注气防窜装置、储层注气管柱及储层注气方法与流程

[0001]
本发明涉及油气开发领域，尤其涉及一种注气防窜装置、储层注气管柱及储层注气方法。


背景技术：

[0002]
石油资源中，非常规储层存在低孔隙度、低渗透率等特点。这种非常规储层主要的存储空间为微纳米级喉道非常细小的孔隙，致密油的流动特别困难，这导致原油无法流动或者长距离流动问题非常突出。因此相较于常规油藏，致密油藏开发难度更大。
[0003]
向储层注气增能是提高油藏的采收率的有效方法，将气体注入到储层中，以补充和保持油层能量。
[0004]
现有技术中，常规油藏的注气体开采原油的方式通常采用驱替方式，即，具有注入井和对应的生产井。首先将气体从注入井注入，进行充能。然后通过焖井，最后将原油驱替到对应的生产井中采出。
[0005]
对于致密油藏的开发，该种注采方式具有较大缺陷，储存致密油藏的非常规储层具有低孔隙度和低渗透率的特点，从注入井注入的气体把油驱替到生产井的难度较大，或者需要的时间较长；并且，因为开凿形成的地层裂缝不可预测，注入储层的气体的压力比较大时，容易发生气体较原油过早地通过地层裂缝窜入至生产井。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的是提供一种注气防窜装置、储层注气管柱及储层注气方法，以缓解现有技术中向储层注气增能时，容易发生气体较原油过早地通过地层裂缝窜入至生产井的技术问题。
[0007]
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0008]
本发明提供一种注气防窜装置，包括：
[0009]
注气筒，其侧壁设有第一气孔；
[0010]
注气滑动体，其侧壁设有第二气孔，所述注气滑动体安装于所述注气筒内，且能够相对于所述注气筒运动，所述注气滑动体能够运动至所述第二气孔与所述第一气孔重叠，或者所述第二气孔偏离所述第一气孔；
[0011]
测压缸，其包括固接于所述注气筒的测压缸体和设于所述测压缸体内的测压活塞，所述测压缸体内设有分别位于所述测压活塞两侧的测压腔和封闭腔，所述测压腔与所述注气筒的外部空间相连通；
[0012]
所述测压活塞与所述注气滑动体连接，所述测压腔内达到预设压力时，所述测压活塞能够带动所述注气滑动体运动至所述第二气孔偏离所述第一气孔。
[0013]
在优选的实施方式中，所述注气防窜装置包括连接机构，所述测压活塞通过所述连接机构与所述注气滑动体连接，所述测压腔内达到预设压力时，所述测压活塞能够通过所述连接机构带动所述注气滑动体运动至所述第二气孔偏离所述第一气孔。
[0014]
在优选的实施方式中，所述连接机构包括传动缸和阀门；所述传动缸包括固接于所述注气筒的传动缸体和设于所述传动缸体内的传动活塞；所述传动活塞与所述注气滑动体连接，能够带动所述注气滑动体相对于所述注气筒运动；所述传动缸体内设有分别位于所述传动活塞两侧的传动腔和压力腔；所述传动腔通过所述阀门与所述注气筒的外部空间和所述注气滑动体的内部空间中的一个连接；所述测压活塞与所述阀门连接，所述测压腔内达到预设压力时，所述测压活塞能够使所述阀门切换至打开状态，使得所述传动活塞受气压驱使带动所述注气滑动体运动至所述第二气孔偏离所述第一气孔。
[0015]
在优选的实施方式中，所述压力腔保持封闭状态。
[0016]
在优选的实施方式中，所述压力腔与所述注气筒的外部空间和所述注气滑动体的内部空间中的一个相连通；所述传动缸包括传动弹簧，所述传动弹簧与所述传动活塞连接。
[0017]
在优选的实施方式中，所述传动弹簧设于所述传动腔内。
[0018]
在优选的实施方式中，所述连接机构包括超越离合器，所述传动活塞通过所述超越离合器与所述注气滑动体连接；当所述传动活塞沿所述压力腔指向所述传动腔的方向运动时，所述超越离合器能够卸除所述传动活塞向所述注气滑动体施加的驱动力；当所述传动活塞沿所述传动腔指向所述压力腔的方向运动时，所述传动活塞能够通过所述超越离合器带动所述注气滑动体一起运动。
[0019]
在优选的实施方式中，所述超越离合器包括离合器座体、离合杆、离合器弹簧和至少两个滚动体，所述离合器座体设有凹槽，所述凹槽的侧壁具有离合导向部，所述离合导向部沿所述凹槽的顶部指向所述凹槽的底部的方向向内倾斜；所述滚动体设置于所述凹槽内，所述离合杆穿插于至少两个所述滚动体之间，所述离合器弹簧与所述滚动体连接，能够向所述滚动体施加沿所述凹槽的顶部指向所述凹槽的底部的方向的作用力，使所述滚动体具有抵接于所述离合导向部的趋势；所述离合器座体安装于所述注气滑动体，所述离合杆与所述传动活塞连接。
[0020]
在优选的实施方式中，所述阀门包括阀体、球头和阀门弹簧，所述阀体设有阀门连接孔，所述阀门连接孔的一端与所述传动腔连通，所述阀门连接孔的另一端与所述注气筒的外部空间和所述注气滑动体的内部空间中的一个连通，所述阀门弹簧与所述球头连接，且具有驱使所述球头运动至封堵所述阀门连接孔的趋势；所述测压活塞能驱使所述球头远离所述阀门连接孔。
[0021]
在优选的实施方式中，所述测压缸包括测压调节杆，所述测压调节杆安装于所述测压活塞，所述测压活塞能带动所述测压调节杆运动至与所述球头抵接，且推动所述球头远离所述阀门连接孔；所述测压调节杆安装于所述测压活塞上的位置可调，以调整所述测压调节杆距所述球头的距离。
[0022]
在优选的实施方式中，所述注气防窜装置包括滑动体弹簧，所述滑动体弹簧的第一端与所述注气筒连接，所述滑动体弹簧的第二端与所述注气滑动体连接。
[0023]
