CN105178908A - 井下地层封堵的化学注浆封隔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了井下地层封堵的化学注浆封隔装置，包括中继容器，所述的中继容器的输入端设置有手动泵，中继容器的输出端通过节流阀与注浆管连接，中继容器的输出端还设置有用于检测中继容器的输出端压力的压力表，在地下设定位置设置喷浆堵头，各个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。还公开了井下地层封堵的化学注浆封隔方法。本发明对套管没有损害，轻松实现多层封隔；体积膨胀率更大，井下密封适应性更好，实现了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。

Description

井下地层封堵的化学注浆封隔装置及方法

技术领域

本发明涉及地层封隔领域，具体涉及井下地层封堵的化学注浆封隔装置，还涉及井下地层封堵的化学注浆封隔方法，适用于浅部地层封堵，特别适用于地下流体分层取样的上下地层封隔。

背景技术

封隔器是利用密封元件封闭管柱和井筒之间的环形空间的一种井下工具。其作用是将全井按层段分隔，或有效封隔掉高含水层，以便分层生产或实施必要的技术措施。广泛应用于油气井、高酸性气体、煤层气等开采过程中钻井、完井、储层改造、控水堵水、压裂、酸化、挤注化学药剂等工程处理，采用封隔器将储层与上部/下部地层隔开进行分段处理。封隔器具体应用实例如下：

开发油气资源（如稠油）时，注蒸汽热采技术必须进行井下封隔隔热，耐温隔热的封隔器是关键的井下配套工具，起到减少热损失，保护油井套管的作用。

地热开采完井时需要耐高温的封隔器以保证地热生产井的寿命和可靠性。

土壤环境治理时采用垂直井或水平井对土壤进行排气或注气。在实施时完井作业时需对不同管段进行不同的作业，从而需要采用不同方式的封隔器封隔井管线与裸眼井的环状间隙，即需要一种适用于砂层土壤的膨胀封隔器。

封隔器按工作原理主要分为机械式、液压式、自膨胀式。其各自的优缺点如下：

机械式和液压式封隔器问题在于：1）结构复杂，封隔效果差；2）对套管损害严重，难以实现多层；3）不能自补偿和调节，必须连接热伸缩管；

液压式封隔器，通过液压座封或解封，承压座、滑块、座封销钉、限位螺钉、胶筒等元件组合实现。结构非常复杂，价格昂贵，一般使用在深部地层（超过1000m）、强腐蚀介质（超临界CO₂、高酸性气田、重油等）、高温高压等极端条件下。

自膨胀式封隔器核心元件主要为遇液膨胀胶筒和油管，遇液膨胀胶筒能吸收井筒中的水或油等介质而产生体积膨胀（通常300%-600%）来达到封闭环形空间的目的。问题在于：1）膨胀剂易分解，稳定性差，解封困难；2）膨胀筒材料强度低，耐压性差；3）整体变形增加封隔器下井难度，影响密封抗压性能；4）因套管存在腐蚀或损伤而发生封隔座封不严，导致整个作业失败；5）自膨胀材料下到井筒中可能没有浸泡于适合的介质中而不能迅速膨胀；6）膨胀介质被阻隔造成材料完全膨胀时间长，导致完井周期延迟、承压能力达不到理想状态。

如上所述的现有封隔器技术存在诸多问题，仍然不能很好地满足某些场合。如小于200m的浅部地层，其孔隙水压力、温度、流体介质等条件较好，不需要使用昂贵复杂的液压式或机械式封隔器，而自膨胀式封隔器的技术指标（如遇水膨胀胶筒的体积膨胀率一般为4倍）和实际密封效果可能无法满足要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺点和不足，提供井下地层封堵的化学注浆封隔装置，该装置克服现有封隔技术的局限性，

还提供了井下地层封堵的化学注浆封隔方法，通过井口一个管路同时控制灌注多个井下支路。

井下地层封堵的化学注浆封隔装置，包括中继容器，所述的中继容器的输入端设置有手动泵，中继容器的输出端通过节流阀与注浆管连接，中继容器的输出端还设置有用于检测中继容器的输出端压力的压力表，在地下设定位置设置喷浆堵头，各个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。

