雙目井下成像監測系統在溫泉地熱井井筒完整性檢測與病害治理中的應用研究

摘要

隨著我國溫泉康養文旅產業快速發展，大量溫泉地熱井投入長期開采運營。溫泉地熱水礦化度高、礦物質含量豐富，井筒長期服役過程中極易出現套管腐蝕破損、濾水管結垢堵塞、井壁裂隙涌水、井底沉砂淤積、井下落物等病害，直接造成溫泉出水溫度衰減、出水量下降、溫泉水質惡化，嚴重制約溫泉度假區可持續運營。傳統抽水試驗、水位水溫監測僅能間接判斷井筒故障，無法直觀獲取井筒內部真實病害圖像，修井施工盲目性大、成本高、工期長。本文以北京鴻鷗成運Φ68?mm雙目石油測井成像系統為核心監測設備，闡述雙目立體成像硬件架構、17?4PH高強度耐壓外殼、雙CMOS高清傳感器成像原理，解析設備0?7000?m超深井作業、70?MPa承壓、?20℃?175℃超寬耐溫區間核心性能參數。對比傳統單目攝像設備二維成像缺陷定位偏差、缺少深度三維信息短板，探究雙目立體視覺在溫泉井套管裂紋識別、腐蝕坑深度測量、射孔/濾水管位置判定、井下落物三維精準定位的技術優勢。結合華北某溫泉度假區420?m溫泉地熱井工程實例，建立溫泉井投產驗收?定期巡檢?故障排查?洗井效果可視化驗收標準化作業流程。研究結果表明，雙目井下成像系統能夠實現溫泉井筒病害可視化、量化檢測，大幅降低溫泉地熱井修井盲目施工成本，延長溫泉井使用壽命，為溫泉地熱井長效運維、溫泉文旅項目高質量開發提供可視化技術支撐。

關鍵詞：溫泉地熱井；雙目井下成像；井筒完整性；套管腐蝕；濾水管堵塞；溫泉洗井驗收；地熱文旅康養；可視化測井

1 引言

地熱資源作為清潔低碳可再生能源，近年來在溫泉康養、文旅度假、供暖開發等領域得到大規模推廣應用。溫泉文旅產業依托地下熱水資源打造溫泉酒店、康養小鎮、休閑度假區，已經成為國內文旅產業重要增長點。根據地熱資源開發相關統計，我國已投入運營的溫泉地熱井數量超過萬眼，多數溫泉井開采年限達到5?20年。溫泉地下熱水富含鈣、鎂、碳酸氫根、氯離子等多種腐蝕性離子，井筒套管、濾水管長期浸泡于高溫礦化水中，會持續發生結垢、腐蝕、淤積等問題。井筒是地下熱水向上輸送的重要通道，井筒結構完整性直接決定溫泉井出水能力、出水溫度以及溫泉項目運營壽命。

在溫泉井運維管理實際工作當中，長期存在“重鉆井、輕運維"的現象。當溫泉度假區出現出水量下降、水溫降低、出水渾濁等問題時，運維人員大多依靠水位監測、抽水試驗、水質化驗等間接手段推斷故障位置。上述方法只能判斷井筒是否出現故障，無法精準定位病害深度、病害類型、破損范圍。傳統修井作業缺少直觀井下影像依據，經常出現盲目洗井、無效修井，不僅耗費大量資金，還有可能對套管造成二次損傷。隨著可視化測井技術不斷成熟，井下電視成像設備逐步被引入地熱井檢測領域。其中雙目立體成像技術相較于傳統單目環視成像，具備三維測距、病害深度定量測量的獨特優勢，能夠對套管腐蝕坑、裂紋寬度、落物尺寸進行量化分析。

北京鴻鷗成運研發的Φ68mm雙目井下成像系統，專為高溫高壓深井工況設計，耐溫可達175℃，承壓70MPa，能夠滿足絕大多數中深層高溫溫泉井內窺檢測需求。本文圍繞雙目井下成像系統在溫泉井筒完整性檢測中的應用展開深入研究，分析溫泉井常見病害成因，對比單目、雙目成像技術優劣，結合現場工程案例形成一套可復制推廣的溫泉井可視化運維方案，為全國溫泉度假區地熱井長效管護提供技術參考。

2 溫泉地熱井常見井筒病害類型及危害分析

2.1 碳酸鈣、硫酸鈣礦物結垢堵塞

溫泉熱水中溶解大量碳酸氫鈣，熱水從深部上升至井筒時，壓力下降、溫度發生小幅變化，碳酸氫鈣分解生成碳酸鈣沉淀物，附著在濾水管縫隙、套管內壁。結垢屬于溫泉井普遍病害。結垢首先封堵濾水管過水縫隙，造成熱水進水通道收窄，溫泉出水量逐年衰減；結垢持續加厚后井筒有效內徑縮小，水流阻力增大，水泵抽水效率下降，嚴重時可造成濾水管堵死，溫泉井報廢。結垢病害從井下濾水管段開始，逐步向上延伸，隱蔽性強，地面抽水數據很難早期識別。