在优选的实施方式中，所述传动腔、所述传动活塞和所述压力腔沿从上往下的方向依次分布，所述传动活塞能够受气压驱使带动所述注气滑动体沿所述注气筒的轴向向下移动至所述第二气孔偏离所述第一气孔。
[0024]
在优选的实施方式中，所述测压缸、所述传动缸、和所述注气滑动体从上往下分布。
[0025]
在优选的实施方式中，所述注气防窜装置包括转接盘，所述转接盘安装于所述注气筒的上部，所述传动缸安装于所述转接盘的上部，所述测压缸安装于所述传动缸的上部。
[0026]
在优选的实施方式中，所述注气防窜装置包括多个测压缸和多个与所述测压缸一一对应的所述连接机构，多个所述测压缸绕所述注气筒的轴线圆周分布。
[0027]
在优选的实施方式中，所述注气防窜装置包括多个所述注气滑动体，多个所述注气滑动体绕所述注气筒的轴线圆周分布。
[0028]
在优选的实施方式中，所述注气滑动体能够相对于所述注气筒沿所述注气筒的轴向移动。
[0029]
本发明提供一种储层注气管柱，包括：油管和至少一个上述的注气防窜装置，油管与至少一个所述注气防窜装置串联连接。
[0030]
本发明提供一种储层注气方法，采用上述的储层注气管柱，所述储层注气方法包括：
[0031]
步骤s10，将所述储层注气管柱下入井中；
[0032]
步骤s20，向所述储层注气管柱注入气体，并使所述第二气孔与所述第一气孔相重叠，所述储层注气管柱内的气体通过相重叠的第一气孔和第二气孔流向所述注气筒的外部空间，进入储层；
[0033]
步骤s30，所述注气筒的外部空间的压力升高至所述预设压力，驱使所述测压活塞运动，所述测压活塞带动所述注气滑动体运动至所述第二气孔偏离所述第一气孔，所述储层注气管柱内的气体停止流向所述注气筒的外部空间。
[0034]
本发明的特点及优点是：
[0035]
将该注气防窜装置与油管连接，下入至待注气的储层。气体经过油管进入到注气滑动体的内部空间，开始注气时，第二气孔与第一气孔为重叠的状态，气体能够经过第二气孔和第一气孔，穿过注气滑动体和注气筒，进入注气筒的外部空间，向储层流动。
[0036]
随着气体进入到储层中，储层的压力和注气筒的外部空间的压力逐渐增大，由于测压腔与注气筒的外部空间相连通，测压腔内的压力也一起逐渐增大，从而驱动测压活塞运动，当测压腔内的压力达到预设压力时，测压活塞带动注气滑动体运动至第二气孔偏离第一气孔，将气体向注气筒的外部空间流动的通道封闭，停止向储层注气，可以避免注入储层的气体的压力继续升高，从而减少窜气，有利于保护油井。
[0037]
使用该注气防窜装置，可以根据储层适合的注气压力来设定预设压力，实现在注气过程中，达到预设压力时，自动停止向该储层注气，缓解了窜气的问题，提高了注汽增能的效率。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明提供的注气防窜装置的整体示意图；
[0040]
图2为图1所示的注气防窜装置中的注气筒与注气滑动体的连接示意图；
[0041]
图3为图1所示的注气防窜装置的局剖图；
[0042]
图4为图3的局部放大图；
[0043]
图5为图1所示的注气防窜装置中的超越离合器的结构示意图；
[0044]
图6为图1所示的注气防窜装置第一状态的示意图；
[0045]
图7为图1所示的注气防窜装置第二状态的示意图；
[0046]
图8为图1所示的注气防窜装置第三状态的示意图；
[0047]
图9为本发明提供的注气防窜装置中的连接机构的一种实施方式的示意图；
[0048]
图10为本发明提供的注气防窜装置中的阀门的一种实施方式的示意图；
[0049]
图11为本发明提供的储层注气方法的示意图；
[0050]
图12为本发明提供的注气防窜装置中的第一气孔与第二气孔的相对位置示意图。
[0051]
附图标号说明：
[0052]
10、注气筒；11、第一气孔；12、t形滑槽体；
[0053]
20、注气滑动体；21、第二气孔；221、上凸耳体；222、下凸耳体；
[0054]
30、测压缸；31、测压缸体；32、测压活塞；33、测压腔；331、测压气孔；332、防砂网；34、封闭腔；35、测压调节杆；351、刻度；
[0055]
40、连接机构；41、连接杆；42、导向斜面；
[0056]
50、传动缸；51、传动缸体；52、传动活塞；53、传动腔；54、压力腔；55、传动弹簧；561、传动腔指向压力腔的方向；562、压力腔指向传动腔的方向；
[0057]
60、阀门；61、阀体；611、阀体内筒；612、阀体外筒；62、阀门连接孔；63、球头；64、阀门弹簧；65、阀门管体；651、阀门孔；66、阀芯；661、阀芯通孔；
[0058]
70、超越离合器；
[0059]
71、离合器座体；711、凹槽；712、离合导向部；713、凹槽的顶部指向凹槽的底部的方向；714、凹槽的底部指向凹槽的顶部的方向；72、离合杆；73、滚动体；731、滚柱；74、离合器弹簧；75、滚动体保持架；
[0060]
81、滑动体弹簧；82、转接盘；83、上端盖；84、下端盖。
具体实施方式
[0061]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
实施例一
[0063]
本发明提供了一种注气防窜装置，如图1～图3所示，该注气防窜装置包括：注气筒10、注气滑动体20和测压缸30；注气筒10的侧壁设有第一气孔11；注气滑动体20的侧壁设有第二气孔21，注气滑动体20安装于注气筒10内，且能够相对于注气筒10运动，注气滑动体20能够运动至第二气孔21与第一气孔11重叠，或者第二气孔21偏离第一气孔11；测压缸30包括固接于注气筒10的测压缸体31和设于测压缸体31内的测压活塞32，测压缸体31内设有分别位于测压活塞32两侧的测压腔33和封闭腔34，测压腔33与注气筒10的外部空间相连通；测压活塞32与注气滑动体20连接，测压腔33内达到预设压力时，测压活塞32能够带动注气
滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11。
[0064]
将该注气防窜装置与油管连接，下入至待注气的储层。气体经过油管进入到注气滑动体20的内部空间，开始注气时，第二气孔21与第一气孔11为重叠的状态，气体能够经过第二气孔21和第一气孔11，穿过注气滑动体20和注气筒10，进入注气筒10的外部空间，向储层流动。
[0065]
随着气体进入到储层中，储层的压力和注气筒10的外部空间的压力逐渐增大，由于测压腔33与注气筒10的外部空间相连通，测压腔33内的压力也一起逐渐增大，从而驱动测压活塞32运动，当测压腔33内的压力达到预设压力时，测压活塞32带动注气滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11，将气体向注气筒10的外部空间流动的通道封闭，停止向储层注气，可以避免注入储层的气体的压力继续升高，从而减少窜气，有利于保护油井。
[0066]
使用该注气防窜装置，可以根据储层适合的注气压力来设定预设压力，实现在注气过程中，达到预设压力时，自动停止向该储层注气，缓解了窜气的问题，提高了注汽增能的效率。
[0067]
为了使第二气孔21与第一气孔11之间能够实现相重叠和相偏离，注气滑动体20相对于注气筒10的运动可以为沿注气筒10的轴向的移动，也可以为绕注气筒10的轴线的转动。第一气孔11与第二气孔21相偏离时，两者完全错开，能够阻止气体通过；第一气孔11与第二气孔21相重叠时，可以为两者完全重合，也可以为两者至少存在部分重合，以使气体能够通过。第二气孔21与第一气孔11的形状不限于一种，两者的形状可以分别为圆形、矩形或者腰型孔形；如图12所示，第二气孔21的形状与第一气孔11的形状可以相同，也可以不相同。图12中的前两个图所示的状态，为第二气孔21与第一气孔11相重叠；图12中的后一个图所示的状态，为第二气孔21与第一气孔11相偏离。
[0068]
测压活塞32可以直接与注气滑动体20连接，例如，测压活塞32包括活塞杆，活塞杆的下端与注气滑动体20连接，测压活塞32运动时，带动活塞杆与注气滑动体20一起移动。在本发明的一实施方式中，该注气防窜装置包括连接机构40，测压活塞32通过连接机构40与注气滑动体20连接，测压腔33内达到预设压力时，测压活塞32能够通过连接机构40带动注气滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11。
[0069]
连接机构40可以为连接杆41。在注气滑动体20相对于注气筒10的运动为沿注气筒10的轴向的移动的情况下，实现测压活塞32带动注气滑动体20运动的结构可以为：连接杆41的第一端与测压活塞32固接，连接杆41的第二端与注气滑动体20固接；测压缸30可以沿注气筒10的轴向设置，测压活塞32沿注气筒10的轴向移动，可以带动注气滑动体20一起沿注气筒10的轴向移动。
[0070]
在注气滑动体20相对于注气筒10的运动为绕注气筒10的轴线的转动的情况下，实现测压活塞32带动注气滑动体20运动的结构可以为：注气筒10上设有圆周方向的转动滑槽，注气滑动体20安装于该转动滑槽，该转动滑槽将注气滑动体20的运动限制为绕注气筒10的轴线的转动，如图9所示，注气滑动体20上设有导向斜面42，连接杆41的第一端与测压活塞32固接，连接杆41的第二端抵接于该导向斜面42；测压缸30可以沿注气筒10的轴向设置，测压活塞32带动连接杆41一起沿注气筒10的轴向移动，在导向斜面42的作用下，将连接杆41的移动运动，转化为注气滑动体20的转动运动。
[0071]
测压活塞32在测压缸30中移动，使得测压腔33与封闭腔34的压力趋向于保持相
等。封闭腔34与测压腔33的气压情况，决定了测压活塞32的运动方向和测压活塞32在测压缸30中的位置；在地面组装该注气防窜装置时，可以对封闭腔34内的气压进行调整。在连接机构40为连接杆的情况下，通过调整封闭腔34内的气压，可以使得该注气防窜装置下入至待注气的储层，开始注气时，第二气孔21与第一气孔11相重叠，以便于气体通过第二气孔21和第一气孔11流向储层；在注气过程中，注气筒10的外部空间和测压腔33内的压力逐渐增大，测压腔33和封闭腔34的压力产生差值，测压活塞32逐渐移动，带动注气滑动体20一起移动；当测压腔33内的压力增大至预设压力时，滑动体运动至第二气孔21偏离第一气孔11，气体停止向注气筒10外流动，即：通过对第一气孔11和第二气孔21的尺寸作适当设计，例如对第一气孔11和第二气孔21沿注气筒10的轴向的尺寸作适当设计，可以使得当注气滑动体20运动至第一气孔11和第二气孔21相偏离时，测压腔33内的压力刚好等于预设压力，因此，可以通过调整第一气孔11和第二气孔21的尺寸，来对预设压力进行调整。
[0072]
在本发明的一实施方式中，如图3和图4所示，连接机构40包括传动缸50和阀门60；传动缸50包括固接于注气筒10的传动缸体51和设于传动缸体51内的传动活塞52；传动活塞52与注气滑动体20连接，能够带动注气滑动体20相对于注气筒10运动；传动缸体51内设有分别位于传动活塞52两侧的传动腔53和压力腔54；传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间和注气滑动体20的内部空间中的一个连接；测压活塞32与阀门60连接，测压腔33内达到预设压力时，测压活塞32能够使阀门60切换至打开状态，使得传动活塞52受气压驱使带动注气滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11。
