CN101183151B - 一种井底落物超声成像探测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井底落物超声成像探测方法及装置，采用窄波束声学探头及相应的电子设备通过测量回波到达的时间来探测落物的大致所在位置，然后应用机械扫描机构的旋转和上下移动，采用聚焦探头发射超声波对落物逐点扫描，通过计算反射回波的幅度和到达时间，将各点的幅度和时间值传输至地面设备，经过信号处理和图像拼接，得到落物的超声阴影(或彩色)图像，确定落物的形状和位置。在该图像的指导下，操作打捞头(机械手)打捞落物。本发明有益的效果是：通过该方法能准确地确定落物的形状和位置，不同落物的形状和位置可以选择不同的打捞头(机械手)，打捞落物时准确度更高。
Description
所属技术领域
本发明涉及油田探测井下落物领域，主要是一种井底落物超声成像探测方法及装置。
背景技术
为了打捞井下落物，提出了一种新的用于打捞的井下探测技术，即井下落物超声成像打捞方式。国内目前使用的井底落物打捞主要采用“摸鱼顶”时应力突变的方法来判断落物的大概位置，这种方法是一种经验打捞、概率打捞为例行的打捞作业，一方面打捞工期长、成功率低，另一方面容易损坏井下仪器，导致仪器打捞出来后已经报废，不能适应油田的生产作业要求。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供的一种井底落物超声成像探测方法及装置。
本发明解决技术问题采用的技术方案：这种井底落物超声成像探测方法，包括步骤如下：
(1)、井下探测装置下放过程中先启动测距装置，探头由聚焦探头和窄波束探头组成，相应电子设备激励窄波束探头通过测量回波到达的时间来探测落物的大致所在位置；
(2)、然后将井下探测装置放置到离落物的一定距离，即落物成像探头的聚焦区域，井下探测装置在落物的上方，并用扶正器居中和固定在井壁上，然后启动落物成像装置；
(3)、在步进电机的控制下，探头在轴向垂直平面内偏离θ角度沿水平方向作圆周扫描，θ为步进电机的步距，发射具有一定波束宽度的超声波信号，经井底反向散射后形成一系列的回波信号，被探头接收，由电子线路计算回波的幅度和到达时间；
(4)、探头偏离nθ(n＝2，3，…)角度沿水平方向作同心圆扫描，完成整个剖面的探测和扫描，再用电机将聚焦探头提升一定距离nH(n＝1，2…50)，重复剖面扫描；
(5)、一次完成后，松开扶正器，将井下探测装置提升或下放一定距离，用扶正器居中，固定在井壁上，重复上述工作过程。
本发明所述的井底落物超声成像探测装置，包括井底落物探测执行机构、机械扫描机构、电子线路和扶正器，其中该井底落物探测执行机构主要包括探头、丝杆传动机构和旋转传动机构；丝杆传动机构主要包括轴，连接块，传动密封圈，第一连接杆，螺杆，第一外壳，第一电机，堵头密封圈和堵头；连接块的一端通过轴与探头中的换能器外壳相连接，连接块的另一端与第一连接杆的一端轴接，第一连接杆的另一端与螺杆的一端呈螺纹配合连接，螺杆的另一端与第一电机的输出轴固定连接，第一连接杆与第一外壳呈固定连接；旋转传动机构主要包括接头、第二连接杆、第二电机和第二外壳，接头通过紧定螺钉与丝杆传动机构中的堵头固定连接；接头与第二外壳呈配合连接，接头与第二连接杆的一端固定连接，第二连接杆的另一端与第二电机固定连接。
本发明有益的效果是：采用窄波束声学探头及相应的电子设备通过测量回波到达的时间来探测落物的大致所在位置。然后应用机械扫描机构的旋转和上下移动，采用聚焦探头发射超声波对落物逐点扫描，通过计算反射回波的幅度和到达时间，将各点的幅度和时间值传输至地面设备，经过信号处理和图像拼接，得到落物的超声阴影(或彩色)图像，确定落物的形状和位置。在该图像的指导下，操作打捞头(机械手)打捞落物。
