胀。由于诸如橡胶的弹性体本质上是不可压缩的，所以必须提供足够的环形空间用以容纳可以通过这些环的最大径向压缩而轴向伸展的弹性材料的体积。如上所述，当图示的具体实施方式显示在两个环之间存在有弹性材料时，也同样可能在两个环之间存在有径向较短的连接套管部分。甚至在这种情况下，还可以实现设计，以便在两个环之间的套管部分的上方提供容量(空间)用于容纳所需的膨胀。

参照图3和图4，显示的是外环形隔离装置的另一具体实施方式。在图3中，显示出未膨胀的可膨胀管件54的一部分。在可膨胀管道件54的外部具有预先伸长的弹性套管56。套管56已经轴向延伸以增加其轴向尺寸，并且从不受外力作用时其所具有的尺寸上减小其径向尺寸。套管56的一端安装在通过焊接永久性地安装在可膨胀管道件54的外表面的环58上，或可以通过如下所述的粘接或摺皱的方法使其进行可松开地安装。在弹性套管56的另一端安装有保存在可膨胀管道件54的凹槽62中的滑动环60。在图4中，所示的弹性套管56是处在不受拉伸力作用的松驰或未拉伸的情况下。在图4中，用力迫使膨胀锥形物64从左侧进入可膨胀管道件54中，并且穿过锁紧凹槽62。正是这样，具有凹槽62的可膨胀管道件54可以膨胀到最终的膨胀尺寸。当这发生时，可以将滑动环60松开，并且可以使弹性套管56回到其未拉伸的尺寸。

如上所述，可膨胀管道需要尽可能地减少在管道和井孔壁面之间的环面。管道只可能膨胀有限的，没有破裂的量，因此，当管道进入井孔中时，其需要在未膨胀的情况下具有最大可能的直径。也就是说，膨胀前，管道越大，膨胀后，其也越大。安装在管道外的部件在管道进入到井孔中时，可以增加管道的外径。整个外径的尺寸大小必须可以使管道能进入到井孔中。外径是实际管道直径加上任何一个外部件的厚度或径向尺寸的总和。外部件可以有效地减少实际可膨胀管道件的容许直径。

在图3和4的具体实施方式中，通过使弹性套管56预先拉伸到如图3所示的形状，可膨胀管道件54的总直径可以当其进入到井孔中时减少。套管56的径向尺寸减少可以使可膨胀管道件54具有较大的未膨胀直径。当管道如图4所示膨胀时，套管56可以回到原有的形状，在那儿其可以进一步在可膨胀管道件54上径向延伸。结果，当膨胀锥形物64从弹性套管56下面穿过时，将会在较大的井孔或不规则的井孔中形成环形隔离装置。套管56的松弛形状可以根据最大要求的直径进行选择，这样当管道膨胀时，套管将与井孔壁相接触，并且由于足够的内应力而径向压缩，以便与井孔壁形成良好的密封。当径向压缩时，由于弹性体的体积保持不变，套管56将会沿环面轴向膨胀或挤压到一定程度。

图3和4中环形隔离装置可能位于适当井孔中，该井孔的尺寸有可能是标称钻孔尺寸或甚至由于与井孔液体接触的井孔壁膨胀，该尺寸并不够大。在这种情况中，当管道54膨胀之前，套管56的松弛厚度足够与井孔壁57相接触。当膨胀锥形物64从弹性套管56下穿过时，还需要进一步轴向膨胀或挤压以避免过大的应力。卸压可以通过两种方法中的任意一种。可以采用滑动环60，这样当膨胀之后，其能在预选择的力作用下在已膨胀管道54上滑动。可选择地是，通过打褶或相似的、可以释放，并在大于预选择的力的轴向力的作用下进行有限运动的连接可以将环58安装在管道54上。在任何一种情况中，通过在套管56下的管道54的膨胀产生的最大的力可能有限，同时需要在套管56上保持足够的应力，以获得与井孔壁的良好密封。如果环58用作卸压装置，需要提供锁紧机构以防止在膨胀锥形物64穿过环58之后还进一步的滑动。锁紧装置可以是一个或多个在环58上的滑动型锯齿59，当管道在环58下膨胀时，其可以卡紧管道54。也可采用其他机构，以获得有限的压力释放，同时在已压缩的套管56上保持足够的应力以便与井孔保持良好的密封。

在图5中，显示的是部分膨胀的可膨胀管道部分66。部分66在其外圆周上安装有固定的弹性套管68和70。在示图中，所示的井孔壁72在弹性套管70的位置处具有扩大部分74。在该具体实施方式中，可以利用可调节或可变直径的膨胀锥形物76使管道66膨胀。当管道66在扩大部分74区域中膨胀时，锥形物76的直径增加，以使管道66过度膨胀，从而引起弹性套管70与井孔壁在区域74中进行紧密的接触。在没有扩大的井孔壁72的区域75中，套管68将会与正常膨胀的管道66相接触。可变膨胀锥形物76可以与诸如图2的锥形物48或图4的锥形物64之类的固定膨胀锥形物一起工作。两种锥形物可以安装在一个膨胀工具线上，或者可调节锥形物可以安装在管道的开孔处，当其到达管线的端部时，可以用膨胀工具将其安装或取出。管道、隔离屏等膨胀之后，通过固定锥形物，可变锥形物76可用于进一步膨胀外套管70的部分，从而确保与井孔的密封。这样可以单程进入井孔中。例如，当工具向下进入到井孔中时，固定锥形物可以在整个管道中膨胀延伸，并且当工具向上回到井孔外时，可调锥形物能够在所需的位置上展开。

图6、7和8是显示在管道膨胀之前，具有增加的可变径向尺寸的外弹性套管的另一具体实施方式。在图6和7中，为使管道进入井孔中，所示的弹性套管80位于其安装的位置上。套管80的一端与在管道78上的固定环82相连接。环82可以使套管80固定在适当的位置上。滑动环84与套管80的另一端相连接。弹性套管80上在86处有槽口或凹槽以用于产生铰链或弯曲部分。

在图6和7的左侧显示出的第二套管88具有两个展开行程。当管道78进入到井孔中时，套管88实质上与套管80相同。在图6中，膨胀工具90移动到管道78的左侧，并且使管道78的一部分膨胀到与套管88的左端相连接的滑动环92上。当管道78的膨胀部分与环92相接触时，将环推到右边，并使套管88折叠成图示的可折叠形状。在折叠的情况下，套管88具有增加的径向尺寸，即其从管道78的外表面延伸出的比其进入管道安装时的实质上要长一些。套管80和88也可以折叠成不是图6和7所示出的形状。在可选的具体实施方式中，套管80和88可以不用开槽或也可设计成可以折叠，或者能通过滑动环84和92简单地压缩成如图4所示的形状。在图7中，膨胀工具90完全穿过套管88的下方，并且使管道78膨胀，并使套管88膨胀，这样套管88与井孔壁在94处相接触。滑动环92移动到右侧一直到套管88完全折叠，并且使环92的进一步运动停止。在此处，工具90穿过环92的下方，使其与管道78一起膨胀。

在图8和9中，显示的是当安装管道时，将诸如图6和7中的环84和92之类的滑动环固定在适当位置上的装置。在图8和9中，弹性套管96和固定环98可以与图6和7中的弹性套管80和固定环82相同。在图8和9中，可膨胀管道100具有用于使滑动环固定在适当位置上的凹槽102。在图8中，滑动环104具有靠其中心的配合槽106，其延伸到凹槽102中以用于将滑动环锁紧在适当的位置。在图9中，滑动环108具有形状与凹槽102相配合的边沿110。在图8和图9的两个具体实施方式中，当用力迫使膨胀锥形物进入可膨胀管道100中时，凹槽102可以去除或是平的。当这种情况发生时，在其膨胀时，滑动环104和108将不再会锁紧到适当位置，并将沿可膨胀管道100自由地滑动。管道膨胀后，在图8和9中弹性套管96可以变成如图7所示的套管88的形状。

参照图3和4，如上所述，在小井孔中如图7所示的套管88的膨胀可能会导致膨胀工具上具有过压力或力。如上所述，可以提供相同方式的卸压。也就是说，滑动环92可以适应向后滑动到左边，以响应在套管88上的过压力。或者环90可以通过打褶与管道78相连，与图8和9中所示的结构一样，这样如果施加有足够的力，其可以松开，还可滑动到右边。

现参照图10，所示的是可选的具体实施方式，在其中采用可膨胀的化学材料形成环形隔离装置。在图10中，可膨胀管道112实质上与前面图中的可膨胀管道是相同的。在该具体实施方式中，两个弹性环114和116可能实质上与图2所示的环44和46相同，安装在管道112的外表面上。管道112在环114和116之间具有液体密封的壁面，并可能在图示部分的端部有孔。在弹性环114和116之间，具有安装在管道112的外壁上的圆柱形覆盖层或各种化学材料的套管118。在这种具体实施方式中，套管118包括用惰性粘合剂122包封好的氧化镁和磷酸二氢钾的固体颗粒120，例如干粘土。化学物氧化镁和磷酸二氢钾遇到水将溶解并发生反应，然后液体将变成凝胶相，并最终晶化成固体陶瓷材料镁钾磷酸盐六水合物。这种材料一般可以作为酸基结合剂，并且有时是指化学粘合陶瓷，在大约二十分钟其就可正常硬化，并且很好的结合成各种底层。如果需要，可以采用其他的酸基结合剂系统。一些需要二十二水合反应，并在有较大空隙空间需要填充的地方可以采用。当该具体实施方式采用象包封材料122一样的粘土时，在将管道112安装在井孔的过程中，可以采用将单一的化学颗粒分隔开，并防止井孔中的液体与化学材料相接触的任何其他材料或包封装置。如下所公开，单一的化学成分可以包封成微胶囊、管子、袋子等形式。

当如图2所示，驱动膨胀锥形物穿过管道112时，管道112断裂或变形，从而使化学反应物120与在井孔环面中的水混合并反应，以形成如上所述的固体材料。在图10的具体实施方式中，弹性环114和116主要用于将化学反应物120固定到适当的位置上，一直到化学反应完全结束。当反应发生时，化学材料的体积可以通过与水反应和结合而膨胀，并且通过已反应的化学物形成最终的环形隔离装置。因此，弹性环114和116是可选择的，但最优选地是，当发生反应时，确保将化学物放在适当的位置上。弹性环114和116需要设计成在发生化学反应的情况下，使材料释放，并导致可能损坏管道112的过大压力。在许多情况中，所需的一个或两个有一定尺寸大小的弹性环114或116不能完全密封住井孔。这将使得多余的水和其他环形液体流入到可以提供水合反应的地方。通过这样松散的配合，环114和116将会使诸如在较低压力下的胶体之类的粘性材料减少流出，而使得一些液体材料或在过压下的胶体流出更多。如果需要，化学材料可以压缩成热敏材料，并通过将加热器放入管道112中而释放到所需的位置上。