[0073]
该实施方式中，注气滑动体20在传动活塞52的驱使下运动，测压活塞32可以对传动活塞52的动作进行控制。传动缸50中，传动腔53和压力腔54的气压情况，决定了传动活塞52的运动方向和传动活塞52在传动缸50中的位置；根据开始注气时传动腔53和压力腔54的气压情况，对第一气孔11和第二气孔21的尺寸作适当设计，可以使得在开始注气时，第一气孔11与第二气孔21为相重叠。
[0074]
传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间和注气滑动体20的内部空间中的一个连接，开始注气时，阀门60为关闭状态，传动腔53保持封闭；阀门60的打开受到测压活塞32的控制。在注气时，注气滑动体20的内部空间的压力较高，随着注气的进行，注气筒10的外部空间的压力也升至较高。当注气筒10的外部空间和测压腔33内的压力达到预设压力时，测压活塞32使阀门60切换至打开状态，由于气流的流速较快，传动腔53内气压会以较快的速度升至与注气滑动体20的内部空间的压力相等，或者与注气筒10的外部空间的压力相等，传动腔53内气压的变化，会驱使传动活塞52动作，传动活塞52带动注气滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11，停止向储层注气。
[0075]
相较于由测压活塞32直接驱动注气滑动体20运动，注气滑动体20随测压活塞32逐渐运动的实施方式，该实施方式中，测压活塞32控制阀门60的打开，使传动腔53内气压以较快速度发生变化，驱使传动活塞52以较快的速度动作，并带动注气滑动体20，实现停止注气。采用该实施方式，可以提高注气滑动体20的动作速度，使得在注气筒10的外部空间的压力达到预设压力时，注气滑动体20以较快的速度动作，实现停止注气。
[0076]
传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间和注气滑动体20的内部空间中的一个连接，即：传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间连接，或者传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接。两种情况存在差异。
[0077]
在传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间连接的情况下，在注气筒10的外部空间的压力小于预设压力时，阀门60为关闭状态，传动腔53内的压力不受影响；当注气筒10的外部空间的压力升至预设压力时，阀门60在测压活塞32的作用下打开，传动腔53与注气筒10的外部空间连通，传动腔53内的压力升至与注气筒10的外部空间的压力一致，接近或者等于预设压力。
[0078]
在传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接的情况下，在注气筒10的外部空间的压力小于预设压力时，阀门60为关闭状态，传动腔53内的压力不受影响；当注气筒10的外部空间的压力升至预设压力时，阀门60在测压活塞32的作用下打开，传动腔53与注气滑动体20的内部空间连通，传动腔53内的压力升至与注气滑动体20的内部空间的压力一致。地面通过油管向注气滑动体20的内部空间输送气体，相较于注气筒10的外部空间的压力，注气滑动体20的内部空间的压力比较高，且更加稳定，易于控制，有利于驱使传动活塞52稳定顺畅地动作。
[0079]
优选地，如图3和图4所示，传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接。下面以传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接的情况为例，对连接机构40作进一步说明。压力腔54的结构形式不限于一种，下面举例说明。
[0080]
在一实施例中，压力腔54保持封闭状态，开始注气时，压力腔54和传动腔53均为封闭状态，传动活塞52的位置保持稳定，可以使第一气孔11和第二气孔21保持完全重合的状态；在组装该注气防窜装置时，可以对压力腔54和传动腔53的初始压力进行设定，使该初始压力小于预设压力。当注气筒10的外部空间的压力升至预设压力时，阀门60打开，传动腔53的压力随之升至预设压力，驱使传动活塞52带动注气滑动体20一起运动。在该实施例子中，注气筒10的外部空间的压力达到预设压力前，传动腔53和压力腔54的压力保持稳定，注气滑动体20的位置也保持稳定，可以使第一气孔11和第二气孔21保持完全重合的状态，便于气体顺畅地流向储层，提高注气效率。
[0081]
在另一实施例中，压力腔54与注气筒10的外部空间和注气滑动体20的内部空间中的一个相连通，即：压力腔54与注气筒10的外部空间相连通，或者压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通。在该实施例中，传动缸50包括传动弹簧55，传动弹簧55与传动活塞52连接。
[0082]