附图说明：
图1是本发明的工作状态中主视结构示意图1；
图2是本发明的工作状态中主视结构示意图2；
图3是本发明中的井底落物探测执行机构主视结构示意图
附图标记说明：探头1，换能器1-1，换能器密封圈1-2，换能器外壳1-3，丝杆连接机构2，轴2-1，连接块2-2，传动密封圈2-3，第一连接杆2-4，衬套2-5，螺杆2-6，第一轴承2-7，第一外壳2-8，第一电机2-9，堵头密封圈2-10，堵头2-11，旋转传动机构3，接头3-1，第二轴承3-2，衬环3-3，接头密封圈3-4，第二连接杆3-5，挡圈3-6，第三轴承3-7，第二电机3-8，第二外壳3-9，电子线路4，扶正器5，机械扫描机构6，井壁7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步介绍：
本发明所述的这种井底落物超声成像探测方法，包括步骤如下：
(1)、井下探测装置下放过程中先启动测距装置，探头由聚焦探头和窄波束探头组成，相应电子设备激励窄波束探头通过测量回波到达的时间来探测落物的大致所在位置；
(2)、然后将井下探测装置放置到离落物的一定距离，即落物成像探头的聚焦区域，井下探测装置在落物的上方，并用扶正器居中和固定在井壁7上，然后启动落物成像装置；
(3)、在步进电机的控制下，探头在轴向垂直平面内偏离θ(θ为步进电机的步距，θ暂定1°)角度沿水平方向作圆周扫描，θ为步进电机的步距，发射具有一定波束宽度的超声波信号，经井底反向散射后形成一系列的回波信号，被探头接收，由电子线路计算回波的幅度和到达时间；
(4)、探头偏离nθ(n＝2，3，…)角度沿水平方向作同心圆扫描，完成整个剖面的探测和扫描，再用电机将聚焦探头提升一定距离nH(n＝1，2…50)，重复剖面扫描；
(5)、一次完成后，松开扶正器，将井下探测装置提升或下放一定距离，用扶正器居中，固定在井壁上，重复上述工作过程。上述操作由地面显控模块通过电缆下传指令给电子线路来控制。接收信号经电子线路中放大、滤波、A/D等电路模块送至单片机，计算出回波信号的到达时刻和幅度大小，经混合编码后以曼码形式通过电缆传输至地面装置进行各种信号处理和图像拼接，得到落物的超声阴影(或彩色)图像。
本发明所述的井底落物超声成像探测装置包括井底落物探测执行机构、机械扫描机构6、电子线路4和扶正器5，其中井底落物探测执行机构主要包括探头1、丝杆传动机构2和旋转传动机构3。探头1包括换能器1-1，换能器密封圈1-2，换能器外壳1-3；换能器1-1通过螺纹连接安装在换能器外壳1-3内。丝杆传动机构2主要包括轴2-1、连接块2-2、传动密封圈2-3、第一连接杆2-4、衬套2-5、螺杆2-6、第一轴承2-7、第一外壳2-8、第一电机2-9、堵头密封圈2-10和堵头2-11；连接块2-2的一端通过轴2-1与探头1中的换能器外壳1-3相连接。连接块2-2的另一端与第一连接杆2-4的一端轴接，第一连接杆2-4的另一端与螺杆2-6的一端呈螺纹配合连接，螺杆2-6的另一端与第一电机2-9的输出轴固定连接，第一连接杆2-4与第一外壳2-8呈固定连接。所述的第一连接杆2-4和第一外壳2-8之间设有衬套2-5，衬套2-5和螺杆2-6之间设有第一轴承2-7。旋转传动机构3主要包括接头3-1、第二轴承3-2、衬环3-3、接头密封圈3-4、第二连接杆3-5、挡圈3-6、第三轴承3-7、第二电机3-8和第二外壳3-9，接头3-1通过紧定螺钉与丝杆传动机构2中的堵头2-11固定连接；接头3-1与第二外壳3-9呈配合连接，接头3-1与第二连接杆3-5的一端固定连接，第二连接杆3-5的另一端与第二电机3-8固定连接。所述的接头3-1和第二外壳3-9之间设有第二轴承3-2和接头密封圈3-4，第二外壳3-9内设有挡圈3-6，第二连接杆3-5和挡圈3-6之间设有第三轴承3-7。所述的第二轴承3-2和第二外壳3-9之间设有衬环3-3。
