CN102459806A - 用于石油和天然气井中的压裂操作的主动式外套管封隔器（ecp） - Google Patents

Abstract

提供了一种主动式外套管封隔器形式的区域隔离设备(10、20、30、300、400、500、600)，其包括设置为插入并固定在诸如裸眼钻孔(163、213)的较大直径的大体圆柱形结构内的管状段，例如套管或衬管(1、21、31、171、203)。至少一个套筒构件(3、23、33、43、173)定位于套管或衬管的外部上并对其密封，且至少两个可变形的带构件(201、401、403、501)围绕套筒构件的外周边设置且结合到套筒构件的外周边。套筒构件和至少两个可变形的带构件通过增加套筒构件内的压力，扩张到抵着裸眼钻孔内周边的位置。本文中详述的方法还通过在压裂操作期间使用一对间隔开的套筒构件提供区域隔离，其中压裂流体供应到需要压裂的区域(在一对套筒构件之间)，在此压裂压力不但作用在带状隔离设备的外侧，也作用在套筒构件的内部，以增强由此提供的密封。

Description

用于石油和天然气井中的压裂操作的主动式外套管封隔器(ECP)

本发明涉及通过将管状件固定在钻井内来在井下钻井中隔离环的装置和方法。特别地，本发明具有用于在石油、天然气或水的钻井中把套管管状件或衬管管状件集中和/或固定在裸眼钻孔(open borehole)内的应用，以及用于使位于装置下方的钻孔部分与位于装置上方的钻孔部分隔离的应用。另外，本发明很适合需要隔离存储器(reservoir)的井压裂操作(wellfrac operation)；在压裂操作中使用的压力增加本发明把区域从不想要的流体运动和压力中隔离的能力。

油井、气井或水井普遍通过包括钻管、钻环和钻头的钻柱钻出。钻出的裸井在下文中称为“钻孔”。钻柱从孔中拉出(POOH)，并且在称为“完成”钻孔的阶段，至少钻孔的上段一般设有套管段、衬管和/或生产管道。套管通常粘合在合适位置以防止至少钻孔的上段缩陷，还在套管的外表面和钻孔的内表面之间的环中提供压力阻碍，并且还把套管固定到钻孔以防止套管负载时的轴向运动。套管通常是以至少一个大直径管的形式。

执行存储器压裂操作(通常称为“压裂”)有时候是有益的。在压裂期间，某些流体以相对高的压力和容积泵送到存储器的特定区域，以在岩石中生成或开展将帮助石油或天然气流到井中的压裂。为了最有效，泵送的流体类型、压力和体积会转向一个特定区域，因此在操作的这个阶段使目标区域从所有其它区域隔离通常是必要的。

井操作的其它类型存在，例如“刺激”，籍此诸如蒸汽、CO₂或其它气体或液体的流体在压力下“注射”到井或存储器中。与本发明相关的此注射压力的效果与压裂操作大体相同。在此文件中，虽然提到压裂操作，但是可以同样是任何注射操作。

根据本发明的第一方面，提供了一种装置，其包括：

管状段，其设置为插入并固定在裸眼钻孔内；

至少一个套筒构件，其中套筒构件定位在管状段的外部上且密封至其；

其中至少一个可变形的带构件围绕套筒构件的外周边设置且优选地结合到套筒构件的外周边；以及

压力控制机构，其可操作以改变套筒构件内的压力，以使压力的增加引起套筒向外运动并压靠在裸眼钻孔的内表面上。

优选地，压力控制机构可以通过对管状段的整个长度或其包含套筒构件的任何部分施加压力来提供。压力能够从表面提供或者可以在井下产生。

此外，套筒构件可以定位在定制的心杆或套筒承载件的外部。在这一实施方式中，这种心杆或套筒承载件在心杆或套筒承载件的每一端处通过螺纹或其它合适的连接机构连接到管状段。

大直径结构可以是裸眼钻孔，其中裸眼钻孔可以定位于钻孔段的下方，该钻孔段衬有可能在井下粘合就位的套管或衬管柱。

管状段优选在套筒内同轴定位。因此本发明通过提供围绕管状段定位的可扩张套筒构件而允许套管段或衬管集中在钻孔内。

管状段能够在钻井内使用，插入裸眼的或加套的油井、气井或水井中。管状段可以是衬管或套管柱的一部分。本文中，术语“衬管”指没有延伸到钻井的顶部而只是从之前套管柱的基座区域锚固或悬浮的套管柱的段。衬管的段通常用来进一步延伸到钻井中，减少开支并允许钻井设计中的灵活性。

如前所述，套管段通常在其插入钻孔后粘合到合适的位置。钻井的延伸能够通过使衬管附接到套管段的基座部分的内部来实现。理想地，衬管应该固定在合适位置，且这通常通过粘合操作来实现。然而，把衬管的段粘合在合适位置是费时且昂贵的，并且在水平的或非常斜的井中通常是不成功的或无效的。本发明能够用作在裸眼钻孔内集中并固定此衬管段的工具，从而消除了粘合的需要。

装置的井下实施方式能够用来把井下环的一段与井下环的另一段隔离，因此也能够用来把井下环的一个或多个段与生产管道隔离。装置优选包括用于抵着管状构件的外部固定套筒构件的工具，其可以是套管段或衬管壁，并且优选地，套筒构件通常借助于可扩张的金属元件提供产生可靠液压密封以隔离环的工具。

套筒构件能够借助于焊接、夹持、螺纹或其它合适的方法结合到套管段、衬管或心杆。

优选地，装置还设有密封机构。密封机构的功能是在管状段的外部和套筒构件之间提供压力紧密密封，其可以在套筒构件的内部或套筒构件的一端或两端。

密封机构能够安装在管状段上以使套筒构件抵着管状段的外部密封。产生室，该室由管状段的外表面、套筒构件的内表面以及密封机构的内面界定。密封机构可以是由弹性体或任何其它合适的材料形成的环状密封件。

优选地，套筒构件在其每一端固定到端构件，其中端构件优选设有抵住管状段的外部密封的密封机构。更优选地，套筒构件通过焊接固定到端构件，并且更优选地，环状罩构件围绕焊接点设置并与其紧密配合以阻止其扩张。

套筒可以由承受弹性和塑性变形的金属制成。套筒构件优选由比用于套管段或衬管的材料更柔软和/或更易延展的材料形成。用于套筒构件制造的合适金属包括某些类型的钢。另外，套筒构件可以设有可以被配置为单一涂层或多个离散带(discreet band)的可变形涂层，例如弹性体涂层。在此后者的优选实施方式中，弹性体带间隔开，以便当套筒扩张时，该带会首先接触裸眼钻孔的内表面。套筒构件会继续向外扩张到带之间的间隔内，从而在套筒构件上引起波纹效果。这些波纹提供了很大的优势，在于其增加了套筒构件的刚度并增加了其对缩陷力的抵抗。

优选地，至少两个可变形的带构件包括具有宽度W和高度H的环圈，其中其沿着套筒构件的长度方向通过距离S间隔开。虽然不是必须的，但宽度W可以是比距离S大的距离。优选地，套筒构件包括大体恒定的外直径，以使至少两个可变形的带通过其高度H从套筒构件向外径向突出，以便当套筒构件扩张时，至少两个可变形的带首先接触外部较大外直径结构的内表面。

