带被动压力补偿的环状屏障技术领域
本发明涉及一种待在井下于井管结构与井眼内侧壁之间的环空内膨
胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环状屏障。此外，
本发明涉及一种井下系统和一种膨胀环状屏障的方法。
背景技术
在完井作业时，通过将具有环状屏障的套管柱浸入井眼或井的套管内
来提供生产区域。在套管柱位于井眼内的正确位置时，使环状屏障膨胀或
扩张。环状屏障在一些完井作业中通过加压流体膨胀，这需要一定量的附
加能量。
在其它完井作业中，环状屏障内侧的化合物被加热以使所述化合物变
为气态，从而增大其体积并因此使可膨胀套筒膨胀。然而，井眼或套管的
直径可能不同，并且如果井眼的直径小于所预期的，即出现膨胀能量的过
剩，则当套筒膨胀时，套筒可能会损坏地层或使套管坍缩。此外，如果膨
胀能量高于所需要的，则已知环状屏障的套筒还可能会破裂。
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改进的环状屏障，该环状屏障在可膨
胀的空间内包含化合物，其中，所述环状屏障能够与其所位于的井眼的内
径的范围相适配，而不会使套筒破裂。
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，即通过待在井下于井管结构与井眼
的壁部之间的环空内膨胀以在井眼的第一区域与第二区域之间提供区域隔
离的环状屏障来实现，该环状屏障包括：
-作为所述井管结构的一部分安装的管状金属部件；
-可膨胀套筒，环绕该管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的内
表面和面向所述井眼的内侧壁的外表面，所述可膨胀套筒的每个端部与所
述管状金属部件连接；以及
-在所述可膨胀套筒的内表面与所述管状金属部件之间的环形空间
其中，所述管状部件与所述可膨胀套筒的内表面基本气密封地封闭所
述环形空间，所述环形空间包含适于使所述环形空间膨胀的化合物，并且
其中，所述可膨胀套筒包括邻近所述可膨胀套筒的端部的两个第一部段和
在所述两个第一部段之间的第二部段，所述可膨胀套筒的每个第一部段具
有在所述环状屏障的未膨胀状态下的第一内径，并且所述可膨胀套筒的第
二部段具有在所述未膨胀状态下的第二内径，在所述未膨胀状态下所述第
二内径大于所述第一内径，或者在所述未膨胀状态下，所述第一部段具有
第一厚度，所述第一厚度大于所述第二部段的第二厚度。
所述化合物可以适于在经受热时膨胀所述环形空间。
当使可膨胀套筒具有小于第二部段的第二内径的第一内径或者可膨
胀套筒具有大于第二部段的第二厚度的第一厚度时，用于使具有所述第一
内径或第一厚度的套筒部段膨胀的压力高于用于膨胀具有所述第二内径或
第二厚度的所述部段所需的压力。环形空间中的所述化合物产生一定量的
膨胀能，并且如果井眼的内径小于环状屏障待膨胀位置所期望的的内径，
则将会有多余的膨胀能。则这种多余的膨胀能还可被用于使具有较小内径
或较小厚度的套筒部段膨胀。因此，套筒的第一部段起到了被动压力补偿
的作用，因为该部段的膨胀在存在多余的膨胀能时发生。
所述第一部段可具有递增的厚度。
此外，所述第二内径可以比第一内径大至少0.5毫米，优选比第一内
径大至少1毫米，更优选比第一内径大至少2毫米。
所述化合物可包括适于在分解时生成气体或超临界流体的至少一种
可热分解的化合物，所述可热分解的化合物在低于400℃的温度下分解。
进一步地，所述可膨胀套筒的端部可被焊接至所述管状部件。
因此，进一步降低了泄漏的风险。
上述可膨胀套筒的所述端部可以通过连接部件被连接至所述管状部
件。
