CN105765157A - 改善的隔离屏障 - Google Patents

Abstract

用于将管(12)紧固在另一个管或井眼(80)中，产生横跨井筒(80)中环状面的密封，和将管道系统居中化或锚定在井筒中的装置(10)和方法。套筒(14)设置在管状主体(12)中，以在它们之间产生腔室(16)。端口(18)提供流体通过主体进入腔室的通路。腔室填充可溶胀的材料(20)。因此套筒可以是变形的以通过使用流体压力和激活的可溶胀的材料将其紧固至井筒壁，可溶胀的材料用于支撑套筒以在套筒和井筒壁之间保持密封以形成隔离屏障。

Description

改善的隔离屏障

本发明涉及将管紧固在另一个管或井眼中，产生横跨井筒中环状面的密封，和将管道系统居中化或锚定在井筒中的装置和方法。尤其，尽管不是排他性的，本发明涉及通过使用流体压力和激活的可溶胀的材料，使套筒变形以将其紧固至井筒壁，可溶胀的材料用于支撑套筒以在套筒和井筒壁之间保持密封，以形成隔离屏障。

在油气井的勘探和生产中，封隔器通常用于隔离井下环状面的一个截面与井下环状面的另一个截面。环状面可在管状元件，比如衬筒、心轴、生产管道系统和套管之间或在管状元件，通常套管，和裸井眼的壁之间。这些封隔器在管道系统上携带进入井并且在期望的位置，弹性体密封件被迫使径向向外或弹性体囊状物膨胀横跨环状面并且与外部大体上圆柱形结构即另一个管状元件或井眼壁产生密封。

另一类封隔器是可溶胀的封隔器，其中可溶胀的弹性体包绕在管状主体上。金属末端环可位于主体上以保护在下钻井时的可溶胀的弹性体和防止弹性体的纵向的挤出，从而溶胀增加可溶胀的弹性体的外部初始直径。封隔器简单地运行至在油管柱上的深度并且使得在生产或注入操作开始之前膨胀。可溶胀的封隔器的优势是它们简单而没有移动部件，但是它们具有一些主要缺点。因为可溶胀的材料暴露在管状主体的外表面上，环状面中的流体在下钻井期间流过弹性体和过早激活的风险。因为这些可溶胀的弹性体被油和/或水和基于水的流体即常见的油田流体激活，井筒必须没有激活流体，直到封隔器处在适当的位置并且需要设置的时候。另外，这些封隔器使用可溶胀的弹性体与较大直径圆柱形结构的内表面产生密封。假定均匀膨胀，从而这些封隔器当需要密封至另一个管状时，被最佳使用。对于裸眼部署，因为膨胀是通过吸收或扩散流体进入可溶胀的材料实现，当密封在井眼壁上的第一点进行时，弹性体的外表面的截面可能不暴露于流体并且因此膨胀可非均匀风险区域，其中不形成密封。

所有这些现有技术封隔器具有相同的缺点，因为它们使用弹性体靠着外部大体上圆柱形结构产生密封。从而，弹性体在使用时必须暴露于井流体并且所以它们不能在存在腐蚀性流体的情况下使用，例如在化学剂注入应用中。

结果，已经开发了金属密封件，其中管状金属元件在井中和在期望的位置运行，通过元件运行膨胀工具。膨胀工具通常具有向前的圆锥体，其主体直径大小适于大体上圆柱形结构，从而金属元件膨胀接触圆柱形结构并且靠着圆柱形结构密封。这些所谓的膨胀的套筒具有内表面，其当膨胀时是圆柱形的并且与膨胀工具的轮廓匹配。这些套筒在管状元件之间产生环形密封时工作良好，但是在靠着裸井眼的不规则表面密封时可能具有问题。

本申请人已经开发了其中通过使用直接作用在套筒上的流体压力迫使金属套筒径向向外的技术。施加足够的液压流体压力，以使套筒径向向外移动和使得套筒本身变形至大体上圆柱形结构。套筒经历塑性变形，并且如果变形至大体上圆柱形金属结构，当接触时金属结构经历弹性变形而膨胀较小的百分数。当压力释放时，金属结构返回至其初始尺寸并且靠着可塑性变形套筒产生密封在变形过程期间，套筒的内表面和外表面将采取圆柱形结构的壁的表面的形状。该变形的隔离屏障所以理想地适于靠着不规则井眼壁产生密封。