如图10所示，导管115穿过环114、116和化学覆盖层118。导管115是用于提供电源、控制、通讯信号等，与如上所述的图2中的导管45相同。在该具体实施方式中，在形成环形隔离装置后，会将导管115嵌入在酸基粘合剂上。所述的具体实施方式的许多优点都将得以实现，而不管是否有导管115存在。

图11所示的是采用各种化学材料用于形成环形隔离装置的另一具体实施方式。可膨胀管道124优选地具有一对弹性环126和128。在环126和128的位置之间，管道124具有环形槽区130。在槽130中具有诸如干燥条件下的交联的聚丙酰胺之类的可膨胀聚合物132。易破裂的套管134安装于延伸到有槽部分130的管道124的外壁上。在套管134和有槽部分130之间的空间限定有间隔室用以保存形成环形隔离装置的材料，即可膨胀聚合物132。在将管道124安装在井孔中期间，套管134可以防止液体进入可膨胀聚合物132。聚合物132可以是通过套管134固定在适当位置上的粉末形状或细小的颗粒。聚合物132可以由膨胀时碎裂的固体块或薄片组成，其同样也可以由多孔的或泡沫状的薄片形成。如果使用固体的或多孔形式的薄片，套管134也可能不需要或仅是简单地粘贴在可膨胀聚合物132的外表面的覆盖层或薄膜上。当将膨胀锥形物强行推入管道124中时，直径减少部分130沿着管道124的其余部分延伸至最终设计的膨胀尺寸。橡胶环126和128将膨胀到能限制或阻止环流。保护套管134设计成有裂口或碎片而不是膨胀，从而使聚合物132暴露于井洞里的液体中，聚合物132将吸收大量的水并膨胀到最初体积的几倍。用力迫使在此处的聚合物132到达管道124的最终直径的外部，并因而与井孔壁相接触。可膨胀聚合物和弹性环密封件126及128结合成环形隔离装置。环形隔离装置的形状具有灵活性，并且如果井孔的形状和尺寸发生改变，其也能与不均匀的井孔形状和尺寸相符合。

其他各种固体、液体或可用作图11的具体实施方式中的化学材料132的粘性材料。可膨胀聚合物可以具有薄片形状或立体形状，其安装于管道124上。在图10的具体实施方式中的采用的酸基粘合剂材料具有有槽部分130，并在管道124的安装过程中可由套管134进行保护。参照图10进行说明，弹性环126和128是可选的，但优选地是当反应发生时可以将材料固定在适当的位置。并且优选地设计成可以限制由膨胀材料产生的压力大小。

现在参照图12，对本发明的另一具体实施方式进行说明，其中液体可用于膨胀套管。在图12中，可膨胀管道136由具有在其中存有材料环形隔离装置形成材料140的凹槽的直径减少部分138形成。外膨胀壳或套管142形成具有直径减少部分138的液体密封室或腔。安装好的套筒142的外径比可膨胀管道136要大些，从而可以增加与管道136一起进入井孔中的材料140的数量。外套筒142可以通过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通过弹性密封件148粘接在管道136上。固定套管150的一端焊接在管道136上，并且相对的一端延伸到外套筒142的端部146。固定套管150优选地包括至少一个靠近中心的排出孔152。预设置的外套筒142的部分143可以在比套筒142的保持部分更低的压力下进行膨胀。部分143可以由不同的材料制成或可以在低压时进行膨胀。例如，部分143可以在形成如图11所示的形状之前进行褶皱和退火处理。部分143优选地与套筒142的端部146相连，其可通过膨胀工具进行扩展。金属外套筒142在其外表面可以由弹性套管或衬层154覆盖。如果在膨胀过程中，万一褶皱不能完全去除，那么褶皱可以有助于与井孔壁形成密封，那么弹性套管154优选地在部分143上。弹性套管154同样可以优选地在有孔的套筒142的任何部分上。

下面将对可称为“金属”套管或套筒的可膨胀套筒142和其他可膨胀套管进行说明，这主要是为了与弹性材料有所区别。它们可以由多种诸如可延展铁、不锈钢或其他合金，或者包括聚酯基体(matrix)合成物或金属基体合成物的合成物之类的金属材料组成。它们可以打孔或进行热处理，例如退火以减少膨胀所需的力。

在操作中，图12所示的具体实施方式与图12所示的在井孔中的情况一样。一旦适当定位，可用力迫使膨胀锥形物如图2所示由左向右穿过管道136。当锥形物到达直径减少部分138，并开始膨胀到与管道136的最终直径相同时，材料140的压力将增大。由于压力增大，套管142向外朝着井孔壁膨胀。膨胀开始于部分143，其可以在第一个压力作用下进行膨胀。当部分143接触到井孔壁时，材料140的压力增大一直到第二个压力，这时套管142的其余部分开始膨胀。如果尺寸选择合适，可膨胀套管142和弹性覆盖层154将受压与井孔壁完全接触。为确保这种接触，需要提供额外的材料140。如果有额外的材料，并且套管142与整个长度上的外井孔壁紧密接触，膨胀过程将提升材料140的压力到第三压力，此时聚合物密封件148打开，并释放出多余材料。然后，多余材料通过排出孔152流入到管道136和井孔壁之间的环形空间中。当膨胀锥形物移动到套管142的端部146时，管道136和套管142将对着固定套管150的重叠部分进行膨胀。当这些部分都一起进行膨胀时，密封再次形成，以防止材料140进一步从管道136和外套管142之间的空间中泄漏。材料140可以是任何已公开的可反应或可膨胀材料，这样在152处排出的多余材料可以发生反应，例如，与周围的液体进行反应，用以在管道136和井孔壁之间形成附加的环形隔离装置。

在图12的具体实施方式中，所示的套管142具有膨胀的初始直径，以便可以使材料140进入到井孔中。如上所述，这样结构可以导致管道136具有较小的最大未膨胀直径。这有可能仅用外套管142就可形成一个液体室或蓄水池，而不用直径减少部分138。然而，为了获得相同的储存液体的体积，套管142将不得不进一步从管道136上膨胀，并且管道136的最大未膨胀直径将进一步减少。

图13显示的是一个可选的具体实施方式，其允许管道156具有较大的未膨胀直径。在此具体实施方式中，外套管158具有圆柱形状，并且本质上具有与管道156相同的外径。否则，外套管158将以与图11的套管142相同的方法与管道156进行密封。同样地，该具体实施方式包括与图12的具体实施方式中所采用的一样的卸压装置157。套管158优选地具有预先设置的部分159，以便在比套管158的保持部分更低的压力下可以进行膨胀，与图12的套管142的部分143一样。外套管158可以具有象图12的套管154一样的外弹性套管。

为了给图13的具体实施方式中的环形隔离装置的形成材料的较大体积提供存储空间，可以将管道156的直径减小部分160如图14所示进行褶皱。优选地，部分160从具有比管道156的未膨胀直径更大的未膨胀直径的管道上形成。在将部分160褶皱的过程中，管道壁可以在褶皱后拉伸到较大的圆周，然后退火以释放应力。这些安排中的每一步都有助于减小在部分160中，由于打开褶皱，并膨胀到最终直径所产生的总应力。从图14中可以看出，管道156的直部分160的褶皱或褶皱产生相对大的用于存储膨胀液体的空间162。当膨胀锥形物通过在图13的具体实施方式中的管道时，打开褶皱，驱动在空间162中的材料使外套管158，以与图12所述的相同方法进行膨胀。除了打开褶皱部分160，图13的具体实施方式与图12的具体实施方式中操作相同，即当膨胀工具从左到右穿过管道156时，材料162到达第一压力，此时套管部分159膨胀一直到其接触到井孔壁。接着，材料到达第二压力，此时，其余的套管158膨胀。如果整个套管158接触到井孔壁，就可达到第三压力，此时卸压装置157将多余的材料排出到环面中。

如图12和13所示的卸压装置，在下列的许多具体实施方式中，优选地在可膨胀管道系统中采用固定直径的锥形物进行膨胀。膨胀后，可膨胀管道系统经常在其整个长度上需要具有相同的内径。采用固定直径的膨胀工具可以提供这种相同的内径。在这种系统中，卸压机构可以具有一些优点。大量的膨胀材料需要与可膨胀管道一起进入井孔中，以确保在过尺寸的例如，冲洗过的并且不规则形状的井孔部分形成很好的环形隔离装置。如果井孔是标称大小或过小尺寸，那么将会需要比形成环形隔离装置所需的更多的液体。如果没有卸压机构，过压力将会出现在膨胀过程的材料中，并且膨胀工具也会经受过大力的作用。结果会导致管道破裂或膨胀工具阻塞或断裂。卸压机构可以将多余的材料排放到环面中，从而避免过压力或过大的力，并且，可以采用合适的材料用作辅助环形隔离装置。

图15和16显示本发明的另外一个具体实施方式，在其中安装于井孔内的可膨胀管道中的材料可用于膨胀环形隔离装置。图15中，可膨胀管道164包括提供用于储存隔离装置形成材料的储藏室的减少直径部分166，优选的材料是液体168。液体168通过弹性套管170保持在一定的位置，弹性套管170完全覆盖着液体168并且沿可膨胀管道164的外表面延伸一段市实质的附加距离。有孔的金属覆盖物172的第一部分在第一端174与可膨胀管道164连接。覆盖物172沿弹性套管170的周围延伸一段距离，这段距离至少等于管道164的直径减小部分166的长度。覆盖物部分176的第二部分具有连接到管道164的一端178。覆盖物部分176覆盖，并使弹性套管170一端固定在适当的位置。在覆盖物部分172和176之间，弹性套管170的一部分暴露出来。与套管170的暴露部分相邻的覆盖物172的覆盖物部分176和部分180具有许多穿孔，并因此设计成可以相对容易地进行膨胀。覆盖物172的保持部分182仅有最小的槽(或者在一些具体实施方式中没有槽)，并要求有较高的压力来膨胀。如果需要，覆盖物部分172和176两个都可以由第二弹性套管覆盖，以便在膨胀后，改善井孔壁和覆盖物之间的密封。