此外，所述可膨胀套筒的端部可以被压接在所述管状部件上。
另外，所述第一厚度可以比所述第二厚度大至少15％，优选比所述第
二厚度大25％，更优选比所述第二厚度大50％。
此外，所述可膨胀套筒可包括在所述第一部段与所述第二部段之间的
过渡部段，所述过渡部段具有自所述第二部段向所述第一部段递增的厚度。
所述可膨胀套筒还可包括在所述第一部段和第二部段之间的第三部
段，所述第三部段具有第三厚度，所述第三厚度可以小于所述第一厚度并
且大于所述第二厚度。
进一步地，所述可膨胀套筒可包括在所述第二部段与所述第三部段之
间的过渡部段和在所述第三部段与所述第一部段之间的过渡部段。
所述可膨胀套筒的所有部段可以由相同的材料制成。
并且，所述可膨胀套筒的所述部段可以在制造所述可膨胀套筒时制造。
除此之外，所述可膨胀套筒的所述部段可进一步地被制造为一个件。
可在所述可膨胀套筒的外表面上布置密封元件。
此外，所述可膨胀套筒的所述端部可以夹在所述连接部件与所述管状
部件之间。
此外，所述第二部段可以适于在第一压力下膨胀，所述第一压力高于
300巴，优选高于325巴，更优选处于约345巴的压力下，并且所述第一
部段可以适于在第二压力下膨胀，所述第二压力可以高于所述第一压力。
因此，所述第一压力可以是至少65巴，优选是至少100巴，更优选
是至少150巴，最优选是至少250巴。
上述的第二压力可以是至少100巴，更优选是至少250巴，最优选是
至少350巴。
所述第三部段可以适于在第三压力下膨胀，所述第三压力可以高于所
述第一压力并且小于所述第二压力。
并且，可在所述管状部件中布置单向阀。
进一步地，所述管状部件可以不具有任何的通向所述环形空间的开口、
孔洞或开孔。
此外，所述管状部件可以包括外表面，所述外表面是连续的。
此外，所述化合物可以包含氮。
所述化合物可以选自重铬酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵、叠氮化钡、硝酸
钠或其组合。
此外，所述化合物可以在高于100℃，优选高于180℃的温度下分解。
并且，所述环形空间可以被预加压至高于5巴，优选高于50巴并且
更优选高于100巴，甚至更优选高于250巴的压力。
上述化合物可以以粉末、分散在液体中的粉末或溶解在液体中的粉末
的形式存在。
根据本发明的环状屏障还可包括布置在所述管状金属部件内或布置
在所述管状金属部件附近的加热线。
并且，所述环状屏障可以包括与所述空间流体连接的压力补偿单元。
所述压力补偿单元可以是中空管，其一端封闭并且沿所述管状部件布
置并且与所述管状部件连接。
此外，所述环状屏障可包括布置在所述空间内的抗坍缩元件。
所述抗坍缩元件可以围绕所述管状部件卷绕。
上述抗坍缩元件可以是螺旋弹簧。
本发明还涉及一种井下系统，该井下系统包括:
-井管结构；以及
-根据本发明的环状屏障。
上述井下系统进一步包括多个环状屏障。
此外，所述井管结构可以填充有温度在110℃以上，优选温度在180℃
以上，并且更优选地温度在250℃以上的流体。
上述井下系统还可包括工具，所述工具包括用于从所述井管结构内加
热所述环状屏障的管状金属部件的加热单元。
进一步地，所述工具可包括用于在所述井管结构中隔离出在所述环状
屏障的可膨胀的空间对面的区域的隔离机构。
此外，所述工具的加热单元可包括适于布置在所述管状金属部件附近
的加热线。
此外，所述工具可包括定位装置，如电磁轮廓仪(profiler)或套管接箍
定位器。
并且，所述工具可以适于邻近所述管状金属部件中的单向阀以经过所
述单向阀向所述环形空间供热。
所述井管结构可以与在地面或海底的加热装置连接。
此外，所述井管结构可以被连接至管道如钻管以浸入所述井管结构，