这样的变形的隔离屏障公开在US7,306,033中，其通过引用并入本文。变形的隔离屏障用于FRAC操作的应用公开在US2012/0125619中，其通过引用并入本文。典型地，套筒围绕支撑管状主体安装，在套筒的每个末端密封，以在套筒的内表面和主体的外表面之间产生腔室。端口设置为通过主体，从而流体可从主体的通孔泵入腔室。

使用时，通孔中流体的压力充分增加，以进入腔室并且迫使套筒径向向外，以变形至大体上圆柱形结构。当没有流体从环状面向上返回时，其确认已经实现了密封，已经施加足够的压力。

如此方式膨胀套筒存在许多困难。首先，在端口位置必须产生足够的压力。这通过在表面增加流体压力实现并且难以预测什么压力将在那个可以是设置套筒的井中重要深度。可选地，可运行安装工具，但是这需要干预并且小心将安装工具设置在端口处。为了确保产生足够的压力，突出通向套筒施加最大的压力来安装这些套筒。但是，风险是压力可能过高使地套筒破裂。

另外，压力必须密封在腔室中，以维持膨胀，并且变形的套筒可能对于井位是需要的，使腔室中的压力保持在设定值是必要的。通过在端口处止回阀中捕获的碎片的渗漏可造成压力的缓慢丢失。当井运转时的温度改变可造成腔室中的压力变动。从而，尽管套筒已经是可塑性变形的并且所以保持其新的形状，但是如果横跨套筒壁产生足够的压力差，存在可能出现破裂或坍塌的可能性并且可能丢失密封。

所以，本发明的至少一种实施方式的目的是提供变形的隔离屏障，其消除或缓解现有技术的一个或多个缺点。

本发明的至少一种实施方式的进一步目的是在井筒中提供产生隔离屏障的方法，其消除或缓解现有技术的一个或多个缺点。

根据本发明的第一方面，提供了装置，包括：

管状主体，其设置为在较大直径大体上圆柱形结构中运行并且紧固在该较大直径大体上圆柱形结构中；

位于管状主体的外部上并且与所述管状主体密封，以在它们之间产生腔室的套筒元件；

管状主体包括允许流体流入腔室的端口，以使得套筒元件向外移动并且靠着较大直径结构的内表面变形；和

特征在于：

可溶胀的材料位于至少一部分腔室中；

可溶胀的材料被进入腔室的流体激活而膨胀并且溶胀的材料支撑靠着较大直径结构的内表面变形的套筒元件。

这样，流体压力不是关键的，因为其用于激活可溶胀的材料，并且膨胀材料本身将增加流体腔室中的压力。通过具有包含在腔室中的可溶胀的材料，可控制暴露于激活流体并且不依赖于可溶胀的材料产生密封。另外，一旦套筒被变形，可溶胀的材料在变形的位置支撑套筒。

术语“可溶胀的”和类似的术语(比如“溶胀”)在本文用于指示材料的体积的增加。典型地，体积的该增加是由于流体的分子组分吸收或扩散至材料本身，但是如果需要可使用其他膨胀机制或技术。注意，溶胀与膨胀不同，但是材料可由于溶胀而膨胀。

较大直径结构可以是裸眼井眼，内衬套管柱或衬管柱、可用水泥粘合在井下适当位置的井眼，或可以是其中需要紧固或居中化另一较小直径管状部分的管道。

管状主体优选地同轴位于套筒中并且是井筒中使用的管柱的一部分，进入裸井或套管油井、气井或水井。所以，通过提供围绕套管或衬筒设置的可变形的套筒元件，本发明使得套管部分或衬筒在地下或地下管道之上居中化在井眼或另一井下中。随着施加来自可溶胀的材料的压力，套筒以均匀速度径向向外膨胀，发生居中化均匀。另外，本发明可用于隔离井下环状面与井下环状面的另一个截面并且因此可也用于隔离生产导管和井下环状面的一个或多个部分。

优选地，可溶胀的材料是可溶胀的弹性体。可溶胀的材料可在工业中已知为可溶胀的封隔器。可选地，可溶胀的材料可以是当接触特定流体，例如膨润土，比如钠膨润土时，体积增加的任何组合物。可溶胀的材料可是在接触激活流体时立即膨胀的类型。可选地，可溶胀的材料可在接触激活流体之后预定的时间膨胀。

