VideoLog可视化测井系统在套管错断检测中的应用

2019年6月第35卷第6期
石油工业技术监督
Technology Supervision in Petroleum Industry
Jun.2019
Vol.35 No.6
■计量
V ideoL og可视化测井系统在套管错断检测中的应用I严正国\张斌山\谭哲宇\张郁山2
1.西安石油大学电子工程学院（陝西西安710065)
2.国家电投黄河公司青海黄河矿业有限责任公司（青海西宁810000)
摘要可视化测井技术是一种借助全新的测井电缆网络高速传输技术，在普通单芯/多芯铠装测井电缆上建立高速网络连接，将井下摄像头获取的彩色全帧率网络高清图像实时传输到地面的井下电视成像测井技术，具有电缆自适应，高速率，网络化等优点。

在现场应用效果表明，可视化测井系统能够实时传输彩色全帧率高清流畅的井下视频，而且与60臂井径测井技术相比，实时直观，无需解释。

相比于传统的解释成像技术，可视化测井系统真实直观、实时高效，突破了传统测井方法中的局限性，极大地提高了工作效率和作业安全性，在套管错断检测领域具有着显著的技术优势和广阔的应用前景。

关键词可视化测井技术;测井电缆;井下电视;套管检测
Abstract Visual logging technology is a high-speed transmission technology with the help of a new logging cable network. It estab­lishes a high-speed network connection on common single core/multi-core armored logging cables and transmits the color full-fram e- rate high—definition images captured by downhole cameras to the surface in real time. It has the advantages of cable self-adaptation, high-speed and networking. Field application shows that the visual logging system can real-time transmit color full-fram e-rate, high- definition and fluent downhole video. Compared with 60-arm caliper logging technology, it is real-time and intuitive without interpre­tation. Compared with traditional inte'rfjretation imaging technology, visual logging system is real, intuitive, real-tim e and efficient. It breaks through the limitations of traditional logging methods, greatly improves work effic iency and operation safety, and has significant technical advantages and broad application prospects in the field of casing fault detection.
Key words visual logging technology; logging cable; downhole tv; casing detection
套管错断主要是由于岩石层发生应力变化或岩 石断裂而引起的套管损坏问题，一直以来都是石油 生产监测和套管故障诊断领域的重要问题之一。

原 有的同轴电缆片•下电视和光纤井下电视现场操作性 和环境适应性差，作业难度高，需要配接专用电缆。

鹰眼井下电视虽克服了井眼环境和施工条件等方面 的诸多限制，但依然受到测井电缆传输带宽和传输 速率的制约，不能传输流畅的彩色视频图像p-51。

介 绍了一种借助测井电缆网络高速传输技术研制的测 井电缆网络高清视频成像测井系统，并应用于油田 现场套管检测，能够配接国产7芯铠装电缆，流畅传 输高清彩色视频阁像至地面，通过可视化测汁•系统 观测，井下情况一目了然。

1可视化测井技术
1.1可视化测井技术
n T视化测并技术(Visual l^ogging)是指利用面阵 传感器直接获取井下视频图像的一种成像测并技 术，2017年12月23日，在西安举行的“2017可视化 测并与套管井诊断修复前沿技术研讨会”上首次正式提出此概念，其内容包括可见光井下电视（Down­hole Video)，短波红外 （SWIR)井下 电视和 X光井下 电视(Visual Xray)^,目前主要集中在可见光井下 电视领域。

1963年，T.R.Reinhart191介绍了一种采用外径为 14.29 mm的双层铠装同轴电缆来链接和传输的井 下电视，能够流畅传输黑白模拟视频图像。

所采 用测井仪器外径为16.8 mm(3/4")，最大测井深度为 4 600 m，最高耐压为 344.75 M Pa(5 000 P si),最高耐 温达48.89丈（120 °F)，但由于需要专用电缆等原 因，现场施工难度较大。

1992年C.C.Cobb等人_介绍了一种利用外径 为9.56 mm(7/32")的光纤测井电缆实时传输黑内模 拟视频图像的测并系统。

所采用仪器外径为17.46 mm(11/16")，最高耐压达 689.5 MPa(10 0()0 psi)，适 用于井口带压作业，且图像清晰流畅，实时性好，但 需要配备专用电缆和测井车，需要空运设备等，使其 本地化施工能力差。

1999年J.LWhittker等人介绍了一种采用普通铠装测井电缆的鹰眼井下电视测井系统，适用于水
作者简介：严正国（1976—),男，副教授，现主要研究方向为可视化测井技术、高速遥传技术等。

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平井连续油管作业[11]，具有耐高温、耐高压、强抗腐 蚀性等特点。