所述管道与地面或海底的加热装置连接。
本发明还涉及一种使根据本发明的环状屏障膨胀的方法，该方法包括
以下步骤：
-激活在所述环形空间内的化合物以使得所述环形空间开始膨胀，从而
导致所述可膨胀套筒的第二部段通过第一压力膨胀；以及
-如果所述第一压力超过第二压力，则所述可膨胀套筒的第一部段膨胀。
所述激活化合物的步骤可包括向所述环形空间供热；使所述环形空间
内存在的可热分解的化合物分解；以及生成气体或超临界流体的步骤。
上述的使环状屏障膨胀的方法还可包括用至少一种可热分解的化合
物填充所述可膨胀的空间的步骤，所述化合物在400℃以下是可热分解。
并且，上述方法还可包括将所述管状金属部件安装为所述井管结构的
一部分的步骤。
所述方法还包括通过工具在所述环状屏障的开口的对面隔离出一区
域的步骤。
此外，上述的使环状屏障膨胀的方法还可包括加热所述加压流体和所
述区域的步骤。
进一步地，所述工具可包括用于为所述流体加压的泵。
最后，所述工具可通过管道被连接至布置在地面或海底的泵。
最后，本发明涉及一种在如上所述地使环状屏障膨胀时补偿不同的井
眼直径的方法，该方法包括以下步骤：
-激活在所述环形空间内的预定量的化合物；
-使所述环形空间和所述可膨胀套筒的第二部段膨胀；以及
-通过也使所述可膨胀套筒的第一部段膨胀来补偿不同的井眼直径。
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
意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1示出了具有井管结构和环状屏障的井下系统；
图2a示出了未膨胀的环状屏障的剖视图；
图2b示出了另一未膨胀的环状屏障的剖视图；
图3示出了图2b中的环状屏障处于已膨胀状态的剖视图；
图4示出了图2b中的环状屏障在具有比图3中小的直径的井眼中处
于已膨胀状态的剖视图；
图5示出了具有连接部件的另一环状屏障的剖视图；
图6示出了具有单向阀的另一环状屏障的剖视图；
图7示出了具有压接的端部的另一环状屏障的剖视图；
图8示出了另一环状屏障的剖视图；
图9示出了具有多个套筒部段的另一环状屏障的剖视图；
图10示出了具有较大厚度的第一部段的环状屏障的剖视图；
图11示出了具有多个套筒段和填充塞的另一环状屏障的剖视图；
图12示出了具有压力补偿单元的环状屏障；
图13示出了图12中的环状屏障的剖视图；以及
图14示出了具有布置在空间内的抗坍缩元件的环状屏障的剖视图。
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示出了待在井下于井管结构3与井眼6的内侧壁5之间的环空2
内膨胀以在井眼6的第一区域101与第二区域102之间提供区域隔离的环
状屏障1。该环状屏障还可布置在套管内并且还可被用作井管结构的锚固
件。接下来，将就在井眼中的直接实施来公开本发明。环状屏障1包括用
于安装为井管结构3的一部分的管状金属部件7以及环绕管状金属部件7
的可膨胀套筒8。该可膨胀套筒8具有面向管状金属部件7的内表面9和
面向井眼6的内侧壁5的外表面10。可膨胀套筒8的每个端部12、13与
管状金属部件7连接以限定出在可膨胀套筒8的内表面9与管状金属部件
7之间的环形空间15。
在图2a中，以剖视图示出了处于其未膨胀状态的环状屏障1。管状金
属部件7和可膨胀套筒8基本上气密封地封闭该环形空间15，并且该环形
空间15包含有化合物16，所述化合物例如在被加热至某一温度时，适于
使该环形空间15膨胀以增大该空间的容积并从而使套筒8膨胀。当通过被
封闭的化合物来膨胀该可膨胀套筒时，井眼直径上的不同例如如果井眼的
