[发明专利]一种井下变径式分层结构密封装置与方法

说明书

本发明公开了一种井下变径式分层结构密封装置与方法，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，各井段随深度增加直径变小；该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；密封部件包括取样段、变径封隔组件、注浆管和止水条；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，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；取样段用于采集井筒内本井段的地下水；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；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，以及在装置下井过程中的缓冲。

技术领域

本发明涉及地层分隔领域，具体涉及一种井下变径式分层结构密封装置与方法。

背景技术

随着经济社会发展和人类活动不断增加，我国地下水及地表环境遭受日趋严重的消耗和破坏，如地下水资源过度开采，地下水质污染等，已对我国国民经济和人民生活质量造成严重影响。人类活动造成的地表污染源下渗至浅层地下水，受到地下水循环发生纵向迁移及横向扩散，从地表的点状扩散到地下的三维锥面状，造成大面积不同程度的地下水污染，不同深度地层其地层水污染程度与污染源的距离直接相关。因此，对地下环境的三维高精度连续监测是地下水保护的重要内容，其实时监测预警功能有利于避免重大工程事故或严重生态污染。

为了精确监测不同深度地层的地下水污染情况，在地下水取样监测时需将不同深度的地层进行分隔，确保取样水具有地层及取样深度的代表性。在油气开采领域中，封隔器被广泛地应用于井下地层分隔。按工作原理的不同，可分为机械式、液压式和自膨胀式。机械式和液压式结构复杂，价格昂贵，一般适用于深部地层，强腐蚀介质和高温高压等极端环境中。自膨胀式通过吸收井筒中的水或油等液体介质而产生体积膨胀实现封闭的目的，在使用过程中易分解，稳定性差，解封困难，此外膨胀材料强度低，耐压性差等均会对密封性能产生影响。

针对浅部地层封堵，参考文献[1](授权公告号为“CN 105178908 B”的发明专利《井下地层封堵的化学注浆封隔装置及方法》)发明专利提出了一种井下地层封堵的化学注浆分隔装置及方法。该方法基于设定位置的喷浆堵头，通过自力式分段压力控制阀门与注浆管位于地下的注浆段连通，可实现通过井口一条注浆管的不同注入压力值实现不同深度位置的注浆操作。该装置及方法在实施过程中需要将注浆管及各层的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通放入井孔中进行完井固定。然而由于结构设计问题在实际下井固定过程中常遇到卡顿，支路无法达到设计深度以及无法有效固定的难点。为了解决这个问题，有必要对井下封隔装置进行适当调整及改进，进而实现浅层地层上下层位的分隔及密封。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种井下变径式分层结构密封装置及方法。本发明用于分隔浅部地层上下层位，进而在一个井筒内实现不同层位地下水取样的目的。

为了实现上述目的，本发明提出了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。