但由于测井电缆传输带宽的限制，只能 传输黑白图像，第一代产品视频帧率仅为3.5 s/f。

经 过几代改进后提高到了 1.7s/f,l.l s/f。

2015年，EVCAM采用最新的井下视频技术研 制成功Optis HD Electric Line井下电视测井系统。

能够在单芯和多芯测井电缆上实时传输彩色高清视 频，传输速率超过200 kb/s，最大帧率可达25 f/s[12]。

2017年，西安石油大学的严正娟等介绍了一种 测井电缆网络高清可视化测井系统，可实现彩色全 帧率高清网络视频在普通单芯或多芯铠装测井电缆 上的实时传输[3],将测井电缆可视化测井技术带人 网络时代。

1.2可视化测井系统
可视化测井系统是由西安石油大学光电油气测 井与检测国家教育部重点实验室成功研制，主要由 地面系统和井下系统两部分组成，能够将井下状况
液晶显示仪实时传输至地面并呈现，具有直观真实、高效可靠、信息量大等优点。

相比于传统解释成像技术，可视化 测井借助测井电缆网络高速传输技术提高了电缆传输速率，克服了影响测井电缆井下电视应用效 果和制约测井电缆井下电视技术发展的关键技术 瓶颈，实验和现场应用表明，可视化测井系统可在 5 500 m测井电缆上传输帧率为25 f/s的高清彩色 视频，传输速率超过2 M b/s。

另外，可视化测井结合 最先进的电缆自适应特性技术、高频带利用率的调 制和编码技术、数据压缩和检纠错编码技术以及标准以太网接口、TCP/IP协议，解决了网络连接通 用性差、兼容性差的难题，可配接不同类型、不同 长度的单芯或多芯铠装测井电缆，实时传输彩色全 帧率网络高清视频，降低了工程作业量和实际应用 成本9
基于测井电缆网络髙速传输技术的可视化测井 系统的组成如图1所示。

VGA
V
N/■ \f N /■--------------------------------------
胃网线电缆电缆_
计算机<=>地面系统测井电缆绞车井下检测系统
深度接口
V ,
光电编码器
图1测井电缆可视化测井系统框图
井下检测系统是井下网络视频图像的采集、编 码和传输装置。

其外形和结构是根据井眼的尺寸、温度、压力等环境要求而设计的。

井下检测系统是 依靠井下检测系统和测井电缆的自重下放到目标深 度的。

测井电缆的作用包括承载井下检测系统重量并 下放井下检测系统，地面系统向井下检测系统供电，地面系统与井下检测系统进行高速网络通信的介质。

地面系统主要功能包括通过测井电缆向井下检 测系统供电，与井下测井系统通过测井电缆进行高 速网络通信，获取网络视频数据流并解码，电缆测 深、字符叠加、录像存储等。

并提供视频显示器接口 与网络访问接口。

光电编码器与测井绞车的电缆深度测井系统连接，向地面系统提供深度信号编码脉冲。

液晶显示仪用于显示解码和字符叠加后的视频 图像。

计算机与地面系统通过有线或无线网络连接，可对网络视频编码系统、深度测量系统、视频解码系 统、字符叠加系统进行设置和控制，可实时预览、存 储和回放视频图像。

1.3井下检测系统
井下检测系统是可视化测井系统中直接完成视 频图像采集、编码传输的部分，图2为井下检测系统 的功能框图。

由地面系统向井下电源模块供电，电源 模块完成DCDC变换，提供给井下各模块需要的低 压电源。

LED光源对摄像头前方区域进行照明，由摄像头模组获取图像，经编码器编码，由测井电缆网 络高速传输模块传输至地面系统。

严正国等:VideoLog可视化测并系统在套管错断检测中的应用
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----------------------------------------------------------------------s*
高温镜头LED光源摄像头模组编码器高速传输投块
DCDC电源模块
V__________y
图2 V ideoL og井下检测系统功能框图
1.4旋转变焦彩色高清摄像机结构及技术指标
图3为VideoLog旋转变焦彩色高清摄像机隔 热耐温结构示意图，为了适应井下小尺寸高温度高 压工作环境，仪器结构均为特殊设计和制造，所有电 路模组也均采用小型化设计，最大宽度小于30 mm，外壳采用隔热耐压材料制造，从而保持内部压力温 度一直符合仪器正常T.作要求。