可溶胀的材料可设置为围绕主体的套筒。这样，装置构造简单，因为可变形的套筒置于可溶胀的套筒上方并且将包含在腔室中。可选地，可溶胀的材料可以是多个可溶胀的组分。这样，由于增加的激活流体的接触面积可增加膨胀速度。可溶胀的材料可连接至管状主体的外部或可在腔室中自由移动。可溶胀的组分的形状可为球形、立方体、条形或颗粒状。

优选地，在整个管状主体中设置多个端口。这样，激活流体可在最快的时间内，达到最大量的可溶胀的材料。端口可围绕主体沿圆周设置。端口可沿着主体纵向设置。在一种实施方式中，在腔室处在管状主体的外部上机械加工一个或多个通道。为流体流动在可溶胀的材料和管状主体之间提供的通道增加了流体和可溶胀的材料之间的可能的接触表面积。

端口可包括屏障。这样，防止流体进入腔室，直到需要激活。屏障可以是爆破阀盘，其使得流体以预定的流体压力流过端口。可选地，屏障可以是阀门。优选地，阀门是单向止回阀。这样，防止流体离开腔室。更优选地，阀门设置为当腔室中的压力达到变形的压力值时关闭。这样，在知道流体流动当达到变形的压力时停止的情况下，通过引入高压流体可快速出现膨胀。阀门优选地使得放空压力，从而在达到变形的压力时，如果仍持续膨胀，腔室中捕获的流体将不增加压力。

变形的套筒将用溶胀的材料和流体填充腔室。材料的溶胀将增加流体的压力并且都将展示压力，以使得套筒元件向外移动并且靠着较大直径结构的内表面变形。

根据本发明的第二方面提供了在井筒中设置变形的套筒的方法，该包括步骤：

(a)将套筒元件定位在管状主体的外部上并且与其密封，以在它们之间产生腔室；

(b)将可溶胀的材料定位在腔室中；

(c)将管状主体在管状元件上运行入井筒中和将套筒元件置于较大直径结构中的期望位置；

(d)将流体泵送通过管状元件和通过管状主体中的端口以到达腔室；

(e)用流体激活可溶胀的材料，以在腔室中产生材料的溶胀；

(f)使套筒径向向外移动并且靠着较大直径结构的内表面变形；和

(g)经溶胀的材料支撑变形的套筒。

这样，在变形的套筒和较大直径结构的内表面之间产生选择性密封，可溶胀的材料增加了套筒的膨胀速度并且一旦其被膨胀则支撑变形的套筒。

较大直径结构可以是裸眼井眼，内衬套管柱或衬管柱、可用水泥粘合在井下适当位置的井眼，或可以是其中需要紧固或居中化另一较小直径管状部分的管道。

优选地，步骤(d)包括将流体泵送通过管状元件和通过管状主体中多个端口以到达腔室的步骤。这为可溶胀的材料提供了更快的作用时间。

优选地，方法包括当压力达到期望值时，使端口中阀门处的阀盘破裂，以使流体进入腔室的步骤。这使得选择性和控制激活可溶胀的材料。

优选地，在步骤(e)中用流体激活可溶胀的材料在腔室中立即产生材料的溶胀。可选地，在步骤(e)中用流体激活可溶胀的材料在腔室中在预定的时间之后产生材料的溶胀。通过延迟膨胀的出现，流体与可溶胀的材料的所有表面的接触可在出现膨胀之前实现。这样，出现材料优化的膨胀。

方法可包括下述步骤：在激活流体递送工具中，在端口上方和下方产生临时密封和将流体经端口从工具注入腔室。这样的设置使得如果大于一个套筒元件设置在井筒中，选择性操作套筒元件。

在下面的描述中，附图不必是按比例的。本发明的某些特征可按比例放大显示或以某些示意性形式显示，并且为了清楚和简洁，可不显示常规要素的一些细节。充分认识到，可分别或以任何适当的组合采用下面讨论的实施方式的不同教导，以产生期望的结果。

因此，附图和说明书本质上视为示意性的，并且不视为限制性的。此外，本文使用的术语和短语仅仅用于描述性目的并且不应解释为限制范围。语言，比如“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”或“涉及(involving)”以及其变型旨在是宽泛的并且包括其后列举的主题、等价物和其他未叙述的主题，并且旨在不排除其他添加剂、组分、整数或步骤。同样地，为了法律目的，术语“包括(comprising)”同样解释为术语“包括(including)”或“包含(containing)”。