如上所述的注浆管的注浆段竖直设置在地下，沿注浆段在地下各层待注浆位置设置喷浆堵头，各个喷浆堵头通过自力式分段压力控制阀门与注浆管位于各层的部分连接。

如上所述的注浆管的注浆段水平设置在地下，沿注浆段的待注浆位置依次设置各个喷浆堵头，各个喷浆堵头通过自力式分段压力控制阀门与注浆管的注浆段连接。

如上所述的注浆管的注浆段竖直设置在地下，沿注浆段在地下各层待注浆位置设置喷浆堵头，相邻层的喷浆堵头通过同一自力式分段压力控制阀门与注浆管位于相邻层的中间部分连接。

如上所述的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，所述的喷浆堵头包括上下设置有两个堵头，两个堵头的侧部周向均开设有环形槽，两个堵头上均开设有从一端贯穿另一端的管线穿孔，两个堵头上均开设有进浆孔，两个堵头上的环形槽的槽底均开设有与进浆孔连通的注浆小孔，两个堵头上的环形槽内均设置有导液海绵，两个堵头之间通过空心连接管连接，空心连接管一端套设在上堵头的底部，另一端套设在下堵头的顶部。

如上所述的进浆孔位于堵头轴线。

井下地层封堵的化学注浆封隔方法，包含以下步骤：

步骤1、选取喷浆堵头；

步骤2、将各层的自力式分段压力控制阀门按实际要求设置不同的启闭压力；

步骤2、组装、测试整个注浆封隔装置，井下部分的注浆管通过三通、自力式分段压力控制阀门与各个喷浆堵头连接，井头部分手动泵、中继容器、压力表、节流阀、注浆管依次连接，并在地面逐级加载压力，测试各个支路启闭注浆情况；

步骤3、在选定位置钻井，钻孔达到指定的形状、直径与深度；

步骤4、将注浆管以及各层的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通放入井孔中，各个的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通构成的支路到达指定深度后进行完井固定；

步骤5、地面井口处通过手动加压泵和中继容器实施注浆，通过井口不同的注入压力实现井下支路逐级注浆；

步骤6、注入的化学浆液在井下指定位置，即各支路的喷浆堵头处膨胀密封，实现井下地层的多级封隔功能。

其工作原理为：手动泵加载压力通过压缩气体注入中继容器里的化学浆液至注浆管，其中压力表实时监测管路压力值，节流阀控制注浆管里的化学浆液不回流损坏手动泵。各支路的自力式分段压力控制阀门和喷浆堵头通过三通连接至主管路。通过手动泵和压力表调整注入压力值，来启动或闭合不同位置的自力式分段压力控制阀门，由此实现不同压力值情况下不同位置的注浆堵头实施注浆操作。遇水膨胀一定时间，化学浆液完全膨胀，各层位完成密封封隔。

通过井口不同的注入压力值自动实现井下不同层位的化学注浆。

所述的注浆管可以是不锈钢管（1/8、1/4、1/2、3/4英寸）或空压软管（外径6mm、8mm、10mm、12mm等），依实际需求选择合适的材质和尺寸，市场上购得。

所述的喷浆堵头形状和结构依实际需求订制，其特征在于喷浆堵头中间留有进浆孔，侧壁钻取均布注浆小孔，均布注浆小孔沿圆周设有导液海绵，起储流和均匀分布浆液的作用。注浆管可以从中间穿过该喷浆堵头，或从侧面与喷浆堵头底部的注浆口接头连接。

所述的中继容器，其功能在于注浆时通过压缩空气为压力介质，用来隔开化学浆液与手动泵、压力表的接触，以保护相关部件的有效循环使用。其特征在于，中继容器密封性优良，其设计容积大于一口井所需的浆液容量；其特征还在于其材质耐化学浆液腐蚀，承压能力大于井口最高注入压力。

所述的三通，其尺寸与注浆管配套。所述的压力表，其量程和精度满足要求。所述的手动泵，其压力加载能力、反应时间和加载精度满足注浆要求。所述的化学浆液，其组分构成、黏度、体积膨胀率、化学稳定性等满足现场需求。均可在市场上购得。

