[发明专利]一种井下变径式分层结构密封装置与方法

权利要求书

1.一种井下变径式分层结构密封装置，用于在变径的井筒内实现不同层位的密封分隔，该井筒包括由不同直径的井段区分的不同层位，各井段随着深度的增加直径变小；其特征在于，所述装置包括多个直径不同的密封部件，每个密封部件安装在井筒内的一个井段中；所述密封部件包括取样段、变径封隔组件、注浆管和止水条；所述取样段的下端安装包裹了止水条的变径封隔组件，并将变径封隔组件安装于井段变径处，所述注浆管的一端设置在地面，另一端穿过取样段与变径封隔组件相连；其中，

所述取样段，用于采集井筒内本井段的地下水；

所述变径封隔组件，用于通过注浆管注入的浆液对分层的井段进行化学封隔；

所述止水条，用于在井筒直径变化处对分层的井段进行物理封隔，还用于在所述装置下井过程中的缓冲。

2.根据权利要求1所述的井下变径式分层结构密封装置，其特征在于，所述取样段为底层封闭的圆筒状壳体，壳体直径小于井筒直径，使得井筒和取样段壳体之间有环空部分；在取样段的中部设置多个开口槽，使得取样段壳体内部与壳体外的环空部分连通，地下水通过开口槽进入取样段壳体内部；在取样段底部设置小孔，使得所述注浆管穿过取样段与变径封隔组件相连。

3.根据权利要求1所述的井下变径式分层结构密封装置，其特征在于，所述变径封隔组件为喇叭状壳体，上下均开口，设置于井段变径处，变径封隔组件的上端面与在其之上的第一井段内的取样段连接，变径封隔组件的下端面与在其之下的第二井段内的取样段连接；上端面直径与第一井段内的取样段直径相同，下端面直径与第二井段内的取样段直径相同；井筒和变径封隔组件壳体之间有环空部分；在变径封隔组件壳体变径处之上的腔体内设置上下平行的两层管路，两层管路直径相同，均小于变径封隔组件的上端面直径；每层管路均为互相连通的“米”字型结构，“米”字型结构管路在壳体外沿设置小孔，使得“米”字型结构管路与壳体外部的环空部分连通。

4.根据权利要求3所述的井下变径式分层结构密封装置，其特征在于，所述注浆管的一端为进浆口，设置在地面，另一端穿过取样段与所述变径封隔组件的两层管路均连通；当浆液由进浆口注入，沿注浆管进入变径封隔组件壳体内的两层管路，通过“米”字型结构管路在壳体外沿的小孔流入变径封隔组件外部的环空空间。

5.一种井下变径式分层结构密封方法，基于权利要求1-4之一所述的装置实现，所述方法包括：

步骤1)将用于井筒最深层井段的取样段下入到井筒内指定位置；

步骤2)从次深层至最上层井段，依次组装每层的密封部件，并按照由下向上的顺序将每层的密封部件下入到井筒内指定位置；

步骤3)测试整个装置注浆管连通情况，完成后进行完井固定；

步骤4)在地面将浆液注入各井段的注浆管内，浆液依次穿过各井段的取样段，到达各井段的变径封隔组件内部“米”字型结构管路内，通过“米”字型结构管路在壳体外沿的小孔流入变径封隔组件外部的环空空间，实现各层的化学封隔；止水条在井筒内遇水膨胀，与变径的井筒结构配合在直径变化处将各井段进行封隔，从而实现对井下变径式分层结构的物理密封。

6.根据权利要求5所述的井下变径式分层结构密封方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：

将用于次深层的所述取样段安装在变径封隔组件之上；

将所述止水条包裹在变径封隔组件直径变化处的外部；

将所述注浆管穿过取样段底面的小孔后与变径封隔组件的两层管路连通，完成密封部件的组装；

将上述组装好的密封部件下入到井筒内指定位置，使得包裹着止水条的变径封隔组件位于井筒次深层的直径变化处；

按照由下向上的顺序，重复上述步骤，直到完成最上层密封部件的组装和部署。