本实用新型公开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。