另外，套筒构件可以设有不均匀的外表面，例如肋状的、有沟槽的或者其他有键的表面，以当套筒构件固定在另一个套管段或钻孔内时增加由套筒构件产生的密封的效果。

根据本发明的另一个方面，压力控制机构包括配有至少一个孔道的液压工具。此外，管状段优选包括至少一个开口以允许流体流入并流出由套筒构件生成的室。在操作中，液压工具能够在压力下通过液压工具的孔道并通过管状构件中的至少一个开口将流体传递到室中。液压工具可以包含液压或电力系统以控制所述流体的流动和/或压力。

压力控制机构也能是可操作的以监控并控制套管段内的压力。套筒构件中的压力优选在密封机构之间增加，且可以由加压流体的引入来获得。

套筒构件内的压力优选地增加，以使套筒构件扩张并接触外套管或钻孔壁，直到获得足够的接触压力，导致套筒构件的外部和套筒构件能够压靠在其上的钻孔壁或套管的内表面之间的压力密封。理想地，此压力密封应该足以防止或减小流体从套筒构件的一侧流动到另一侧，并且/或者提供相当的集中力。

如果套筒构件的内表面保持与设备试图密封的压力类似的压力，则通过套筒构件和套管或钻孔的接触而获得的压力密封可以改进；内部压力增加了在套筒外部上的弹性体材料上的挤压，且还减小或阻止了套筒上的任何外部压力使套筒缩陷，这可能导致密封损失。相对高的内部压力能够在压裂操作期间或者通过使用止回阀来锁定扩张压力而获得。

套筒构件和弹性体涂层的最初外直径能够由于套筒构件的扩张而增加，以对钻井或其它套管段的内部密封。

套筒能够通过各种方法扩张。根据本发明的一个方面，管状段设有穿过其侧壁形成且定位在套筒构件的密封件之间的至少一个开口，以允许流体在压力下从管状段的通孔穿过此开口进入室中。

开口可以设有止回阀、隔离阀或另一种形式的单向阀，在套筒液压扩张到其所需要的位置时，这些阀起作用以阻止流体从室流动到管状段的通孔，以便只要液压工具被取走就优选地使套筒维持在其扩张的构型。在本文中，止回阀或隔离阀旨在指允许只在一个方向流动的任何阀。止回阀的设计能够为特定的流体类型和操作条件而被修改。

换句话说，管状段中的开口可以具有安装在其中的单向阀，以便只要施加的压力减小，通过开口施加到套筒构件的压力就被包含在室内。

优选以减压阀形式的第二阀可以放置在一个或多个开口中，且被优选地配置以便一旦液压扩张压力已经移除便允许某些压力(例如指高于某一psi的任何压力)逃回到衬管孔中。这允许在室中保持积存的压力被选择以最好地满足应用的需要。换句话说，另外的开口可以设置在管状段中且具有单向阀，该单向阀允许在另一个方向即从室回到内通孔的方向上的一些流体运动；在这一实施方式中，此阀将设定在比施加的压力低的压力，以使保留在室内的压力处于比施加的压力低的压力。

可选择地或另外地，诸如安全隔板设备或类似物的可破裂的屏障设备可以在套筒构件的侧壁中形成，其中安全隔板设备阻止流体流过其自身，直到操作者通过例如将液压流体压力施加到安全隔板的管道侧(以及因此室)直到压力大于安全隔板的额定强度，来有意地使安全隔板破裂。

可选择地，开口可以设有可破裂的屏障设备，例如安全隔板设备或类似物，其阻止了流体从套管/衬管柱的通孔流过开口，直到操作者通过例如将液压流体压力施加到屏障设备管道侧的通孔直到压力大于屏障设备的额定强度，来有意地使屏障设备破裂。

如果操作者希望使井的流体保持在套筒室之外直到套筒准备好扩张，则使用此可选择的屏障设备能够是有利的。

套筒构件有效扩张的另一方法包括化学流体的引入，化学流体能够设置以使套筒构件保持在合适位置。这种流体的例子是水泥。

朝着每个套筒构件的端部，可以设置有在套筒构件的内部和管状套管的外部之间的滑动密封件。滑动密封件允许在纵向方向的运动以缩短套筒构件端部之间的距离，以使套筒的外向运动不引起套筒构件的过度细化。

可选择地，套筒构件的端可以在两端都固定到衬管。

套筒的扩张能够由提供滑动密封件和/或通过套筒构件屈服时的弹性和/或塑性变形来促进。套筒构件应该优选地扩张，以使在套筒构件的外部和另一个管或钻孔壁之间实现接触。由此，至少一个外套筒能够用来使管状构件支撑或者集中在外管状构件或钻孔内。该装置也能够用来使环状间距的一部分与环状间距的另一段隔离。可使用外套筒构件以使一个套管段集中在另一个内或者集中在裸眼井段内。

在套管段上能够有多个套筒构件，以使单独的区域和单独的构造彼此隔离。多个套筒构件可以单独、成组或者同时扩张。在需要所有的套筒构件同时扩张的情况下，这能够通过增加整个套管段内的压力来完成。各个套筒构件或套筒构件组的扩张能够通过与要扩张的各个套筒构件相通的开口的上方和下方堵塞或内部密封来完成，并且这些密封件之间的压力能够增加到所需要的水平。上塞(upper plug)可以位于表面，以使整个井被加压。

可选择的压力控制机构和扩张套筒构件的另一方法是使每一个装置和诸如控制管路的液压管路连接。在此实施方式中，液压管路在管状段(通常是衬管或套管)的外表面延伸，并连接到每一个套筒构件的内部室中。通常不要求在每一个套筒构件处都有通过管状段壁的开口；反而，液压管路通常会终止在井孔中衬管上较高的位置。衬管中的单个液压开口会优选地允许连通到液压管路。通常，通过设定工具或者通过对井施加压力而施加到在此开口区域中衬管内侧的压力会允许套筒扩张。可选择地，控制管路可以一直延伸到表面。

根据本发明的另一方面，提供的装置包括：

管状段，其设置成插入并固定在裸眼钻孔内；

至少一个套筒构件，其中套筒构件定位在管状段外部上并密封至其；以及

压力控制机构，其可操作以改变套筒构件内的压力，以使压力的增加引起套筒向外运动且压靠在较大直径结构的内表面上；

其中压力控制机构通过与管状段的纵向轴线至少部分地同轴延伸的液压管道而联接到管状段的外表面和套筒构件的内表面之间生成的室。

通常，液压管道包括液压管路。优选地，液压管路在管状段(通常是衬管或套管)的外表面上延伸并连接到每一个套筒构件的内室中。通常不要求在每一个套筒构件处都有通过管状段的壁的开口；反而，液压管路通常终止在井孔较高处衬管上的位置。衬管内的单个液压开口会优选允许连通到液压管路。通常，通过设定工具或者通过对井施加压力而施加到此开口区域中衬管内部的压力允许套筒扩张。可选择地，控制管路可以一直延伸到表面。

在某些情况下，有必要在钻井内使环状间距的部分与相邻部分隔离。本发明也产生了可靠的密封以隔离环。通常，裸眼钻孔是大体圆柱形结构，其具有比待插入裸眼钻孔内的管状段大的直径和界定通孔的内表面。

