成像测井技术问题研究

成像测井技术问题研究
【摘要】井下电视视频成像测井是现代测井技术的一种手段，广泛应用于煤炭、石油和天然气等资源的勘探中，在油气井中，能够正确地诊断井下问题并以此指导生产，对提高采收率是非常重要的，而清晰地观测到井下的状况则是整个问题的前提与关键。

井下信息通常是通过各种测井方法和工具获得，随着世界油气资源勘探程度的提高，新发现油气藏在规模上趋于小型化，在储层物性及结构形态上趋于复杂化，应用目前的勘探技术和装备发现并评价这类油气藏，勘探成本增加，效益降低。

因而世界各大测井公司都在集中研究发展新的能更详细描述油气藏特性，提高对油气藏参数定量解析的测井新技术。

目前的成像测井技术主要有超声波成像测井和可见光成像测井，这两种成像测井技术都不能得到动态清晰的井下图像。

本文介绍一种新的成像测井技术，利用摄像头直接拍摄井下图像，再利用图像处理技术和远距离数字传输技术传输到地面，并在地面回放井下图像。

该技术不仅可实现井下管道结构错位及破坏状态监测，有利于井下油管及套管维修处理，而且能对油田油层及分布状态进行测量分析，有利于石油开采。

【关键词】成像测井；视频压缩、解压；视频转换
0.引言
成像测井技术是现代测井技术的发展方向，也是其研究热点。

在众多成像测井仪器中，视频成像测井仪即井下电视以其图像直观、清晰、实时性好而在成像测井仪器中独树一帜。

在套管检测、井下落物辅助打捞、套管除垢、检查井下作业效果等方面取得了十分成功的应用。

最早利用摄像机来获取井下图像技术的专利出现在20世纪50年代，到了70年代，井下电视在浅水井中已经开始商业化应用。

实践证明井下电视在水井中应用效果明显，70年代至今，井下电视在水井中应用十分广泛。

到了80年代，井下电视得到了发展并应用到石油天然气工业一些较浅的、压力较低的井段。

这时的井下电视采用单芯或多芯电缆传送动画图像，还不能提供井下连续视频图像，只能得到每隔几秒钟更新一次的静态图像。

此外，仪器的外径也较大。

90年代，一种采用光纤技术的光电测井电缆应用到井下电视中，极大地提高了井下电视的性能不但提高了数据传输速率，而且电缆直径较小，能够应用到石油天然气生产井测井中，但由于光电测井电缆物理性质方面的原因，对井眼环境条件的适应性较差。

目前商业化应用的井下电视成像测井仪有单芯电缆、多芯电缆、光纤测井电缆等不同的配置，最高工作温度120～175e，最大测井深度5000～7000m，最大耐压70～80MPa。

配置光电测井电缆的井下电视系统能够传送实时视频图像；配置多芯电缆的井下电视的图像传输速率最高为每幅图像1.1s。

普通测井电缆成本低、对井眼环境适应性强、使用广泛，但目前基于普通测井电缆的视频成像测井系统还不能传送实时视频图像，因此，研究普通测井电缆为传输载体的实时井下视频电视系统有着深远的意义。

1.成像测井系统
成像测井系统把视频转换、视频图像压缩技术应用到成像测井中，采用的数字传输体制把压缩的视频图像通过普通测井电缆传输到地面，这使视频图像无论从传输质量、传输速率和抗干扰性能上都将会有很大的改进。

另外在视频图像中可叠加与测井相关的信息。

该成像测井系统是由井下系统和地面系统两部分组成。

井下系统主要有红光摄像头、视频处理电路、保温瓶和马龙头等。

摄像头在井下拍摄图像，图像经过A/D转换、压缩编码以及传输编码等得到压缩的视频数据流，再通过普通测井电缆传输到地面；地面系统主要有视频处理电路、视频卡、PC机、电源模块、深度编码器、字符叠加电路等。

