CN104980634A - 一种用于井下探测的光学成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于井下探测的光学成像装置，能够获取井壁直观的视频图像，为修井作业提供准确、可靠依据，该光学成像装置结构简明、稳定性高、操作方便灵活。该用于井下探测的光学成像装置，包括在管状壳体内沿轴线方向依次设置的、前置物镜组、图像传感器、图像传感器的视频驱动单元、视频处理及存储单元、电池组、转接板及其各个接口、筒尾密封盖；所述透明防护窗通过弹垫压紧至管状壳体前端面的安装孔，筒尾密封盖上具有螺纹连接部；前置物镜组的前部外围设置有多个激光器照明灯，在视频驱动单元与视频处理及存储单元之间横向设置电路连接板；所述各个接口至少包括USB数据接口和充电口。

Description

一种用于井下探测的光学成像装置

技术领域

本发明属于光学仪器技术领域，涉及一种用于深油(水)井探测的光学成像装置。

背景技术

随着油田勘测技术的发展，油井的数量也在不断增加，同时，新的一系列问题不断出现，比如测井管道长期埋于地下受地下水腐蚀受损；深井下的温度、压差、应力造成管道的变形腐蚀或者破损；频繁的井下作业引起管道损伤；内壁的污渍影响作业等，这些内壁损伤情况用传统的方法无法直观地检测出来，或者分辨率不够、可靠性差、时效性差、成本偏高、体积大，因此在检测测井管道内壁受损情况时往往不能得到让人满意的数据来为修井作业提供客观依据。

传统上典型的测井方法有微电阻率扫描测井法、声波测井法、核磁共振测井法。

1.微电阻率扫描测井法

通过井下测井仪器测量井壁各点的电阻率值，然后把电阻率值的相对高低用灰度(黑白图)或者色度(彩色图)来表示，井壁就可以表示成一张黑白图像或者彩色图像，它的优点是：对井内环境要求低。缺点是不能获取直观图像、精度低、易漏检、体积重量大。

2.声波测井法 

通过测量环井井眼地层的声学回波特性来判断井眼的情况，它的优点是非接触测量，缺点是不能获取直观图像、后期处理复杂、体积重量比较大。

3.核磁共振测井法

通过使用多种频率的的脉冲信号来测量自旋回波的幅度信息、相位信息等来解析井内壁状态，它的优点是对环境要求不高，非接触测量。缺点是不能获取直观图像、后期处理复杂、体积重量大。

发明内容

为了克服传统的测井方案无法获取直观图像、体积重量较大、精度较低等缺点，本发明提出一种全新的视频的测井成像方案，能够获取井壁直观的视频图像，为修井作业提供准确、可靠依据，该光学成像装置结构简明、稳定性高、操作方便灵活。

本发明的技术方案如下：

一种用于井下探测的光学成像装置，包括在管状壳体内沿轴线方向依次设置的、前置物镜组、图像传感器、图像传感器的视频驱动单元、视频处理及存储单元、电池组、转接板及其各个接口、筒尾密封盖；所述透明防护窗通过弹垫压紧至管状壳体前端面的安装孔，筒尾密封盖上具有螺纹连接部以便于该光学成像装置与钻杆的固定；前置物镜组的前部外围设置有多个激光器照明灯，在视频驱动单元与视频处理及存储单元之间横向设置电路连接板，所述图像传感器采用带有调焦功能USB摄像装置模组，将视频图像数字化后通过电路连接板上 的USB传输至视频处理及存储单元；所述各个接口至少包括USB数据接口和充电口。

基于以上方案，本发明还进一步作如下优化：

上述透明防护窗为会聚透镜。

上述视频处理及存储单元分为视频编码压缩模块和高速SD卡，视频编码压缩模块压缩后的数字图像通过内部设置的高速GPIO接口存储至高速SD卡。

上述视频编码压缩模块采用三星公司的ARM11—S3C6410进行基于MPEG-2和H.264视频编码压缩。

上述管状壳体的壁厚度为10mm。

上述电池组采用无需拆卸的充电电池。

本发明具有以下优点：

本发明充分利用新型图像传感器件、计算机图像处理技术以及新型视频压缩技术的固有优势，设计的整套光学成像装置(设备)结构简明、稳定性高、体积小、重量轻/微光夜视能力强、操作方便灵活。

