[发明专利]采气用柱塞井下运行状态跟踪系统及其工作方法

权利要求书

1.一种柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，所述柱塞包括柱塞本体和仪器工作筒总成，其特征在于，该系统包括地面监测子系统及安装于所述仪器工作筒总成内的柱塞监测子系统，所述柱塞监测子系统接受所述地面监测子系统的控制，所述地面监测子系统实时采集油管内传送的声波脉冲信号，进行处理分析后得到柱塞运行参数，用以实时获取柱塞运行状态，所述仪器工作筒总成包括打捞头、减震弹簧、压帽、仪器工作筒本体及所述柱塞监测子系统，所述柱塞监测子系统的两端各有一组所述减震弹簧和所述压帽的组合体，用于对柱塞监测子系统进行定位，并起到缓冲减震的作用。

2.如权利要求1所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，其特征在于，所述地面监测子系统是对柱塞与油管接箍位置接触而产生的声波脉冲信号进行实时采集和测量，获取柱塞运行参数，以识别柱塞运行状态。

3.如权利要求1或2所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，其特征在于，所述柱塞监测子系统接受所述地面监测子系统的控制发送声波脉冲信号，并利用油管内的流体介质作为声波传输介质。

4.如权利要求1所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，其特征在于，所述仪器工作筒总成内还容设有采样设备、油压/套压传感器及/或温度传感器。

5.如权利要求1所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，其特征在于，所述柱塞的下端装设有柱塞旁通阀，用于加快柱塞在油管内的下行速度。

6.如权利要求1所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，其特征在于，所述地面监测子系统包括柱塞运行处理模块、地面显示设备、地面系统电源、地面声波发射器和地面声波接收器；其中，所述柱塞运行处理模块与地面监测子系统的其他各组成部分耦接，控制所述地面声波发射器和地面声波接收器的动作；柱塞运行处理模块将处理后的波形信息传至地面显示设备上，现场操作人员能够根据实时的柱塞运行状态信息向系统发出各种控制干预指令，调整、优化系统的生产参数。

7.如权利要求1所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪系统，其特征在于，所述柱塞监测子系统包括柱塞系统电源、柱塞声波发射器、柱塞声波接收器、输入输出设备、柱塞系统时钟、柱塞控制器和编码模块；所述柱塞控制器与所述柱塞监测子系统的其他模块相耦接；所述输入输出设备包括能够井下安装的传感器；所述柱塞声波发射器和柱塞声波接收器分别嵌入仪器工作筒本体的外表面，所述柱塞声波发射器是通过编码模块与所述柱塞检测子系统耦接；所述柱塞声波接收器接收地面监测子系统的控制指令，并将其传至柱塞控制器，在地面监测子系统指令的控制下，柱塞监测子系统执行相应的操作，需要发射声波脉冲时，柱塞控制器通过编码模块在柱塞系统时钟的调节下由柱塞声波发射器向地面监测子系统发射声波脉冲信号。

8.一种柱塞井下定位及运行状态跟踪方法，所述柱塞包括柱塞本体和仪器工作筒总成，其特征在于，所述仪器工作筒总成内安装有柱塞监测子系统，且所述柱塞监测子系统的两端各有一组减震弹簧和压帽的组合体，用于对柱塞监测子系统进行定位，并起到缓冲减震的作用，所述柱塞监测子系统接受地面监测子系统的控制，该方法是利用地面监测子系统对油管内传送的声波脉冲信号进行实时采集和测量，获取柱塞运行参数，以识别柱塞运行状态。

9.如权利要求8所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪方法，其特征在于，所述方法利用油管接箍脉冲监测法对柱塞状态进行跟踪，实时采集柱塞在油管内运动时与管壁的每个接箍接触摩擦而在油管中产生的声波脉冲信号，从而获得柱塞运行状态，所述油管接箍脉冲监测法包括以下一项或多项：

(a)记录柱塞每经过油管的接箍位置时声波脉冲信号发生瞬时波动的次数，由此获知柱塞经过的油管数量；

(b)由经过两个位置的时间差得到柱塞在油管内的深度及柱塞的运行速度；

(c)柱塞在进入液柱前后的声波脉冲信号显著不同，通过识别声波脉冲信号的差异判断液面的位置。

10.如权利要求8或9所述的柱塞井下定位及运行状态跟踪方法，其特征在于，所述方法利用井下-地面连续监测法对柱塞状态进行跟踪，其包括：

发射声波脉冲信号：柱塞上的声波发射器发送声波脉冲信号，所述声波脉冲信号由管内气体介质传输至井口；

接收处理声波脉冲信号：在地面接收所述脉冲信号后，并进行放大、滤波、采样频率变换处理，筛选出稳定的波型；

数据分析：所述波型经过数字信号处理器和控制器的处理、解释和计算，获得柱塞及井筒实时的各项运行参数，所述运行参数包括柱塞在油管内的深度、上下行速度、上下行加速度、落至井底的时间、进入动液面的时间、动液面的位置及/或液柱的高度。