工作过程及原理：
本发明的第一电机2-9工作使螺杆2-6转动，螺杆2-6转动推动第一连接杆2-4移动，第一连接杆2-4移动推动连接块2-2移动，连接块2-2移动通过轴2-1推动探头1转动。本发明的第二电机3-8工作带动第二连接杆3-5转动，第二连接杆3-5转动使接头3-1转动，接头3-1转动通过紧定螺钉使丝杆传动机构2转动。
换能器1-1不停地发射和接收超声信号，当换能器1-1接受到井内落物的信号时，丝杆传动机构2开始工作，使探头1偏转1°后，旋转传动机构3开始工作，使丝杆传动机构2旋转1周，即探头1作圆周运动1周；此时，探头1再偏转1°共偏转2°，然后，旋转传动机构3再旋转1周；如此反复，直至探头共偏转60°。此时，探头1共作出了120°范围内的球面形运动。
通过该方法能准确地确定落物的形状和位置，不同落物的形状和位置可以选择不同的打捞头(机械手)，打捞落物时准确度更高。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种井底落物超声成像探测方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)、井下探测装置下放过程中先启动测距装置，探头由聚焦探头和窄波束探头组成，相应电子设备激励窄波束探头通过测量回波到达的时间来探测落物的大致所在位置；
(2)、然后将井下探测装置放置到离落物的一定距离，即落物成像探头的聚焦区域，井下探测装置在落物的上方，并用扶正器居中和固定在井壁上，然后启动落物成像装置；
(3)、在步进电机的控制下，探头在轴向垂直平面内偏离θ角度沿水平方向作圆周扫描，θ为步进电机的步距，发射具有一定波束宽度的超声波信号，经井底反向散射后形成一系列的回波信号，被探头接收，由电子线路计算回波的幅度和到达时间；
(4)、探头偏离nθ(n＝2，3，…)角度沿水平方向作同心圆扫描，完成整个剖面的探测和扫描，再用电机将聚焦探头提升一定距离nH(n＝1，2…50)，重复剖面扫描；
(5)、一次完成后，松开扶正器，将井下探测装置提升或下放一定距离，用扶正器居中，固定在井壁上，重复上述工作过程。
2.一种用于权利要求1所述井底落物超声成像探测方法的井底落物超声成像探测装置，其特征在于：该井底落物超声成像探测装置包括井底落物探测执行机构、机械扫描机构(6)、电子线路(4)和扶正器(5)，其中该井底落物探测执行机构主要包括探头(1)、丝杆传动机构(2)和旋转传动机构(3)；丝杆传动机构(2)主要包括轴(2-1)，连接块(2-2)，传动密封圈(2-3)，第一连接杆(2-4)，螺杆(2-6)，第一外壳(2-8)，第一电机(2-9)，堵头密封圈(2-10)和堵头(2-11)；连接块(2-2)的一端通过轴(2-1)与探头(1)中的换能器外壳(1-3)相连接，连接块(2-2)的另一端与第一连接杆(2-4)的一端轴接，第一连接杆(2-4)的另一端与螺杆(2-6)的一端呈螺纹配合连接，螺杆(2-6)的另一端与第一电机(2-9)的输出轴固定连接，第一连接杆(2-4)与第一外壳(2-8)呈固定连接；旋转传动机构(3)主要包括接头(3-1)、第二连接杆(3-5)、第二电机(3-8)和第二外壳(3-9)，接头(3-1)通过紧定螺钉与丝杆传动机构(2)中的堵头(2-11)固定连接；接头(3-1)与第二外壳(3-9)呈配合连接，接头(3-1)与第二连接杆(3-5)的一端固定连接，第二连接杆(3-5)的另一端与第二电机(3-8)固定连接。
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