具体地，在一实施方式中，压力腔54可以为由传动缸体51与传动活塞52构造的腔室结构，该腔室结构仅通过一孔与外界连通，该孔的第一端与压力腔54连通，该孔的第二端与外界连通，当该孔的第二端是与注气筒10的外部空间连通时，则该实施方式为压力腔54与注气筒10的外部空间相连通的情况；当该孔的第二端是与注气滑动体20的内部空间连通时，则该实施方式为压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通的情况。
[0083]
在另一实施方式中，如图3和图4所示，传动缸体51设于注气滑动体20的内部空间内，压力腔54的下端为敞开的结构，压力腔54与注气滑动体20的内部空间为一体的腔室，该实施方式为压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通的情况。
[0084]
在压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通的情况下，在开始注气时，地面通过油管向注气滑动体20的内部空间输送气体，注气滑动体20的内部空间和压力腔54的压力以较快的速度升至较高的状态，通过在组装时，对传动腔53的初始压力作适当设定，使得注气时，如图4和图7所示，传动弹簧55对传动活塞52施加沿传动腔指向压力腔的方向561的弹
簧力，传动腔53内的压力小于压力腔54内的压力，该弹簧力与传动腔53内的压力一起作用于传动活塞52，来与压力腔54内的压力保持平衡。
[0085]
当注气筒10的外部空间和测压腔33内的压力达到预设压力时，测压活塞32使阀门60打开，传动腔53与注气滑动体20的内部空间连接，传动腔53和压力腔54均与注气滑动体20的内部空间相连通，两者的压力一致，此时，如图4和图8所示，传动活塞52的两侧受到的气压相等，传动活塞52在传动弹簧55的弹簧力的作用下，沿传动腔指向压力腔的方向561运动，传动活塞52的运动行程由传动弹簧55的变形量决定，通过对传动弹簧55的变形量作适当设计，可以使传动活塞52具有较大的运动行程。
[0086]
在压力腔54与注气筒10的外部空间相连通的情况下，在开始注气时，压力腔54与注气筒10的外部空间的压力较小，随着注气的进行，压力腔54与注气筒10的外部空间的压力逐步升高；在这个过程中，阀门60为关闭状态。因此，随着注气的进行，传动活塞52会受气压驱使沿压力腔指向传动腔的方向562运动。通过对第一气孔11和第二气孔21的尺寸作适当设计，使得从开始注气至压力腔54与注气筒10的外部空间的压力升高至预设压力的过程中，第一气孔11与第二气孔21一直保持相重叠，注气滑动体20的内部空间的气体一直能够通过第一气孔11和第二气孔21流向注气筒10的外部空间。
[0087]
通过在组装时，对传动腔53的初始压力作适当设定，使得在开始注气时，传动弹簧55对传动活塞52施加沿传动腔指向压力腔的方向561的弹簧力，传动腔53内的压力小于压力腔54内的压力，该弹簧力与传动腔53内的压力一起作用于传动活塞52，来与压力腔54内的压力保持平衡。随着注气的进行，压力腔54的压力逐步升高，传动活塞52沿压力腔指向传动腔的方向562运动，传动腔53的压力逐步升高，传动弹簧55的变形量逐步增大，弹簧力逐步增大。
[0088]
当注气筒10的外部空间和测压腔33内的压力达到预设压力时，压力腔54的压力也达到预设压力；同时，测压活塞32使阀门60打开，传动腔53与注气滑动体20的内部空间连接，传动腔53的压力升高至与注气滑动体20的内部空间的压力保持一致。此时，传动缸50中，在传动腔指向压力腔的方向561，传动腔53的压力和弹簧弹力一起作用于传动活塞52；在压力腔指向传动腔的方向562，压力腔54的压力作用于传动活塞52。由于注气滑动体20的内部空间的压力通常不会小于注气筒10的外部空间的压力，因此，传动腔53的压力通常不会小于压力腔54的压力，此时，传动活塞52会受力沿传动腔指向压力腔的方向561运动，该运动的行程主要受传动弹簧55的变形量影响。通过上述对传动腔53的初始压力作适当设定，使得在开始注气时，传动弹簧55对传动活塞52施加沿传动腔指向压力腔的方向561的弹簧力，这样可以增大传动活塞52的该运动的行程，使得传动活塞52能够带动注气滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11，实现停止注气。在该情况下，从开始注气，随着注气的进行，至达到预设压力，第一气孔11与第二气孔21可以如图12所示的发生相对移动。
[0089]
优选地，如图3和图4所示，压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通，可以使得在注气过程中注气滑动体20的位置保持稳定，第一气孔11与第二气孔21的相对位置保持稳定，有利于使注气更加平稳顺畅。
[0090]
在注气时，传动弹簧55对传动活塞52施加沿传动腔指向压力腔的方向561的弹簧力，以在阀门60切换为打开状态时，通过传动弹簧55施加的该弹簧力，提供传动活塞52沿传动腔53向压力腔54运动的动力。传动弹簧55与传动活塞52连接，可以随传动活塞52移动运
动，在注气时，传动弹簧55产生的变形，可以为压缩，也可以为拉伸。如图4所示，传动弹簧55可以设于传动腔53内，传动弹簧55的一端与传动活塞52抵接，另一端抵接于传动腔53的内壁，在注气时，传动弹簧55处于压缩状态；传动弹簧55也可以设于压力腔54内，传动弹簧55的一端与传动活塞52抵接，另一端抵接于压力腔54的内壁，在注气时，传动弹簧55处于拉伸状态。
[0091]
