井下可膨胀管结构.pdf

本发明涉及一种井下可膨胀管结构，其要在井下从第一外径膨胀至抵靠套管或井孔的内表面的第二外径，该井下可膨胀管结构具有外表面和纵向延伸方向并包括设置在所述外表面上并且沿所述纵向延伸方向间隔开的至少一个第一周向边缘和至少一个第二周向边缘，其中，在所述第一周向边缘和第二周向边缘之间布置有密封元件和开口环形保持元件，所述开口环形保持元件形成该密封元件的止挡并且其中该开口环形保持元件具有多于一个绕圈，从而当该可膨胀管结构从第一外径膨胀至该第二外径时，该开口环形保持元件部分地退绕。此外，本发明涉及一种环状屏障。

1.  一种井下可膨胀管结构(1)，其要在井下从第一外径(D₁)膨胀至抵靠套管或井孔的内表面(2)的第二外径(D₂)，该井下可膨胀管结构(1)具有外表面(5)和纵向延伸方向(l)并包括：
设置在所述外表面上并且沿所述纵向延伸方向间隔开的至少一个第一周向边缘(3)和至少一个第二周向边缘(4)，
其中，在所述第一周向边缘和第二周向边缘(3、4)之间布置有密封元件(6)和开口环形保持元件(7)，所述开口环形保持元件形成该密封元件的止挡并且其中该开口环形保持元件(7)具有多于一个绕圈，从而当该可膨胀管结构从第一外径(D₁)膨胀至该第二外径(D₂)时，该开口环形保持元件(7)部分地退绕。

2.  根据权利要求1所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)以抵靠该密封元件的方式布置。

3.  根据权利要求1或2所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件优选由屈服强度为至少69Mpa，优选为至少100Mpa的材料制成。

4.  根据权利要求1-3中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，在该井下可膨胀管结构从第一外径(D₁)膨胀至所述第二外径(D₂)时，该开口环形保持元件(7)退绕少于一圈。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)在所述井下可膨胀管结构的第二外径(D₂)中具有多于一个绕圈。

6.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)具有沿所述纵向延伸方向的宽度(w)，所述宽度在所述井下可膨胀管结构的第一外径(D₁)和第二外径(D₂)中大致相等。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，所述开口环形保持元件(7)具有多个绕圈。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，所述井下可膨胀管结构(1)具有在所述第一周向边缘和第二周向边缘(3、4)之间的第一厚度(T₁)以及在相邻区域内的第二厚度(T₂)，所述第一厚度(T₁)小于所述第二厚度(T₂)。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)和该密封元件(6)基本上填满在该第一周向边缘和第二周向边缘(3、4)之间提供的间隙。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)由弹簧材料制成。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)布置在该密封元件(6)的第一侧上，且另一开口环形保持元件(7)布置在该密封元件(6)的与该第一侧相反的另一侧上。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该开口环形保持元件(7)在该开口环形保持元件和该密封元件膨胀时，将该密封元件(6)保持在沿所述井下可膨胀管结构的纵向延伸方向的某一位置处。

13.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构，其中，该环形保持元件是开口环。

14.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该第一周向边缘和第二周向边缘(3、4)是设置在该井下可膨胀管结构的外表面(5)上的凹槽(8)的一部分。

15.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，所述第一周向边缘和第二周向边缘(3、4)相对于该井下可膨胀管结构沿径向延伸方向延伸，所述径向延伸方向与该井下可膨胀管结构的纵向延伸方向(l)垂直。

16.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，在该开口环形保持元件(7)和该密封元件(6)之间布置有中间元件(9)。

17.  根据权利要求16所述的井下可膨胀管结构，其中，该开口环形保 持元件(7)和该中间元件以抵靠该密封元件的方式布置，使得所述开口环形保持元件(7)和所述中间元件中的至少一个抵靠该密封元件。

18.  根据权利要求16或17所述的井下可膨胀管结构，其中，该中间元件由聚四氟乙烯(PTFE)或聚合物制成。

19.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构，其中，该密封元件由弹性体、橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)或另外的聚合物制成。

20.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该井下可膨胀管结构(1)是要在井中的套管或井管结构内膨胀的补丁、要在井内的套管或井管结构内至少部分膨胀的衬管悬挂器，或者是要在另一套管内至少部分膨胀的套管。

21.  根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其中，该井下可膨胀管结构设置有至少一个周向凸起。