本发明相对于现有技术有益效果如下：

1、相比于现有的机械式、液压式封隔器，其优势在于结构简单、成本非常低廉；对套管没有损害，不必连接热伸缩管，轻松实现多层封隔；

2、相比于现有的自膨胀式封隔器，其优势在于，体积膨胀率更大，井下密封适应性更好，减少了自膨胀式封隔器的遇液膨胀胶筒因变形失调、胶筒材料或套管损伤、腐蚀造成的座封不严或封隔失效，场地适应强，封隔效果更好；

3、所述的井下地层封堵的化学注浆封隔方法和装置，其优势在于通过设有启动压力和闭合压力的核心部件控制各支路，实现了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；

4、所述的井下地层封堵的化学注浆封隔方法和装置，特别适用于承压能力低（受限于遇水膨胀浆液的耐压能力，如聚氨酯为2.5MPa）、水质含盐度低（含盐度高会减小化学浆液的体积膨胀率）、地下埋深一般不超过200m、一次性注浆完成封隔的场合。

所述的井下地层封堵的化学注浆封隔方法和装置，是中国科学院武汉岩土所自主研发地下分层取样系统的配套技术之一，具有非常好的经济性和灵活的场地适应性。区别于同领域的其它同类技术，具有较好的商业推广价值。

附图说明

图1为本发明提供适用于垂直井的井下地层封堵的化学注浆封隔装置示意图；

图2为本发明提供适用于水平井的井下地层封堵的化学注浆封隔装置示意图；

图3为本发明提供适用于上下地层同时封隔的井下地层封堵的化学注浆封隔装置示意图；

图4为本发明提供适用于一井多层地下流体取样时对每个取样点上下地层的层间封隔的井下地层封堵的化学注浆封隔装置的整体结构示意图；

图5为本发明提供适用于一井多层地下流体取样时对每个取样点上下地层的层间封隔的井下地层封堵的化学注浆封隔装置的喷浆结构详图；

图6为本发明提供适用于一井多层地下流体取样时对每个取样点上下地层的层间封隔的井下地层封堵的化学注浆封隔装置的喷浆堵头细节构成图；

图7为本发明提供适用于一井多层地下流体取样时对每个取样点上下地层的层间封隔的井下地层封堵的化学注浆封隔装置的喷浆堵头俯视图；

图8为本发明提供适用于一井多层地下流体取样时对每个取样点上下地层的层间封隔的井下地层封堵的化学注浆封隔装置的喷浆堵头部件详图；

图9为自力式分段压力控制阀门的结构示意图，阀体被弹簧推至滑动腔一端，阀体的上部侧壁密封流体出口；

图10为阀体处于滑动腔中部，流体进口通过周向环形槽与流体出口连通的状态图；

图11为阀体在压力腔内压力作用下推至滑动腔另一端，阀体的下部侧壁密封流体进口。

图中：1-注浆管；2-三通；3-自力式分段压力控制阀门；4-喷浆堵头；

2a-第一三通；2b-第二三通；2c-第三三通；3a-第一自力式分段压力控制阀门；3b-第二自力式分段压力控制阀门；3a-第三自力式分段压力控制阀门；4a-第一喷浆堵头；4b-第二喷浆堵头；4c-第三喷浆堵头；4d-第四喷浆堵头；5-节流阀；6-压力表；7-中继容器；8-手动泵；9-化学浆液。4.1-注浆堵头；4.2-进浆孔；4.3-管线穿孔；4.4-注浆口接头；4.5-空心连接管；4.6-导液海绵；4.7-注浆小孔；4.8-螺钉；P1-流体进口，P2-流体出口，A-周向环形槽，B-进液孔，C-压力腔，D-滑动腔，11-阀芯，12-阀体，13-弹簧，14-阀套，15-弹簧座，16-卡环。

