[发明专利]一种防止井筒气体泄漏的多级密封结构及密封方法

说明书

发明涉及地下井筒气体泄漏安全治理技术领域，具体涉及一种防止井筒气体泄漏的多级密封结构及密封方法，包括底部密封段，所述底部密封段上部设置有中部密封段，所述液体段塞上部设置有顶部密封段。通过设置三级密封段，每级密封段可以设置不同的密封材料，实现不同的密封效果。

技术领域

本发明涉及地下井筒气体泄漏安全治理技术领域，具体涉及一种防止井筒气体泄漏的多级密封结构及密封方法。

背景技术

井筒气体泄漏常见于含气废弃井及长停井、天然气储气库和二氧化碳封存库等井筒封隔失效的含气井。含气废弃井及长停井包括起源于2000多年前的盐卤伴生天然气井、常规及非常规天然气井及其他金属非金属矿开采时伴生的天然气、二氧化碳、硫化氢等气体伴生的矿井。天然气储气库或二氧化碳地下封存库包括但不限于枯竭油气藏、盐穴、含水层和废弃矿坑等人工开凿井筒的地下构造。

上述含气井泄露的气体中，最常见的是天然气、二氧化碳和硫化氢。天然气中甲烷含量高达95％。甲烷是一种强温室气体，引起温室效应的能力是二氧化碳的23倍，按照每立方米甲烷重量0.77kg，即每排放天然气1m3 产生的温室效应相当于直接排放了17.7kg的二氧化碳。二氧化碳是排放量最大的温室气体，是全球气候变暖的元凶。硫化氢是强烈的神经毒物，对粘膜有强烈刺激作用，其毒性为一氧化碳(CO)的5-6倍，是二氧化硫(SO2)的7倍。它对人体的致命浓度为500ppm，人体安全接触临界浓度为20ppm，职业接触限值为10 mg/m3。

含气井筒须按照相关规定或标准进行井筒密封作业，废弃的含气井还应进行永久封井。然而，由于早期的含气井缺少规范的弃井程序与标准参数，盐卤伴生天然气井及其他早期含气矿井，通常在矿产枯竭或无经济价值后，对井口和上部井筒采取填埋和封口处置。现有的含气井处置大多参照油/水井进行密封处理。这些措施虽然在短时间能发挥密封效果，但却忽略了气体比液体更易运移聚集，以致于经常发生已密封含气井的泄漏现象，其中危害较大且易于感知的是含硫化氢气井的泄漏。国外研究表明，已封堵的废弃井的天然气泄漏量被低估近千倍。

含气井没有经过规范封井或封井后密封性容易受到地震及人工作业影响导致密封失效是含气井泄漏的主要原因。近年来城市化进程迅猛推进，并已经逐步蔓延到含气废弃矿井开发影响区域，含气废弃矿井被开挖泄漏风险加剧，对含含气井筒的密封要求也日趋严格。随着国家天然储库建设和二氧化碳地质封存等地下空间储存气体领域的兴起，对井筒气体密封技术要求也越来越迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止井筒气体泄漏的多级密封结构及密封方法，解决现有技术中地震或工人作业导致密封失效发生含气井泄漏的技术问题。

本发明公开了一种防止井筒气体泄漏的多级密封结构，包括底部密封段，所述底部密封段上部设置有中部密封段，所述液体段塞上部设置有顶部密封段。

通过设置三级密封段，每级密封段可以设置不同的密封材料，实现不同的密封效果。

进一步的，所述顶部密封段和底部密封段均为固体密封段。

进一步的，所述固体密封段为水泥。

进一步的，所述顶部密封段和底部密封段分别为封顶水泥塞和承托水泥塞。

进一步的，所述水泥所用水泥浆通过下述方法制得：将950-1150重量份超细水泥,如960份、970份、980份、990份、1000份等；400-550重量份水，如405份、410份、415份、420份、425份等；3-10重量份分散剂，如4份、5份、6份、7份、8份、9份等；2-6重量份增韧剂3份、4份、5份等；95-170重量份胶乳,如96份、97份、98份、99份、100份等；9-60 重量份自修复剂,如10份、12份、14份、16份、17份等；1-3重量份消泡剂，如1份、2份等，将上述充分混合制得超细水泥浆体M。

进一步的，所述底部密封段和顶部密封段形成后需要进行试压。