内径小于预期可能导致，相比于所需要的，会有过多量的化合物存在于该
封闭空间内。因此，如果使用已知的环状屏障，则可膨胀套筒将比所预期
的膨胀的更多。因此，可膨胀套筒8由多部段构成。套筒8的两个第一部
段21邻近可膨胀套筒8的与管状金属部件7相连接的端部12、13。可膨
胀套筒在第一部段和第二部段中的厚度基本相同。在未膨胀状态下，该可
膨胀套筒的第一部段具有第一内径DS1，并且该可膨胀套筒的第二部段具
有第二内径DS2。该第二内径大于该第一内径。当该第一内径小于该第二
内径时，用于使具有第一内径的套筒部段膨胀的压力高于用于使具有第二
内径的所述部段膨胀所需的压力。在环形空间内的化合物产生一定量的膨
胀能，并且如果该井眼的内径小于在环状屏障待膨胀位置所预期的，则会
存在多余的膨胀能。则这种多余的膨胀能还可被用于使具有较小内径的套
筒部段膨胀。因此，该套筒的第一部段起到了被动压力补偿的作用，因为
该部段的膨胀是发生在存在多余的膨胀能时。
在图2b中，可膨胀套筒8具有在两个第一部段21之间的第二部段22，
并且在环状屏障的未膨胀状态下，所述第一部段具有第一厚度t1，该第一
厚度大于第二部段22的第二厚度t2。因此，用以使套筒的第一部段膨胀所
需的膨胀压力高于用以使套筒的第二部段膨胀的膨胀压力。
当截留在该可膨胀的空间内的化合物发生化学反应或热分解生成气
体或超临界流体时，可膨胀套筒8被膨胀，直至该套筒的外表面10挤压向
该井眼6的内表面5为止，如在图3中所示。该井眼被钻成具有特定的内
径D1(如在图3中所示)，但有时井眼的内径小于预期(如在图4中所示)，
具有更小的第二直径D2。在安装该环状屏障时向封闭的空间供给预定剂量
的化合物，并且化合物的量被确定为能够使在具有如在图3中所示的预期
的第一内径D1的井眼中的套筒膨胀。当该内径小于预期时，化合物的量能
够使套筒膨胀的比所需的更多，因为在该空间内的化合物产生比所需要的
更多的膨胀能。并且因为不能在其第一次启动时停止这种化学反应或分解
过程，化合物的剩余的膨胀力还被用于使套筒的第一部段膨胀，如在图4
中所示。因此，通过使可膨胀套筒在邻近其端部处具有被紧固至管状金属
部件的两个第一部段，通过使所述第一部段具有比第二部段更大的厚度，
具有用于使套筒膨胀的所封闭量的化合物的环状屏障能够在不使可膨胀套
筒破裂的情况下应用于更广范围的井眼直径。
当使用在空间15中的封闭的化合物16和由金属制成的可膨胀套筒8
时，可膨胀套筒8可以在无需连接部件的情况下被焊接或以另一种方式固
定连接至管状金属部件7，如在图2-4和8中所示。可膨胀套筒8还可以
通过围绕套筒8挤压的连接部件14被连接至管状金属部件7，从而套筒8
被夹在连接部件14和管状金属部件7之间，如在图5-7中所示。如在图6
中所示，连接部件14还可以被焊接到该管状部件上。因此，进一步降低了
泄漏的风险。
膨胀套管的一种方式是当化合物在被加热至某一温度以上时发生分
解。该化合物随后分解成气体或超临界流体和例如水，并且当该化合物生
成气体或超临界流体时，该化合物的体积增大。以这种方式，所述空间的
容积增大，并且如在图3中所示，可膨胀套筒8被膨胀，以在井眼6的第
一区域101和第二区域102之间提供区域隔离。通过在所述空间内具有可
分解的化合物，可膨胀套筒8可在无需必须在套管4内施加加压流体并使
加压流体经管状金属部件7的开口进入空间的情况下被膨胀。以这种方式，
井管结构3可被设计成不具有在加压井管结构以使可膨胀套筒膨胀的已知
方案的情况中的开口和形成为该井管结构的部分的其它完井部件。
包含在该空间内的化合物16可以包含氮如呈铵、亚硝酸盐、叠氮化