其中：

1-注浆管，可选用直径8mm的空压软管；

2a-第一三通；2b-第二三通；2c-第三三通，可选用气动快速接头，如PE-08；

3a-第一自力式分段压力控制阀门；3b-第二自力式分段压力控制阀门；3a-第三自力式分段压力控制阀门；同时具备开启压力和闭合压力，且启闭压力范围可调；

4a-第一喷浆堵头；4b-第二喷浆堵头；4c-第三喷浆堵头；4d-第四喷浆堵头；按实际需求加工定制；

4.1-注浆堵头，形状如图8所示，由尼龙或PVC棒材整体加工订制，外径可选用75mm；

4.2-进浆孔，位于注浆堵头中间，直径可选用4-6mm；

4.3-管线穿孔，其它管线穿孔位置，依需要设定直径大小；

4.4-注浆口接头，NPT螺纹转快插接头，如气动接头PC08-2，接注浆管；

4.5-空心连接管，链接固定上下注浆堵头，外径75mm的管材PVC-U；

4.6-导液海绵，使注浆小孔喷射的浆液沿圆周均布流出，并稳住浆液；

4.7-注浆小孔，注浆堵头侧壁沿圆周均布钻直径3mm的小孔；

4.8-螺钉，普通螺钉，起连接作用；

5-节流阀，单向导通，防止化学浆液回流，损坏手动泵；

6-压力表，实时监测注浆管内压力值，压力计或减压阀；

7-中继容器，采用氮气或压缩空气作为介质传递压力，防止手动泵与化学浆液接触；

8-手动泵，用于井口加载压力，要求低时可直接采用氮气瓶和减压阀；要求高时，可选用ISCO高精度柱塞泵。

9-化学浆液，遇水膨胀的化学高分子药剂，可自行配置特殊性能的药剂，如水凝胶，亦可直接使用市场成熟产品如遇水膨胀的聚氨酯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

实施例1

如图1所示，适用于垂直井的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，包括注浆管1；第一三通2a；第二三通2b；第三三通2c；第一自力式分段压力控制阀门3a；第二自力式分段压力控制阀门3b；第三自力式分段压力控制阀门3c；第一喷浆堵头4a；第二喷浆堵头4b；第三喷浆堵头4c；节流阀5；压力表6；中继容器7；手动泵8；化学浆液9。

中继容器7的输入端设置有手动泵8，中继容器7的输出端通过节流阀5与注浆管1连接，中继容器7的输出端还设置有用于检测中继容器7的输出端压力的压力表6，注浆管1竖直设置在地下，在地下各层待注浆位置设置喷浆堵头，各个喷浆堵头通过自力式分段压力控制阀门与注浆管的注浆段位于各层的部分连接。

注浆管位于各层的部分可以通过三通与自力式分段压力控制阀门连接。如图1所示，具体连接方式为第一自力式分段压力控制阀门3a和第一喷浆堵头4a连接，并通过第一三通2a连接至注浆管1。同理，第二自力式分段压力控制阀门3b和第二喷浆堵头4b连接，并通过第二三通2b连接至注浆管1。第三自力式分段压力控制阀门3c和第一喷浆堵头4c连接，并通过第三三通2c连接至注浆管1。

喷浆堵头包括堵头4.1，堵头4.1的侧部周向开设有环形槽，堵头4.1上开设有从一端贯穿另一端的管线穿孔4.3，堵头4.1上还开设有进浆孔4.2，环形槽的槽底开设有与进浆孔4.2连通的注浆小孔4.7。环形槽内设置有导液海绵4.6。优选的，进浆孔4.2位于堵头4.1轴线。其功能在于，在一个垂直井内对多个不同深度地层形成封隔，切断各地层之间的水力联系，为下一步作业提供坚实基础。

其工作原理在于，在地面采用手动泵或压缩气罐加载注浆，通过中继容器采用压缩气体传递压力来隔断化学浆液对手动泵的腐蚀。将注入压力设置为大于第一自力式分段压力控制阀门的启动压力（如0.5MPa），略小于其封闭压力（如1MPa），实施第一层位注浆，达到理论注浆量的1.5倍左右时，完成第一层位注浆操作。提高注入压力值至1.8MPa，注入压力超过第一自力式分段压力控制阀门的封闭压力（1MPa），该自力式阀门关闭进而切断了第一层位，注入压力超过第二自力式分段压力控制阀门的启动压力（1.5MPa），通过第二注浆堵头3b实施第二层位注浆，达到理论注浆量的1.5倍左右时，完成第二层位注浆操作。继续提高注入压力值至2.8MPa，注入压力超过第一、第二自力式分段压力控制阀门的封闭压力（1MPa，2MPa），自动切断第一层位和第二层位，注入压力超过第三自力式分段压力控制阀门的启动压力（2.5MPa），通过第三注浆堵头3c实施第三层位注浆，达到理论注浆量的2倍左右时，完成第三层位注浆操作，注入压力卸载至零。由此通过注入压力的精确控制实现井口一个注浆管对井下多个支路注浆点的逐级逐个注浆，实现不同深度地层间的水力封隔。