该装置具有双重功能，这是因为其能够与诸如管道的同轴管状件一起使用，以支撑或集中外构件内的内构件，并且使环状间距的一部分与另一部分隔离。

根据本发明的另一个方面，套管段设有穿孔(perforation)。在此情况下，套筒构件可以定位在套管段中穿孔的任意侧，允许流体从井通过穿孔进入套管，同时可扩张的套筒构件作为障碍物，以防止流体进入不同的环状区域。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在压裂操作期间通过已经预穿孔的衬管来执行区域隔离的方法，此方法包括以下步骤：

a)钻出钻孔；

b)插入整体件，其可以是套管/衬管柱的形式，并且其安装在裸眼钻孔中，其中至少一个区域隔离设备设置在套管/衬管柱上或与套管/衬管柱相关联，此区域隔离设备包括界定室的套筒构件，加压的流体能够从套管/衬管柱的通孔引入室中，以朝着裸眼钻孔向外扩张套筒构件；

c)将工具插入套管/衬管柱的通孔中至预穿孔的衬管邻近，并操作工具以在压力下将流体引入套管/衬管柱段的通孔中，以扩张并从而激活区域隔离设备，以使至少一个区域隔离设备提供对裸眼的密封；

d)将压裂流体供应到套管/衬管柱的通孔中，并其后供应到需要被压裂的区域以执行压裂；以及

e)根据需要对每个要压裂的附加区域重复步骤c)和d)，藉此压裂压力不仅作用在区域隔离设备的外侧，而且还作用在区域隔离设备的内部以增强由此提供的密封。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在压裂操作期间通过没有预穿孔的衬管来执行区域隔离的方法，此方法包括以下步骤：

a)钻出钻孔；

b)插入整体件，其可以是套管/衬管柱的形式，并且其可以安装在裸眼钻孔中，其中至少一个区域隔离设备设置在套管/衬管柱上或与套管/衬管柱相关联，区域隔离设备包括界定室的套筒构件，加压的流体能够引入到室中以朝着裸眼钻孔向外扩张套筒构件；

c)从表面使衬管/套管柱段的通孔升压，以激活区域隔离设备并从而朝着裸眼钻孔的内表面扩张区域隔离设备而使之与裸眼钻孔的内表面相接触；

d)打开从衬管到压裂区域的至少一个连通通道(例如这一步骤可以通过对套管/衬管柱穿孔或者通过打开滑动套筒以暴露衬管中的开口来执行)；

e)将工具插入衬管/套管柱的通孔中以将压裂流体供应到此处，或者将流体从表面泵送到套管/衬管柱的通孔中；

f)允许供应的压裂流体从通孔流过至少一个连通通道，并进入需要被压裂的区域，以执行压裂；

g)如果存在滑动套筒，则关闭滑动套筒；以及

h)根据需要对每个要压裂的附加区域重复步骤d)和g)，藉此压裂压力不仅作用在区域隔离设备的外侧上，而且还作用在区域隔离设备的内部以增强由此提供的密封。

在压裂操作期间，高压流体会被泵送进入井中且指定到特定的区域。本发明将阻止泵送的流体沿着衬管的外侧行进到其他区域。因为压裂压力同时作用在衬管孔的内侧，并因此通过开口进入套筒构件内的室中，并从而作用在套筒构件的内侧，据此增加了与钻孔的接触，增强了该装置和套筒构件的效果，特别是对钻孔密封的效果。

套管段或衬管应该被设计以承受例如缩陷、破裂和拉伸破坏的各种力以及化学腐蚀性盐水。套管段可以在每一端处制造有外螺纹，并且可以使用具有内螺纹的短型联接器以将套管的各个接头接合到一起。

可选择地，套管的接头可以在一端上制造有外螺纹并在另一端上制造有内螺纹。套管段或衬管通常由被热处理以改变强度的普通碳钢制成，但是其它合适的材料包括不锈钢、铝、钛和玻璃纤维。

根据本发明，还提供了一种方法，包括以下步骤：

将至少一个可扩张的套筒构件密封在管状段的外部；

将套管段插入大体圆柱形结构；

其中至少一个可变形的带构件围绕套筒构件的外周边设置；以及

提供压力控制机构，其是可操作的以增加套筒构件内的压力，以使压力的增加引起套筒构件向外运动，允许套筒构件的外表面压靠在大体圆柱形结构的内表面上。

优选地，至少一个可变形的带构件围绕套筒构件的外周边固定，且优选地是弹性体带构件。更优选地，有至少两个可变形的带构件沿着套筒构件的长度纵向间隔开，其间具有间隙，以便在扩张时，套筒构件进一步扩张到间隙中从而对套筒构件的结构提供不均匀性。

优选地，压力控制机构可以通过对管状段的整个长度或管状段的包含套筒构件的任何部分施加压力来提供。压力可以从表面提供或者可以在井下生成。

在某些优选的实施方式中，此方法对于将一根管集中在裸眼井段中是有用的。更优选地，该装置和方法在将位于可扩张套筒构件下方的钻孔段与位于可扩张套筒构件上方的钻孔段隔离方面是有用的。当用来在压裂期间隔离区域时，该方法和装置特别适合且有效。

上述方法包括将套管段插入另一段和/或钻孔到所需要的深度。这可以通过将套管段合并到套管或衬管柱内并使套管/衬管柱插入钻孔的其它段来实现。

在井的压裂或注射操作期间，随着套筒构件扩张成与较大直径结构(裸眼钻孔)的内表面相接触，然后管状段内的压力可以增加。当执行压裂或注射操作时，此压裂或注射压力将作用在套筒构件的已经扩张的内表面上，并且将作用以增加套筒构件可变形带构件的外表面和较大直径结构的内表面之间的接触压力。从而通过用与执行压裂操作相同大小的压力激活套筒构件，本方法的优选实施方式可提供低压差，并因此在压裂或注射操作期间维持套筒构件/可变形的带构件和较大直径结构之间的良好压力密封。

在其扩张期间的特定时间，套筒构件的压力、容积、深度和直径能够被井下测试设备或表面测试设备记录和监控。

在以下的描述中，附图无需按比例。本发明的某些特征可以按比例放大或者以稍微示意性的形式来显示，并且为了清楚和简明，常规元件的一些细节可能不显示。本发明容许有不同形式的实施方式。本发明的具体实施方式在附图中示出并在此会详细描述，同时要理解，本公开认为是本发明原理的例证，并不旨在将本发明限制为在此图示和描述的。应完全认识到，下面所讨论的实施方式的不同教导可以分别或者以任何合适的组合实施，以产生所需要的结果。

下面的定义会出现在说明书中。如在此所使用的，术语“钻井”指以本领域技术人员已知的方式提供和钻出的钻井或钻孔。为了说明的目的，将作出对上或下的参照，其中术语“在...上方”、“上”、“向上”、“较高的”或“上游”意思是沿着钻井或钻孔的纵向轴线远离钻井或钻孔底部，且“在...下方”、“下”、“向下”、“较低的”或“下游”意思是沿着钻井的纵向轴线朝向钻井的底部。

如相关领域的技术人员将领会的，本发明的各个方面能够单独实践或以与一个或多个其它方面组合的形式来实践。本发明的各个方面能够可选择地与本发明其它方面的一个或多个可选择特征组合提供。并且，与一个实施方式关联描述的可选择特征通常能够单独组合或者与本发明不同实施方式中的其它特征组合在一起。