将井下传输上来的信号经过放大、解码、解压、制式合成、字符叠加等过程将信号恢复成井下摄像头拍摄的模拟图像信号，并叠加相关的字符信息，在地面可以看到叠加了相关字符信息的井下图像。

2.成像测井系统电路设计
井下视频采集和处理电路主要由红光摄像头、A/D转换、压缩编码和串口发送、调制、传输等部分组成。

2.1井下系统的电路设计
井下处理电路的前端是红光摄像头，摄像头将井壁反射的光图像信号转化为Vp-p=1V的模拟复合视频信号。

由于视频信号的数据量很大，给视频数据存储和传输带来极大的压力，所以要对该信号进行模数转换和视频数据压缩。

本系统采用Philips公司专用的制式解码微处理器芯片SAA7113H完成复合视频信号到YUV信号的转化，采用了AD公司新一代视频数据压缩芯片ADV611对YUV 信号进行压缩。

DSP控制器协调整个系统工作，完成对SAA7113和ADV611的初始化设置，控制传输调制等。

传输编码部分是将视频数据经过2ASK调制后，形成适合电缆传输的调制波传送到地面接收系统。

2.2地面系统的电路构成
地面系统主要完成视频图像的接收、放大、解调、解压、视频制式合成及图像的存储和回放。

主要由接收解调电路、视频解压和制式转换电路和视频显示系统组成。

由于电缆传输特性的影响，通过3000m测井电缆传输到地面的信号较弱，且有干扰。

因此地面上首先要对接收到的信号进行滤波和差分放大。

差分放大处理后，要使信号成为脉冲波形，还必须进行限幅放大。

待输出接近于脉冲波后，滤除负电平后再经过两个反相器整形，输出就是标准的脉冲波形了。

整形后的波形进入CPLD芯片XC9572进行逻辑分析判断，输出“0”、“1”数据信号，并根据数据信号给出DSP所需要的串口时钟和串口帧同步信号，以供解压处理时应用。

ADSP-2189M从串口读入压缩数据并存入其内部缓冲区，由ADV611对其其进行解压处理，解压后通过ADV611的8位视频数据线送到图像制式合成芯片ADV7175中。

ADV7175最终将ADV611解码出来的数字视频信号变换成模拟的PAL或NTSC制式电视信号送给监视器。

2.3字幕叠加电路的设计
为了在视频窗口中记录和测井相关的信息，如方便对出现问题的地方进行精确定位的深度信息等。

在地面系统中附加字符叠加电路，MCS51单片机控制视频字符叠加芯片MB90092把相应的字符信息叠加到由ADV7175输出的模拟PAL/NTSC制式信号，叠加字符后的视频信号进入视频显示系统。

视频图像可以直接由电视显示，也可以由计算机对其处理后进行显示和存储。

在此图像显示系统中，可以实时地观测井下的状况，以便做出直观的诊断，也可以将观测结果进行存储，以便备档供日后查看与分析。

3.总结
该系统首次将数字传输技术和视频信号的转换技术应用到成像测井系统中并制成样机，应用在裸眼井中，可用来识别岩层裂缝、孔洞地层结构；应用在套管井中，可以用于套管破裂、错位、断裂、腐蚀、变形、射孔等情况的监测；另外，还可以探测井下落物的形状和位置；监测套管或油管内壁结垢情况，了解射孔层位产液状况，检查射孔后套管的状况等。

总之，该系统能够及时直观地发现井下所出现的问题，并可以弥补以往成像测井的缺点。

这对于保证生产的顺利进行以及提高产量来说具有重要的作用。

另外，它具有体积小、结构简单、数字图像传输速率高、图像实时直观可视、价格便宜等优点，因此将会有较好的应用前景。

【参考文献】
[1]张家田，李强，贾亚军，孙志文，杨世豪.成像测井技术在青西油田的应用概况[J].石油仪器，2009（01）.
[2]闫建平，蔡进功，首祥云，陈雨茂.成像测井图像中的裂缝信息智能拾取方法[J].天然气工业，2009（03）.。