22.  一种环状屏障(100)，其要在位于井管结构(300)和井孔或井下套管的内壁之间的环形空间(101)内膨胀以提供位于井孔的第一区域(102)和第二区域(103)之间的区域隔离，该环状屏障包括：
-用于作为该井管结构(300)的一部分安装的管状部(20)；
-根据前述权利要求中任一项所述的井下可膨胀管结构(1)，其围绕该管状部(20)并具有朝向该井孔或套管的内壁的外表面、该井下可膨胀管结构的每一端均与该管状部连接；
-位于该井下可膨胀管结构与该管状部之间的空间(21)；以及
-位于该管状部中的膨胀口(23)，流体可经由该膨胀口进入所述空间内，以使该井下可膨胀管结构膨胀。

23.  根据权利要求22所述的环状屏障，其中，在该井下可膨胀管结构与该管状部之间布置有套筒(25)，该套筒与该管状部和该井下可膨胀管结构相连接，从而将该空间分隔成第一空间部段和第二空间部段。

24.  根据权利要求22或23所述的环状屏障，其中，该井下可膨胀管结构具有开口(24)，该开口在该第一区域或第二区域与所述空间部段中的一个之间提供流体连通。

25.  根据权利要求22-24中任一项所述的环状屏障，其中，该凸起是相对于该井下可膨胀管结构的其它部分厚度增加的环形凸起，所述环形凸起在环状屏障膨胀时提供了环状屏障的执行部。

26.  一种井下完井，其包括根据权利要求1-21中任一项所述的井下可膨胀管结构，和具有内表面(3)的套管，其中所述井下可膨胀管结构的至少一部分靠着该内表面膨胀。