物或硝酸盐形式，并且可以选自重铬酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵、叠氮化钡、
硝酸钠或其组合。这些含氮化合物在例如借助通过加热管状金属部件7来
加热化合物16的、用热蒸汽或加热的流体冲洗所述套管的方式被加热时分
解。在许多井场，可使用热蒸汽，因为热蒸汽被用于将含烃流体从储层中
提升，并且因此热蒸汽还可被用于使环状屏障膨胀。
所述空间中的化合物16可以以粉末、分散在液体中的粉末或溶解在
液体中的粉末的形式存在。因此，化合物16可以是固体或液体状态，例如
分散或溶解在液体中，液体可以是水、泥浆或井筒流体。当化合物16被加
热时，化合物分解成气体或超临界流体和水，并且可膨胀套筒8被膨胀。
是气体还是超临界流体取决于井下存在的压力和温度。空间中的化合物的
量根据井下预期的压力确定并且如果压力高于预期，则所述分解可能会产
生超临界流体，而不是气体。
如在图5中所示，套筒的第一部段的第一厚度t1比套筒的第二部段的
第二厚度t2大至少50％。
在图5中，可膨胀套筒包括在第一部段21和第二部段22之间的过渡
部段24。过渡部段24具有自第二部段22向第一部段21递增的厚度。通
过使过渡部段过渡部段24具有递增的厚度，避免了凹口效应。此外，与可
膨胀套筒8叠置布置的连接部件将该套筒挤压在连接部件与管状部件之间。
该连接部件具有凹槽，在该凹槽内布置有密封机构如O-形密封圈。
如可从附图中看到的那样，可膨胀套筒的所有部段21、22均由相同
的材料制成。因此，可膨胀套筒的这些部段均在制造该可膨胀套筒的时候
被制造。该可膨胀套筒8的部段21、22可以铸造成一个件或由一个件加工
而成。如在图7中所示，可膨胀套筒8的端部12、13被压接到管状金属部
件7上。将环18围绕管状金属部件7紧固并且随后将连接部件14压接在
管状金属部件上，封闭所述环18。压接是指连接部件被加热，从而增大连
接部件的直径并且在围绕所述环被布置在管状金属部件上之后，连接部件
14被再次冷却。此外，在可膨胀套筒的外表面上布置密封元件32，以提供
与井眼的内表面的更好的密封。
在图9中，可膨胀套筒8包括在第一部段21和第二部段22之间的第
三部段23，第三部段23具有第三厚度t3，该第三厚度t3小于第一厚度t1
并且大于第二厚度t2。该可膨胀套筒还包括在第二部段22和第三部段23
之间的过渡部段24以及在第三部段23与第一部段21之间的过渡部段24。
过渡部段具有递增的厚度以避免凹口效应。
当使环状屏障1膨胀时，第二部段22适于在第一压力下膨胀，该第
一压力高于65巴，优选至少100巴，更优选至少150巴，最优选至少250
巴，或者约345巴，并且第一部段适于在高于第一压力的第二压力下膨胀。
该第二压力可以是至少100巴，更优选为至少250巴，甚至更优选为至少
350巴，并且最优选为至少414巴。
图9的环状屏障1的第三部段适于在第三压力下膨胀，该第三压力高
于第一压力但小于第二压力。
在图1-5和6-9中，管状金属部件7没有任何通向环形空间的开口、
孔洞或开孔。该管状部件因此包括连续的外表面。
在图8的环状屏障中，可膨胀套筒8通过焊接部31被紧固至管状金
属部件7，并且套筒的第一部段21具有从焊接部31朝第二部段22的递增
的厚度和之后的在具有递增的厚度的过渡部段24之前的相等的厚度。
在图10中，环状屏障1具有可膨胀套筒8，该可膨胀套筒8具有一个
内径和第一部段21，该第一部段具有大于第二部段22的套筒厚度的套筒
厚度。因此，该套筒的第一部段处的外径大于在第二部段处的外径。因此，
用以使第一部段膨胀所需的压力也高于用以使第二部段膨胀所需的压力，
并且因此，该环状屏障具有将与井眼的直径变化相结合的被动压力补偿功
