落鱼定位仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种落鱼定位仪，包括多个呈直线等距排列在衬板上的超声探头，驱动衬板旋转的自旋步进电机，以及安装于衬板上的电子罗盘；所述每个超声探头、自旋步进电机、电子罗盘分别连接用于与上位机通信的MCU主控板。将本实用新型专利技术沿钻孔送入井中，利用电子罗盘和超声探头可以实时获取井下落鱼探测数据，并通过MCU主控板实时将探测数据传给上位机做进一步处理得到落鱼鱼顶的位置,这样上位机在本实用新型专利技术的辅助下可以大大提高落鱼打捞的进度，克服打捞的盲目性；超声探头能在液体中进行测距，适用于国内油水井落鱼的打捞；所选用的元器件、电路设计及保护，适合于在地下高温高压的泥浆等复杂环境下正常工作。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种落鱼定位仪，用于对在钻井过程中的落鱼(断落的钻头和钻具)进行定位。
技术介绍
在石油钻井过程中，由于钻具存在伤口，长期受交变应力作用发生疲劳、钻柱被卡后未能及时发现，钻具会被提断或扭断，地层中含有的H2S气体会导致钻铤“氢脆”等强度破坏。经过对濮阳油田、长庆油田等钻井队工作人员的调研，以及国内外相关文献进行检索发现，钻井过程中的断钻情况时有发生，国内外对于此类事故的处理方式类似：1)如果钻井过程中没有形成大肚子井眼，或鱼顶不在大肚子井眼范围内，此时鱼顶不会偏移出钻孔，根据钻杆断裂的部位和断裂方式，选择相应的传统打捞技术如公锥、母锥、强磁、套筒、磨铣、机械手抓取等方式，可以快速完成落鱼打捞；2)如果鱼顶位置正好处于大肚子井眼范围内，由于泥浆具有一定的粘滞性，鱼顶不会很快发生偏移，目前的解决方法是在最短的时间内进行打捞。如果拖延超过一定的时间，受重力、水流等因素的影响，鱼顶偏移出钻孔，而现有的打捞技术都是在已知鱼顶位置时才能实现快速打捞，若落鱼具体位置无法预测，此时只能依靠经验进行摸索式的试探性打捞，盲目性大，打捞难度高，成本高，周期长，影响总体工期进度。国外在打捞工具的研制方面开发的井下视频电视测卡仪，能看到井底全貌但还是无法确定落鱼的具体位置，而且对深度有限制，一般为2000m以内，价格昂贵，实用性不强。国内油水井在实际操作打捞时，由于油井的种类越来越多，落鱼的种类也不尽相同,打捞的难度也不断增加，技术落后，弊端日益显现，打捞工艺和流程无法满足实际需求。现在的超声波检测产品往往都不是用在水中，无法在水中进行测距；对于泥浆中检测方面仅限于在钻井过程中对于钻杆距离井壁的距离方面的应用，做出一些简单预警方案，很少有产品。虽然探测落鱼过程中采用电磁感应技术探测磁性头的位置，但是只能估计大概的位置，在打捞过程中仅起到辅助作用，仍然无法克服落鱼打捞的盲目性。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于提供一种能提高落鱼打捞效率、实时性好、适应井下复杂打捞环境的落鱼定位仪，以解决现有技术存在的问题。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：一种落鱼定位仪，包括多个呈直线等距排列在衬板上的超声探头，驱动衬板旋转的自旋步进电机，以及安装于衬板上的电子罗盘；所述每个超声探头、自旋步进电机、电子罗盘分别连接用于与上位机通信的MCU主控板。自旋步进电机通过光轴与衬板连接。所述的落鱼定位仪还包括一个圆筒型外壳，自旋步进电机固定在圆筒型外壳顶部；光轴一端连接自旋步进电机，光轴另一端从圆筒型外壳底部伸出与衬板连接。在圆筒型外壳内部还设置有一个防止光轴偏心旋转的承接平台。承接平台固定在圆筒型外壳的内部边缘上；承接平台上设置有安装在光轴上的轴承。MCU主控板包括MCU控制器，MCU控制器将产生的PWM脉冲信号输出到脉冲放大电路，脉冲放大电路接收PWM脉冲信号并输出高压脉冲信号到超声探头，超声探头接收所述高压脉冲信号并发射超声波；超声探头将接收到的回波信号经过带通滤波器电路滤波放大后，再通过对数放大电路或定时器捕获/外部中断方式电路采样后输送到MCU控制器；电子罗盘、自旋步进电机分别与MCU控制器连接；MCU控制器还连接用于与上位机通信的通讯模块。所述MCU控制器采用STM32F407VG主控芯片。所述每个超声探头采用外加耐压防护罩的超声换能器。所述电子罗盘采用倾角补偿式三维电子罗盘。将本技术沿钻孔送入井中，在自旋步进电机的旋转下利用电子罗盘和超声探头可以实时获取井下落鱼探测数据，并通过MCU主控板实时将探测数据传给上位机，本技术为上位机进一步计算落鱼鱼顶的位置提供了获取落鱼方位的第一手数据资料,上位机在本技术的辅助下可以大大提高落鱼打捞的进度，克服打捞的盲目性；超声探头能在液体中进行测距，适用于国内油水井落鱼的打捞；所选用的元器件、电路设计及保护，适合于在地下高温高压的泥浆等复杂环境下正常工作。