在本发明的一实施方式中，连接机构40包括超越离合器70，如图3所示，传动活塞52通过超越离合器70与注气滑动体20连接；当传动活塞52沿压力腔指向传动腔的方向562运动时，超越离合器70能够卸除传动活塞52向注气滑动体20施加的驱动力；当传动活塞52沿传动腔指向压力腔的方向561运动时，传动活塞52能够通过超越离合器70带动注气滑动体20一起运动。
[0092]
在压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通的情况下，该注气防窜装置下入至储层后，地面通过油管向注气滑动体20的内部空间输送气体，在起始阶段，注气滑动体20的内部空间的气压会逐渐增大，压力腔54的气压也逐渐增大，使得传动活塞52在这个过程中，会沿压力腔指向传动腔的方向562运动。通过设置超越离合器70，可以在传动活塞52沿压力腔指向传动腔的方向562运动的过程中，使注气滑动体20保持静止不动，便于实现在注气时使第二气孔21与第一气孔11保持完全重合的状态，保障注气的平稳顺畅。
[0093]
在压力腔54与注气筒10的外部空间相连通的情况下，在注气的过程中，注气筒10的外部空间的气压会逐渐增大，压力腔54的气压也逐渐增大，使得传动活塞52在整个注气的过程中，会沿压力腔指向传动腔的方向562运动。通过设置超越离合器70，可以在传动活塞52沿压力腔指向传动腔的方向562运动的过程中，使注气滑动体20保持静止不动，有利于使在注气的过程中，第二气孔21与第一气孔11保持完全重合的状态，保障注气的平稳顺畅。
[0094]
通过超越离合器70，来实现了传动活塞52与注气滑动体20之间的单向传动。超越离合器70可以采用以下结构：如图3和图5所示，超越离合器70包括离合器座体71、离合杆72、离合器弹簧74和至少两个滚动体73，离合器座体71设有凹槽711，凹槽711的侧壁具有离合导向部712，离合导向部712沿凹槽的顶部指向凹槽的底部的方向713向内倾斜；滚动体73设置于凹槽711内，离合杆72穿插于至少两个滚动体73之间，离合器弹簧74与滚动体73连接，能够向滚动体73施加沿凹槽的顶部指向凹槽的底部的方向713的作用力，使滚动体73具有抵接于离合导向部712的趋势；离合器座体71安装于注气滑动体20，离合杆72与传动活塞52连接，注气滑动体20上设有上凸耳体221，离合器座体71安装于上凸耳体221。如图5所示，滚动体73在离合器弹簧74的作用下，与离合导向部712抵接，受到离合导向部712的导向作用，两个滚动体73具有向内运动的趋势，从而相靠近，将离合杆72夹紧，滚动体73与离合杆72之间可以产生摩擦力。
[0095]
请参照图5，以凹槽的顶部指向凹槽的底部的方向713为向下的方向，以凹槽的底部指向凹槽的顶部的方向714为向上的方向。当离合杆72向下运动时，离合杆72对滚动体73的摩擦力的方向为向下，在该摩擦力的作用下，会使两个滚动体73具有向下运动的趋势，在离合导向部712的作用下，两个滚动体73具有继续向内运动的趋势，从而增大了两个滚动体73对离合杆72的夹紧力，使滚动体73与离合杆72之间的摩擦力增大，阻止离合杆72相对于滚动体73向下运动，因此实现了离合杆72可以带动滚动体73、离合器座体71、以及注气滑动体20一起向下移动。
[0096]
当离合杆72向上运动时，离合杆72对滚动体73的摩擦力的方向为向上，使两个滚动体73具有向上运动的趋势，从而远离离合导向部712，两个滚动体73对离合杆72的夹紧力减小，使滚动体73与离合杆72之间的摩擦力减少，离合杆72可以相对于滚动体73向上运动，因此卸除了传动活塞52向注气滑动体20施加的驱动力，实现了传动活塞52向上运动时，注气滑动体20保持静止不动。
[0097]
具体地，滚动体73的结构形式可以有多种，例如：滚动体73可以为球体，球体的数量不少于两个，可以为2个、3个或者4个，多个球体绕离合杆72分布。滚动体73还可以为滚柱731，滚柱731的数量不少于两个，如图5所示，两个滚柱731分布于离合杆72的两侧；滚动体73的数量还可以为4个或者6个，多个滚柱731可以沿离合杆72分布有多层。进一步地，超越离合器70还包括滚动体保持架75，滚动体73安装于滚动体保持架75，离合器弹簧74的上端与离合器座体71连接，另一端与滚动体保持架75连接。
[0098]
阀门60能够受到测压活塞32的控制，在测压活塞32的作用下切换至打开状态，且在常态时保持关闭状态，阀门60的结构形式不限于一种。如图4所示，阀门60可以采用以下结构：阀门60包括阀体61、球头63和阀门弹簧64，阀体61设有阀门连接孔62，阀门连接孔62的一端与传动腔53连通，阀门连接孔62的另一端与注气筒10的外部空间和注气滑动体20的内部空间中的一个连通，阀门弹簧64与球头63连接，且具有驱使球头63运动至封堵阀门连接孔62的趋势；测压活塞32能驱使球头63远离阀门连接孔62。具体地，阀门连接孔62与注气筒10的外部空间连通，则为传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间连接的情况；如图3和图4所示，阀门连接孔62与注气滑动体20的内部空间连通，则为传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接的情况。
[0099]
阀体61包括阀体外筒612和阀体内筒611，阀体外筒612设有阀体通孔，阀门连接孔62设于阀体内筒611，阀体内筒611固设于阀体通孔中，球头63设于阀门连接孔62，且位于内侧，阀门弹簧64的两端分别与阀体外筒612和球头63抵接。阀体内筒611和阀体外筒612之间可以采用螺纹连接，以便于阀门60的组装。