所以本公开中的数值理解为被“约”修饰。本文所述的要素，或任何其他组分的的所有单数形式包括(但不限于)装置的组分包括其复数形式。

现将参考附图仅仅作为例子描述本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明的实施方式，整个装置的半横截面图；

图2是当套筒变形至井筒的内壁时，图1整个装置的半横截面图；和

图3是在裸井眼中安装两个套筒元件顺序的示意图；图3a是配备两个套筒元件的衬筒的横截面图；图3b显示了图3a的井眼中的衬筒，激活流体递送工具插入其中；和图3c是图3a和3b的衬筒的横截面图，使用时变形的套筒和压力使腔室平衡。

首先参考附图的图1，其根据本发明的实施方式图解了一般由参考数值10指示的装置，其包括管状主体12、套筒元件14、腔室16、端口18和一般由参考数值20指示的可溶胀的材料。

管状主体12是圆柱形管状部分，其在第一末端22处具有第一连接器(未显示)和在相对末端26具有第二连接器(未显示)，用于将主体12连接至旨在井筒中永久设置或完成的油管柱比如套管、衬筒或生产管道系统。主体12包括与柱的通孔共线的通孔30。柱可以是钻井管线或设计为在井筒中运行的任何其他管柱。

端口18配置为穿透主体12的侧壁34，以在通孔30和主体12的外表面36之间提供流体通道。尽管仅仅显示了单个端口18，但认识到可提供一组端口。这些端口可围绕主体12的圆周等距离间隔和/或沿着主体在第一末端22和第二末端26之间设置，以到达腔室16。

管状主体12同轴位于套筒元件14中。套筒元件14是通常由316L或合金28级钢形成的钢桶，但是可以是经受弹性和塑性变形的任何其他适当级别的钢或任何其他金属材料或任何其他适当的材料。理想地，在故障之前，材料展示高的延伸性即高的应变。套筒元件14是比管道系统主体12相当薄壁的更低规格并且优选地由比用于管道主体12的材料更软的和/或更易延展的材料形成。当紧固在另一套管部分或井眼中时，套筒元件14可具有非均匀的外表面40，比如有棱纹的、有沟槽的或其他有键的表面，以便增加由套筒元件14形成的密封的效力。

弹性体或其他可变形的材料可连接至套筒14的外表面40；这可作为单个涂层，但是优选地是中间具有空隙的多个带。带或涂层可具有加工成它们的一个或多个轮廓。弹性体带可被间隔开，使得当套筒14变形时，带将首先接触裸井眼80的内侧表面82。套筒元件14将向外膨胀至带之间的空间，从而对套筒元件14造成波纹效应。这些波纹提供的巨大优势在于它们增加了套筒元件14的硬度，增加了其对坍塌力的抗性并且也改善了环形密封。

套筒14的第一末端42连接至在主体12的外表面36中加工的制动装置44。连接是经压力紧密的连接提供密封。O型环密封(未显示)也可提供在套筒14的内表面46和主体12的外表面36之间，以用作第二密封或通过在制动装置44处的焊接连接提供的密封的备用。连接可也通过机械钳。认识到套筒14不需要连接至制动装置44。

第二制动装置48设置在套筒14的第二末端50处。第二制动装置48可夹住主体12，从而套筒14可在装配期间在第二末端上方滑落在主体12上。密封52提供在主体12的外表面36朝着制动装置48，从而密封52在套筒14和主体12之间。这提供了滑动密封，从而使得套筒14的末端相对于主体12朝着第一末端移动。因此，当使得套筒元件14在径向向外方向上移动时，这造成滑动密封52的同时移动，其优势在于套筒14的厚度不被径向向外膨胀进一步变薄。