能。以这种方式，多余的膨胀能将不会导致可膨胀套筒或套管/井管结构的
坍缩和/或在地层中产生裂缝。
为了易于将化合物填充在环形空间内，图11的环状屏障包括布置在
其中一个连接部件中的填注塞38。填充是通过拿掉该塞并经由与所述空间
流体连通的通道将化合物填充到该空间内来实现的。在化合物填充完成后，
将该塞再次插入连接部件中，并且该塞可以被焊接以牢固地紧固至该连接
部件。
在另一实施例中，该套筒的第一部段具有从套筒的端部朝向套筒的第
二部段递增的厚度。以这种方式，第一部段具有相对于套筒的第二部段增
加的厚度和内径的组合。
在图12中，环状屏障还包括压力补偿单元43，其与环状屏障的内侧
空间流体连接但该压力补偿单元43布置在管状部件的外表面上。如在图
13中所示，压力补偿单元43是中空管，该管在一端封闭并且沿管状部件7
布置并与连接部件14连接。在图12中，压力补偿单元43是椭圆形的但可
以具有任何合适的横截面中空形状。该中空的压力补偿单元43经由在连接
部件14中的流体通道(未示出)与在套筒和管状部件7之间的空间流体连接。
以这种方式，任何多余的膨胀能均能积聚在压力补偿单元43中，并且因此
该压力补偿单元43被稍微膨胀。因此，当具有压力补偿单元43时，环状
屏障的可膨胀套筒无需使第一部段的内径小于第二部段的内径或者使第一
部段的厚度大于第二部段的厚度。该压力补偿单元43起到了可在比使套筒
膨胀所需的压力更高的压力下膨胀的气球的作用。因此，压力补偿单元43
相对于套筒具有明显更小的直径并且还可以具有更大的厚度。
在图14中，环状屏障1还包括抗坍缩元件45，其在套筒8与管状部
件7之间布置在该可膨胀的空间15内。该抗坍缩元件围绕管状部件7卷绕
并且可以是螺旋弹簧或类似的螺旋形机构。该抗坍缩元件45还可以是格栅
或网丝，其在井管结构被插入井眼中时支承该套筒。当插入该环状屏障时，
井眼的任何突起均可能会碰撞该套筒并且永久性地损坏该套筒，或者仅使
套筒向内突出，从而使得套筒之后的膨胀需要非最佳的、更高的膨胀压力。
因此，抗坍缩元件45防止套筒在井管结构的插入过程中发生坍缩。该抗坍
缩元件45是中空管，其能够在化合物反应或分解时坍缩。当该中空管坍缩
时，该空间的容积增大并且因此多余的膨胀能被用于使抗坍缩元件45坍缩，
而不是使套管坍缩或使地层破裂。
化合物16在被加热至高于在100-400℃温度范围内的某一温度时分解
并且之后分解为气体或超临界流体和例如水，并且当化合物生成气体或超
临界流体时，化合物的体积增大。以这种方式，环形空间增大并且可膨胀
套筒8被膨胀。注入的蒸汽或加热的流体的温度在250℃左右，该温度足
以将位于环状屏障1的空间中的化合物16加热至200℃以上。此外，该
加热可以通过局部加热管状金属部件7和/或在管状金属部件对面的井管
结构中的流体来提供。
化合物可包含催化剂，并且通过具有这样的催化剂，根据井眼中的温
度条件，化合物分解的温度可以被提高或降低。以这种方式，环状屏障可
以被设计用于多种不同的井条件。
在完井作业时，管状金属部件7被安装为井管结构的一部分并且作为
井管结构的一部分例如通过将井管结构连接至管道如钻管被下降到井眼中。
在插入环状屏障1之前，环形空间可以被预加压至高于5巴，优选高于50
巴且更优选高于100巴的压力。通过预加压该环形空间15，可降低由化合
物16的分解提供的膨胀率，并且因此可将膨胀控制在比空间未预加压时更
高的程度。
环状屏障1还可包括填充有第二化合物的腔室，并且该环形空间填充
有第一化合物。当井管结构3被加压时，加压流体移动剪切剪切销的活塞
41，并且第一化合物和第二化合物经流体通道被混合入该空间内，并且二
者之间的反应使套筒膨胀。