[0100]
进一步地，测压缸30包括测压调节杆35，如图3和图4所示，测压调节杆35安装于测压活塞32，测压活塞32能带动测压调节杆35运动至与球头63抵接，且推动球头63远离阀门连接孔62；测压调节杆35安装于测压活塞32上的位置可调，以调整测压调节杆35距球头63的距离。测压活塞32带动测压调节杆35一起移动，测压调节杆35可以移动至与球头63抵接且推动球头63远离阀门连接孔62，球头63与阀门连接孔62之间产生可供气流通过的缝隙，此时阀门60切换为打开状态。
[0101]
测压活塞32的一侧为封闭腔34，另一侧为与注气筒10的外部空间连通的测压腔33，测压腔33的气压增大时，测压活塞32向封闭腔34移动，使封闭腔34的空间减小，当封闭腔34的气压增大至与测压腔33的气压平衡时，测压活塞32停止移动。通过调整测压调节杆35距球头63的距离，来调整测压调节杆35移动至与球头63抵接且推动球头63远离阀门连接孔62(即阀门60切换为打开状态)时，测压活塞32所需要移动的行程的长度，从而对阀门60切换为打开状态时的测压腔33的气压进行调整，即对预设压力进行调整。
[0102]
具体地，如图3所示，测压调节杆35可以螺纹连接于测压活塞32，转动测压调节杆35，可以对测压调节杆35安装于测压活塞32的位置进行调整。优选地，测压调节杆35上设有刻度351，以便于根据刻度351来调节预设压力，实现调节测压缸30的灵敏度。
[0103]
作为另一种实施方式，如图10所示，阀门60包括阀门管体65和阀芯66，阀门管体65的两端分别与注气滑动体20的内部空间和传动腔53连通，阀门管体65的侧壁设有阀门孔651，阀芯66设于该阀门孔651。阀芯66上设有阀芯通孔661，测压活塞32与阀芯66连接，可以带动阀芯66运动，当阀芯66运动至阀芯通孔661位于阀门管体65内时，阀门管体65的两端通过该阀芯通孔661实现连通；当阀芯66运动至阀芯通孔661位于阀门管体65外时，阀门管体65的两端被阀芯66所阻隔。
[0104]
在本发明的一实施方式中，注气防窜装置包括滑动体弹簧81，滑动体弹簧81的第一端与注气筒10连接，滑动体弹簧81的第二端与注气滑动体20连接。滑动体弹簧81对注气滑动体20起到支撑作用下，同时，滑动体弹簧81可以被压缩，为注气滑动体20向下运动提供运动空间。注气滑动体20的上端通过连接机构40与测压活塞32连接，注气滑动体20的下端与滑动体弹簧81连接，可以使注气滑动体20的位置更加稳定，运动更加平稳。具体地，注气滑动体20的下部设有下凸耳体222，滑动体弹簧81的第二端抵接于该下凸耳体222。
[0105]
在该注气防窜装置具有超越离合器70的情况下，在传动活塞52静止时，可以通过超越离合器70阻止注气滑动体20向上运动，优选地，在组装该注气防窜装置时，通过对滑动体弹簧81进行调整，使得在该注气防窜装置下入井中，且未开始注气时，滑动体弹簧81的弹力刚好能够克服注气滑动体20的重力，并且第一气孔11与第二气孔21保持重合，这样，在注气过程中，传动活塞52向上运动时，可以减少注气滑动体20向上运动，以使第一气孔11与第二气孔21的相对位置保持稳定，有利于注气的平稳顺畅。
[0106]
上面已经对注气滑动体20的运动方式作了说明：注气滑动体20相对于注气筒10的运动可以为沿注气筒10的轴向的移动，也可以为绕注气筒10的轴线的转动。注气滑动体20绕注气筒10的轴线的转动，可以通过将移动运动转化为转动运动来实现。
[0107]
在本发明的一实施方式中，如图3所示，传动腔53、传动活塞52和压力腔54沿从上往下的方向依次分布，传动活塞52能够受气压驱使带动注气滑动体20沿注气筒10的轴向向下移动至第二气孔21偏离第一气孔11。采用该结构形式，方便通过传动活塞52沿注气筒10的轴向的运动，来带动注气滑动体20沿注气筒10的轴向的移动。
[0108]
进一步地，如图3和图4所示，测压缸30、传动缸50、和注气滑动体20从上往下分布，采用该结构形式，更方便组装，并且有利于使注气滑动体20内具有较大的供气体流动的空间。
[0109]
如图1和图3所示，该注气防窜装置包括转接盘82，转接盘82安装于注气筒10的上部，传动缸50安装于转接盘82的上部，测压缸30安装于传动缸50的上部，采用该结构形式，更方便组装。进一步地，测压缸体31的上部固接有上端盖83，注气筒10的下部固接有下端盖84，通过上端盖83和下端盖84，方便将该注气防窜装置与油管串联，或者多个该注气防窜装置进行串联。
[0110]
在本发明的一实施方式中，注气防窜装置包括多个测压缸30和多个与测压缸30一一对应的连接机构40，多个测压缸30绕注气筒10的轴线圆周分布。测压缸30中，测压腔33设有与注气筒10的外部空间连通的测压气孔331；优选地，测压气孔331上安装有防砂网332，以阻隔外界砂石进入测压缸30内。
[0111]
注气滑动体20的结构形式可以有多种，例如：注气滑动体20可以为一整体的圆筒。在本发明的一实施方式中，如图2和图3所示，注气滑动体20可以呈圆弧块状，注气防窜装置
包括多个呈圆弧块状的注气滑动体20，多个注气滑动体20绕注气筒10的轴线圆周分布。具体地，多个注气滑动体20与多个测压缸30和多个连接机构40一一对应，各个测压缸30中的测压活塞32可以分别带动相对应的注气滑动体20运动。如图2所示，注气筒10的内壁设有t形滑槽体12，注气滑动体20安装于相邻的两个t形滑槽体12之间。注气筒10与注气滑动体20之间涂有脂类润滑剂，可起到密封作用。
[0112]