图16显示出在将膨胀锥形物从在图15和16中的可膨胀管道164的左侧驱动穿过到右侧之后的该具体实施方式的情况。当用力迫使锥形物穿过可膨胀管道164时，首先迫使液体168在弹性套管170的暴露部分下面流动。如图16所示，液体将会膨胀一直到其与184相接触并且相符合。在该具体实施方式中，优选地是，可膨胀管道164的直径减小部分166可以比弹性套管170的暴露部分要长相当多。通过合适地选择这些长度比，足够的液体168可以为弹性套管170提供非常大的膨胀。当弹性套管170膨胀并与井孔壁相接触时，液体168的压力增大，并且有很多孔的覆盖物部分176和部分180也将会膨胀。如果在覆盖物部分176和部分180膨胀到与井孔壁相接触之后，需要提供另外的液体，那么液体的压力将会提升到足够高，从而引起覆盖物172的最小有孔部分182膨胀。因此，最小有孔部分182的槽口可以提供压力释放或限制的作用。同样，也需要包括如图12和13所示的卸压机构，以便提供辅助的压力限制机构，以防井孔是标称尺寸或过小尺寸。

现参照图17、18和19，显示的是在其上装有套管的管道膨胀之前，给外弹性套管提供预压缩的环形隔离装置系统。在图17中，通过安装于引导膨胀轴194上的膨胀工具192，使所示的可膨胀管道190已进行部分膨胀。在图17中，已膨胀部分196可以具有已膨胀与井孔壁198相接触的外隔离屏。在已膨胀部分的右侧，设置有在已膨胀管道部分200和202之间的螺纹接头。弹性套管204设置在部分200的外径上。螺纹部分202与可膨胀管道的直径减少部分206相连接，在其中可以将引导膨胀轴194的部分208推进，以形成干涉配合。部分208优选地在外表面上开有键槽，用以形成与直径减少部分206的紧密夹紧。旋转轴承210设置在弹性套管204和较低的管道部分202之间。

当管道线190膨胀到如图17所示的地方后，膨胀轴194可以转动，这样其键槽端部208可以引起管道部分202相对于部分200转动。由于螺纹连接的结果，弹性套管204轴向压缩，这样如图18所示，其径向尺寸也将会增加。

一旦如图18所示，弹性套管204已经膨胀，将膨胀锥形物192用力推进管道线190，并穿过管道部分200和202，使所有部分一直膨胀到最终直径，如图19所示，并驱动弹性套管204与井孔壁198相接触，当管道线190膨胀时，在部分200和202之间的螺纹连接可以紧紧地结合在一起，从而防止其进一步转动。

参照图20，显示的是图17、18和19的具体实施方式的另一可选形式。在该具体实施方式中，采用的是包括膨胀锥形物192、膨胀轴194和有键槽部分208的相同膨胀工具。两个可膨胀管道部分209和210通过内套管211连接在一起。套管211在其各端具有与部分209和210上的内螺纹相配合的外螺纹。套管在其中心附近具有外凸缘212和内凸缘213。弹性套管214设置在外凸缘212与管道部分209之间的套管211上。内凸缘213的尺寸与膨胀轴194的有键槽部分208相配合。图20的系统的操作方法实质上与图17、18和19的系统的操作方法的相同。当膨胀锥形物192穿过并且使管道部分209膨胀时，有键槽部分208与内凸缘213相结合。膨胀锥形物的向下运动将停止，并且膨胀轴194转动，从而使套管211相对于管道部分209和210转动。当套管211转动时，其使外凸缘212从管道部分210上移开，并且朝管道部分209轴向压缩在外凸缘212和管道部分209的端部之间的弹性套管214。如图18所示，套管214的径向尺寸将会增加。那么将膨胀锥形物驱动穿过管道209、套管211和管道210的其余部分，以使管道膨胀，并用力迫使弹性套管214向外朝向井孔壁，以隔离如图19所示的环面。

现参照图21、22和23，显示的是在其中采用螺旋弹簧以膨胀外弹性套管，从而形成环形隔离装置的本发明的具体实施方式。在图21中，所示的弹性套管220处在其松弛或自然形状，与最初加工出的形状一样。弹性套管220由两个部分组成，其包括圆筒形弹性套管222。即弹性套管222在其各端具有与未膨胀管道的外径相对应的直径，并且在其中心具有较大的直径。螺旋弹簧224嵌入在弹性套管222中，并其通常具有与松弛情况一样的相同形状。在图22中，所示的弹性套管220安装在未膨胀管道226的一部分上，以便于进入井孔中。套管220可以纵向地伸长，以使得其与管道226的外径相符合。套管220可以通过在其井孔下端部的固定环228和在其井孔上端的滑动环230固定在管道226上。环228和230实质上与图3所示的环58和60相同。滑动环230可松开地锁在形成于可膨胀管道226的外表面上的槽中，从而使弹性套管220保持直径减少形状，以便可以按如图3所示的方式进入管道中。

图23显示的是当管道226已经放置在开口井孔232中，并且已经将膨胀锥形物从左至右驱动穿过管道226之后，弹性套管220的形状和方向。如图4所示，膨胀锥形物使包括可使滑动环230释放的固定滑动环230以及能使弹性套管220回到如图21所示的自然形状的槽口的管道226产生膨胀。因此，膨胀时，套管220与井孔壁232接触，形成了环形隔离装置。

参照图24和25，所示的系统包括其可通过液体，随着可膨胀管道部分240的膨胀而膨胀的外弹性囊状物。可膨胀囊状物242设置在可膨胀管道240的外部。同样，环形液体室244也设置在管道240的外部。在液体室244的一端是液体246，在其另一端是压缩弹簧248。在液体246和压缩弹簧248之间是滑动密封件250。在液体室244内部的弹簧固定器252通过可释放焊接254使压缩弹簧248保持压缩状态。在液体室244和囊状物242之间的端口256最初通过安全膈膜258进行密封。

在图25中，所示的膨胀锥形物260从右到左移动，使管道240膨胀。当可释放焊接254膨胀时，其从弹簧固定器252上断裂，并释放弹簧248，以驱动滑动活塞250到左侧，这将使液体246通过安全膈膜258注入到囊状物242中。因此，在膨胀锥形物260到达可膨胀管道240中具有囊状物242的部分之前，囊状物242膨胀。当膨胀锥形物继续从右至左使管道240膨胀时，其还将进一步驱动已膨胀囊状物242与井孔壁262紧密接触。

在优选的具体实施方式中，囊状物242部分用可以与设置在环形液体室244中的化学化合物246反应的化学化合物245进行填充。当将化合物246驱动进入囊状物242时，两种化合物混合，并且它们发生反应，以形成固体、或半固体塑性材料和/或膨胀。

在图24和25的具体实施方式中，弹簧248可以用其他形式的诸如带气垫的板簧之类的储能装置替代。没有储能装置，该具体实施方式同样也能进行操作。例如，弹簧248、弹簧固定器252以及活塞250可以去除。液体室244的整个体积可以由液体246填充。当膨胀锥形物260从右至左移动时，有可能使液体室244倒塌，并且将液体246通过端口256挤入到囊状物242中。当锥形物20从其下穿过之前，可以使囊状物填充，并当管道部分240膨胀时，可使其进一步膨胀。

在图24和25的具体实施方式中，需要提供卸压或限压装置。如果囊状物242安装在井孔的标称或过小部分，当膨胀锥形物穿过囊状物下方时，其有可能受到过压力的作用。在上述的具体实施方式中，其中液体室244中充满液体，并且没有使用弹簧，液体室244的外壁可以设计成在低压下膨胀，以防止对囊状物242或膨胀工具260的损坏。如果液体室244本身膨胀到与井孔壁相接触，在液体室244中，同样可能包括用于排出多余液体的安全阀。

现参照图26，显示的是在其上具有可以膨胀以形成环形隔离装置的已压缩开口泡沫材料套管268的可膨胀管道部分266。泡沫材料268是具有低渗透性或无渗透性的开口泡沫材料产品，其可以限制环形方向的流动。其可以弹性压缩至少50％的初始厚度，并且能可逆地膨胀到其原始的厚度。在使管道266进入井中之前，泡沫材料268放置在管道上，并且轴向压缩，并通过由一系列圆形环274连接的一系列纵向件形成的笼270固定在适当的位置上。笼270，或至少环274由易碎的或低拉伸强度的，当膨胀锥形物穿过管道时，会出现不能承受管道266的正常膨胀的材料形成。因此，当管道膨胀时，例如，如图2所示，笼270失效并且释放泡沫材料268，以使其膨胀到原有的厚度或径向尺寸。当出现这种情况时，管道266本身膨胀朝井孔壁挤压泡沫材料268，以形成环形隔离装置。

泡沫材料268可以由在泡沫材料的开口空间中具有的可反应或可膨胀的干化合物制成。例如，参照图10所说明的酸基粘合剂的成分或参照图11所说明的交联的聚丙烯酰胺可以结合成泡沫材料。在安装过程中，象图11的套管134一样的保护性套管可以用于保护化学物不与液体接触。当管道266膨胀之后，化学物可以暴露到地层的液体中并且发生反应，以形成粘合剂或膨胀块，从而获得刚性结构并且使已膨胀泡沫材料具有不渗透性。

当管道进入井孔中时，可以采用其他机构压缩泡沫材料268。例如，可以采用在泡沫材料套管的各端连接到管道部分266的螺旋条或带。端部连接可以安排成能中断膨胀过程，并释放泡沫材料268。可选择地是，泡沫材料268可以由真空收缩塑料薄膜覆盖。在膨胀之前，这种薄膜同样可以防止化学物进入到泡沫材料268中。塑料薄膜可以预先伸长到其极限，这样，当通过膨胀工具进一步膨胀时，薄膜裂开，释放泡沫材料268以便膨胀，并且使化学物暴露到周围的液体中。

现参照图27，所示的环形隔离装置采用化学反应以提供动力，迫使套管进入到膨胀的状态。可膨胀管道部分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的另一端与在套管288和管道280之间的圆柱形活塞286相连接。在活塞286的一端是在活塞286和在一侧的套管288之间的密封件290，并且可膨胀管道280在其另一侧。套管282可以是弹性体或金属物或可以是在其外表面具有弹性涂层的可膨胀金属套管。两个化学室292和294形成于套管288的一部分和可膨胀管道280之间。易碎分隔装置298使化学室292与294分隔开。

在图27的具体实施方式的操作中，驱动膨胀锥形物从左到右使管道280的直径膨胀。当膨胀到达易碎分隔装置298时，分隔装置破裂，使得在化学室292和294中的化学物混合并且发生反应。在该具体实施方式中，化学物可以产生自燃反应，从而产生相当大的力使安全膈膜296破裂，并且将活塞286驱动到图的右侧。当此发生时，套管282将会弯曲，并且向外折叠，以与钻孔壁300相接触。当受力的锥形物穿过套管282的下方时，其将进一步在钻孔壁300上压缩套管282，以形成环形隔离装置。