本发明的各种实施方式和方面现在将参考附图详细描述。从阐示了若干示例性实施方式和方面以及实施的其整个说明书，且包括附图，本发明另外的其它方面、特征和优势很快清楚。本发明也能够有其它和不同的实施方式和方面，并且其数个细节可以在各个方面修改，而所有这些都不会偏离本发明的精神和范围。

文档、作用、材料、设备、物品以及类似物的任何讨论包括在本说明书中，只是为了给本发明提供文脉的目的。不建议或不代表形成现有技术部分的任何或所有这些事项都以与本发明相关领域中的普通常规知识为基础或者是本发明相关领域中的普通常规知识。

相应地，附图和说明书本质上认为是阐述性的，而不认为是限制性的。另外，在此所使用的词汇和语法仅仅用于描述的目的，而不能解释为范围上的限制。语言例如“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“内含(containing)”或者“涉及(involving)”及其变形，意在宽泛地且包含其后列举的主题、等同物、以及未列举的其他主题，并且不意图排除其他添加物、部件、整体或步骤。同样，为了适用法律的目的，术语“包含(comprising)”认为与术语“包括(including)”或“内含(containing)”同义。

在本公开中，所有的数值应理解为被“大约”修饰。元件或者在此描述的任何其他部件，包括(而不限制)该装置的部件的所有单数形式应理解为包括其复数形式。

本发明的实施方式现在将只通过实施例的方法并参考附图描述，在附图中：

图1是套管段的第一实施方式的剖视图，具有焊接到套管段的环绕套筒；

图2是套管段的第二实施方式的剖视图，具有在一端机械夹持到套管段的外套筒和提供在另一端的滑动密封件；

图3是套管段的第三实施方式的剖视图，具有在两端机械夹持的外套筒；

图4是套管段和附接图3的外套筒以及其中的液压扩张工具的剖视图；

图5是图2的套管段和与钻孔壁接触的扩张外套筒的剖视图；

图6示出了用于扩张两个套筒构件的顺序；

图6a是设有两个套筒构件的穿孔衬管的剖视图；

图6b示出了具有液压扩张工具插入其中的图6a的钻孔中的穿孔衬管；

图6c是具有扩张的套筒的图6a和图6b的穿孔衬管的剖视图；

图7示出了根据本发明在压裂操作期间，穿孔衬管、两个套筒构件以及施加的压裂压力的剖视图；

图8是图7中示出的一个套筒构件的近视图；

图9是显示结合到图7套筒外表面的多个弹性体带的示意图；

图10示出了根据本发明由液压控制管路连接的套筒的实施方式；

图11(a)示出了根据本发明套管段的进一步、更优选的实施方式，具有焊接到套管段的环绕套筒；

图11(b)是图11(a)更优选实施方式的剖视图；

图11(c)是图11(b)加亮部分A的更详细视图，且特别示出了焊接罩；

图11(d)是图11(a)的套筒部分在抵着裸眼钻孔的内表面弹性和塑性扩张后的更详细的剖面示意图，特别示出了由围绕套筒沿其轴线长度设置的间隔开的可变形带引起的波纹效果；

图12是根据本发明套管段的再进一步、优选的实施方式，具有焊接到套管段的环绕套筒，其中套筒有比图11(a)实施方式数量多的弹性体带；

图13是根据本发明套管段的再进一步、优选的实施方式，具有焊接到套管段的环绕套筒，且示出了具有与图11(a)示出的实施方式相比较少数量的弹性体带；以及

图14是根据本发明具有如图13所示环绕套筒的套管段的剖视和示意图，并具有止回阀和安全隔板且显示为具有压裂操作期间施加的压裂压力。

图1示出了在根据本发明的方法中使用的装置10。管道(tubing)通常以1标示，并设有穿过其侧壁的两套周向等距的孔；上开口2u和下开口2L。应指出，管道1可以是意图在裸眼钻孔中永久设置或完成的套管、衬管或实际上的生产管道。

在下文中，管道1将称为套管1。

如图1所示，套管1可以是根据API标准生产的标准长度的套管。可选择地，在图1中示出的套管1可以由定制的心杆替代。然而，应指出，套管1可以通过只提供可以定位在套管1长度中间的一套开口2来修改，并且此外可以通过只提供一个这样的开口2来修改。套管1在套筒3内同轴定位。套管1可以是专门制造的或者可选择地是具有在其中形成的开口2的优选地常见钢套管。套筒3通常是316L或合金28等级的钢，但可以是任何其他合适等级的钢、任何其他金属材料或任何其他合适的材料。如图9所示，弹性体201或其他可变形材料结合到套筒3的外侧；这可能是作为单一涂层，但优选是在其间具有间隙的多个带201。带201或涂层可以具有加工成带201或涂层的一个或多个轮廓。

装置10包括套筒3，套筒3是具有锥形上端3u、锥形下端3L以及具有相对薄的侧壁厚度的向外成腰状的中心段3c的钢圆柱体。套筒3周向地环绕套管1，且通过压紧焊接连接件4在其上端3u和下端3L处附接于套管1。

由于套筒3的中心段向外成腰状且远离套管1，套筒3的此部分与其所环绕的套管1的外部不直接接触。套筒的向外成腰状的段3c的内表面和套管1的外部界定室6。

上O型圈密封件5u也朝着套筒的上端3u设置但位于上焊接连接件4的内部。类似地，下密封件5L定位为朝着套筒的下端3L，但也定位在下焊接连接件的内部。密封件5u和5L与套管的外部以及套筒的端部3u和3L直接接触，从而在套筒3的内部和套管1的外部之间提供压力紧密的连接，并因此作为次级密封件或由焊接连接件4提供的密封件的备用件。

开口2u和2L允许流体在套管1的内部或通孔和室6之间连通。

图2示出了根据本发明的装置20的第二实施方式，其包括套筒23，该套筒23为大体圆柱形形状，具有上端23u、下端23L以及向外成腰状的中心段，且围绕与图1的套管1类似的套管21同轴设置。套筒23凭借机械夹钳28在其上端23u固定到套管21。朝着套筒的上端23u，还以O型圈的形式设置一对密封构件25，以提供套筒的上端23u和套管21的外部之间的压力紧密连接。套筒23具有设有一对滑动O型圈密封件27的下端23L。

在密封件25、27区域中套管21的外部优选通过机械加工来制备以改善表面状况，从而在密封件25、27和套管21的外部之间实现更可靠的连接。

上端23u与密封件25一起、套筒的下端23L与滑动密封件27一起、套筒的腰状中心段23c以及套管21的外部界定了室26。套管21的侧壁设有穿过其侧壁的周向等距的开口22，其允许流体在套管21的内部和室26之间连通。

室26能够充满加压的流体例如液压流体，以引起套筒构件的腰状中心段23c在径向向外的方向上扩张，这同时引起滑动密封件27向上运动，这优于套筒3的第一实施方式，即向外成腰状的中心段23c的侧壁厚度由于径向向外扩张而不再变薄。然而，任何这种向上的运动应该被限制，以使位于套管21的侧壁中的开口22L、22u保持在室26内。