27.  一种井下完井，其包括井管结构和根据权利要求22-26中任一项所述的环状屏障，其中，所述环状屏障的管状部作为该井管结构的一部分安装。

井下可膨胀管结构
技术领域
本发明涉及一种要在井下膨胀的井下可膨胀管结构。此外，本发明还涉及一种环状屏障。
背景技术
在井筒中，可膨胀管结构被用于不同目的，例如用于以补丁或衬管形式密封套管上的开口，用于以环状屏障的形式为在内管结构和外管结构之间的或是在内管结构与井孔的内壁之间的流动提供屏障，或用于提供衬管悬挂器。
当该可膨胀管结构被用于密封例如开口或区域时，往往在该可膨胀管结构的外表面上设置多个独立的密封元件，以增强密封性能。但经验已经告诉我们，在该可膨胀管结构的膨胀过程中很难控制该密封元件的位置，导致该密封元件可能会从其预期位置偏离开，由此存在密封性能不如预期那样好的风险。
发明内容
本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种具有改进的密封性能的井下可膨胀管结构。
从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过这样的井下可膨胀管结构来实现，该井下可膨胀管结构要在井下从第一外径膨胀至紧靠套管或井孔的内表面的第二外径，该井下可膨胀管结构具有外表面和纵向延伸方向并包括：
设置在所述外表面上并且沿所述纵向延伸方向间隔开的至少一个第一周向边缘和至少一个第二周向边缘，其中，在所述第一周向边缘和所述第二周向边缘之间布置有密封元件和开口环形保持元件，所述开口环形保持元件形成该密封元件的止挡并且其中该开口环形保持元件具有多于一个绕圈，从而当该可膨胀管结构从第一外径膨胀至该第二外径时，该开口环形保持元件部分地退绕。
据此获得的是，该开口环形保持元件确保了即使是在该井下可膨胀管结构正在膨胀时，该密封元件也能在该井下可膨胀管结构的纵向延伸方向上被保持，使得该密封元件保持了其预期位置并且该井下可膨胀管结构的密封性能得以增强。该密封元件可在该开口环形保持元件所在的一侧上承受更高的压力，因为该开口环形保持元件起到该密封元件的止挡和支承机构的作用。
此外，该开口环形保持元件可以以抵靠该密封元件的方式布置。
并且，该开口环形保持元件可优选由屈服强度为至少69Mpa，优选为至少100Mpa的材料制成。
在一个实施例中，在该可膨胀管结构从第一外径膨胀至所述第二外径时，该开口环形保持元件可退绕少于一圈。
所述开口环形保持元件的所述多于一个绕圈可沿该环形保持元件彼此邻接。
此外，该开口环形保持元件的所述多于一个绕圈可以是绕该井下可膨胀管结构螺旋缠绕的。
并且，该开口环形保持元件可在所述井下可膨胀管结构的第二外径中具有多于一个绕圈。
此外，该开口环形保持元件可具有在所述纵向延伸方向上的宽度，所述宽度在所述井下可膨胀管结构的第一外径和第二外径中大致相等。
在一个实施例中，所述开口环形保持元件可具有多个绕圈。
根据本发明的井下可膨胀管结构可具有在所述第一周向边缘和所述第二周向边缘之间的第一厚度以及在相邻区域内的第二厚度，所述第一厚度 小于所述第二厚度。
据此获得的是，该井下可膨胀管结构更容易在所述第一周向边缘和所述第二周向边缘之间膨胀，使得该井下可膨胀管结构在该区域内的膨胀多于在相邻区域内，借此该密封元件可进一步迫压套管或井孔的内表面。
此外，该开口环形保持元件可在部分退绕的同时在至少一端外径增加。
进一步地，该开口环形保持元件和该密封元件可基本上填满设置在该第一周向边缘和第二周向边缘之间的间隙。
在一个实施例中，该开口环形保持元件可由金属材料制成。
在另一实施例中，该开口环形保持元件可由弹簧材料制成。
并且，该开口环形保持元件可具有内径，该内径与位于该第一周向边缘和第二周向边缘之间的井下可膨胀管结构的外径大致相等。
在一个实施例中，该开口环形保持元件可具有矩形横截面。
在另一实施例中，该开口环形保持元件可具有圆形横截面。
此外，该密封元件可以是部分锥形的。
可在该第一周向边缘和第二周向边缘之间布置多个密封元件。
此外，该开口环形保持元件可以布置在该密封元件的第一侧上，且另一开口环形保持元件可布置在该密封元件的与该第一侧相反的另一侧上。
并且，该开口环形保持元件可以在该开口环形保持元件和该密封元件膨胀时，将该密封元件保持在沿井下可膨胀管结构的纵向延伸方向的某一位置处。
此外，该环形保持元件可以是开口环。
进一步地，该第一周向边缘和第二周向边缘可以是设置在该井下可膨胀管结构的外表面上的凹槽的一部分。