其结构特征在于，每个需要实施注浆操作的层位配备注浆堵头和自力式分段压力控制阀门，并通过三通连接至主管路中。此处可以实现更多层位，并不限于本实施例表述的三个层位。

其特征还在于，垂直井内分层地下封堵时，各层位的核心部件自力式分段压力控制阀门，其启闭压力的设置应充分考虑由于层位间距引起的静水压力。举例说明，已知第一层位深-10m，阀门闭合压力设定为1MPa，第二层位深-100m。层间间距高差引起的静水压力值为P=ρg△h=0.9MPa，此时第二层位的阀门启动压力应大于1.9MPa（上一层位阀门的闭合压力加上层间间距引起的静水压力）。

井下地层封堵的化学注浆封隔方法，包含以下步骤：

步骤1、选取喷浆堵头；

步骤2、将各层的自力式分段压力控制阀门按实际要求设置不同的启闭压力组合，如第一自力式分段压力控制阀门开启压力闭合压力分别为0.5MPa、1MPa；第二自力式分段压力控制阀门为1.5MPa、2MPa；第三自力式分段压力控制阀门为2.5MPa、3MPa；

步骤2、组装、测试整个注浆封隔装置。井下部分的注浆管通过三通与各层的自力式分段压力控制阀门和喷浆堵头连接，井头部分手动泵8、中继容器7、压力表6、节流阀5与注浆管1连接。并在地面逐级加载压力，测试各个支路启闭注浆情况；

步骤3、钻井。在选定位置钻井，钻孔达到指定的形状、直径与深度；

步骤4、装置下井固定。将注浆管以及各层的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通放入井孔中，各层的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通构成的支路到达指定深度后进行完井固定；

步骤5、注浆操作。地面井口处通过手动加压泵8和中继容器7实施注浆，通过井口不同的注入压力实现井下支路逐级注浆；

步骤6、实现封隔。注入的化学浆液在井下指定位置（各支路的喷浆堵头处）膨胀密封，实现井下地层的多级封隔功能。

实施例2

如图2所示，适用于水平井的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，包括注浆管1；第一三通2a；第二三通2b；第三三通2c；第一自力式分段压力控制阀门3a；第二自力式分段压力控制阀门3b；第三自力式分段压力控制阀门3c；第一喷浆堵头4a；第二喷浆堵头4b；第三喷浆堵头4c；节流阀5；压力表6；中继容器7；手动泵8；化学浆液9。

中继容器7的输入端设置有手动泵8，中继容器7的输出端通过节流阀5与注浆管1连接，中继容器7的输出端还设置有用于检测中继容器7的输出端压力的压力表6，注浆管1的注浆段水平设置在地下，沿注浆段的待注浆位置依次设置各个喷浆堵头，各个喷浆堵头通过自力式分段压力控制阀门与注浆管连接。

喷浆堵头包括堵头4.1，堵头4.1的侧部周向开设有环形槽，堵头4.1上开设有从一端贯穿另一端的管线穿孔4.3，堵头4.1上还开设有进浆孔4.2，环形槽的槽底开设有与进浆孔4.2连通的注浆小孔4.7。环形槽内设置有导液海绵4.6。优选的，进浆孔4.2位于堵头4.1轴线。

其功能在于，在水平井内同一深度不同位置或区段形成封隔，切断同一深度地层不同区段之间的水力联系，为下一步作业提供坚实基础。

其特征在于，水平井内分层地下封堵时，各层位的核心部件自力式分段压力控制阀门，其启闭压力的设置不用考虑静水压力差，克服水平方向管道或接头部分的沿程阻力即可。

实施例3

如图3所示，适用于垂直井的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，包括注浆管1；第一三通2a；第二三通2b；第三三通2c；第一自力式分段压力控制阀门3a；第二自力式分段压力控制阀门3b；第三自力式分段压力控制阀门3c；第一喷浆堵头4a；第二喷浆堵头4b；第三喷浆堵头4c；节流阀5；压力表6；中继容器7；手动泵8；化学浆液9。