参照图28和29，所示的是采用花瓣型板以形成环形隔离装置的本发明具体实施方式。在图29中，所示的是处在正常或自由位置，并安装在可膨胀管道部分312上的一系列板310。各板具有沿管道周围的切向线安装在管道312的外表面的一端。板有足够大，在如图29所示的膨胀状态下可以重叠。板310一同形成在管道312和井孔壁之间的锥形栅栏。为了进入井孔中，管道部分210可以相对管道312进行折叠，并且通过环带314固定在适当的位置。带或环314由当有任何较大的膨胀时，就可以断裂的易碎材料形成。当驱动膨胀锥形物从左到右穿过管道312时，环带314断裂，松开板310，以便象伞或花一样，向后朝着其自由状态的位置膨胀，一直到其与井孔壁相接触。可以与诸如那些如图10和11所示的本发明的其他具体实施方式一样采用一对或多对板310。板310可以用于替代图中所示的环形弹性环114、116、126和128。板310由金属制成，并涂有弹性材料，以便改善在单个板之间以及板和井孔壁之间的密封。可选择地是，板可以透过液体，但不可以透过胶体或颗粒。例如，可渗透的板可以用作自然出现在环面中的细砂的屏障或过滤器，其可有意放在环面中以形成环形隔离装置。

在上述的图中显示的是许多在可膨胀管道上具有环形隔离装置形成材料的具体实施方式。材料可以是有点坚硬的弹性材料或可以注入在管道的部分和井孔壁之间的环形空间以形成环形隔离装置的液体材料。这些材料设置在可膨胀管道的外表面上，管道本身的总体直径一定典型地减少到可以使管道进入井孔中。此外，在井孔中安装时，设置在管道外表面上的任何材料都有可能受到损坏。

参照图30，所示的是在其中环形隔离装置形成材料设置在可膨胀管道部分的内表面上的具体实施方式。在图30中，显示的是处在未膨胀状态的可膨胀管道的部分320。在管道320的内表面上设置有各端安装在管道320的内表面上的圆柱套管322。在套管322和管道320之间的空间限定在其中具有一定量的隔离装置形成材料324的间隔室。内套管322可以具有任何所需的长度，优选地比管道部分少，并且因此具有相当数量的隔离装置形成材料324。穿过可膨胀管道320，在靠近内套管322的一端上设置有一个或多个端口326。端口326必须位于与通过使用膨胀工具可以首先接触到的内套管322的端部相对的端部。端口326优选地包括可以使材料从管道320的内部流到外部，但可以阻止从外部流回到内部的止回阀。如果需要，当其穿过端口326时，可以提供各种装置限定材料324的环流。环形弹性环328可以设置在管道320的外表面上，以限制材料324的流动。可选择地是，可膨胀囊状物330可以安装在可膨胀管道320的外表面上，以限定从端口326穿过的材料。可膨胀囊状物330可以由可膨胀金属套管或弹性套管或两者的结合物形成。

在操作中，图30的具体实施方式是在开口井孔中的所需位置上安装环形隔离装置。驱动膨胀锥形物从左至右穿过可膨胀管道320。当膨胀锥形物到达内套管322时，套管322在管道320的内壁中膨胀，从而给材料324施加压力，接着其通过端口326流入到可膨胀管道320的外表面。可选择地是，套管322可以设计成这样，通过膨胀锥形物，套管322的端部可以在管道320的内表面上滑动或从管道320的内表面上分裂。当锥形物移动时，其可以压缩套管，并且将材料324通过端口326挤出。接着，内套管322可以通过膨胀工具用力作用井孔。如果采用外套管330，材料324可以是液体、气体或象固体一样的液体(诸如玻璃状物或一些珠状物)中的任何一种，其将使套管330膨胀，以形成与井孔壁的密封。如果采用套管330，优选地可以提供象图13所示的结构157一样的卸压机构。如果不采用套管330，材料324可以是任何能够固化或具有足够大的粘性，可以固定在所放置地方的液体或液体/固体的混合，或是参照图10和11中所述的诸如酸基粘合剂或交联的聚丙烯酰胺之类的能够通过端口326挤出与井孔中的液体接触，并形成环形隔离装置的活性材料。如果采用环328控制活性材料的位置，优选地，环328设计成可以限制这种活性材料的最大压力。

对于上述的许多具体实施方式，必需使放置在环面中以形成隔离装置的液体具有很大的粘性，或当其暴露在井孔的环面中具有的液体中时，其能够改变特性。静态时比抽取时更有粘性的触变材料同样具有许多优点。各种硅树脂材料可以具有这些所需的特性。一些可以通过与水接触而凝固，并且变成完全的固体。进一步参照图30，这种冷凝硅树脂材料可以注入环面中，而不需要采用套管330并且可以有或没有环328。这种可凝固的硅树脂材料可以与任何形式的壁面轮廓相符合，并填充在穿过各种隔离装置时可能引起泄漏的井孔中的微小破裂或一些多孔间隔。这种可凝固的硅树脂材料同样可以在图11、12、13和35的具体实施方式中具有许多优点。在图11和13的具体实施方式中，这种材料可以是用于使套管154和158膨胀的很好材料，任何排出到环面中的多余液体将会凝固，并形成固体隔离装置。

现参照图31，显示的是可以进入井孔中的最大直径可膨胀管道的一个具体实施方式。可膨胀管道336的一部分具有直径减小部分338。在直径减小部分338中有几个管道端口340，各优选包括能使液体从管道336的内部流到外部的止回阀。在具有直径减小部分338的管道336的外表面上安装有其各端与管道336密封的可膨胀囊状物342。囊状物342优选地是弹性材料。由于囊状物342安装在直径减小部分338上，其未膨胀的外径不大于管道336的外径。所示的膨胀工具344从左至右使管道336膨胀。在膨胀工具344上的芯轴346上安装有外密封件348，其可以与管道336的直径减小部分338的内表面产生紧密的液体密封。当这发生时，在膨胀工具344中的受压液体通过芯轴346上的侧端口345以及管道端口340流出以膨胀橡胶囊状物342。当管道336继续膨胀时，直径减小部分338向外膨胀到整个直径，并且已膨胀囊状物342可以受力紧靠着井孔壁，以形成环形隔离装置。

在图31的具体实施方式的更简单形式中，可膨胀囊状物342可以用一个或多个固体弹性环替代。例如图2中所示的两个或多个环可以安装在直径减小部分338中，通过这种结构可以获得较大的未膨胀管道直径的益处。在管道336膨胀之前或之后，管道端口340可以去除或者在环之间的环面中采用注入液体，优选地发生反应。

参照图32，显示的是使可膨胀管道件具有过膨胀，从而形成环形隔离装置的本发明的具体实施方式。在图32中，所示的管道356放置在井孔358中的适当位置上。管道356在其外表面上具有弹性套管360。如果需要，可以采用几个诸如图2所示的弹性环代替套管360。所示的压力膨胀工具362从表面位置可以进入到套管360的位置。压力膨胀工具362包括与管道356的内壁形成紧密液体密封的密封件364。工具362包括位于密封件364之间的侧端口366。优选地包括安全阀367。当工具362到达图示的位置之后，液体从表面抽出到膨胀工具362中，并以足够大的压力使管道356膨胀和过膨胀。当弹性套管360与井孔壁358接触时，压力增加并且膨胀停止。安全阀限制压力大小，以避免使管道356破裂。工具362可以穿过管道356移动到其他位置，在其中安装有诸如套管360的外套管，并且使他们膨胀与井孔壁358接触，以形成其他环形隔离装置。

如图32所示的膨胀系统可以用于管道356正常膨胀之前或之后。如果在正常膨胀之前工作，工具362可以具有一个可调膨胀锥形物或当工具362从管道356中退回时，可以从用于膨胀的管道线的底部拾起一个锥形物。如果在正常膨胀之后工作，密封件364可以是膨胀密封件，使得在进行正常膨胀过程后，将需要过膨胀的地带隔离开。

参照图33和34，显示的是用于使采用液压成形技术的可膨胀管道过膨胀的系统。在图33中，显示的是在其外表面上具有弹性套管372的可膨胀管道部分370的部分。为了膨胀环形隔离区372，一对滑块374位于在套管372各边的管道370的内部。然后施加力驱动滑块朝向另一块，并且将管道370的一部分放置在压缩的橡胶套管372的下方。轴向压缩可以减少膨胀管道370的内部压力，并使其膨胀到较大的直径而不会破裂。然后在管道370里的压力可以上升到使由滑块374引起的轴向压缩的部分膨胀。由于轴向加载和内部压力，如图34所示，管道膨胀一直到橡胶套管372与井孔壁376相接触。这将引起指示环形隔离装置已经形成的压力增加。然后将滑块374释放，并移动到其他位置用于膨胀以形成其他环形隔离装置。如果需要，如图32所示的膨胀工具可以与如图33和34所示的滑块一起使用，这样膨胀压力可以与关注的环形隔离区相隔开。参照图2中的导管45，如上所述导管378可以定位穿过橡胶套管372，以用于给井孔中的设备提供电源、控制和通信信号等，并也能从其中获得信号。

参照图35，所示的是可以在可膨胀管道膨胀之后形成相符合的环形隔离装置的本发明具体实施方式。在图35中，所示的可膨胀管道380的部分位于开口井孔382中。管道380具有一对弹性环384和386。这种结构与图2中的相同。当采用传统膨胀锥形物的管道380膨胀之后，可以发现膨胀环386已经在井孔壁382和管道380之间压缩，从而形成密封，同时由于其已经膨胀到井孔井孔壁382的扩大部分，所以膨胀环384不能与井孔壁紧密密封。膨胀环384和386需要设计成可以限制注入材料的压力。膨胀的管道380包括一个或多个端口388，其优选地包括止回阀。如图32所示的装置362相似的液体注入线390可以设置在注入工具390中的适当位置。注入线390包括在通向注入工具390的端口394的任意一边的密封件392。注入工具390的位置如图所示，各种环形隔离装置的形成材料可以通过端口394和388从表面抽取到在已膨胀管道380和井孔壁382之间的环形空间中。环384和386用于防止注入的材料沿环面流动。导管端口394可以位于通过环384和386的位置，以用于给井孔中的设备提供电源、控制和通信信号等，并也能从其中获得信号。如上所述，参照图2中的导管45。