根据本发明的井下可膨胀管结构可包括提供所述周向边缘的至少两个凸起。
此外，所述第一周向边缘和第二周向边缘可相对于该井下可膨胀管结构沿径向延伸方向延伸，所述径向延伸方向与该井下可膨胀管结构的纵向延伸方向垂直。
除此之外，可在该开口环形保持元件和该密封元件之间布置中间元件。
所述开口环形保持元件可与该中间元件部分重叠。
进一步地，该开口环形保持元件和该中间元件可以按抵靠该密封元件的方式布置，使得所述开口环形保持元件和所述中间元件中的至少一个可抵靠该密封元件。
另外，该密封元件可由弹性体、橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)或另一种聚合物制成。
并且，该中间元件可以由柔性材料制成。该柔性材料可以是以聚四氟乙烯(PTFE)作为基础材料并包含有例如黄铜、碳钢和/或不锈钢。
此外，该井下可膨胀管结构可由一管状金属坯料制造。
该坯料可通过离心浇铸或旋转浇铸制成。
在一个实施例中，该第一周向边缘和第二周向边缘可以通过机械加工该坯料提供。
根据本发明的井下可膨胀管结构可通过研磨、铣削、切割或车削方式或通过类似方式由该坯料加工获得。
此外，该井下可膨胀管结构沿井下可膨胀管结构的纵向延伸方向可包括多个周向边缘、凸起和/或凹槽。
进一步地，该井下可膨胀管结构可以是要在井内的套管或井管结构中膨胀的补丁、要在井内的套管或井管结构中至少部分膨胀的衬管悬挂器，或者是要在另一套管内至少部分膨胀的套管。
并且，该井下可膨胀管结构可设置有至少一个周向凸起。
本发明还涉及一种环状屏障，该环状屏障要在位于井管结构和井孔或井下套管的内壁之间的环形空间内膨胀以提供位于井孔的第一区域和第二区域之间的层间隔离，该环状屏障包括：
-用于作为该井管结构的一部分安装的管状部；
-上述的井下可膨胀管结构，其围绕该管状部并具有朝向该井孔或套管的内壁的外表面、该井下可膨胀管结构的每一端均与该管状部相连接；
-位于该井下可膨胀管结构与该管状部之间的空间；以及
-位于该管状部上的膨胀口，流体可经由该膨胀口进入所述空间内，以使该井下可膨胀管结构膨胀。
并且，可在该井下可膨胀管结构与该环状屏障上的管状部之间设置套筒，该套筒与该管状部和该井下可膨胀管结构相连接，从而将该空间分隔成第一空间部段和第二空间部段。
根据本发明的环状屏障可包括压紧在该管状部与该井下可膨胀管结构之间的多个套筒。
此外，该井下可膨胀管结构可具有开口，该开口在该第一区域或第二区域与所述空间部段中的一个之间提供流体连通。
另外，该凸起可以是相对于该井下可膨胀管结构的其它部分厚度增加的环形凸起，所述环形凸起在环状屏障膨胀时提供了环状屏障的执行部。
此外，本发明涉及一种井下完井，其包括上述的井下可膨胀管结构和具有内表面的套管，井下可膨胀管结构的至少一部分可靠着该内表面膨胀。
并且，本发明涉及一种井下完井，其包括井管结构和上述的环状屏障，其中，所述环状屏障的管状部可作为该井管结构的一部分安装。
最后，本发明涉及在该井下可膨胀管结构从第一外径向第二外径膨胀时使密封元件定位并保持在井下可膨胀管结构上的方法，该方法包括以下步骤：
-围绕该井下可膨胀管结构将密封元件周向地布置在位于该井下可膨胀管结构的外表面上的第一边缘和第二边缘之间；以及
-围绕该井下可膨胀管结构将开口环形保持元件布置在该第一边缘与该密封元件之间，以使得该开口环形保持元件和该密封元件基本上填满位于所述第一边缘和第二边缘之间的间隙。
在一个实施例中，可在该开口环形保持元件与该密封元件之间布置中间元件。
该开口环形保持元件可布置在该密封元件的第一侧，且另一开口环形保持元件可布置在该密封元件的与该第一侧相反的另一侧上。
附图说明
下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1分别示出了井下可膨胀管结构在处于未膨胀位置和已膨胀位置处的剖视部分；
图2-7示出了布置在井下可膨胀管结构的第一周向边缘和第二周向边缘之间的开口环形保持元件和密封元件的多个不同实施例的剖视图；
图8以侧视图示出了井下可膨胀管结构的一部分；
图9-10示出了该开口环形保持元件；
图11a-b以立体图示出了该开口环形保持元件；
图12示出了该井下可膨胀管结构的一部分的剖视图；
图13示出了不带开口环形保持元件和密封元件的井下可膨胀管结构的一个实施例的剖视图；
图14示出了呈补丁形式的井下可膨胀管结构的剖视图；