制动装置44与套筒14的内表面46和主体12的外表面36一起限定腔室16。端口18设置为进入腔室16并且使得通孔30和腔室16之间流体连通。

位于腔室16中的是可溶胀的材料20。可溶胀的材料是已知的，因为可溶胀的弹性体常用于工业中。当接触特定的流体，例如膨润土时，体积增加的组合物是已知的。尽管化合物钠膨润土更常用在钻井液中，但是其可用在本申请中。尽管可溶胀的材料20可以是可溶胀的弹性体，可以使用能够靠着使套筒变形的需要流体压力膨胀的任何可溶胀的材料。在该应用中，需要5,000至10,000psi区域的压力。可溶胀的材料可以是当接触激活流体时，立即膨胀的类型。可选地，可溶胀的材料可在接触激活流体之后预定的时间膨胀。可选择可溶胀的材料20，以用任何期望的流体激活，但是优选地与已知的井流体一起起作用。这样，当套筒14待变形时，激活流体容易获得。基于烃的和水基(包括盐水的)激活的可溶胀的材料是已知的。

可溶胀的材料20提供为芯片24。芯片24下降至腔室16，然后套筒的第二末端50密封至主体12。通过提供材料20作为芯片24，它们容易设置在腔室16中并且提供比较大的单个片材料更大的表面积，用于接触激活流体。尽管描述了芯片24，材料20可以是任何形状的，比如球形、立方体、颗粒状或甚至围绕主体12的外表面36设置为环的条形。可溶胀的材料20可以可选地是围绕主体12在主体12的外表面36和套筒14的内表面46之间设置为可溶胀的套筒的单个管状部分。可溶胀的材料不必连接至主体12和/或套筒14，因为任何接触将限制激活可用的表面积。应当注意，套筒14不是施加至可溶胀的封隔器的涂料。

可溶胀的材料20通过经端口18进入腔室16的激活流体激活。在显示的实施方式中，选择可溶胀的材料20在接触激活流体之后的预定的时间膨胀。该延时使得流体填充腔室16，围绕所有的芯片24和从而使得接触腔室16中可溶胀的材料20的整个表面积。

材料20将通过吸收或扩散激活流体进入材料20膨胀。该过程继续，直到在吸收的流体和周围的流体之间达到平衡。所以，一旦变形待用足够维持套筒14的内表面46上期望的压力的体积膨胀材料20填充时基于腔室期望的体积计算材料20初始未溶胀的体积。这是来自下述下述信息的计算：主体12的直径、在套筒14处井眼80的近似直径、套筒14的长度、套筒14的材料和厚度和可溶胀的材料20的特性。理想地，未溶胀的的腔室的大部分体积用未溶胀的可溶胀的材料填充。

溶胀时，材料20的体积增加并且因此每个芯片24将占据腔室16增加的体积。芯片24彼此接触并且因为腔室16的体积首先调整为小于膨胀材料20的体积，芯片24将展示对流体和腔室16壁的压力。因为套筒14是比主体14更易延展的材料，套筒14将被来自腔室16中膨胀材料20和流体的压力迫使径向向外移动。套筒14将被迫使靠着井筒80的壁82和套筒14的外表面46将变形至壁82，彼此接触产生密封。该密封将是围绕装置10和装置10和井筒80之间的环形密封。这如图2中阐释。

在端口18处，具有止回阀54。止回阀54是单向阀门，其仅仅允许流体从通孔30进入腔室16。当腔室16中的压力达到预定的水平时，止回阀54可被关闭，这限定为变形的压力值。因此，当套筒14中的压力达到变形的压力值时，这将正在材料20溶胀时快速出现，阀门54将关闭。因为变形的压力值不仅仅通过流体压力产生，高流体压力可首先用于填充腔室16，止回阀54设置为在固定量的流体流过时关闭。流体量可计算为部署时占据未被未溶胀的材料20占据的腔室16的体积。认识到，可能不需要止回阀54，因为膨胀材料20可占据内体积和完全支撑变形的套筒14。

也设置在端口32处的是是爆破阀盘56。在柱的下钻井期间，爆破阀盘隔离腔室16中可溶胀的材料20与通孔中的流体。爆破阀盘56调节至期望流体进入腔室的期望的压力。这样，爆破阀盘56可用于控制什么时候开始套筒14的安装并且防止材料20的过早膨胀。阀盘56可通过通孔30中增加压力的操作，选择使阀盘破裂的压力大于激活井筒中任何其他工具或功能需要的流体压力。