在图35的具体实施方式中，各种材料可以被抽取出以形成所需的环形隔离装置。所选的化学系统可以是那些注入稀薄的水液体，然后获得有效粘性以隔离环面的材料。这些化学系统包括诸如那些由Halliburton能源服务公司提供的用于Angard TM和Anjel服务的硅酸钠系统。诸如那些由Halliburton拥有的美国专利5,865,845中公开的(其可用作所有目的的参考)以及那些由Halliburton提供的用于ResSeal TM，Sanfix，Sanstop TM或Hydrofix TM的水关闭系统的树脂系统也同样是非常有用的。诸如那些由Halliburton的H2Zero TM和PermSeal TM服务公司提供的交联的聚合物系统也同样是十分合适的。诸如那些由Halliburton的Matrol TM服务公司的乳剂也同样可以在板中生成高粘度的胶体。各粘合剂也同样可以用该系统注入到环面中。如果周围的地层具有过多的孔，图35的系统将特别有用。已注入的液体可选择地渗透进入远离井孔壁382的地层，以防止液体通过流过地层本身而绕过环形隔离装置。

图28和29的花瓣板具体实施方式可以用于替换如图35所示的环384和386。他们对于用细砂作为环形隔离装置的形成材料以形成环形隔离装置非常有用。预先混合的细沙浆可以抽取到一对板310之间的管道380的外部。当压力增加时，板310可以过滤掉砂子和使砂子脱水。可以相信这种几英寸长的砂包可以提供能够阻塞成品液体环形流动的很好的环形隔离装置。该具体实施方式也同样可以通过堵塞或过滤由地层或在环面中的流动而自然形成的砂子以形成环形砂隔离装置。

参照图36，所示的是用于预先膨胀外部具有的，图6至9所示类型的弹性套管的另一系统。所示的可膨胀管道400的一部分可以通过膨胀工具402从左至右膨胀。可折叠的弹性套管404与图6的套管80相同，安装在管道400的外表面上。在套管404的右端是与图6的环82相同的止动环406。外金属套管408安装在与套管404的左端相邻的管道400上，并且具有在套管408的内表面和管道400的外表面之间的滑动密封件410。内滑动套管412位于外套管408的位置上，并且通过一个或多个螺栓或销销414与其相连。销414可以在相应的槽416中轴向滑动穿过管道400。

在图36的具体实施方式的操作中，膨胀工具402的前缘418的尺寸与管道400的未膨胀内径相配合，并且将套管412推动到右边。当将膨胀锥形物驱动到右边时，其推动可通过在槽416中滑向右的销414依次将套管408推向右边的套管412。当销414到达槽416的右端时，套管404将如图6所示已经折叠。膨胀工具402进一步移动使销414折断，这样可以将套管412推向管道400。当膨胀工具402穿过管道400、外套管408和弹性套管404时，所有这些部件将如图7所示进一步膨胀。套管408的内表面优选地具有齿形夹紧面420，与图4中的表面59一样。当套管408移动到右，齿形夹紧面420将与管道400的外表面相邻。当管道400膨胀时，可以握住齿形面420以防止套管408的进一步滑动。参照图3和4，如上所述，环406可设置成滑动以响应由过小尺寸的井孔产生的过膨胀压力。

参照图37，所示的还是用于预先膨胀外部具有的图6至9所示类型的弹性套管的另一系统。所示的管道500的一部分可以通过膨胀工具502从左至右膨胀。可折叠的弹性套管504与图6的套管80相同，安装在管道500的外表面上。在套管504的右端是与图6的环82相同的止动环506。在套管504的左端安装有滑动环508。套管510可滑动地安装在管道500的内表面上。一对滑动密封件512在套管510和管道500的内表面之间提供紧密的液体密封。一个或多个销514与内套管510相连，并从内套管510上径向延伸。销514延伸通过在管道500中相应的槽516，并且位于与环508的左端相邻的位置上。环508优选地在其内表面上具有夹紧齿518。

在图37的具体实施方式的操作中，用力推动膨胀工具502从左到右穿过管道500。当工具502到达套管510的边缘520时，其开始推动套管510到右边。套管510通过销514将外环508推向右边，使套管504压缩并且折叠成图6所示的形状。当销514到达槽516的端部时，套管510停止移动到右边。套管510的边缘520优选地倾斜以与膨胀工具502的形状相配合，并在套管510停止之前，限制力的大小，并通过工具502膨胀。然后，工具502穿过套管510，使套管510、管道500、外环508以及套管504膨胀。当这发生时，齿518可以握住管道500的外表面，以防止环508的进一步滑动。参照图3和4，如上所述，环506可设置成滑动，以响应由过小尺寸的井孔产生的过膨胀压力。

图12至16以及30的具体实施方式共同具有一些功能特征和优点。在图38至41中显示出这些的总体形式。这些具体实施方式在可膨胀管道中各提供一个凹槽或空间，在其中所用于形成环形隔离装置的流动材料能与可膨胀管道一起进入井孔中。在各具体实施方式中，需要有足够的材料设置在管道中，以便在过尺寸、冲失的以及不规则的井孔中形成环形隔离装置。在标称的或甚至是过小尺寸的井孔中，也需要同样合适的系统功能。在各具体实施方式中，可膨胀的外套管具有一些能够实现多种功能可能的特性。

在图38中，显示的是在具有扩大或冲出的部分534的开口井孔壁532中的膨胀的管道部分530。所示的可膨胀套管536具有可膨胀以接触扩大的井孔部分534的第一部分538。套管部分538设计成在第一压力允许下进行很大膨胀，以便在扩大的井孔壁534上形成环形隔离装置。它可由褶皱或有孔或经过处理，以允许较大膨胀的弹性材料或可膨胀金属材料制成。如果使套管536褶皱或打孔，它优选地用弹性套管覆盖。套管536的其他部分540和542设计成在高于膨胀部分538所需的压力下可以进行膨胀。当其进入或在井孔532中安装时，在管道530中具有的液体的体积可选地将达到使可膨胀套管部分538膨胀到其最大容许体积。

参照图39，显示的是扩大井孔部分538、管道530和隔离装置的套管部分538的后视图。如图所示，井孔部分534也许不仅要扩大，而且还具有不规则的形状，其宽度大于高度并且底部由碎片填充，比顶部要平些。套管部分538具有灵活性，可以使其与不规则形状相符合。管道530中的膨胀液体应该足够膨胀套管536，以与不规则的井孔相接触，只要其不超过套管的最大允许膨胀就可以。

在图40中所显示的相同管道530和套管536是扩大的井孔部分544，但扩大小于图38中的冲去部分534。在图40中，套管部分538膨胀到比图38要求要小的直径以接触井孔壁。管道530中仅有部分液体需要膨胀套管部分538。当部分538接触到井孔壁后，管道530膨胀，膨胀液体压力在较高的压力水平，此时套管部分540也膨胀。部分540也同样膨胀，以接触井孔壁544。在图40中，使两个部分538和540膨胀以接触井孔壁的膨胀液体量与具有管道530的下井孔的量相同。管道530的完全膨胀不会导致套管536的进一步膨胀。

在图41中，所显示的是安装在未冲失的井孔壁546中的管道530。替代井孔壁546的是标称钻孔直径或由于膨胀与井孔液体接触，实际过小的钻孔直径。在这种情况下，外套管部分538首先在第一压力下膨胀以接触井孔。这时，膨胀液体压力升高，导致套管部分540膨胀而接触井孔壁546。这些部分的膨胀仅需要求设置在管道530中的部分液体量。结果，液体压力上升到第三压力，此时套管部分542膨胀，以接触井孔壁546。在这个图示中，需要能膨胀所有的部分538、540和542以接触到井孔壁的液体的流体的容量比设置在管道530中的液体总量要少。结果，液体压力上升到第四压力，此时安全阀释放多余的液体进入在548处的环面中。

在图38-41中所示的膨胀套管可以分别具有两个，三个或更多的能在不同压力下膨胀的隔离部分，并且也许包括或不包括安全阀。图12和13的具体实施方式具有两个在不同压力下膨胀的套管部分以及和一个可以在第三压力下打开的安全阀。图15和16的具体实施方式具有三个套管部分，各部分在不同的压力下膨胀，并且如图所示不具有安全阀。如果需要，图15和16的具体实施方式可以提供一个安全阀来防止系统过压。这些部件的结合提供了在最大量的膨胀，以在很大的不规则井孔里形成环形隔离装置，同时允许相同系统能够膨胀，以在标称或过小的井孔中形成环形隔离装置，而不会引起可能损坏环形隔离装置形成套管、环等、管道或是膨胀工具的过压或过大作用力。

在图2、10、33、34和35中，所示的导管位于环面中，并穿过由这些具体实施方式形成的环形隔离装置。参照图42、43和44，所示的是包括这种导管的更详细的具体实施方式。在图42中，可膨胀管道550的部分具有直径减少部分552。外膨胀套管554延伸到凹槽552中，以形成存储隔离形成材料的间隔室。外导管556通过套管554。导管556可以具有进入凹槽552和套管554之间的间隔室里的开口557。图43提供了在图42中的套管554和导管556之间的密封结构的更详细视图。如图所示，橡胶垫片558可以位于通向套管554一端的开口560处。导管556可以插入过垫片558。垫片在导管556和套管554之间形成紧密液体密封，以阻止在环面以及在套管554和凹槽552之间的间隔室之间出现液体流动。

图44所示的是用于在环形隔离装置设置的位置上提供一个或多个导管的另一个结构。可膨胀套管561设置在可膨胀管道562上，形成一个间隔室，在其中环形隔离装置形成材料可以设置通过管道562一起进入下井孔中。套管561具有在其中具有两个导管566的纵向凹槽564。橡胶垫片568具有与凹槽564配合的外尺寸以及用于输送两个导管566的两个孔。当套管561膨胀到接触井孔壁，以形成环形隔离装置时，垫片568将作为在导管566和套管561之间环面部分的环形隔离装置，并将保护导管566。

如上所述，导管556和566可以输送各种铜或其他导体或光纤或可以是液压或其他材料。在图42的具体实施方式中，如果需要，侧端口557可以用于输送液体以膨胀套管554。导管可以通过一系列的套管554，并且它们可以全都膨胀到与在各套管上有一具有侧端口557的单一导管556一样具有相同的压力。导管556可以用于传递两个部分的化学系统中的一部分，另一部分与管道一起进入井孔中。导管556可以提供电源给加热器，以促进化学反应。无论是电源或液体压力均可以用来打开和关闭可以在生产线安装时，控制环形隔离装置膨胀的阀门，或可以用于在生产过程中控制在各隔离的开采部分已开采液体的流量。图44的双导管设计可以提供两根液压线，其可用于控制和提供电源给多个井孔中的控制系统。

