電纜式單攝像頭石油測井成像系統原理及井筒實時監測應用研究

摘要

電纜式單攝像頭測井成像系統依靠專用傳輸線纜實現地面供電、實時視頻傳輸、井下設備遠程操控，是油氣、地熱、煤層氣井筒實時可視化監測主流設備。本文基于北京鴻鷗成運電纜式單攝像頭測井成像系統硬件參數，介紹設備整體結構、成像硬件、耐壓耐溫性能；解析電纜供電、長線實時視頻傳輸、地面實時操控整套工作原理；深度剖析電纜式測井系統優缺點；對比自存儲式設備適用工況；研究設備在油氣井日常巡檢、地熱換熱井回灌堵塞排查、煤層氣井裂隙監測、廢棄井封堵檢測當中的應用；針對長線信號衰減、線纜磨損、高溫腐蝕短板提出優化方案，為井筒實時在線可視化監測提供技術支撐。

關鍵詞：電纜式井下成像系統；單攝像頭測井；實時視頻傳輸；井筒在線監測；地熱換熱井；煤層氣測井；油氣井巡檢；鋼絲繩測井電纜；長線信號衰減；井筒堵塞排查

0 引言

在石油開采、中深層地熱開發、煤層氣開采全過程當中，井筒套管破損、結垢堵塞、裂隙發育、井下落物、回灌堵塞等故障頻發，需要實時查看井下實況，快速定位缺陷深度。電纜式井下測井成像系統通過測井電纜連接地面主機，實現實時畫面傳輸、遠程操控、持續供電，可以實時觀測井下動態，是井筒動態監測、故障應急排查的核心裝備；但在7000m超深井、高溫腐蝕井、野外復雜工況存在短板。本文開展電纜式單攝像頭測井成像系統全面研究。

1 設備硬件參數與整體結構

電纜式單攝像頭探頭硬件參數和自存儲式探頭硬件本體一致，探頭規格Φ68mm×1500mm，1/2.8英寸CMOS傳感器，90°視場角，1080P高清分辨率；耐壓70MPa，耐溫?20℃~175℃，17?4PH不銹鋼外殼；自帶井下補光光源；支持深度、溫度傳感器選配；區別在于供電模式與數據傳輸模式，設備舍棄內置電池短節，依靠外接測井電纜實現地面持續供電、視頻信號實時上傳地面主機，地面操作人員實時觀看井下井筒影像，實時操控光源開關、攝像頭參數、下放深度。

整套系統分為井下成像探頭、耐高溫測井傳輸電纜、地面主控顯示器、絞車下放裝置四大組成部分。

2 電纜式測井系統核心工作原理

2.1 電纜持續供電原理

地面電源通過多芯測井電纜向井下探頭持續供電，不受內置電池續航限制，可以實現全天長時間不間斷井下巡檢作業。

2.2 長線實時視頻傳輸原理

井下CMOS傳感器采集井筒高清影像，壓縮之后通過專用測井電纜實時傳輸至地面顯示屏，工作人員實時查看井下實況，實時觀察井筒內壁、堵塞物、落物、裂隙動態。

2.3 深度同步定位原理

電纜絞車搭載深度傳感器，實時傳輸下放深度，井下影像和深度數據同步綁定，精準定位每一處井筒缺陷的深度位置。

2.4 遠程井下操控

地面主機通過電纜下發指令，控制井下光源亮度、傳感器參數，適配不同渾濁、黑暗井筒環境。

3 電纜式與自存儲式系統優缺點深度對比

3.1 電纜式單攝像頭測井系統優勢

第一，井下畫面地面實時可視化，下放過程立刻查看井筒狀況，發現故障立刻停駐排查；第二，地面長期供電，不受6?8小時電池續航約束，可長時間、多次反復測井；第三，深度、溫度數據實時回傳，精準實時定位；第四，井下突發堵塞、卡鉆、落物事故，實時觀察井下動態，開展應急處置；第五，可適配頻繁多次的日常井筒巡檢作業。

3.2 電纜式設備短板

第一，7000m超深井超長測井電纜重量大、笨重，下放回收繁瑣，極易纏繞打結；第二，長線傳輸出現視頻信號衰減、畫面卡頓、信噪比下降；第三，井下高溫、硫化氫、腐蝕地下水極易腐蝕電纜外皮，造成線纜破損漏電；第四，野外偏遠場地需要配備地面供電電源，布線繁瑣；第五，電纜采購、更換、運維成本高。

3.3 自存儲式適配短板場景

超深井、高溫高壓腐蝕井、無供電野外場地優先選用自存儲式設備；日常淺層井、地熱井常態化巡檢、應急實時排查選用電纜式設備。

4 電纜式測井系統多行業工程應用

4.1 石油油氣井日常常態化巡檢

淺層?中深層油氣井定期套管檢查、結垢排查、井下雜物清理，實時查看井筒內壁腐蝕、裂縫、變形情況。

4.2 中深層水源地熱換熱井運維監測

地熱井長期開采回灌容易出現濾網堵塞、井筒結垢、泥沙淤積，電纜式井下成像實時查看堵塞位置，指導洗井、通井作業。

4.3 煤層氣井裂隙、煤粉堵塞監測

實時觀測煤層氣井煤壁裂隙發育、煤粉堆積堵塞套管篩管，指導排煤粉、增產作業。

4.4 廢棄油氣井、廢棄地熱井封堵驗收監測

實時查看封堵段密閉情況，排查封堵空隙、滲漏通道，保障廢棄井封井合規。

5 電纜式設備工況優化策略

針對長線信號衰減問題選用屏蔽式耐高溫測井電纜；高溫腐蝕井筒選用耐腐蝕氟橡膠電纜外皮；超深井采用信號中繼模塊補償長線損耗；絞車加裝線纜防纏繞導向輪，規避線纜打結故障。

6 結論

電纜式單攝像頭測井成像系統優勢為井下畫面實時傳輸、持續供電、實時應急排查，適合淺層油氣井、地熱換熱井、煤層氣井常態化運維巡檢；受限于超長電纜短板不適用于7000m超深井。工程當中根據井深、井下環境、作業需求，合理搭配電纜式、自存儲式兩套測井設備，優化井筒可視化監測體系。

本篇細分關鍵詞：電纜式井下成像系統，單攝像頭測井，實時視頻傳輸，井筒在線監測，地熱換熱井，煤層氣測井，油氣井巡檢，鋼絲繩測井電纜，長線信號衰減，井筒堵塞排查，套管腐蝕檢測，廢棄井封井驗收，測井絞車，井下深度定位