现参考附图的图3，其提供了根据本发明的实施方式，在井筒中安装套筒的方法的图解。为了清楚，在之前的图中那些的同样部件已经给予相同的参考数值。

使用时，通过任何适当的方式将装置10输送至井眼，比如将装置10并入套管柱或衬管柱76或在钻井管线的末端和将柱下井至井筒78，直到其达到裸井眼80中期望操作装置10的位置。该位置通常在井眼中下述位置，其中使套筒14膨胀以便，例如，隔离井眼80b位于套筒14上方的部分与低于80d的部分，以便在区域80b、80d之间提供隔离屏障。另外，进一步的装置10b可在相同的柱76上运行，从而区域隔离可在区域80b中进行，以便注入、断裂或增产操作可在位于两个套筒14、14a之间的地层80b上进行。这是如图3B中阐释。

可通过增加通孔30中的泵压力至使阀盘56破裂的预定的值设置每个套筒14、14a，产生进入腔室16的流体。进入腔室16的流体激活可溶胀的材料20，其体积增加通过弹性膨胀、接触井眼的表面82和通过塑性变形变形至表面82，产生足够使得套筒14径向远离主体12移动的压力。

流体可在任何期望的压力下泵入腔室16，因为材料20可设置为在流体压力可超过使套筒14膨胀和破裂的压力下之前溶胀。的确，止回阀54可设置为使得计算在关闭之前进入腔室的流体的体积。当关闭时，止回阀将捕获残留在腔室16中的任何流体。但是，因为材料20将溶胀填充变形的套筒的体积并且仍在套筒14上施加压力时，材料20将为套筒14提供支撑并且因此不需要存在腔室中维持变形的流体压力值的流体。

在塑性变形下，套筒14将采用固定的形状，内表面46匹配井眼80的表面82的轮廓，和外表面也匹配表面82的轮廓，以提供有效隔离套筒14上方井眼80的环状面84与套筒14下方环状面86的密封。如果两个套筒14、14a设置在一起，那么可为套筒14、14a之间的环状面84实现隔离的区域。同时，套筒14、14b已经被有效居中化，将油管柱76紧固和锚定至井眼80。

实现套筒14变形的可选的方法显示在图3B中。该方法使用激活流体递送工具88。一旦柱76达到其期望的位置，工具88可从地表通过软管90或其他适当的方法下井至柱76。工具88配备上和下密封工具92，其可操作地径向膨胀，以靠着主体12的内表面94在一对隔开的位置密封，以便隔离位于密封件92之间的主体12的内部；应当注意，所述隔离的部分包括流体端口18。工具88也配备与柱76的内部流体连通的开口96。

为了操作工具88，密封工具92从表面致动，以隔离部分管道主体12。然后，激活流体在压力下泵送通过螺旋管道系统，使得加压的流体流过工具开口96并且然后经端口18进入腔室16和以如上文所描述的相同方式作用在可溶胀的材料20上。这样的工具的使用使得在井筒中安装选择性装置10。

这样的流体递送工具88的操作的详细说明结合图27中显示的封隔器工具112描述在GB2398312中，对其有适当的修饰，其中密封工具92可通过修饰GB2398312的密封装置214、215提供，其内容通过引用并入本文。GB2398312的全部内容通过引用并入本文。

使用泵送方法，直接靠着套筒14的流体和膨胀材料的压力的增加造成套筒14径向向外移动并且靠着井眼80的一部分内圆周密封。腔室16中的压力继续增加，使得套筒14首先进行弹性膨胀，随后塑性变形。套筒14径向向外膨胀超过其屈服点，经受塑性变形直到套筒14变形靠着井眼80的表面82，如图3C中显示。因此，套筒14已经由于来自腔室内容物的压力可塑性变形和变形，而不需要任何机械膨胀工具。

另外，流体压力不是关键的，因为其仅仅用于激活材料；通过将可溶胀的材料包含在腔室中，可控制暴露于激活流体并且不依赖于可溶胀的材料产生密封；并且，一旦套筒变形，可溶胀的材料可在变形的位置支撑套筒。

本发明的原理优势是其提供了用于在井筒中产生隔离屏障的装置，其中可溶胀的材料用于减少对流体压力的依赖，以使套筒变形并且为变形的套筒提供作为屏障的支撑。

本发明的进一步优势是其提供了在井筒中安装套筒的方法，其使用井流体在金属套筒中激活可溶胀的材料，以获得可用于腐蚀性环境的固体体积的屏障的优势。

对本领域技术人员显而易见，在不背离本发明范围的情况下，可对本文描述的发明进行修饰。例如，尽管可溶胀的材料描述为固体，但是其可以是当膨胀时固化的液体。

Claims (27)