参照图45，所示的弹性套管580可选择地用作图3的套管56，图6的套管80和88或者图21的套管220。所示的套管580具有不规则的浇铸形状。各端582是简单的圆柱形弹性套管。在端部582之间有一系列圆周方向的褶皱584，褶皱584具有与端部582的内径相对应的内径的内弯曲部分586。这内径尺寸与未膨胀的可膨胀管道部分的外表面相配合。褶皱584的最大直径与在导管没有膨胀的冲失的井孔壁相接触并配合。如果需要，当如下所述，将套管580覆盖时，线带588可以用于保持褶皱的形状。

在使用过程中，套管580通过如图3所示象滑动环60一样的滑动环和象环58一样的固定环安装于可膨胀管道上。然后，套管580沿轴向伸展到皱褶在管道中基本变平，并且导管和滑动环锁进限制凹陷中。注意，弹性体的轴向延伸对皱褶变平并不是必需的。接着，变平的套管580在安装时与导管一起进入井孔中。当井孔中的导管膨胀时，如图4所示，滑动环将可以释放，并趋向于回到其褶皱形状。当膨胀继续时，滑动环将由如图6和7所示的膨胀锥形物推动，以便轴向压缩套管580。套管580将形成如图45所示的形状，并接着，进一步压缩直到褶皱584紧紧地压在一起。线带588优选地在整个压缩过程中保持形状不变。如果需要，如图36和37所示的可选择轴向压缩和径向膨胀系统可以采用套管580。可以看出，通过浇铸在图45中所示形式的套管580，套筒将具有一个进入井孔中时较小的径向高度，以及当其已经释放并回到其褶皱形状时，非常可预测的径向高度。与这里描述了其他具体实施方式一样，接着，当膨胀工具通过套管580下方时，套管580将进一步随着膨胀管道一起膨胀。

在如上所述的各种具体实施方式中，各种液体可以用于本发明中以膨胀外套管、囊状物等，以形成环形隔离装置，或通过其自身或结合在管道中的外弹性环、套筒等，直接注入在套管和井孔壁之间的环面中以形成环形隔离装置。这些液体可以包括随管道进入下井孔中的不同的单一粘稠的或胶溶的液体。它们可以包括与周围的液体发生反应形成粘液、半固体或固体状的化学系统。它们也可以包括易流动的，诸如玻璃珠子之类的固体材料。在许多上述的具体实施方式中，环形隔离装置是由直接与井孔壁接触的粘性的、半固体的材料形成，或可以用液体去膨胀金属和/或弹性套筒而形成。这些结构不仅提供在不规则或扩大的井孔壁上的环形隔离装置，而且还可以在井孔形状和尺寸经常随钻井的生产周期而改变时，隔离装置能与井孔的形状或尺寸保持一致。

从上述具体实施方式中显而易见，需要提供外弹性套管、环等在进入管道时，具有标称直径，而且其需要足够的膨胀以在不规则和扩大开口井孔上形成环形隔离装置。通过合适的选择弹性材料，其可以膨胀以接触井孔中的液体或将液体输送进或注入到成品管道中。例如，低丙烯腈在接触到二甲苯时膨胀百分之五十。简单的EPDM化合物在接触到碳氢化合物时发生膨胀。这种方法在如图2、4、5、6、12、15、19、22、25、30、31、32、34和35的具体实施方式中提供了附加的膨胀和隔离装置。这可以需要在不膨胀的弹性体中装入可膨胀的弹性体。用这种方式，膨胀的弹性体也许会损失一些物理强度。不膨胀外层也同样可以阻止膨胀剂的损失，以及膨胀材料的收缩。例如，在图30的具体实施方式中，弹性套管330可以制成两层，即膨胀内层和不膨胀外层。液体324可选择用于内层膨胀。液体324和弹性体的内层将用固体或半固体物质填充已膨胀件330。

这里描述的低粘度的膨胀液体经常需要用来膨胀套管或直接抽取进入环面中。低粘度液体允许一些液体流入微小结构中或进入地层中，以防止液体绕过环形隔离装置。但同样也需要注入液体一旦到位就形成高粘度、半固体或固体。许多两个部分化学系统可用于产生这种粘稠的、半固体、有弹性的或固体的材料。例如，一些硅材料或聚丙烯酰胺材料，与水发生反应以形成粘性液体。其它一些需要一个两个部分化学系统或催化剂以引起化学物发生反应。图10所示的具体实施方式释放两个在干燥的条件下的化学成分，以便与周围的水共同发生反应。图24所示的具体实施方式在需要放置环形隔离装置的地方释放并混合一个在干燥条件下的两个部分化学系统。在图13和14的具体实施方式中，褶皱导管部分160提供了四个独立的间隔室，在其中设置在要安装的管道中的各种化学系统在管道膨胀时可以进行混合。在其他诸如图12和16所示的具体实施方式中，释放系统包括一个单独凹槽或间隔室。在这些具体实施方式中，两个部分化学系统可以通过包封化学系统的一部分或包封设置在化学系统的另一部分中的袋子、管道、微球体、微囊体等中的催化剂进行使用。通过选择这些容器的尺寸和形状，它们在允许材料混合和反应的膨胀过程中会发生破裂。例如，在图30的具体实施方式中，端口326的形状可能引起像袋子、管道、微囊体等发生破裂，并在它们穿过端口时，混合材料。

如上所述，图1所示的环形隔离装置28、30、36和38中的任何一个实际上可以包括两个或多个在其他图中所示的单个环形隔离装置。如果需要，可以将这些单独的环形隔离装置对紧密地排列以便给设置在管道中仅在管道膨胀之后混合的两个部分化学系统中的各部分提供单独的凹槽或储存间隔。例如，根据图12或13的具体实施方式与象图11一样的具体实施方式中的井孔间隔有很短的距离。图11的具体实施方式具有用于图12或13的具体实施方式中具有的材料的催化剂。通过图12或13的具体实施方式的卸压机构排出的过多液体排出到图11的具体实施方式中的井孔中，当膨胀时，其可以释放催化剂进入井孔中，从而使得排出的液体变稠，变成半固体或固体。以相同的方式，图30的具体实施方式可以包括两个内套管322，每一个设置有两个部分化学系统中的一部分，每一个具有位于一对环形弹性环328之间的端口326。膨胀时，化学系统的两个部分将注入到环面中，并在环328之间隔离以便混合和发生反应。可选择地是，所述单独隔离装置中的任意一个可以包括从释放系统中排出的单一成份化学物或可膨胀物之一，并形成环形隔离装置与在环面中的周围液体相接触或发生反应。采用这些方法中的任意一种，机械隔离装置或(例如可膨胀件)隔离装置以及化学或可膨胀隔离装置(由释放系统排出到环面中的材料形成)可以彼此形成在同一环面的附近。

在图11-16、24、25、30以及38-41中所示的具体实施方式中，环形隔离装置形成材料优选地设置在由管道壁形成的贮液器或间隔室中。在图11-16中，膨胀液体间隔室形成于管道直径减少部分和外套管之间。在图30中，间隔室形成于内套管和管道内表面之间。在任何一种情况中，当材料进入或安装在井孔中时，其与管道一起进入井孔。优选地，当管道进入井孔中时，间隔室可以整体，或至少部分位于管道外径的内部。这使得有足够量的材料使套管或囊状物膨胀，或在环面中形成环形隔离装置，一起进入下井孔，但不需要，或最小化、减少管道直径，以便具有足够小的系统直径可安装于井孔中。安装时，管道需要具有最大可能的直径，这样膨胀时，可以尽可能地减少环面尺寸。

许多上述的具体实施方式包括使用膨胀锥形物的装置用于使管道膨胀。然而，本领域的技术人员将认识到通过采用诸如液压动力可膨胀囊状物或填塞装置之类的其他类型的膨胀工具可以获得许多同样的优点。除了锥形膨胀工具外，同样也需要用可膨胀囊状物。例如，如果用锥形膨胀工具进行膨胀之后，不能获得好的环形隔离装置，那么还可以用可膨胀囊状物进一步膨胀隔离装置，以便能与井孔壁获得良好的密封接触。当安装管道线时，可膨胀囊状物也可以用于压力或泄漏测试。例如，可膨胀囊状物可以在管道中根据所公开的一个具体实施方式中安装有环形隔离装置的地方膨胀。管道可以受压到能够阻塞在管道本身中流动，从而可以探测经过已安装的隔离装置的环流。如果探测到过多的泄漏，囊状物的压力可以增加，从而进一步膨胀隔离装置以便改善井孔壁的密封。

在上述的许多具体实施方式中，所示的系统采用膨胀工具，当其在井孔中移动时，可以膨胀可膨胀管道，并展开环形隔离装置。这些系统中各个都能同样很好地使用膨胀过程中，其可以在井孔中移动的膨胀工具。在一些具体实施方式中，如果膨胀工具的移动方向改变，各端口以及安全阀的位置也可以改变。对于水平的井孔，术语“上部井孔”是指朝井表面位置的方向。

相似地，当许多优选具体实施方式已经参照在开口井孔中的应用进行说明，通过采用在这描述的方法和结构获得相似的优点，以形成管道和有套管的井孔中的套管之间的环形隔离装置。许多相同的方法和方式可以采用，以突出在井孔中，特别是在有套管的井中安装之后，其不膨胀的成品管道的优点。

虽然本发明的一些具体实施方式已经进行了公开和说明，但是应当认为本领域的熟练技术人员可能在此基础上做出各种变更而不会脱离由权利要求所限定的发明保护范围和主题精神。

Claims (118)

1.一种用于在可膨胀管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

可膨胀管道的一部分；

在所述可膨胀管道中形成的间隔室；以及

设置在所述间隔室中的环形隔离装置形成材料。

2.根据权利要求1所述的系统，还进一步包括：

设置在所述可膨胀管的外表面上的可膨胀件；以及

从所述间隔室到所述可膨胀件的液体通道。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀件是具有在第一压力下可膨胀的第一部分和在大于所述的第一压力的第二压力下可膨胀的第二部分的可膨胀套管。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述井孔具有一个最大预期的直径；

所述套管的第一部分可以膨胀到所述最大预期直径而不会损坏所述套管，以及

所述间隔室的尺寸可承载足够的隔离装置形成材料，以便膨胀所述套管的第一部分到所述的最大预期直径。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述套管具有在大于所述第二压力的第三压力下可膨胀的第三部分。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀套管的第一部分包括轴向褶皱的金属。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述可膨胀套管包括弹性套管。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀套管包括在所述第二部分的所述弹性套管周围的可膨胀金属套管。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述可膨胀金属套管是有孔的。