图3示出了根据本发明的装置30的另外的实施方式，其中装置30以与图1和图2的装置10、20相似的方式设置。然而，图3的套筒33通过夹钳39在上端33u和下端33L两者处附接到套管31。夹钳39设置成使套筒33的端部保持在合适的位置，以防止当套管31伸入钻井孔中时套筒33被移出。在套筒上端33u处的夹钳39将允许套筒33在向下的方向运动，使其扩张成为可能。然而，上端33u的向上运动被作为屏障的夹钳39阻止。类似地，在下套筒端33L处的夹钳39阻止向下运动，但是会允许下套筒端33L向上运动。夹钳39也保证了套筒33维持在关于开口32正确的位置。此外，夹钳39使套筒维持在具有制备的外表面的一段套管31上的位置。此表面能够由机械加工来制备并优化两对密封件35的效果。

隔离屏障装置10、20或30通过任何合适的方法送进钻孔中，例如使装置合并到套管或衬管柱中并使柱伸入钻井孔中，直到其达到在裸眼钻孔中装置10、20、30将要操作的位置。此位置通常在钻孔内套筒3、23、33要被扩张的位置，例如以使定位在套筒3、23、33上方的钻孔段180a与下方的钻孔段180b隔离以提供区域隔离，以使如随后要描述的，压裂或刺激操作能够在位于两个套筒43a、43b之间的构造180b上执行。

套筒构件3、23、33的扩张能够通过诸如图4所示的液压扩张工具产生。图4示出了插入图3所示的套管段31的工具140。只要套管31达到其预期位置，工具140就能够凭借钻管柱或其它合适的方法从表面伸入套管柱中。工具140设有上密封机构和下密封机构145，上密封机构和下密封机构145是可操作的以径向扩张，以在一对间隔开的位置处密封在套管段31的内表面上，以隔离套管31的定位在密封件145之间的内部部分；应指出，所述隔离的部分包括流体开口32。工具140也设有与套管31的内部流体连通的孔道142。

为了操作工具140，密封机构145从表面驱动(在使用钻管或挠性管的情况下)以隔离套管的部分。然后，可以是液压流体的流体在压力下被泵送通过挠性管或钻管，以使施加压力的流体流过工具孔道142，然后经过开口32进入到室36中。

这样的扩张工具140的操作详细描述在英国专利申请第GB0403082.1号(现以英国专利公开第GB2398312号公布)，涉及如图27所示的包装工具112，同时对其进行适当的修改，其中密封机构145可以通过适当修改GB0403082.1的密封组件214、215来设置，其公开内容在此以引用的方式并入。GB0403082.1的整个公开在此以引用的方式并入。

当插入图1和图2的套管1、21时，工具140会以相似的方式操作。在使用绳索(wireline)将工具140送入钻孔中的情况下，泵马达被操作以使流体从液压流体存储器，可能通过压力增强器(依据所需要的最终扩张压力)，经过开口2、22、32，通过孔道142泵送到室6、26、36中。

在任一方案中，液压流体压力的增加然后直接引起套筒3、23、33径向向外运动，并对钻孔153的内周边部分密封。室6、26、26内的压力继续增加，以使套筒3、23、33最先经历弹性的扩张，其后是塑性变形。套筒3、23、33径向向外扩张超过其屈服点，经受塑性变形直到如图5所示，套筒3、23、33靠压在钻孔153的内表面上。如果需要，室6、26、36内加压的流体能够在套筒3、23、33的塑性变形之后而排出。相应地，套筒3、23、33已经通过液压流体压力而塑性地扩张，而不需要任何机械的扩张装置。

图5示出了图2的套管21，具有处于扩张形态且靠压在钻孔壁153上的套筒22。室26充满加压的流体，此加压的流体凭借附接到开口22的可选择的止回阀(未在图5中示出，但是在图14中示出且随后描述)而被防止离开室26，以使套筒23维持在扩张的状态；止回阀允许加压的流体从通孔17、29流到室6、26中，但是阻止流体在相反方向流动。如果使用止回阀，优选地还在套筒23的侧壁中设置安全隔板(未在图5中示出，但是在图13和图14中示出且随后描述)。

然而如在上文中所描述的，代替使用液压流体，加压的化学流体能够泵入室26中以扩张套筒22。套筒22只要扩张，就可能被止回阀保持在合适的位置，或者化学流体能够被选择，以使其在一段时期后设置在合适的位置。此化学流体可能是水泥，但是应指出，不必采用这样的化学流体，因为只要扩张流体的压力移除，套筒22就会保持其扩张的形状。

可选择地，开口22可以在其中设有安全隔板(未示出)，安全隔板会阻止流体流过开口22，直到操作者通过从通孔17、29将液压流体压力施加到隔板的内面直到压力大于隔板的额定强度来有意地使隔板破裂。

图6示出了用于扩张两个套筒构件的顺序。不同的变形通过参考数字180a-e来表示。

图6a示出了穿孔衬管/套管171在其上端通过任何合适的装置例如衬管悬挂器附接到胶结的套管160下端的实施方式。衬管171设有与其密封且与之前描述相似的两个套筒173u、173L。衬管171在位置171p处穿孔，其中穿孔位置171p选择成以使其与需要压裂的构造180b大体对齐。

图6b示出了钻孔163中具有液压扩张工具190插入其中的图6a的穿孔衬管171。

液压扩张工具190的驱动增加了由套筒173界定的室内的压力，以使套筒如图6c所示向外扩张。这样，套筒173u、173L使构造180b(可以是需要压裂的烃生成区域)与位于180a、180c到180e的上方和下方的区域(例如可以是水生成区域)隔离，因此提供了实现区域隔离的装置。

图7示出了穿孔衬管205和已经被液压扩张工具140或190扩张的两个套筒43a、43b的剖视图。如在图7中所能够看到的，衬管203包括位于一对套筒43a、43b之间的穿孔衬管段205，并且穿孔衬管段205显示为与需要压裂的构造180b段对齐。

图7示出了在液压扩张工具140或190已经从井中移除且衬管柱203的内孔在位于最下面的套筒构件43b垂直下方的某一点处通过任何常见的方法例如使球(未示出)从表面落下以使其落在座部(未示出)上或者更优选地在穿孔的下方设置塞子(未示出)而闭合之后的钻孔，上述座部在要闭合的位置处(即在穿孔下面)定位于衬管203的通孔中。然后，压裂流体能够一直从表面或者通过伸入衬管柱203并伸入穿孔衬管段205附近的压裂流体供应管道208而被沿着衬管柱203向下泵送。

压裂流体以这种方式供应意味着压裂流体压力204以箭头207的方向施加到套筒43a、43b的内部、以箭头209的方向施加到穿孔衬管205并且以箭头211a、211b的方向施加到每个套筒43a、43b一侧的外部。

压裂操作期间施加压裂压力，现将以如下方法的方式描述：

1.以常见的方式钻出钻孔；

2.插入整体件(completion)，其中整体件通常包括大直径套管柱的上段，大直径套管柱具有稍微较小直径的衬管柱或段的下段，在此套管和/或衬管柱/段具有根据本发明的装置，合并有如之前所述安装在其上的套筒43，以如随后所述提供区域的隔离；

3.如果预穿孔衬管205包括在整体件中，则如前所述的液压扩张工具140或190插入衬管段的孔203，以激活并从而扩张套筒43a、43b以提供区域隔离。然而，如果衬管203要随后穿孔或者如果滑动套筒包括在随后能够打开的衬管203中，则通过从表面对衬管柱203的内部施加压力(即不需要工具140或190)，所有包括在衬管柱203中的套筒43能够同时扩张，这提供了需要较少的介入和/或进入钻孔中较少行程的优势；