1.一种装置，其包括：

设置为在较大直径大体上圆柱形结构中运转并且紧固在所述较大直径大体上圆柱形结构中的管状主体；

位于管状主体的外部上并且与所述管状主体密封，以在它们之间产生腔室的套筒元件；

所述管状主体包括允许流体流入所述腔室的端口，以使得所述套筒元件向外移动并且靠着所述较大直径结构的内表面变形；和

特征在于：

可溶胀的材料位于至少一部分所述腔室中；

所述可溶胀的材料被进入腔室的流体激活而膨胀并且所述溶胀的材料支撑所述变形的套筒元件靠着所述较大直径结构的内表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述较大直径结构选自：裸眼井眼，内衬套管柱或衬管柱的井眼，内衬套管柱或衬管柱、用水泥粘合在井下适当位置的井眼，其中需要紧固另一较小直径管状部分的管道，或其中需要居中化另一较小直径管状部分的管道。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述管状主体同轴位于所述套筒中并且是井筒中使用的管柱的一部分。

4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述可溶胀的材料是可溶胀的弹性体。

5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述可溶胀的材料是在接触激活流体时立即膨胀的类型。

6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述可溶胀的材料是在接触激活流体之后预定的时间膨胀的类型。

7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述可溶胀的材料围绕主体设置为套筒。

8.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其中所述可溶胀的材料是多个可溶胀的组分。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述可溶胀的组分的形状为球形、立方体、条形或颗粒状。

10.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述可溶胀的材料连接至所述管状主体的外部。

11.根据权利要求1至9任一项所述的装置，其中所述可溶胀的材料在所述腔室中自由移动。

12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中在整个管状主体中设置多个端口。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述端口围绕主体沿圆周设置。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的装置，其中所述端口沿着主体纵向设置。

15.根据任一前述权利要求所述的装置，其中在腔室处在管状主体的外部上机械加工一个或多个通道。

16.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述端口包括屏障。

17.根据权利要求6所述的装置，其中所述屏障是爆破阀盘，其使得流体以预定的流体压力流过所述端口。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的装置，其中所述屏障包括阀门。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述阀门是单向止回阀。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的装置，其中所述阀门设置为当所述腔室中的压力达到变形的压力值时关闭。

21.一种在井筒中设置变形的套筒的方法，其包括下述步骤：

(a)将套筒元件定位在管状主体的外部上并且与其密封，以在它们之间产生腔室；

(b)将可溶胀的材料定位在所述腔室中；

(c)将所述管状主体在管状元件上运行入井筒中和将套筒元件置于较大直径结构中的期望位置；

(d)将流体泵送通过所述管状元件和通过所述管状主体中的端口以到达腔室；

(e)用流体激活所述可溶胀的材料，以在所述腔室中产生材料的溶胀；

(f)使所述套筒径向向外移动并且靠着所述较大直径结构的内表面变形；和

(g)经所述溶胀的材料支撑所述变形的套筒。

22.根据权利要求21所述的在井筒中设置变形的套筒的方法，其中所述较大直径结构选自：裸眼井眼，内衬套管柱或衬管柱的井眼，内衬套管柱或衬管柱、用水泥粘合在井下适当位置的井眼，其中需要紧固另一较小直径管状部分的管道，或其中需要居中化另一较小直径管状部分的管道。

23.根据权利要求21或权利要求22所述的在井筒中设置变形的套筒的方法，其中步骤(d)包括将流体泵送通过所述管状元件和通过所述管状主体中多个端口以到达腔室的步骤。

24.根据权利要求21至23任一项所述的在井筒中设置变形的套筒的方法，其中所述方法包括当压力达到期望值时，使所述端口中阀门处的阀盘破裂以使流体进入腔室的步骤。

25.根据权利要求21至24任一项所述的在井筒中设置变形的套筒的方法，其中在步骤(e)中，用流体激活所述可溶胀的材料在腔室中产生材料的立即溶胀。

26.根据权利要求21至23任一项所述的在井筒中设置变形的套筒的方法，其中在步骤(e)中用流体激活所述可溶胀的材料在腔室中在预定的时间之后产生材料的溶胀。

27.根据权利要求21至26任一项所述的在井筒中设置变形的套筒的方法，其中所述方法包括下述步骤：在激活流体递送工具中运行，在端口上方和下方产生临时密封和将流体经端口从工具注入腔室。