该第一化合物和第二化合物可以是碳酸钙和盐酸，当它们被混合时发
生反应(并且不分解)并生成氯化钙、水和二氧化碳，从而产生导致环状屏
障1膨胀的增大的压力。
在另一实施例中，所述环形空间包含多种化学品，它们已经混入所述
化合物中并且在被加热至某一温度时反应并热分解。
此外，所述第一化合物和第二化合物可以是这样的化学品，其被混合
入环形空间内并可以是柴油和例如呈空气形式的氧气，它们在210℃的温
度下反应但不分解并从而引起可膨胀套筒的膨胀。所述化学品即第一化合
物和第二化合物还可以是在160℃的温度下反应的二乙醚和例如呈空气形
式的氧气。
并且，所述环形空间可包括不止一种化学品，并且火花点火或电点火
可开始在所述化学品之间的化学反应(未分解)、形成导致环状屏障1的膨
胀的增大的体积。化学品可以是氯酸钠、过氧化钡和高氯酸钾。
此外，所述环形空间可以填充有水，并且通过使用经井管结构3的外
侧上的电线的电，通过电解生成氢气和氧气。
如在图6中所示，环状屏障1还包括单向阀17，该单向阀布置在管状
金属部件7内用以控制从井管结构的内侧的流体入口，从而例如在膨胀过
程中允许流体流入所述空间但不允许流出所述空间。
为了就地加热环状屏障1的空间中的化合物16，如在图7的剖视图中
所示出的，该管状金属部件7还包括邻近管状金属部件7布置的加热线19，
如电线。线19可以布置在管状金属部件7的凹槽内或可以嵌入该管状金属
部件7内。线19可以是围绕管状金属部件7布置在所述空间内的网丝。电
可以例如通过感应或通过不漏流体的电接触被无线供应至线19。此外，电
线可以在井管结构3的外侧延伸至地面。
在图1中示出的井下系统100包括呈套管4和两个环状屏障1的形式
的井管结构3。系统100还包括工具50，该工具包括加热单元51，该加热
单元用于从井管结构3内加热环状屏障1的管状金属部件7。工具50包括
隔离机构，如可膨胀的密封装置55、用于使该密封装置膨胀的泵56、用于
驱动该泵的电机57以及连接至电缆60的电力段58。加热单元51加热工
具50周围的井筒流体，并且被加热的流体被阻止与较冷的井筒流体混合，
因为密封装置55截留了待加热的流体。当被截留的流体被加热时，管状金
属部件7和因此在空间中的化合物16被加热。当化合物16达到某一温度
时，化合物分解并且套筒8被膨胀。之后，工具50的密封装置收缩并且工
具沿相邻的环状屏障1向上移动以便同样膨胀该环状屏障。工具50还可通
过吸入流体、令流体流动经过工具中的换热器并排出被加热的流体的方式
来加热被困的流体。因此，加热单元51可以是浸没式加热器、换热器、风
机或类似加热元件。
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石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。
在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器可用来推动所
述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，
其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和工具前进。
井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如
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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
域技术人员来说将是显而易见的。