采用蓝宝石球形镜 片满足镜头抗压要求的同时，达到最大视角范围，LED提供可调节光源，可根据实际环境调节至最佳 亮度。

采用高温旋转变焦摄像头,720x576像素，且 自带云台控制和变焦调节功能，根据观测点实际环 境可通过地面系统远程控制摄像头180°俯仰，360° 旋转并调节焦距，找到最佳的观测角度，将套管问题 看得更加清楚。

蓝宝石球形镜片7LED-7隔热耐压外壳；7
•■高温旋转变集摄像隔热保温填料'一电路模绀 图3旋转变焦彩色高清摄像机隔热耐温结构示意图
旋转变焦彩色高清摄像机技术指标见表1。

表1旋转变焦彩色高清摄像机技术指标
技术参数标准配置
最大外径/mm75/90
最大测井深度/m 2 500
最高耐温/t80
最高耐压/MPa30
分辨率720x576
最大帧率/(f-s-1)25
旋转角度/(°)俯仰180,旋转3602 VideoLog应用于套管错断检测
2.1应用案例1
1) 西南某气井井下作业过程中通井规在深度
2 360 m附近遇阻，可视化测井系统检测诊断遇阻
原因。

2) 井口压力7 MPa,井口采用防喷管和注脂设 备等井控措施，采用75 mm可视化测井系统，仪器
加配重，从油管下人至目标位置附近进行检测，以确
定遇阻原因。

3) 测井结果。

4) 诊断结论。

采用旋转变焦彩色高清摄像机，配接国产7芯
铠装测井电缆，选用缆芯1237进行网络高速传输，
网络连接完整，高速率传输出彩色高清视频图像，对
照件身管柱结构与井下丁具以及井筒情况，确认故
障原因为套管错断移位，造成井眼阻塞。

2.2应用案例2
1) 60臂井径测井。

①西部某标准井在深度180 m附近遇阻，采用60臂并径测井技术检测诊断遇
阻原因；缓慢下人60臂井径测并仪器，使探头接触
管壁，确定遇阻原因;③测井结果;④诊断结果。

根据多个探针对管壁的探测，感应出套管内径
的变化情况及数据，再通过计算机软件解释处理，进
而得出采用60臂井径测井结果图，分析诊断为套管
错断问题。

2) VideoLog测井。

①西部某标准井在深度180 m附近遇阻，可视化测井系统检测诊断遇阻原因；
②下人75 mm可视化测井井下检测系统至液面以
下，井中水的透光性达到可视化测井系统作业要求，
可视化测井井下检测系统继续下人至180 m附近
的遇阻位置，调整旋转变焦摄像头方向和焦距，
寻找
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最佳观测位置进行视频检测，确定遇阻原因；③测井
结果;®诊断结果。

采用旋转变焦彩色高清摄像机，配接国产7芯
铠装测井电缆，选用缆芯1456进行网络高速传输，
网络连接完整，作业时长3 h,高速率传输出彩色高
清视频图像，分辨率为720x576像素，帧率10 f/s,
整个过程视频清晰流畅，没有延迟和卡顿现象。

对照
井身管柱标准结构和井下工具，确认故障原因为套
管错断移位、套管磨损以及管壁腐蚀，从而导致井眼
遇阻。

3结论
1) 可视化测井系统作为新一代并下电视的成功 研制，突破了原有技术的部分局限性,无需专用测井
电缆和测井车，可实现本地化测井施工。

2) 实际应用效果表明，可视化测井系统在工作 中不仅能够准确定位观测点深度，而且能够找到观
测点最佳观测角度并获得清晰流畅的图像和录像，
为下一步工作提供最直观最真实的判断依据。

3) 可视化测井技术具有高速率，实时性，网络自 适应的特点。

相比于60臂井径测井技术，可视化测
井技术更加直观清晰，实时高效。

4) 可视化测井系统作为一种新型套管检测手 段，相比于传统的解释成像测井技术，操作工艺简
单，工作效率高，作业成本低，检测结果实时可靠，在
套管错断检测中具有广阔的应用前景。

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本文编辑：尉立岗收稿日期：2019-02-28
(上接第42页）
4结束语
福建LNG虽然已迈出了可喜步伐，但由于危化 品企业的特殊性，尤其是其作为我国首家自主建设 而从填海工程施工伊始便处于各类风险包裹中的企 业，离国家对企业标准化管理的要求还有一定差距。

因此，公司提出要站在一个新的认知起点上不断追 赶跨越，对标AAAA级“标准化良好行为企业”的要 求，向着更高的目标迈进，走出一条科技含量高、经 济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势 得到充分利用的标准化良好行为企业发展之路，使 企业逐步形成拥有自主知识产权、具有较强国际竞争力的一流能源供应公司。

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本文编辑：崔杰收稿日期=2019-01-16。