10.根据权利要求2所述的系统，还进一步包括连接到所述可膨胀件，以适于在选定的压力下从所述可膨胀件上释放材料的安全阀。

11.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀件和所述可膨胀管道的外表面共同形成所述间隔室。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀管道具有直径减少部分；以及

所述可膨胀件延伸经过所述直径减少部分。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀管道的一部分轴向褶皱；以及

所述可膨胀件延伸到所述褶皱部分。

14.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可膨胀件包括可膨胀金属。

15.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可膨胀件包括一个弹性体。

16.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可膨胀件包括可膨胀金属和弹性体。

17.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述可膨胀件包括一个囊状物；

还进一步包括一个活塞，所述活塞设置成用于驱动所述环形隔装置形成材料从所述间隔室通过液体通道进入到所述囊状物中；

连接到所述活塞的压缩弹簧；以及

设置成当所述管道膨胀时用于释放所述弹簧的弹簧抑制装置。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：

所述抑制装置包括设置成当所述管道膨胀时可以断裂的焊接。

19.根据权利要求2所述的系统，还进一步包括用于膨胀所述可膨胀管道，并驱动所述材料从所述间隔室进入所述膨胀件中的膨胀装置。

20.根据权利要求1所述的系统，还进一步包括：

一个从所述的间隔室到所述管道的外表面上的液体通道；以及

用于膨胀所述管道和驱动所述材料从所述间隔室通过液体通道，并到所述管道外部的膨胀装置；以及

由此，所述管道在井孔中膨胀时，所述材料流入到在所述管道和所述井孔之间的环面中，并形成环形隔离装置。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料能与所述井孔中的液体发生化学反应。

22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是多部分化学系统，其在将所述材料被推入所述液体通道之后发生反应。

23.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是一种吸收水并膨胀的材料。

24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是一种聚合体。

25.根据权利要求1所述的系统，还进一步包括：

设置在所述管道中，并在所述套管和所述管道的内表面之间形成所述间隔室的套管；以及

其中所述液体通道包括从所述管道的内表面到外表面的端口。

26.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

可膨胀管道的一部分；

设置在所述管道的外表面上的两个圆环；

由此，当所述管道安装于井孔中并膨胀时，所述环至少部分阻塞在所述管道和井孔壁之间的环面中的液体流动。

27.根据权利要求26所述的系统，还进一步包括用于在所述圆环对之间中放置环形隔离装置形成材料的装置。

28.根据权利要求26所述的系统，进一步包括在所述圆环对之间的所述管道中的化学反应材料的带状物。

29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于：

所述材料被包封以防止在所述管道未膨胀时，发生化学反应，并且当所述管道膨胀时，进行化学反应。

30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于：

所述材料是当水一出现就发生反应的两种成分的酸基粘合剂。

31.根据权利要求30所述的系统，其特征在于，所述材料是氧化镁和磷酸二氢钾。

32.根据权利要求26所述的系统，还进一步包括：

与所述管道一起设置的间隔室；以及

从所述间隔室到所述环之间的空间中的液体通道；

在所述间隔室中的环形隔离装置形成材料；以及

驱动所述材料从所述间隔室到所述环之间的空间中的装置。

33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于：

所述间隔室由位于所述环和覆盖所述直径减小部分的易碎套管之间的所述管道的直径减小部分形成。

34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是一种与水接触并膨胀的聚合物。

35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是聚丙烯酰胺。

36.根据权利要求32所述的系统，其特征在于：

所述间隔室形成于设置在所述管道中的套管和所述导管内壁之间；以及

所述液体通道是从所述导管的内壁到外壁的端口。

37.根据权利要求26所述的系统，还进一步包括在所述两环之间从所述导管内壁到所述导管外壁的端口。

38.根据权利要求37所述的系统，还进一步包括在具有从所述井孔的表面位置到端口的液体通道的工作线。

39.根据权利要求38所述的系统，还进一步包括设置在所述工作线上的膨胀工具。

40.一种用于在管道和具有最小预期直径和最大预期直径的井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

具有第一未膨胀外径和第二已膨胀外径的可膨胀管道部分；以及

设置在所述管道的外表面上的弹性材料的环，所述环具有可选择的径向和轴向尺寸，以便当所述管道在具有所述最大预期直径的井孔中膨胀时，所述环将与所述井孔接触，并且以预选的最小应力压缩，并且当所述管道在具有所述最小预期直径的井孔中膨胀时，所述环将与所述井孔接触，并且以预选的最大应力压缩。

41.根据权利要求40所述的系统，其特征在于：

所述环具有与所述可膨胀管道接触的内表面以及与所述井孔壁接触的外表面，并且在其内表面具有第一轴向尺寸，在其外表面具有第二轴向尺寸，所述第一轴向尺寸要大于所述第二轴向尺寸。

42.根据权利要求40所述的系统，还进一步包括一对所述环，其与所述可膨胀管道轴向间隔一段足够的距离，这样当所述管道在具有最小预期直径的井孔中膨胀时，所述环将轴向膨胀而不会相互接触。

43.根据权利要求40所述的系统，还进一步包括：

与所述可膨胀管道轴向间隔开的一对所述环；以及

设置在所述一对环之间的所述管道上的弹性套管，所述套管具有比所述环的径向尺寸要小一些的径向尺寸。

44.根据权利要求40所述的系统，还进一步包括一对所述环，其与所述可膨胀管道轴向间隔开一段足够的距离，这样膨胀在具有最小预期直径的井孔中的管道所需的力，将不会超过膨胀工具的限制或损坏管道或井孔。

45.根据权利要求40所述的系统，还进一步包括：

与所述可膨胀管道轴向间隔开的一对所述环；以及

设置在所述圆形环对之间的所述管道上的化学反应材料凹槽，所述材料包封有保护性覆盖物，从而当所述管道未膨胀时，防止发生化学反应，当所述管道膨胀时，允许发生化学反应。

46.根据权利要求40所述的系统，还进一步包括：

与所述可膨胀管道轴向间隔开的一对所述环；

设置在所述管道中的间隔室；

设置在所述间隔室中的环形隔离装置形成材料；以及

从所述的间隔室到所述圆形环对之间的空间的液体通道；

由此，所述管道膨胀时，所述材料流入到在所述圆环对之间的空间中，并形成环形隔离装置。

47.根据权利要求40所述的系统，其特征在于：

所述管道包括相对所述第一未膨胀直径的直径减小部分，并且所述圆形环设置在所述直径减小部分上。

48.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

管道的一部分；

设置在所述管道的外表面上的弹性套管，当无外力作用时，所述套管具有第一径向尺寸，并且当受外力作用时，所述套管具有第二径向尺寸，所述第一径向尺寸要大于所述第二径向尺寸；

由此，当所述管道安装在井孔中时，所述套管具有减小的径向尺寸。

49.根据权利要求48所述的系统，其特征在于：

所述管道是可膨胀管道；

所述套管具有第一端和第二端；

所述抑制装置包括：

与所述套管第一端和所述管道连接的第一环；以及

第二环，其与所述套管第二端连接并且可松开地连接到所述管道上；以及

所述第一和第二环间隔开，以施加轴向延伸力给所述套管，从而减小其径向尺寸到所述第二径向尺寸。

50.根据权利要求49所述的系统，其特征在于：

所述第一环与所述管道摩擦连接，同时摩擦系数可选择，以便解除在所述套管上的在预选压力以上的轴向压缩力。

51.根据权利要求49所述的系统，其特征在于：

所述第二环与所述管道摩擦连接，同时摩擦系数可选择，以便解除在所述套管上的在预选压力以上的轴向压缩力。

52.根据权利要求49所述的系统，还进一步包括：

在所述管道的外表面上的凹槽，当所述管道膨胀时，所述凹槽设置成被去除；

其中至少所述第二环的部分与所述凹槽结合；

由此，当所述管道膨胀时，所述第二环从与所述凹槽结合处释放，所述轴向伸展力可以去除，并且所述套管可以与所述第一径向尺寸接触。

53.根据权利要求48所述的系统，其特征在于：

在无外力作用下，所述弹性套管是具有与所述管道外径相等的内径的圆柱体。

54.根据权利要求48所述的系统，其特征在于：

所述弹性套管具有与所述管道的外径相等的内径的第一和第二圆柱端部，并且在无外力作用下，具有在所述端部之间较大直径部分。

55.根据权利要求54所述的系统，还进一步包括嵌入在所述弹性套管中的螺旋弹簧。

56.根据权利要求48所述的系统，其特征在于：

所述弹性套管具有与所述管道外径相等的内径的第一和第二圆柱端部，并且在无外力作用下，具有在所述端部之间圆周上褶皱的部分。

57.根据权利要求48所述的系统，还进一步包括用于释放所述抑制装置的释放装置，由此，当所述管道安装在井孔中之后，所述弹性套管可以膨胀到较大径向尺寸。

58.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

管道的一部分；

设置在所述管道的外表面上的弹性套管，当无外力作用时，所述套管总体上具有圆柱形状，以响应轴向压缩，并沿圆周线方向折叠，以获得圆周方向褶皱的形状；以及

用于在井孔中轴向压缩所述套管的装置。

59.根据权利要求58所述的系统，还进一步包括多个在所述套管上减小厚度的环，所述环与所述套管轴向间隔，并限定折叠点。

60.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

可膨胀管道的一部分；

设置在所述管道的外壁上的弹性套管，当无外力作用时，所述套管实质上具有圆柱形状，以响应轴向压缩力，具有要小于所述第一轴向尺寸的第二轴向尺寸，并且所述第二径向尺寸要大于所述第一径向尺寸；以及

用于给在井孔中的所述套管施加轴向压缩力的装置。

61.根据权利要求60所述的系统，其特征在于所述套管具有第一端和第二端，还进一步包括：

与所述套管第一端和所述管道连接的第一环；

与所述套管第二端连接的第二环，并且可滑动地连接到所述管道上；以及

响应于通过锥形膨胀工具引起的所述管道的膨胀，所述第二环的形状可以沿所述管道轴向滑动，并施加压缩力给所述套管。

62.根据权利要求61所述的系统，其特征在于：

所述第一环与所述管道摩擦连接，同时摩擦系数可选择，以便解除在所述套管上的在预选压力以上的轴向压缩力。

63.根据权利要求61所述的系统，其特征在于：

所述第二环与所述管道摩擦连接，同时摩擦系数可选择，以便解除在所述套管上的在预选压力以上轴向压缩力。

64.根据权利要求61所述的系统，还进一步包括可滑动地设置在所述管道中并且与所述第二环连接的内套管，所述内套管的形状可以与锥形膨胀工具结合，并随其移动，所述锥形膨胀工具穿过所述管道，并在所述管道上轴向移动所述第二环。