中继容器7的输入端设置有手动泵8，中继容器7的输出端通过节流阀5与注浆管1连接，中继容器7的输出端还设置有用于检测中继容器7的输出端压力的压力表6，注浆管1竖直设置在地下，在地下各层待注浆位置设置喷浆堵头，相邻层的喷浆堵头通过同一自力式分段压力控制阀门与注浆管位于相邻层的中间部分连接。

喷浆堵头包括上下设置有两个堵头4.1，两个堵头4.1的侧部周向均开设有环形槽，两个堵头4.1上均开设有从一端贯穿另一端的管线穿孔4.3，两个堵头4.1上均开设有进浆孔4.2，两个堵头4.1上的环形槽的槽底均开设有与对应进浆孔4.2连通的注浆小孔4.7。两个堵头4.1上的环形槽内均设置有导液海绵4.6。优选的，进浆孔4.2位于堵头4.1轴线。

两个堵头4.1之间通过空心连接管4.5连接，空心连接管4.5一端套设在上堵头的底部，另一端套设在下堵头的顶部，空心连接管4.5通过螺钉4.8与上下堵头连接。

如图3所示，具体连接方式为第一自力式分段压力控制阀门3a和第一喷浆堵头4a、第二喷浆堵头4a连接，然后通过第一三通2a连接至注浆管1。同理，第二自力式分段压力控制阀门3b和第三喷浆堵头4c、第四喷浆堵头4d连接，并通过第二三通2b连接至注浆管1。

其功能在于，在井孔内某一点的上下地层同时封隔，特别适用于一井多层取样的层间封隔，切断取样点上下地层间的水力联系，保证所取的地下流体样品来自指定深度的地层，而不是上部地层渗水。

其特征在于，每条支路通过一个三通和阀门同时控制两个注浆堵头。设置自力式分段压力控制阀门的启闭压力时需要考虑静水压力差。

实施例4：

在上述实施例1~3中的自力式分段压力控制阀门的结构如图9-11所示。

自力式分段压力控制阀门，包括阀体12，所述的阀体12内设置有滑动腔D，滑动腔D的一端侧壁设置有流体出口P2，滑动腔D的另一端侧壁设置有流体进口P1，滑动腔D内设置有阀芯11，阀芯11中部设置有周向环形槽A，滑动腔D一端设置有压力腔C，另一端设置有阀座件，阀芯11一端通过弹簧13与阀座件相抵，压力腔C通过进液孔B与流体进口P1连通。阀座件包括设置在滑动腔D端部的阀套14，阀套14内设置有弹簧座15，弹簧座15一端穿出阀套14，另一端开设有用于卡设弹簧13的底槽，阀芯11与弹簧13相抵的一端开设有用于卡设弹簧13的底槽。阀套14上设置有设置有卡环16。压力腔C的直径小于阀芯11的直径。

如图9所示，阀芯11安装在阀体12内，与阀体12形成滑动配合。阀芯11的一端与阀体12之间留有一定的空间，形成压力腔C，阀芯11的另一端设有底槽。阀套14与阀体12相连接，形成内置弹簧的空腔。弹簧13的一端顶在阀芯11的底槽内，弹簧的另一端顶在弹簧座15的底槽内。弹簧座15的大端置于阀套14内，弹簧座15的小端被阀套14压紧，并穿出阀套14。弹簧13将阀芯11压紧在阀体12的压力腔C上。阀体12内设有流体进口P1和流体出口P2，并在流体进口P1处开有进液孔B，通过进液孔B将流体进口处的流体引入压力腔C。

当压力流体进入压力腔C后对阀芯11的端面形成向上的推力，当流体进口压力不断增大时，阀芯11下端面所受到的流体的压力也不断增加，当该推力增大到大于弹簧13的向下压力时，阀芯11在该推力的作用下向弹簧端运动。

如图9所示，当流体进口处压力不足以推动阀芯或者推动阀芯向弹簧端运动距离小于阀芯开启距离a时，阀芯11处的流体环形空间A不连通流体进口P1和流体出口P2，阀门处于闭合状态，阀体的上部侧壁密封流体出口。

如图10所示，当流体进口处压力推动阀芯向弹簧端运动距离大于阀芯开启距离a时，流体进口P1流体和流体出口P2通过阀芯11处的流体环形空间A连通，流体经过流体出口P2流出。这是阀门处于打开状态。