为了便于理解，下面以图1所示的注气防窜装置为例，对其工作过程作说明。图1所示的注气防窜装置，传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接，并且，压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通。
[0113]
(1)将该注气防窜装置下入储层；
[0114]
(2)从地面通过油管向注气滑动体20的内部空间输送气体，在注气的起始阶段，注气滑动体20的内部空间的气压以较快的速度升高，压力腔54的气压同步升高，驱动传动活塞52向上移动，由于设有超越离合器70，注气滑动体20未随传动活塞52一起向上移动，第一气孔11与第二气孔21保持重叠；
[0115]
(3)在注气滑动体20的内部空间的气压稳定后，传动活塞52的位置也保持稳定；
[0116]
(4)持续输送气体，注气滑动体20的内部空间的气体，通过相重叠的第一气孔11与第二气孔21，流向注气筒10的外部空间，即注入储层；
[0117]
(5)随着气体流入注气筒10的外部空间，其气压逐渐升高，测压腔33的气压也同步升高，驱动测压活塞32向下移动，测压活塞32带动测压调节杆35向下靠近阀门60中的球头；
[0118]
(6)在测压调节杆35靠近至与球头63抵接，且推动球头63远离阀门连接孔62之前，阀门60保持关闭状态，传动腔53内的气压保持稳定，传动活塞52的位置也保持稳定；
[0119]
(7)注气筒10的外部空间和测压腔33的气压升高至预设压力时，测压活塞32带动测压调节杆35运动至与球头63抵接，且推动球头63远离阀门连接孔62，此时，阀门60打开，传动腔53内的气压以较快的速度升高至与注气滑动体20的内部空间的气压一致，驱使传动活塞52向下移动，传动活塞52通过超越离合器70带动注气滑动体20向下移动，使第一气孔11与第二气孔21相偏离，停止向储层注气。
[0120]
该注气防窜装置，在注气筒10的外部空间的气压达到预设压力之前，第一气孔11与第二气孔21保持重叠状态，且未发生相对移动，可以保持完全重合的状态，有利于向储层注气；在注气筒10的外部空间的气压达到预设压力时，可以快速响应，使第一气孔11与第二气孔21相偏离，停止向储层注气。
[0121]
根据上面的分析，该注气防窜装置可以包括以下实施方式：
[0122]
(1)传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接，并且，压力腔54保持封闭状态；
[0123]
(2)传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接，并且，压力腔54与注气滑动体20的内部空间相连通；
[0124]
(3)传动腔53通过阀门60与注气滑动体20的内部空间连接，并且，压力腔54与注气筒10的外部空间相连通；
[0125]
(4)传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间连接，并且，压力腔54保持封闭状态；
[0126]
(5)传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间连接，并且，压力腔54与注气滑动
体20的内部空间相连通；
[0127]
(6)传动腔53通过阀门60与注气筒10的外部空间连接，并且，压力腔54与注气筒10的外部空间相连通。
[0128]
上面已经对传动腔53和压力腔54采用不同的连接方式，所对应的工作方式作了说明，在此不再赘述。
[0129]
实施例二
[0130]
本发明提供了一种储层注气管柱，包括：油管和至少一个上述的注气防窜装置，油管与至少一个注气防窜装置串联连接。
[0131]
该储层注气管柱中，注气防窜装置的数量可以为一个，也可以为多个。多个注气防窜装置与油管串联连接。在一些情况下，油藏中具有多个间隔分布的储层，各个储层所适合的注气压力存在区别，使用该具有多个注气防窜装置的储层注气管柱，可以对各个注气防窜装置的预设压力分别进行设定，以与相对应的储层相匹配。注气过程中，各个注气防窜装置在达到预设压力时，自动停止注气，方便根据储层特点对注气压力进行灵活设置，避免注入储层的气体的压力过大而发生窜气，同时，有利于保障对各个储层进行充分注气，提高注气的效果，可以有效补充井下气压。该储层注气管柱中的各个注气防窜装置可以自动停止注气，使井下注气过程可以变为由近及远的逐个完成注气，杜绝了由压降而产生的注气不均匀性的问题。该注气防窜装置采用机械结构来实现控制，提高了对井下复杂工况的适应性。
[0132]
实施例三
[0133]
本发明提供了一种储层注气方法，采用上述的储层注气管柱，如图6～图8和图11所示，该储层注气方法包括：步骤s10，将储层注气管柱下入井中；步骤s20，向储层注气管柱注入气体，并使第二气孔21与第一气孔11相重叠，储层注气管柱内的气体通过相重叠的第一气孔11和第二气孔21流向注气筒10的外部空间，进入储层；步骤s30，注气筒10的外部空间的压力升高至预设压力，驱使测压活塞32运动，测压活塞32通过连接机构40带动注气滑动体20运动至第二气孔21偏离第一气孔11，储层注气管柱内的气体停止流向注气筒10的外部空间。
[0134]
该储层注气方法，可以实现在达到预设压力后，自动停止注气，有利于避免注入储层的气体的压力过大而发生窜气，同时，有利于保障对各个储层进行充分注气，可以有效补充井下气压。
[0135]
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。