4.打开从衬管柱203的内部到要被压裂的存储器区域180b的流体流通-这可以通过使用常见的穿孔技术(例如穿孔枪(未示出)等)对衬管柱203穿孔(假设其没有预穿孔)或者通过打开包括在衬管柱203中的滑动套筒(未示出)来完成，以暴露穿过衬管203的侧壁形成的开口；

5.运行工具208以把压裂流体供应到压裂区域-然而这一步骤可以是可选择的，因为在一些整体件中，压裂流体能够一直从表面通过套管/衬管柱的孔泵送到压裂区域；

6.压裂流体通过工具208从表面泵送到压裂区域，或者如上步骤5所设想的不存在此工具的情况下，通过套管/衬管柱的孔泵送到压裂区域；

7.如果存在滑动套筒，则被闭合在压裂区域的范围；并且

8.在下一个和随后的压裂区域重复步骤3到7。

前文中描述的实施方式(还有随后的那些)当结合压裂操作使用时具有较大优势，其中处于压力的压裂流体的应用不但作用在存储器的压裂区域180b，而且还作用在套筒43的内部(在套筒43的室中)，从而增加了由套筒43提供的压力密封的效果，并因此由于在钻孔213的内表面和套筒43的外表面之间产生的增强密封，有助于阻止不需要的流体经过二者之间，从而实现区域的隔离。

图8是图7所示的一个套筒43的近视图；套筒43已经扩张从而与钻孔213接触，并示出了套筒43作为对沿着钻孔213的环212以箭头211的方向进一步行进的压裂压力211的屏障。通过还以箭头207的方向作用在套筒43内部从而推动其与钻孔213更紧密接触的压裂压力，隔离的效果得到改善。

图9是本发明的实施方式，据此弹性体带201结合到套筒43的外表面。弹性体带201是环圈的形状，并沿着套筒43的纵向轴线间隔开，以便当套筒43扩张时，带201会首先接触外结构或钻孔213的内侧面，因此直接位于带201后方的套筒43的部分43b会趋向于阻止任何进一步的扩张。套筒43的剩余部分(即部分43g)将继续在带201之间的间隙/间距202区域43g向外扩张，引起套筒43上的波纹效果216。如随后涉及图11到图13更详细地描述并且特别如图11(d)所示，这些波纹216具有很大的优势，其增加了套筒43的刚度并且增加了其对缩陷力的抵抗。

图10示出了通过液压控制管路220连接的两个套筒43a、43b。液压控制管路220在井中一些较高的点终止于每一个套筒43a、43b以及衬管203中的开口222；实际上，此控制管路220可以一直延伸到表面。

图11a示出了根据本发明的装置300的优选实施方式，其包括若干间隔开的弹性体带201，弹性体带201包括宽度W且通过组成距离S的间隙202彼此间隔开，其中弹性体带201还包括径向高度H。弹性体带201优选沿着套筒43外表面的长度在两个端部303U和303L之间大体等距间隔开地设置。如在图11a中可见，带201的宽度W优选大于间隙距离S。端部303U、303L优选设置为直径尽可能地宽，且更加优选地，每个同轴环状弹性体圈201的外直径也具有尽可能大的外直径，但是不大于端部303U、303L的外直径，以使弹性体圈201伸入孔213时，会在一定程度上被保护。如图11c所示，每个端部303U、303L包括通过合适的方法比如锁到其上等固定到套管41的端螺母305。然后提供了密封段外壳307，密封段外壳307螺纹紧固到端螺母305并包围密封件309的合适布置，使用中密封件309会阻止任何流体离开套筒43扩张时生成的室26。各个密封段外壳307的最内端通过焊接点308固定到套筒43的各个端部。有利地，焊接罩310关于焊接点308的外表面和套筒43的各个端部以及密封段外壳307的最内端同轴设置，其中焊接罩310通过合适的螺纹连接311固定到密封段外壳307的最内端，但是可选择地，能够通过焊接(未示出)固定。相应地，焊接罩310的内表面或通孔的部分与焊接点308的外表面相接触并因此平置在焊接点308的外表面上，从而保护焊接点308。然而更重要地，焊接罩310由相对于形成套筒43的金属强度非常坚硬的金属形成，这提供了优势，即当套筒43通过例如扩张器工具140或190扩张时，焊接罩310阻止套筒43的外端并从而阻止焊接点308扩张至少到某一程度，以便在与套筒43相比时，焊接点308扩张的风险非常低，从而焊接点308被焊接罩310保护。可选择地，焊接罩310可以由与套筒43相同的材料制成，并且焊接罩310简单地通过焊接罩310的材料厚度来保护焊接点308。

图12示出了根据本发明的装置400的进一步实施方式，其中装置400以与图11A的装置300相似的方式设置。然而，装置400的套筒43设有比装置300更多的弹性体带401。而且如随后更详细地讨论，有比弹性体带401的剩余部分窄的一些弹性体带403，包括定位在装置400的非常中心点处的更窄的弹性体带403c，且此更窄的带403具有提供相对较高的接触压力并从而提供更好就座能力的优势。

图13示出了装置500的另外的实施方式，其中装置500以与图11a的装置300以及图12的装置400相似的方式设置。然而，相比装置300或装置400，装置500的显著区别是装置500包括更少数量的弹性体带501。

相应地，如图11a、图12和图13中可见，不同的装置300、400和500能够由操作者依据与构造180a、180c的剩余部分隔离的构造180b的类型来选择。然而重要地是，弹性体带201、401和501应用到恒定外直径套筒43的外表面，以使弹性体带201、401和501高出间隙202、402、502。而且，弹性体带201、401、501直接结合到可扩张的套筒43，且虽然根据应用和构造180其它的材料和硬度可能合适，但优选由具有合适硬度例如在75范围内的HNBR(氢化丁腈橡胶)形成。弹性体带201、401、501的外表面可以是光滑的，但是其可能提供机械加工的细节到外表面上(例如粗糙度)，因为这可以提供附加的密封特征。

另外，间距202、402、502的距离S能够被配置，以允许或许可套筒43在每个带201、401、501之间到钻孔213内表面上的最大扩张43g，以使如图11(d)所示的波纹效果216会通过套筒43的金属材料经受。波纹效果216提供了对套筒43缩陷抵抗的改进，且增加了每个弹性体带201、401、501作为密封件的效果，其中套筒43的钢在位置43g的弯曲将趋向于挤压每个弹性体带201、401、501的边缘201e，从而在弹性体带201、401、501和其接触的钻孔213的内表面以及套筒43的外表面43b之间引起较高的接触压力。还应该指出，每一个弹性体带201、401、501的宽度W对于其密封性能来说是重要的，其中虽然最优宽度W依赖于密封性能、轴向负载能力或二者的组合是否重要，但较短或较窄的弹性体带201、401、501旨在提供较高的接触压力。