如图11所示，当流体进口P1处流体压力持续增加，进一步使得压力腔C处对阀芯11的推力增大，阀芯11被继续推向弹簧端，当阀芯11的上端面与阀套14端面接触时，阀芯11处的流体环形空间A重新归于不连通流体进口P1和流体出口P2的状态，阀芯11的下部圆柱面阻断了流体进口P1和流体出口P2，这时候，阀体的下部侧壁密封流体进口，流体进口P1和流体出口P2不连通，阀门处于闭合状态。

当流体进口压力P1不断降低的过程时，阀芯11在弹簧13是作用下向下运动，当流体进口处压力持续降低到推动阀芯向弹簧端运动距离小于阀芯开启距离a时，阀芯11处的流体环形空间A不连通流体进口P1和流体出口P2，阀门闭合。当流体进口处压力继续降低到不足推动阀芯11克服弹簧13向下压力时，阀芯11下端面与阀体12接触，该阀门的所有部件回到初始状态（即图9状态）。

注：推动阀芯上下运动的动力为流体压强在C腔接触面上形成的压力。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.井下地层封堵的化学注浆封隔装置，包括中继容器（7），其特征在于，所述的中继容器（7）的输入端设置有手动泵（8），中继容器（7）的输出端通过节流阀（5）与注浆管（1）连接，中继容器（7）的输出端还设置有用于检测中继容器（7）的输出端压力的压力表（6），在地下设定位置设置喷浆堵头，各个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。

2.根据权利要求1所述的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，其特征在于，所述的注浆管的注浆段竖直设置在地下，沿注浆段在地下各层待注浆位置设置喷浆堵头，各个喷浆堵头通过自力式分段压力控制阀门与注浆管位于各层的部分连接。

3.根据权利要求1所述的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，其特征在于，所述的注浆管（1）的注浆段水平设置在地下，沿注浆段的待注浆位置依次设置各个喷浆堵头，各个喷浆堵头通过自力式分段压力控制阀门与注浆管的注浆段连接。

4.根据权利要求1所述的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，其特征在于，所述的注浆管的注浆段竖直设置在地下，沿注浆段在地下各层待注浆位置设置喷浆堵头，相邻层的喷浆堵头通过同一自力式分段压力控制阀门与注浆管位于相邻层的中间部分连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，其特征在于，所述的喷浆堵头包括上下设置有两个堵头（4.1），两个堵头（4.1）的侧部周向均开设有环形槽，两个堵头（4.1）上均开设有从一端贯穿另一端的管线穿孔（4.3），两个堵头（4.1）上均开设有进浆孔（4.2），两个堵头（4.1）上的环形槽的槽底均开设有与进浆孔（4.2）连通的注浆小孔（4.7），两个堵头（4.1）上的环形槽内均设置有导液海绵（4.6），两个堵头（4.1）之间通过空心连接管（4.5）连接，空心连接管（4.5）一端套设在上堵头的底部，另一端套设在下堵头的顶部。

6.根据权利要求5所述的井下地层封堵的化学注浆封隔装置，其特征在于，所述的进浆孔（4.2）位于堵头（4.1）轴线。

7.利用权利要求1或2或3所述装置进行井下地层封堵的化学注浆封隔方法，包含以下步骤：

步骤1、选取喷浆堵头；

步骤2、将各层的自力式分段压力控制阀门按实际要求设置不同的启闭压力；

步骤2、组装、测试整个注浆封隔装置，井下部分的注浆管通过三通、自力式分段压力控制阀门与各个喷浆堵头连接，井头部分手动泵（8）、中继容器（7）、压力表（6）、节流阀（5）、注浆管（1）依次连接，并在地面逐级加载压力，测试各个支路启闭注浆情况；

步骤3、在选定位置钻井，钻孔达到指定的形状、直径与深度；

步骤4、将注浆管以及各层的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通放入井孔中，各个的喷浆堵头、自力式分段压力控制阀门、三通构成的支路到达指定深度后进行完井固定；

步骤5、地面井口处通过手动加压泵（8）和中继容器（7）实施注浆，通过井口不同的注入压力实现井下支路逐级注浆；

步骤6、注入的化学浆液在井下指定位置，即各支路的喷浆堵头处膨胀密封，实现井下地层的多级封隔功能。