2.2 井底沉砂淤積

溫泉熱儲層多為砂巖、裂隙巖含水層，熱水開采過程中會攜帶少量地層細砂進入井筒。長期抽水后，細砂不斷在井底沉淀堆積，沉砂抬升濾水管底部位置，堵塞下部進水通道。沉砂嚴重時，砂面覆蓋全部濾水管，溫泉井出水量急劇下降。傳統抽水試驗只能發現水量減少，卻無法判斷沉砂厚度、沉砂頂面深度，清砂作業深度難以確定。

2.3 套管腐蝕、變形與破損

溫泉水中氯離子、硫酸根離子含量較高，屬于腐蝕性水體。鋼制套管長期在高溫腐蝕水環境下服役，內壁、外壁容易出現點狀腐蝕坑、環狀腐蝕帶。腐蝕持續發展就會形成套管裂紋、孔洞。一旦套管破損，淺層冷水會順著裂隙混入井筒，冷水與深部溫泉熱水混合，直接導致溫泉出水溫度大幅降低，造成溫泉度假區運營損失。部分地熱井在鉆井施工后期，套管受地層應力擠壓還會出現縮徑、彎曲變形，下放水泵受阻。

2.4 井壁串水、裂隙涌水

地層存在多層含水層，淺層低溫含水層與深部高溫熱儲層之間依靠套管隔水。當套管出現破損，淺層冷水順著破損位置涌入井筒，造成水溫下降。這種病害隱蔽性最高，僅依靠水質、水溫監測很難判斷冷水涌入位置。

2.5 井下落物

溫泉井維修、水泵檢修作業過程中，螺栓、電纜接頭、水泵配件等雜物不慎掉落井內，形成井下落物。落物卡在濾水管位置，堵塞過水通道，還會阻礙后期井下儀器、水泵下放。落物打撈必須精準掌握物體位置、尺寸，否則打撈作業極易失敗。

上述各類井筒病害最終都會轉化為溫泉度假區經濟損失。溫泉井一旦出水衰減、水溫下降，溫泉酒店、康養項目客源會直接受到沖擊，停工修井會造成高額停業損失。因此開展定期可視化巡檢，早期識別井筒病害，提前開展預防性治理，是延長溫泉井使用壽命經濟有效的手段。

3 雙目井下成像系統硬件組成與工作原理

3.1 系統整體硬件架構

北京鴻鷗成運Φ68mm雙目井下成像成套系統主要由五大模塊組成：主控顯示控制箱、雙目水下探頭總成、鎧裝傳輸電纜、電動絞車卷線裝置、深度編碼器組件。主控箱搭載高亮遮陽顯示屏，可實時顯示井下畫面、深度數值，具備錄像、拍照、視頻存儲回放功能；雙目水下探頭外殼采用17?4PH高強度不銹鋼加工制造，具備強抗腐蝕能力，適配溫泉高礦化度水體環境；探頭搭載兩路獨立CMOS高清成像傳感器，配置耐高溫補光光源；鎧裝電纜自帶抗拉鋼絲，下放深度最大可達7000m；絞車配備自動計米滑輪，深度測量精度可達±0.1m，能夠精準記錄每一段影像對應的井下深度。整套設備可采用車載或野外便攜作業模式，適合溫泉度假區野外現場快速檢測。

3.2 雙目立體成像測量原理

雙目視覺成像原理模擬人類雙眼觀測物體。兩個攝像頭保持固定間距同時拍攝井筒內壁同一位置的圖像，主控系統對兩幅圖像像素進行匹配計算，根據視差原理解算出觀測目標與探頭之間的空間距離，實現井筒內壁三維重建與距離測量。在溫泉井檢測作業中，探頭下放至病害位置后，系統即可直接測出腐蝕坑深度、裂縫寬度、井下落物外形尺寸，實現病害定量評估。而傳統單目360°旋轉井下電視只能獲取二維平面圖像，僅能看見病害，無法測量病害深度，修井方案只能依靠經驗估算。

3.3 溫泉井工況適配優化設計

溫泉井下高溫、高壓、高礦化腐蝕環境對成像探頭提出嚴苛要求。本系統17?4PH不銹鋼外殼耐蝕性能遠優于普通304不銹鋼，適合氯離子含量較高的溫泉水體；光源、電路板全部按照?20℃~175℃寬溫區間進行元器件選型；密封結構采用多重耐高溫氟橡膠密封件，杜絕熱水滲入探頭內部。70MPa承壓能力可以覆蓋國內絕大多數中深層溫泉井水壓條件。