图14示出了根据本发明的装置600的另外可选择但优选的实施方式，其与图13中示出的装置500非常类似(尽管在图14中未示出弹性体带501)。然而，装置600具有另外的特征，即具有在开口22内穿过套管203的侧壁提供的单向流体流动止回阀222。设置止回阀222以使其允许流体从套管203的通孔223流入室26中，并阻止流体以相反的方向从室26经过进入到通孔223中。相应地，当套筒43通过将很高加压的流体泵送到室26中而扩张时，即使通孔223中的流体压力被排出，流体也会保留在室26中。

如果止回阀222设置在开口22内，则至少一个安全隔板224也设置在通过套筒43的侧壁或通过密封承载件307的侧壁一直形成的开口中，但重要地是，只设置在最接近套管203穿孔段的套筒43的端部，因此最接近泵送时会看到压裂流体高压的套筒43的端部。在穿过其有预定压力差的情形下，安全隔板224将设置以破裂，从而允许室26内的流体在构造180b要压裂的位置流入环212中，以保护套筒43的剩余部分。换句话说，当经受某压差-假设5,000psi时，为了保护套筒43的剩余部分，安全隔板224可被有意地献出。可选择地且更重要地，安全隔板224可被有意地破裂，以允许高压流体从环212的高压区域流到室26中以增强套筒26。图14中示出的装置600将可能用在区域隔离的屏障装置600在缩陷上必须具有比其它实施方式大体较高性能的情况下。操作中，装置600会通过例如前文所述的扩张工具140或扩张工具190来膨胀，以使流体通过止回阀22泵送以膨胀套筒43。然而，当实现最终的扩张流体压力(假设10,000psi)时，安全隔板224被设置以破裂，以便流体然后能够在环212的高压区211和室26之间连通。隔板224破裂后，这因此意味着在高压区211和室26之间穿过套筒43零压差，并因此允许区域隔离屏障600维持区域隔离，而不管要被隔离的区域180a、180b、180c之间的压差。然而，通过设置在高压侧211上的安全隔板224在正确的方位展开区域隔离屏障600是重要的。因此，止回阀222然后会是高压区211和套管203的通孔223之间的最终屏障。这也意味着装置600将需要通过膨胀装置140、190分别膨胀。

可选择地，取代安全隔板224，或优选地附加于此，还能够在穿过套管或衬管203的侧壁形成的另一开口22内设置减压阀(未示出)，其中减压阀允许液体如果超过了预设压差，可以从室26流回到衬管203的通孔17、29、233中。这在期望室26中的压力可能显著增加的情况下可能特别重要，比如由于当井的生产开始时，其中收集的流体中温度的增加。如果没有设置这样的减压阀，则有可能管道203或套筒43会由于此压力的增加而塌陷或破裂。相应地，此减压阀的存在会允许一些收集的且过度加压的流体从室26逃逸回到通孔223中。

可选择地，另一个开口22也可以在其中设有安全隔板(未示出)，安全隔板会阻止流体经过开口22从通孔17、29、223流到室6、26、36中，直到操作者通过在通孔17、29、223中施加作用在所述安全隔板内表面上的液压流体压力直到压力大于隔板的额定强度，来有意地使所述安全隔板破裂。另一个开口22中提供的此安全隔板提供了优势，即操作者能够选择何时允许液压流体进入到室6、26、36中，并从而选择何时开始套筒3、23、33、43的扩张。

可以对上文中所述的实施方式做出修改和改进，而不偏离本发明的范围。而且根据需要，从本文中所述的一个或多个实施方式中选择的特征能够与上文中所述的其它实施方式的其它特征组合以提供附加的实施方式。

例如，上文中所述的压裂流体可以是常见的压裂流体(即合并相对小刚性的球体，球体用于在压裂流体的压力移除后，阻止存储器中的裂缝重新闭合)或者可以是例如酸、蒸汽、CO₂或用在激励或注射或再注射操作的任何其它合适的气体或液体。

Claims (58)

1.根据本发明的第一方面，提供了一种装置，所述装置包括：

管状段，所述管状段设置成插入且固定在较大直径的大体圆柱形结构内；

至少一个套筒构件，其中所述套筒构件定位在所述管状段的外部并密封至所述管状段的外部；

其中至少两个可变形的带构件围绕所述套筒构件的外周边设置，且优选地结合到所述套筒构件的外周边；以及

压力控制机构，所述压力控制机构可操作以改变所述套筒构件内的压力，以使压力的增加引起所述套筒和所述至少两个可变形的带构件向外运动并压靠在所述较大直径结构的内表面上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述套筒构件位于以套管或衬管形式的心杆或套筒承载件的外部上。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述心杆或套筒承载件在所述心杆或套筒承载件的每一端处通过连接机构连接到所述管状段。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述较大直径的大体圆柱形结构包括裸眼钻孔，使得所述套筒构件扩张以直接抵着所述裸眼钻孔的内表面密封。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的装置，其中所述管状段在所述套筒内同轴定位。

6.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述装置还包括用于抵着所述管状构件的外部固定所述套筒构件的机构。

7.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述装置还包括在所述管状段的外部与所述套筒构件之间提供压力紧密密封的密封机构。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述密封机构安装在所述管状段上，以使所述套筒构件抵住所述管状段的外部密封。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括由所述管状段的外表面、所述套筒构件的内表面以及所述密封机构的内面界定的室。

10.根据权利要求7-9中的任一项所述的装置，其中所述密封机构包括环状密封件。

11.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述套筒构件在其每一端处固定到端构件，其中所述端构件设有所述密封机构以抵住所述管状段的外部密封，其中所述套筒构件通过焊接固定到所述端构件，并且围绕焊接点设置有环状罩构件以阻碍其扩张。

12.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述套筒构件包括承受弹性和塑性变形的金属。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述套筒构件包括柔软的、易延展的材料。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述套筒包括钢。

15.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述至少两个可变形的带构件由可变形的材料例如弹性体材料形成。

16.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述至少两个可变形的带构件包括环圈，所述环圈包括宽度W和高度H，其中所述环圈沿着所述套筒构件的长度通过距离S间隔开。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述宽度W是比距离S大的距离。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述套筒构件包括大体恒定的外直径，以使所述至少两个可变形的带通过其高度H从所述套筒构件径向向外伸出，以便当所述套筒构件扩张时，所述至少两个可变形的带首先接触所述外部较大直径结构的内表面。

19.根据权利要求1到17中任一项所述的装置，其中所述套筒构件设有不均匀的外表面。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述表面是肋状的、有沟槽的或者有键的。

21.根据之前任一权利要求所述的装置，其中所述压力控制机构包括配有至少一个孔道的液压工具。

22.根据权利要求9所述的或者根据从属于权利要求9时的权利要求10到21中任一项所述的装置，其中所述管状段包括至少一个开口以允许流体流进并流出由所述套筒构件产生的所述室。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述液压工具包括液压或电力系统以控制所述流体的流动和/或压力。

24.根据权利要求22所述的装置，其中所述开口设有阀。

25.根据权利要求24所述的装置，其中所述阀是适合于允许流体从所述管状件的通孔流进所述室内并阻止流体在相反方向上流动的单向阀。

26.根据权利要求24或25所述的装置，其中还在一个或多个其他开口中设置有第二类型的阀。

27.根据权利要求26所述的装置，其中所述第二类型的阀是减压阀，所述减压阀被配置为一旦经历穿过所述减压阀的一定压差，便允许一部分压力从所述室逃逸。

28.根据权利要求24或25所述的装置，其中在穿过所述管状段的侧壁形成的一个或多个其他开口中设置有其他类型的阀，所述其他类型的阀包括可破裂的屏障设备，所述可破裂的屏障设备在破裂时允许流体在所述管状段的所述通孔和所述室之间流动。

