【技术实现步骤摘要】
本专利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...
【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、电子罗盘分别与MCU主控板连接，MCU主控板连接上位机；采用如下步骤进行落鱼定位：步骤一：将落鱼定位仪沿钻孔送入井下；衬板自下而上等距设置第1超声探头、第2超声探头、……、第m超声探头，m为正整数；步骤二：当落鱼定位仪下降到达断钻深度时，由自旋步进电机控制衬板旋转以实现360度探测，边探测边行进；当探测到近似直线型物体时，则认为所述近似直线型物体为落鱼；步骤三：上位机根据电子罗盘和超声探头测得的数据计算落鱼倾角；步骤四：根据大肚子井眼中泥浆的特性以及落鱼材质，对落鱼进行受力分析，计算鱼顶位置，根据所述鱼顶位置打捞落鱼。
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
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、电子罗盘分别与MCU主控板连接，MCU主控板连接上位机；采用如下步骤进行落鱼定位：
步骤一：将落鱼定位仪沿钻孔送入井下；衬板自下而上等距设置第1超声探头、第2超声
探头、……、第m超声探头，m为正整数；
步骤二：当落鱼定位仪下降到达断钻深度时，由自旋步进电机控制衬板旋转以实现360
度探测，边探测边行进；当探测到近似直线型物体时，则认为所述近似直线型物体为落鱼；
步骤三：上位机根据电子罗盘和超声探头测得的数据计算落鱼倾角；
步骤四：根据大肚子井眼中泥浆的特性以及落鱼材质，对落鱼进行受力分析，计算鱼顶
位置，根据所述鱼顶位置打捞落鱼。
2.根据权利要求1所述的落鱼定位仪，其特征在于：设落鱼定位仪到达断钻位置点时，
与垂直于地面方向的夹角为θ，即电子罗盘测量到的俯仰角，与大肚子井眼上方的造斜角一
致；所述步骤二中探测落鱼的过程具体为：当落鱼定位仪下降到达断钻深度时，首先记录下
此时电子罗盘的俯仰角θ，然后控制落鱼定位仪继续下降，上位机控制自旋步进电机360度
旋转，若没有探测到近似直线型物体，则落鱼定位仪继续下行，设定每次下行10米，每次下
行停止后进行360度旋转衬板使超声探头扫描探测，直到探测到近似直线型物体，该近似直
线型物体即为落鱼，记录此时电子罗盘的导航角α。
3.根据权利要求2所述的落鱼定位仪，其特征在于：所述步骤三中计算落鱼倾角的过程
如下：重复控制落鱼定位仪下行并探测，直至下行至超声探头与探测到的近似直线型物体
达到探测盲区距离时，采集多组数据保存并上传给上位机；设d1m为第m超声探头在垂直于衬
板方向到落鱼的测量距离，m为正整数，相邻超声探头的距离为δ；以第1超声探头所在的位
置为坐标原点O，以水平指向落鱼的方向为X轴正方向、竖直向上的方向为Y轴正方向建立
XOY坐标系；将XOY坐标系逆时针旋转角度θ，形成X′OY′坐标系，再将X′OY′坐标系沿X′轴正
方向平移d11得到X″O′Y″坐标系；计算落鱼在X′OY′坐标系中的倾角：对
取平均值得到落鱼倾角平均值4.根据权利要求3所述的落鱼定位仪，其特征在于：所述步骤四中计算鱼顶位置的过程
包括如下步骤：
步骤S1，坐标变换：
把X′OY′坐标系沿顺时针方向旋转θ度得到XOY坐标系，得到坐标转换计算公式为：
根据公式①将X′OY′坐标系中的坐标转换为XOY坐标系中的坐标；
步骤S2，确定落鱼的函数曲线及鱼顶在XOY坐标系中的坐标：
当落鱼处于平衡状态时，钻杆在泥浆中的自重为：
公式②中：
G—为钻杆在泥浆中的自重，单位N/m；
q—钻杆在空气中的自重，单位N/m；
ρ泥—泥浆密度，单位g/cm3；
ρ钢—钻杆的密度，单位g/cm3；
自落鱼支撑点向上30m，钻杆最大弯曲度为2.2度，可近似为近30m左右的直线型落鱼，
该落鱼可以近似看作为一端为固定端、另一端为自由端的梁，在重力、浮力的作用下，近似
为四次曲线；落鱼受到竖直向下的分布荷载的作用，设G表示钻杆在泥浆中的自重，该自重
为落鱼在空气中自重和落鱼浮力的合力，倾斜角度为电子罗盘测量到的俯仰角θ，悬臂梁长
L为截取的部分落鱼的长度，钻井时的钻进路线按设计图进行，钻进距离及落鱼定位仪下潜
距离为已知，故悬臂梁长L为已知；悬臂梁的弯曲刚度E及悬臂梁相对于中性轴的惯性I由落
鱼材质确定，由悬臂梁受到G作用后的挠曲线近似微分方程为：y″″为y″
的二阶导数，在坐标系X″O′Y″解得如下式一元四次方程：
将各次幂系数化为A″，B″，C″，得到：y″＝A″x″4+B″x″3+C″x″2，取任一微段，可以知道
y″′为y″的一阶导数，对y″′按级数展开所以将弯曲
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：发明
国别省市：河南;41
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。