一种井下变径式分层结构密封装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种井下变径式分层结构密封装置与方法
本专利技术涉及地层分隔领域，具体涉及一种井下变径式分层结构密封装置与方法。
技术介绍
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“CN105178908B”的专利技术专利《井下地层封堵的化学注浆封隔装置及方法》)专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。作为上述装置的一种改进，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。作为上述装置的一种改进，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。作为上述装置的一种改进，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。本专利技术还提出了一种井下变径式分层结构密封方法，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。作为上述方法的一种改进，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。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：1、本专利技术的装置与方法同时采用化学浆液封隔及止水条封隔，利用变径式井筒结构特征避免浆液漏失，同时弥补止水条封隔易分解，稳定性差的特征；井下封隔结合化学浆液和止水条膨胀封隔的优势，封隔效果更好。2、本专利技术的装置结构简单，成本可进一步降低。附图说明图1是本专利技术实施例1的一种井下变径式分层结构密封装置；图2是本专利技术实施例1的第二变径封隔组件的结构示意图；图3是本专利技术实施例1的第二变径封隔组件的结构剖面图；图4是本专利技术实施例1的第二变径封隔组件的俯视图。附图标记1、第一进浆口2、第二进浆口3、地面4、第一取样段5、第一注浆管6、第二注浆管7、第一井段8、第一层地下水9、第一变径封隔组件10、第一浆液11、第二取样段12、第一止水条13、第二层地下水14、第二变径封隔组件15、第二井段16、第二浆液17、第二止水条18、第三取样段19、第三层地下水20、第三井段21、“米”字型结构管路具体实施方式本专利技术提供了一种井下变径式分层结构密封装置与方法，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。具体采用以本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，/n所述取样段，用于采集井筒内本井段的地下水；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞颖，李琦，肖威，赵振财，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42