65.根据权利要求60所述的系统，其特征在于：

所述套管可以在自身上折叠以响应轴向压缩力。

66.根据权利要求65所述的系统，其特征在于：

所述套管包括多个具有限定折叠线的减小厚度的圆形区域。

67.根据权利要求60所述的系统，其特征在于：

所述管道包括通过螺纹连接的两个部分；

所述弹性套筒设置在所述两个部分之间；

由此，当进行螺纹连接时，可以施加轴向压缩力给所述弹性套管。

68.根据权利要求67所述的系统，还进一步包括：

用于可旋转地与所述两个部分之一结合的工作线；

由此，当所述工作线旋转时，可以施加轴向压缩力给所述弹性套管。

69.根据权利要求60所述的系统，还进一步包括：

圆柱体，其通过密封件分隔成第一和第二间隔室，以便在所述管道膨胀时断裂；

在所述第一间隔室中的自燃化学系统的两个部分的第一部分；

在所述第二间隔室中的自燃化学系统的两个部分的第二部分；

在与所述套管相连接的所述圆柱体中的活塞；

由此，当所述管道膨胀以及所述密封件断裂时，自燃反应驱动所述活塞以压缩所述密封件。

70.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

在井孔中的管道的一部分；

设置在所述管道和所述井孔之间环面中的导管；以及

填充在所述管道、所述导管以及所述井孔之间的空间中的环形隔离装置。

71.一种用于在可膨胀管道和井孔之间形成环形隔离装置的系统，其包括：

可膨胀管道的一部分；

多个板，各个具有沿圆周线与所述管道的外部柔性连接的一端，当无外力作用时，各个具有与所述管道间隔开的第二端，所述板一同形成锥形，以及

易碎的抑制环带位于所述板周围，并且固定靠在可膨胀管道上的各个板的第二端；

由此，当所述管道膨胀时，所述环带断裂，并且释放所述板。

72.根据权利要求71所述的系统，其特征在于所述板是金属板，还进一步包括：

覆盖各个所述板的弹性涂层。

73.根据权利要求71所述的系统，其特征在于，所述板是可渗透液体的。

74.根据权利要求73所述的系统，其特征在于，所述板实质上是不渗透胶体的。

75.根据权利要求73所述的系统，其特征在于：

所述板实质上是不渗透大于预定尺寸的微粒的。

76.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的方法，其包括步骤：

在可膨胀管道部分形成间隔室；

用隔离装置形成材料填充间隔室；

在井孔中安装管道；

驱动隔离装置形成材料从所述间隔室进入在所述管道和所述井孔之间的环面中。

77.根据权利要求76所述的方法，其特征在于：

从所述间隔室驱动隔离装置形成材料的所述步骤包括膨胀所述管道的步骤。

78.根据权利要求76所述的方法，其特征在于：

从所述间隔室驱动隔离装置形成材料的所述步骤包括驱动膨胀工具通过所述管道的步骤。

79.根据权利要求76所述的方法，其特征在于：

形成间隔室的所述步骤包括将所述可膨胀套管安装于所述管道的外表面上的步骤。

80.根据权利要求79所述的方法，其特征在于：

驱动隔离装置形成材料从所述间隔室进入在所述管道和所述井孔之间的环面中的所述步骤包括用所述隔离装置形成材料膨胀所述可膨胀套管的步骤。

81.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的方法，其包括步骤：

在可膨胀管道部分上安装弹性套管；

在井孔中安装管道部分；

增加所述套管的径向尺寸；以及

膨胀所述管道。

82.根据权利要求81所述的方法，其特征在于：

无外力作用时，所述套管具有第一径向尺寸；

在所述可膨胀管道部分上安装所述套管的所述步骤包括施加轴向伸展力给所述套管以减小其径向尺寸到比所述第一径向尺寸小的第二径向尺寸的步骤，以及

增加所述套管的径向尺寸的所述步骤包括释放所述轴向伸展力的步骤。

83.根据权利要求82所述的方法，其特征在于，所述轴向伸展力通过对所述管道的膨胀来释放。

84.根据权利要求81所述的方法，其特征在于：

增加所述径向尺寸的所述步骤包括给所述套管施加轴向压缩力的步骤。

85.根据权利要求84所述的方法，其特征在于：

所述轴向压缩力通过膨胀所述管道来施加给所述套管。

86.根据权利要求85所述的方法，还进一步包括步骤：

在与所述弹性套管的一端相邻的所述管道上安装环，响应锥形膨胀工具穿过所述管道的运动，所述环可以在所述管道上滑动，并施加轴向压缩力给所述套管。

87.根据权利要求81所述的方法，其特征在于：

无外力作用时，所述套管具有第一径向尺寸；

在所述可膨胀管道部分上安装所述套管的所述步骤包括施加径向压缩力给所述套管以减小其径向尺寸到比所述第一径向尺寸小的第二径向尺寸的步骤，以及

增加所述套管的径向尺寸的所述步骤包括释放所述径向压缩力的步骤。

88.根据权利要求87所述的方法，其特征在于：

所述径向压缩力可以通过膨胀所述套管予以释放。

89.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的方法，其包括步骤：

在可膨胀管道部分上安装处在无活性状态下的化学系统；

在井孔中安装管道；以及

激活所述化学系统。

90.根据权利要求89所述的方法，其特征在于：

所述化学系统是有水时，其能发生反应的两个部分化学系统，还进一步包括步骤：

通过在无弹性、不反应的抗水基体中包封所述化学系统而将所述化学系统安装在所述管道上。

91.根据权利要求90所述的方法，其特征在于激活所述化学系统的所述步骤包括步骤：

膨胀所述管道，并因而使所述基体破裂，以便使所述化学系统暴露在周围的水中。

92.根据权利要求89所述的方法，其特征在于：

所述化学系统包括有水时膨胀的聚合物，还进一步包括：

通过在无弹性抗水套管中包封所述化学系统而将所述化学系统安装在所述管道上。

93.根据权利要求92所述的方法，其特征在于激活所述化学系统的所述步骤包括步骤：

膨胀所述管道，并因而使所述套管破裂，以便使所述化学系统暴露在周围的水中。

94.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的方法，其包括步骤：

在可膨胀管道部分的外表面上安装可膨胀件；

在井孔中安装管道；

膨胀可膨胀件；以及

膨胀管道。

95.根据权利要求94所述的方法，还进一步包括步骤：

在所述管道中形成间隔室；

用环形隔离装置形成材料填充所述间隔室；

用所述环形隔离装置形成材料膨胀可膨胀件。

96.根据权利要求95所述的方法，其特征在于：

膨胀所述管道的所述步骤包括用力迫使膨胀锥形物穿过所述管道的步骤。

97.根据权利要求96所述的方法，其特征在于：

膨胀所述可膨胀件的所述步骤包括使所述间隔室倒塌的步骤。

98.根据权利要求97所述的方法，其特征在于：

使所述间隔室倒塌的所述步骤包括用力迫使膨胀锥形物穿过所述管道的步骤。

99.根据权利要求94所述的方法，还进一步包括步骤：

从所述管道中抽取环形隔离装置形成材料，并进入所述膨胀件中。

100.根据权利要求99所述的方法，还进一步包括在所述管道中通过工作线抽取环形隔离装置形成材料。

101.根据权利要求100所述的方法，其特征在于：

所述工作线包括管道膨胀工具，以及

在膨胀所述管道时，实现通过工作线抽取环形隔离装置形成材料的所述步骤。

102.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的方法，其包括步骤：

在井孔中安装管道；

将环形隔离装置形成材料放置在所述管道和所述井孔壁之间的环面中；以及

膨胀管道。

103.根据权利要求102所述的方法，还进一步包括：

在所述管道中形成间隔室；

用环形隔离装置形成材料填充所述间隔室；以及

驱动所述隔离装置形成材料从所述间隔室进入到所述环面中。

104.根据权利要求103所述的方法，其特征在于：

膨胀所述管道的所述步骤包括用力迫使膨胀锥形物穿过所述管道的步骤。

105.根据权利要求104所述的方法，其特征在于：

从所述间隔室中驱动所述隔离装置形成材料包括使所述间隔室倒塌的步骤。

106.根据权利要求105所述的方法，其特征在于：

使所述间隔室倒塌的所述步骤包括用力迫使膨胀锥形物穿过所述管道的步骤。

107.根据权利要求102所述的方法，还进一步包括步骤：

从所述管道中抽取环形隔离装置形成材料，并进入所述环面中。

108.根据权利要求107所述的方法，还进一步包括步骤：

在所述管道中通过工作线抽取环形隔离装置形成材料。

109.根据权利要求108所述的方法，其特征在于：

所述工作线包括管道膨胀工具，以及

在膨胀所述管道时，实现通过工作线抽取环形隔离装置形成材料的所述步骤。

110.根据权利要求102所述的方法，还进一步包括步骤：

将一对弹性环安装在所述管道的外表面上；以及

将所述环形隔离装置形成材料放置在所述一对弹性环之间。

111.根据权利要求102所述的方法，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是可以在所述环面中与周围的液体发生化学反应以便有足够的粘性，以形成环形隔离装置的化学系统。

112.根据权利要求102所述的方法，其特征在于：

所述环形隔离装置形成材料是当放置在所述环面中可以激活以与周围的液体发生化学反应，并具有足够的粘性，以形成环形隔离装置的两个部分化学系统。

113.根据权利要求112所述的方法，还进一步包括步骤：

包封至少所述化学系统的一部分，以便防止所述的化学系统发生化学反应；以及

当将所述材料放置在所述环面中时，释放所述至少所述化学系统的一部分，以激励所述化学系统的化学反应。

114.一种用于在管道和井孔之间形成环形隔离装置的方法，其包括步骤：

在可膨胀管道部分安装弹性套管；

在井孔中安装管道；

用具有固定膨胀直径的第一膨胀工具膨胀管道；以及

在所述套管的位置上进一步膨胀管道。

115.根据权利要求114所述的方法，还进一步包括步骤：

使用可变膨胀锥形物进一步在所述套管的位置上膨胀所述管道。

116.根据权利要求114所述的方法，还进一步包括步骤：

施加压力给在所述套管的位置上的管道内部，以便进一步膨胀所述管道。

117.根据权利要求116所述的方法，还进一步包括步骤：

施加轴向压缩给在所述套管的位置上的所述管道。

118.根据权利要求114所述的方法，还进一步包括步骤：

使用可膨胀囊状物在所述套管的位置上进一步膨胀所述管道。

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