4 雙目成像與單目成像技術在溫泉井檢測中優缺點對比

單目360°旋轉井下電視是目前淺層地熱井檢測常用設備，探頭可以旋轉環視360°井壁全貌，設備價格相對低廉，在200?450m淺層低溫溫泉井當中應用廣泛。但是單目成像屬于二維成像，只能提供平面影像，無法測量腐蝕坑深度、裂紋寬度。當溫泉井出現套管點狀腐蝕時，單目畫面無法區分淺表層腐蝕痕跡和已經穿透管壁的深腐蝕坑，存在病害誤判風險。

雙目井下成像系統除全景圖像觀測之外，額外增加三維測距定量檢測功能。在高溫中深層溫泉井、病害較為嚴重的地熱井檢測工作中優勢明顯。在修井方案設計階段，可以根據腐蝕坑深度數據判斷套管剩余壁厚，科學評估套管安全等級；對井下落物進行尺寸測量，精準選擇打撈工具；洗井完成之后，可以定量對比洗井前后結垢厚度變化，科學評價洗井效果。二者對比結果表明：淺層低溫溫泉井、僅需查看井筒是否堵塞，可選用電纜式單目成像設備；井深大于500m、井底溫度高于80℃、套管腐蝕風險較高、需要病害定量檢測的溫泉井，優先選用雙目立體成像系統。

5 工程案例應用分析

華北某康養溫泉度假區地熱井，完井深度420m，熱儲出水段位于340?380m，溫泉出水初始溫度58℃，度假區投入運營8年。2024年溫泉運營方發現，溫泉出水量逐月下降，出水溫度降低至51℃，溫泉酒店熱水供應壓力不足。項目前期先后開展兩次抽水洗井作業，水量短暫回升后很快再次衰減，兩次修井均未查清根本故障原因。為查明井筒病害，度假區委托檢測單位采用鴻鷗成運雙目井下成像系統開展全井筒可視化檢測。

檢測作業當天，設備下放從井口直至井底420m，全程錄制高清視頻影像。井下影像結果顯示，在352?365m濾水管段碳酸鈣結垢厚度較大，局部濾水縫隙已經被結垢封堵；同時在218m深度位置發現套管腐蝕孔洞，淺層低溫地下水順著孔洞涌入井筒，是溫泉水溫下降的直接誘因。依靠雙目測距功能測得腐蝕坑最大深度2.1mm。根據檢測結果，運維方制定靶向治理方案，對濾水管段開展高壓旋轉射流除垢，對套管腐蝕破損段實施套管修補作業。治理完成之后，再次下入雙目成像系統復檢，對比治理前后井下影像，結垢基本清除，破損套管修復到位。溫泉井出水溫度回升至57℃，出水量恢復至設計水平。本次檢測避免了大范圍盲目修井，節約維修費用約28萬元，取得良好經濟效益。

6 溫泉井雙目可視化檢測標準化作業流程

結合項目實踐，總結溫泉地熱井雙目成像檢測標準化流程：第一，檢測前期準備，收集溫泉井鉆井檔案、套管結構圖、歷史維修記錄，檢查絞車、電纜、探頭設備狀態；第二，井口安全防護，清理井口雜物，平穩下放探頭，下放速度控制在5?10m/min；第三，全井筒連續錄像，從井底向上回放觀測，重點觀測濾水管段、套管接箍位置；第四，病害深度精準定位，對腐蝕、結垢、破損位置停留觀測，啟用雙目測距測量病害參數；第五，檢測結束后回收探頭，導出視頻影像，編制可視化檢測報告，給出井筒健康評價與治理建議；第六，洗井或維修治理完成后，再次下入設備復檢，驗收治理效果。

7 結論與展望

溫泉地熱井井筒病害是制約溫泉文旅項目長期運營的核心難題。雙目井下立體成像監測系統憑借耐高溫高壓、三維定量測距的技術優勢，能夠直觀查明套管腐蝕、濾水管堵塞、井下落物、冷水串流等各類井筒病害，為溫泉井故障治理提供精準的數據支撐。工程案例證明，采用雙目井下電視開展定期巡檢，能夠大幅降低溫泉井盲目修井成本，延長地熱井服役年限。未來隨著溫泉地熱產業智慧化運維不斷推進，雙目可視化成像監測將與深井分層測溫、數字孿生平臺深度融合，構建溫泉地熱井全生命周期數字化監測體系，助力我國溫泉康養產業高質量可持續發展。

參考文獻

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設備類關鍵詞

井下電視成像、井下光學成像、分層測溫線纜、深井測溫系統、雙目測井成像、自存儲式井下探頭、地下水監測設備、井下成像探頭、耐高溫測井線纜

技術工藝關鍵詞

精準測井、井下可視化探測、井筒檢測、分層溫度監測、地熱井洗井、井筒缺陷排查、地熱含水層定位、深井耐壓探測、井下立體成像

行業應用關鍵詞

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