图15示出了呈衬管悬挂器形式的井下可膨胀管结构的剖视图；
图16示出了包括井下可膨胀管结构的环状屏障的剖视图；
图17示出了具有带井下可膨胀管结构的环状屏障的井下完井；以及
图18示出了具有用于平衡整个井下可膨胀管结构中的压力的中间套筒的环状屏障。
所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的井下可膨胀管结构1分别在未膨胀位置上(图1左侧)和已膨胀位置上(图1右侧)的剖视部分。该井下可膨胀管结构1要在井下从第一外径D₁膨胀至第二外径D₂，以便在本实施例中抵靠井孔的内表面2。
该井下可膨胀管结构1具有纵向延伸方向l并且包括设置在该井下可 膨胀管结构1的外表面5上并且沿该纵向延伸方向间隔开的至少一个第一周向边缘3和至少一个第二周向边缘4。此外，密封元件6和开口环形保持元件7布置在第一周向边缘和第二周向边缘3、4之间。该开口环形保持元件7具有多于一个绕圈，从而当该井下可膨胀管结构从该第一外径D₁膨胀至该第二外径D₂时，该开口环形保持元件7的绕圈部分地退绕。在图1所示的实施例中，该开口环形保持元件7具有三个绕圈。然而在其它多个实施例中，它可以有两个、四个、五个、六个或七个绕圈，并且甚至可能具有更高数量的绕圈。该开口环形保持元件7和该密封元件6占据位于第一周向边缘和第二周向边缘3、4之间的间隙。因此，该开口环形保持元件7以邻接该密封元件的方式布置。据此获得的是，该开口环形保持元件7确保了即使是在井下可膨胀管结构正膨胀时也能够在该井下可膨胀管结构1的纵向延伸方向上保持并支承该密封元件6，从而该密封元件6保持在其预期位置并且该井下可膨胀管结构1的密封性能得到增强。此外，试验显示，该密封元件可以在该开口环形保持元件所在一侧承受较高的压力，因为，该开口环形保持环起到了作为该密封元件的止挡和支承机构的作用。此外，该开口环形保持元件7具有在该纵向延伸方向l上的宽度w，在该井下可膨胀管结构1的第一外径D₁和第二外径D₂下该宽度w大致相等。
图2示出了图1中所示的井下可膨胀管结构1的局部放大的剖视图。该密封元件6邻接该第二边缘4，且该开口环形保持元件6布置在该第一边缘3和密封元件6之间。该开口环形保持元件7具有三个绕圈并且每个绕圈具有矩形横截面。在本实施例中，该第一周向边缘和第二周向边缘3、4是设置在该井下可膨胀管结构1的外表面5上的凹槽8的一部分。该第一和第二周向边缘3、4相对于该井下可膨胀管结构1沿径向延伸方向延伸，所述径向延伸方向与该井下可膨胀管结构1的纵向延伸方向l大致垂直。
该井下可膨胀管结构1具有在第一周向边缘和第二周向边缘3、4之间即在凹槽8中的第一厚度T₁和在相邻区域中的第二厚度T₂，该第一厚度T₁小于该第二厚度T₂。据此获得的是，该井下可膨胀管结构1在该第一周向边缘和第二周向边缘3、4之间更容易膨胀，从而该井下可膨胀管结构1 在该区域上可以比在相邻区域上膨胀的更多，借此该密封元件6可进一步迫压套管或井孔(未示出)的内表面。
图3示出了井下可膨胀管结构1的另一实施例，其中，中间元件9布置在开口环形保持元件7与密封元件6之间。在本实施例中，该开口环形保持元件7与中间元件9部分重叠布置。该中间元件9可由柔性材料制成并适于将该开口环形保持元件7保持就位并起到保护和支承该密封元件6的作用。该开口环形保持元件7、中间元件9和该密封元件6布置在位于该第一和第二周向边缘3、4之间的凹槽8内。
图4示出了井下可膨胀管结构1的一个实施例，其中，开口环形保持元件7布置在该密封元件6的第一侧，且另一开口环形保持元件7布置在该密封元件6的与该第一侧相反的另一侧。这两个开口环形保持元件7和该密封元件6布置在位于该第一周向边缘和第二周向边缘3、4之间的凹槽8内。
图5a示出了井下可膨胀管结构1的一个实施例，其中，第一和第二中间元件9布置在该开口环形保持元件7和该密封元件6之间。在本实施例中，该开口环形保持元件7的绕圈具有圆形横截面并且与该中间元件9部分重叠地布置。按照与前述附图相同的方式，这些元件布置在位于该第一和第二周向边缘3、4之间的凹槽8内。