29.根据权利要求22或23所述的装置，其中所述套筒构件设有可破裂的屏障设备，所述可破裂的屏障设备在破裂时允许流体在所述室和环之间流动，所述环位于所述管状段的外侧和所述较大直径的大体圆柱形结构的内表面之间。

30.根据权利要求29所述的装置，其中所述设备是安全隔板设备。

31.根据权利要求1-20中的任一项所述的装置，其中所述套筒构件的外向运动通过化学流体的导入来实现，所述化学流体能够被设定以使所述套筒构件保持在合适位置。

32.根据权利要求31所述的装置，其中所述化学流体是水泥。

33.根据之前任一权利要求所述的装置，其中朝着所述套筒构件的端部设置有滑动机构。

34.根据权利要求33所述的装置，其中在所述套筒构件的内部和所述管状套筒的外部之间设置有滑动密封件。

35.根据之前任一权利要求所述的装置，包括多个套筒构件以使单独的区域和单独的构造彼此隔离。

36.根据权利要求35所述的装置，其中所述多个套筒构件单独、成组或同时扩张。

37.一种大体上如上文参考附图的图1-14所述的并如附图的图1-14中任一图所示的装置。

38.一种进行区域隔离的方法，在压裂操作期间通过预穿孔的衬管来进行区域隔离，所述方法包括以下步骤：

a)钻出钻孔；

b)插入整体件，所述整体件能够是套管/衬管柱的形式，并且所述整体件安装在裸眼钻孔中，其中至少一个区域隔离设备设置在所述套管/衬管柱上或与所述套管/衬管柱相关联，所述区域隔离设备包括界定室的套筒构件，加压的流体能够被引入所述室中，以朝着所述裸眼钻孔向外扩张所述套筒构件；

c)将工具插入所述套管/衬管柱的通孔中至预穿孔的衬管的附近，并操作所述工具以在压力下将流体指引到所述套管/衬管柱段的所述通孔中，以扩张并从而激活所述区域隔离设备，以使所述至少一个区域隔离设备提供抵住所述裸眼的密封；

d)将压裂流体供应到需要压裂的区域，以执行压裂；以及

e)根据需要对每个要压裂的附加区域重复步骤c)和d)，藉此压裂压力不仅作用在所述区域隔离设备的外侧，而且也作用在所述区域隔离设备的内部，以增强由此提供的所述密封。

39.一种执行区域隔离的方法，在压裂操作期间通过没有预穿孔的衬管来执行区域隔离，所述方法包括以下步骤：

a)钻出钻孔；

b)插入整体件，所述整体件能够是套管/衬管柱的形式，并且所述整体件安装在裸眼钻孔中，其中至少一个区域隔离设备设置在所述套管/衬管柱上或与所述套管/衬管柱相关联，所述区域隔离设备包括界定室的套筒构件，加压的流体能够被引入所述室中以朝着所述裸眼钻孔向外扩张所述套筒构件；

c)使所述衬管/套管柱段的通孔升压，以激活并从而扩张所述区域隔离设备；

d)打开从所述衬管到压裂区域的至少一个流体连通通道(例如，该步骤能够通过给所述套管/衬管柱穿过或者通过打开滑动套筒以暴露所述衬管中的开口来执行)；

e)将压裂流体供应到所述衬管/套管柱的所述通孔中；

f)允许所述压裂流体从所述通孔流过所述至少一个连通通道并流到需要压裂的区域中，以执行压裂；

g)如果所述滑动套筒存在，则关闭所述滑动套筒；以及

h)根据需要，对每个要压裂的附加区域重复步骤d)和g)，藉此压裂压力不仅作用在所述区域隔离设备的外侧，而且也作用在所述区域隔离设备的内部，以增强由此提供的密封。

40.根据权利要求38或39所述的方法，其中高压流体被泵送入所述井中并指定在特定区域。

41.根据权利要求38-40中的任一项所述的方法，其中所述套管段或衬管被设计以承受例如缩陷、破裂和拉伸破坏的各种力以及化学腐蚀性流体。

42.根据权利要求38-41中的任一项所述的方法，其中所述套管段在每一端处制造有外螺纹，并经由具有内螺纹的短型联接器接合到一起。

43.根据权利要求38-41中的任一项所述的方法，其中所述套管的接头在一端上制造有外螺纹，并在另一端上制造有内螺纹。

44.根据权利要求38-43中的任一项所述的方法，其中所述套管段或衬管由普通碳钢、不锈钢、铝、钛或玻璃纤维制成。

45.一种方法，包括以下步骤：

将至少一个可扩张的套筒构件密封在管状段的外部；

将所述套管段插入大体圆柱形结构；

其中围绕所述套筒构件的外周边设置了至少两个可变形的带构件；以及

提供压力控制机构，所述压力控制机构可操作以增加所述套筒构件内的压力，以使压力的增加引起所述套筒构件向外移动，允许所述至少两个可变形的带构件的外表面以及所述套筒构件的其余部分压靠在所述大体圆柱形结构的内表面上。

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述至少两个可变形的带构件围绕所述套筒构件的外周边固定，且所述至少两个可变形的带构件中的每一个包括弹性体带构件。

47.根据权利要求46所述的方法，其中有沿着所述套筒构件的长度纵向间隔开的至少两个可变形的带构件，且所述至少两个可变形的带构件之间有间隙。

48.根据权利要求45-47中的任一项所述的方法，其中在扩张时，所述套筒构件进一步扩张到所述间隙中，因而对所述套筒构件的结构提供不均匀性。

49.根据权利要求45-48中的任一项所述的方法，其中所述压力控制机构通过对所述管状段的整个长度或所述管状段的包含所述套筒构件的任何部分施加压力来提供。

50.根据权利要求49所述的方法，其中压力从表面提供或者在井下生成。

51.根据权利要求45-49中的任一项所述的方法，其中所述套管段插入到另一段或者钻孔中到所需要的深度。

52.根据权利要求45-50中的任一项所述的方法，其中所述套管段合并到套管或衬管柱中并使所述套管/衬管柱插入其他段或钻孔中。

53.根据权利要求45-52中的任一项所述的方法，其中在井的压裂或注射操作期间，随着所述套筒构件扩张成与所述较大直径结构(钻孔)的内表面接触，然后所述管状段内的压力增加。

54.根据权利要求53所述的方法，其中在执行压裂或注射操作时，该压裂或注射压力作用在所述套筒构件的已经扩张的内表面上，并作用以增加所述套筒构件可变形的带构件的外表面和所述较大直径结构的内表面之间的接触压力。

55.根据权利要求45-54中的任一项所述的方法，其中所述套筒构件在其扩张期间特定时间的压力、容积、深度和直径由井下测试设备或表面测试设备记录和监控。

56.一种进行区域隔离的方法，在压裂操作期间通过大体如上文所述的预穿孔的衬管来进行区域隔离。

57.一种进行区域隔离的方法，在压裂操作期间通过大体如上文所述的没有预穿孔的衬管来进行区域隔离。

58.一种隔离钻孔段的方法，隔离大体如上文所述的钻孔段。

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