附图说明图1为钻井落鱼示意图。图2为本技术的落鱼定位仪的主视图。图3为本技术的落鱼定位仪的侧视图。图4为本技术的电路原理图。图5为本技术的MCU主控板的24V转5V电路原理图。图6为本技术的MCU主控板的5V转3.3V电路原理图。图7为本技术的STM32F407VG主控芯片的电路原理图。图8为本技术的MCU主控板的PWM脉冲波反向输出电路原理图图9为本技术的MCU主控板的SSP脉冲启动变压器升压电路原理图。图10为本技术的MCU主控板的带通滤波器电路原理图。图11为本技术的MCU主控板的对数放大电路原理图。图12为本技术的MCU主控板的定时器捕获/外部中断方式电路原理图。图13为本技术的MCU主控板的LED指示模块电路原理图；其中，图13(a)为红色LED指示灯电路原理图，图13(b)为绿色LED指示灯电路原理图。图14为本技术的MCU主控板的驱动电路板供电电路原理图；其中，图14(a)为驱动电路板24V电源供电电路原理图，图14(b)为驱动电路板5V电源供电电路原理图。图15为本技术的MCU主控板的JLINK下载接口电路原理图。图16为落鱼的受力模型图。图17为落鱼某点斜率计算示意图。图18为落鱼在水平井中建立的坐标系进行数学计算的函数模型的示意图。图19为落鱼斜置时悬臂梁模型图。图20为XOY坐标系、X'OY'坐标系和X”O'Y”坐标系建立示意图。图21为落鱼产生在水平井时的打捞过程及建立坐标系后的示意图。图22为落鱼产生在垂直井的打捞过程及建立坐标系后的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。本技术提供一种落鱼定位仪，参见图2至图3，包括超声探头1、自旋步进电机2、承接平台3、圆筒型外壳4、衬板5、光轴6、电子罗盘7、MCU主控板；每个超声探头1、自旋步进电机2、电子罗盘分别连接用于与上位机通信的MCU主控板。超声探头1，包括多个，根据需要进行设置，这里具体设置为4个，呈直线等距自上而下排列在衬板5上；四个超声探头分别用于在垂直于衬板的方向上测量到落鱼的距离，通过这四个超声探头测量到的距离值来计算探测位置处落鱼斜率的平均值(图18所示建立的XOY坐标系中落鱼的斜率，Q表示每次落鱼定位仪下降的深度)，从而得到该探测位置处落鱼的倾角(落鱼与探测方向的夹角)。自旋步进电机2，固定在圆筒型外壳4顶部上，驱动衬板5旋转。承接平台3，固定在圆筒型外壳4的内部边缘上，承接平台3上设置有安装在光轴6上的轴承。通过承接平台3可以防止光轴偏心旋转。光轴6上设置有防止光轴偏心旋转的承接平台3，光轴6的一端连接自旋步进电机2，光轴6的另一端从圆筒型外壳4底部伸出并与衬板5连接。电子罗盘7，安装于衬板上，固定在衬板上方。自旋步进电机2与MCU主控板连接，每个超声探头1通过驱动板与MCU主控板连接，MCU主控板连接上位机；驱动板需要3.3V(VDD)、5V、24V电源：其中5V和24V由MCU主控板的24V转5V电路(参见图5)提供，3.3V由主控板的5V转3.3V电路(参见图6)提供，是通过转压芯片LM1117及相应RC电路(增加稳定性)将5V电压转变成3.3V。MCU主控板包括MCU控制器，MCU控制器采用ST本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种落鱼定位仪，其特征在于:包括多个呈直线等距排列在衬板上的超声探头，驱动衬板旋转的自旋步进电机，以及安装于衬板上的电子罗盘；所述每个超声探头、自旋步进电机、电子罗盘分别连接用于与上位机通信的MCU主控板。

【技术特征摘要】
1.一种落鱼定位仪，其特征在于:包括多个呈直线等距排列在衬板上的超声探头，驱动衬板旋转的自旋步进电机，以及安装于衬板上的电子罗盘；所述每个超声探头、自旋步进电机、电子罗盘分别连接用于与上位机通信的MCU主控板。2.根据权利要求1所述的落鱼定位仪，其特征在于：自旋步进电机通过光轴与衬板连接。3.根据权利要求2所述的落鱼定位仪，其特征在于：还包括一个圆筒型外壳，自旋步进电机固定在圆筒型外壳顶部；光轴一端连接自旋步进电机，光轴另一端从圆筒型外壳底部伸出与衬板连接。4.根据权利要求3所述的落鱼定位仪，其特征在于：在圆筒型外壳内部还设置有一个防止光轴偏心旋转的承接平台。5.根据权利要求4所述的落鱼定位仪，其特征在于：承接平台固定在圆筒型外壳的内部边缘上；承接平台上设置有安装在光轴上的轴承。6.根据权利要求1所述的落...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴红星，张仁良，乔陆，张晓煜，陈静，李加彦，李冰，王一方，刘刚，王延昆，万里瑞，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：新型
国别省市：河南;41