图5b示出了图5a的井下可膨胀管结构1在位于接触井孔或套管的内表面2的已膨胀位置处的实施例。该中间元件9可优选由柔性材料如增强聚四氟乙烯制成，该增强聚四氟乙烯即以聚四氟乙烯(PTFE)作为基础材料并且包含有例如黄铜、碳钢和/或不锈钢组成部分，所述组成部分例如为纤维。因此，该中间元件9可在膨胀过程中并且由于在环形空间内存在的压力改变其几何形状，使得所述中间元件的横截面变成如图5b所示的三角形，由此所述中间元件从密封元件6向下倾斜到周向边缘3、4。开口环形保持元件7与中间元件9重叠并因此在该井下可膨胀管结构的纵向延伸方向上也具有倾斜的延伸方向。据此获得的是，所述开口环形保持元件7和所述中间元件9共同作用为密封元件6的阻挡和支承机构，致使该密封元 件6能够在损失其密封性能之前在密封元件6的两侧上承受高压力。
图6示出了井下可膨胀管结构1的又一实施例，其中，第一和第二中间元件9也布置在开口环形保持元件7和密封元件6之间。在本实施例中，所述中间元件9具有与图3和5中所示出的不同的形状，且所述开口环形保持元件7的绕圈在一侧上邻接所述中间元件，且所述开口环形保持元件7的相对侧分别邻接第一和第二周向边缘3、4。所有这些元件均布置在位于该第一和第二周向边缘3、4之间的凹槽8内。
在图7中示出了该井下可膨胀管结构1的另一实施例，其中，该井下可膨胀管结构1包括提供所述第一和第二周向边缘3、4的至少两个凸起10。密封元件6、中间元件9和开口环形保持元件7布置在所述两个凸起10之间，即布置在该第一和第二周向边缘3、4之间，以使得两个中间元件9从任一侧邻接该密封元件且所述开口环形保持元件7布置在所述中间元件9的外侧。
在所示的多个实施例中，仅示出了一个密封元件。在其它未示出的多个实施例中，可在所述第一和第二周向边缘之间布置多个密封元件。该密封元件优选由密封材料如橡胶或弹性体材料、聚四氟乙烯(PTFE)或其它聚合物制成，以使得密封元件是柔性的并且可被推靠到内表面。该密封元件可具有不同的横截面，例如锥形的或圆形的，并且其可包括多个凸起。
在图8中，井下可膨胀管结构1以外侧视图被部分示出。每个所述开口环形保持元件7具有围绕该井下可膨胀管结构1的三个绕圈，且该密封元件6也围绕该可膨胀管结构延伸。该第一和第二周向边缘3、4也围绕该可膨胀管结构1周向延伸。
该开口环形保持元件优选由屈服强度为至少69Mpa且优选为至少100Mpa的材料制成。该开口环形保持元件优选由金属材料如弹簧材料或由聚醚醚酮(PEEK)或类似材料制成。由于该开口环形保持元件7包括多于一个绕圈且由金属材料制成，其在该井下可膨胀管结构1被膨胀时也将被膨胀。据此获得的是，该开口环形保持元件7将作用为该密封元件的有效膨胀的坚固的止挡和支承机构。例如，当该井下可膨胀管结构被膨胀30％ 时，该开口环形保持元件7被退绕该开口环形保持元件7的周长的约30％，并因此该开口环形保持元件的绕圈数量减少，使得其仍能在该纵向延伸方向上封闭所述间隙，由此该密封元件、开口环形保持元件和中间元件(如果存在)填满在该第一和第二周向边缘3、4之间的间隙。在图9和10中示出了开口环形保持元件7。如上所述，开口环形保持元件7包括彼此紧靠的多于一个绕圈。在开口环形保持元件7的膨胀过程中，如上所述以及如在图9和10中所示地，其直径从D增加至De。由于所述绕圈和所述弹簧材料，所述绕圈将相对于彼此移动，且该开口环形保持元件7的一端11将从图9中所示的位置运动至图10中所示的位置。图11a和11b分别示出了处于未膨胀位置和已膨胀位置的开口环形保持元件7的立体图，借此可推断出，在膨胀过程中，该开口环形保持元件7的绕圈7’、7”、7”’的数量减少，因为在该膨胀过程中该开口环形保持元件7的周长或圆周增加。
如在图12中所示，两个开口环形保持元件7布置在该密封元件6的相对两侧，将该密封元件6容纳并维持在其周向边缘内。所述开口环形保持元件7可具有约3.5个绕圈，且在该井下可膨胀管结构膨胀后，开口环形保持元件7具有约2.7个绕圈且因此基本上维持其在该井下可膨胀管结构1的纵向延伸方向上的延伸长度和宽度，即使是在该开口环形保持元件7已经部分退绕的情况下。如在图11中所示，该开口环形保持元件7的绕圈7’、7”、7”’是围绕该井下可膨胀管结构1螺旋缠绕的。
在图13中，示出了不带任何开口环形保持元件和密封元件的井下可膨胀管结构1。在本实施例中，其包括两对第一和第二外周边缘3、4和设置在该井下可膨胀管结构1的外表面5上的两个凹槽8。
该井下可膨胀管结构可由一管状金属坯料制成，其中，该坯料可通过离心浇铸法或旋转浇铸法制造。此外，该第一和第二周向边缘可通过机械加工该坯料提供。
在图14中，该井下可膨胀管结构1是在井内的井管结构的套管12部分内被膨胀的补丁。该补丁通常用于密封该套管上的开口13的泄漏或射孔区域。该井下可膨胀管结构1被插入到具有第一直径的套管12内，且当面 对开口13就位时，该可膨胀管结构膨胀至第二或更大的直径，直至密封元件6被压紧在该井下可膨胀管结构1和该套管2的内表面2之间，如在圈出的放大图中所示。由于密封元件6是在开口13的射孔区域的相对位置布置在该第一和第二周向边缘3、4之间，该区域被密封并阻止来自地层的井筒流体经所述开口13流入。
在图15中，井下可膨胀管结构1是衬管悬挂器，其中井下可膨胀管结构1已经在形成为井内井管结构的一部分的上部套管12内部分膨胀。在该上部套管12的上方可布置有井口装置75。该井下可膨胀管结构1具有对着上部套管12布置的第一部分36和布置在该上部套管下方的第二部分37。该井下可膨胀管结构1的第一部分36已经膨胀至所述密封元件6挤压套管12的内表面2且该井下可膨胀管结构1的第二部分37保持未膨胀。
图16示出了已经在位于井管结构30和井孔200的内表面2之间的环形空间101中膨胀的环状屏障100的剖视图。该环状屏障100提供出在井孔的第一区域102和第二区域103之间的区域隔离。该环状屏障100具有与套管和井管结构300的纵向延伸方向相同的轴向延伸方向22。该环状屏障100包括管状金属部20，该管状金属部可以是独立的管状部或者是用于安装井管结构300的一部分的套管部。此外，该环状屏障100包括围绕该管状部的井下可膨胀管结构1，且该井下可膨胀管结构1的每一端31、32通过连接部30与该管状部连接。该井下可膨胀管结构1和该管状金属部20围成环状屏障空间21，且膨胀口23设置在该管状部上，流体可经由该膨胀口进入空间21内，以使该井下可膨胀管结构1膨胀，如图15中所示。该井下可膨胀管结构1被膨胀至密封元件6或凸起或边缘抵靠该井孔200的内表面2，以阻止流体从第一区域102自由流动至该第二区域103。
如在图17中所示，往往采用两个环状屏障100来隔离出生产区域400。也称为压裂孔的压裂阀或压裂部600布置在两环状屏障100之间，以便当环状屏障100已经被膨胀时，该压裂孔600被打开并使得流体进入地层，以用于在地层中形成断裂以使得含烃流体如油容易进入该井管结构300中。该压裂阀或压裂部600也可包括入口部，该入口部可以与该压裂孔相同。 可布置筛网，以便在流体流入套管之前对流体进行过滤。
如在图18中所示，该环状屏障还包括布置在该井下可膨胀管结构1和该管状部20之间的套筒25。该套筒25与该管状部20和该井下可膨胀管结构1连接，从而将所述空间分隔成第一空间部段21a和第二空间部段21b。该套筒被挤压在该管状部和该井下可膨胀管结构之间。该套筒25也可以采用另一种方式例如被压接在管状部上的方式与该管状部连接。为了使压力平衡，该井下可膨胀管结构具有开口24，该开口24在该第一或第二区域与其中一个空间部段之间提供流体连通，从而使所述空间与那个区域之间的压力平衡。当例如执行水力压裂或另一种井处理时，在执行水力压裂的其中一个区域内的压力增加，并且为了防止该可膨胀管结构坍塌，允许流体经开口24流入并进入该第一空间部段21a内。当暴露于增大的压力时，该套筒25朝向该管状部运动，使得在第一空间部段21a中的压力增加，且该第一空间部段21a增大至压力平衡或该套筒抵靠该管状部。
该井下可膨胀管结构也可以被压接在该管状部上，或者在该环状屏障包括套筒的情况下在其端部被压接在该套筒上。该套筒是柔性的且由金属或聚合物如弹性体制成。如在图18中所示，该凸起是相对于井下可膨胀管结构的其它部分厚度更大的环形凸起，该环形凸起在该环状屏障被膨胀时提供了环状屏障的执行部。
在图18中，该环状屏障的环形保持元件10是具有三个绕圈的开口环。在图16和18中所示的环状屏障中，该井下可膨胀管结构的端部可以被焊接至该管状部，或者该井下可膨胀管结构可以被压接在该管状部上。该井下可膨胀管结构的一端可以相对于该管状部滑动。
该管状坯料可由任何种类的金属制成，金属例如为铁、钢或不锈钢或者延展性较好的材料如铜、铝、铅、锡、镍、聚合物、弹性体、橡胶或其组合。
流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含 油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。
套管是指井下使用的与油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。
尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。