附图说明

图1探测装置系统框图。

图2探测系统原理。

具体实施方式

如图1所示，用于深油(水)井探测的光学成像系统，由前置光学系统1、探测器板2、处理单元3、电池4、接口板5、筒尾盖6组成。

前置光学系统1由3～4路照明灯及照明灯的隔水窗、探测器的前置物镜组及物镜组的隔水窗组成，主要实现井内壁光学信号的收集和前置光学系统的密封。

探测器板2由探测器和探测器的电子学驱动板组成，主要完成井壁视频信号的采集和数据格式的数模转换。

处理单元3是基于ARM11—S3C6410的电子学信号处理板，主要实现视频信号的编码，视频信号的压缩、视频信号的存储，以及工作指示灯控制、充电控制、USB数据输出和程序下载控制。

电池4是由大容量高效能充电电池，实现电子学系统供电。

接口板5是控制及输出信号的引出板，主要实现工作指示灯指示、充电指示、USB数据输入输出和程序下载。

筒尾盖6是系统密封盖，实现探测装置的密封，同时，也通过连接螺栓实现探测装置和钻杆的固定。

如图2所示，摄像装置获取井壁图像后，进入基于ARM的视频处理单元，进行编码并压 缩，压缩后的图像数据存入SD卡，设备移至地面后，通过筒尾盖连接的USB端口读取至PC机，通过普通播放软件或者专用图像识别软件进行管道损伤识别、位置判断和可修复评估。

以下进一步详述本发明光学成像装置的运行过程：

利用3～4路对透水性好的蓝绿波段高亮led激光器照明，设计合适的发散角，将清洗后的管道内壁照亮，内壁漫反射后光线通过前置光学系统，作用于可见光探测器(图像传感器)的视频驱动单元，图像信号数字化后，再传输至视频处理单元，由核心处理器：三星公司的ARM11—S3C6410进行基于MPEG-2和H.264视频编码压缩(压缩格式可定义)，压缩后的数字图像存储至高速大容量SD卡，经过一次作业(典型工作深度3000米，8小时连续采集)，设备移至地面后，通过USB传输至PC机，通过普通播放软件或者专用图像识别软件进行管道损伤识别、位置判断和可修复评估。

系统采用主动照明方式，选用4路高亮蓝绿激光LED灯作为照明装置，正向工作电压为2.9V～4.0V，正向电流20mA,发散角约为40度，照明装置前置隔水窗为会聚透镜，固定组件通过弹垫压紧至安装孔。

在探测器选择方面，采用微光夜视能力强的USB摄像装置模组(带调焦功能)，将视频图像数字化后通过USB传输至视频处理板。

在视频信号处理方面，通过三星公司的ARM11—S3C6410，进行基于MPEG-2或者H.264视频编码压缩，前者压缩方式压缩比较小，但此种方式获取的视频单帧显示时，清晰度高，系统稳定，后者压缩方式压缩比可以非常大，视频清晰度非常高，但稳定性方面较前者稍差，可根据实际需求和成像时间综合考虑压缩方式。三星公司的ARM11—S3C6410的操作系统采用裁剪后的Linux2.6和安卓4.0版本。井壁的视频图像，经过压缩后，通过内部高速GPIO接口存储至高速SD卡，存储容量满足一次作业时间，为典型值8小时。

探测系统供电电池为大容量高效能充电电池，工作温度为+100℃，输出电压为+7.5V，依据系统功耗，具备连续工作8小时的续航能力。一次作业完成后(典型工作深度3000米，8小时连续采集)，设备至地面后，通过USB传输至PC机，通过普通播放软件或者专用图像识别软件进行管道损伤识别、位置判断和可修复评估。

为适应深油水井工作环境要求，成像仪尺寸约为壁厚度为10，采取密封设计，在水下3000米工作条件下，前置光机结构采取严格的抗压及防水措施，对全系统结构设计、材料的选择、加工工艺、密封垫圈、胶都进行了严格的控制措施。为满足深油水井工作环境要求，选用宇航级高强度高透光性的隔水窗光学材料，保证在3000米工作水压下不被破坏，并具有良好的光学性能。

为满足深油水井工作的实际安装和使用要求，系统具备以下能力:

A、延时开机成像能力，适应夹具工装及作业车安装固定时间要求；

B、遇到尖锐物穿透玻璃进水，电路损毁后的数据保护能力；

C、作业完成后，通过后端控制面板USB数据读取能力。

D、电池电量不足时，指示能力、数据保护能力。

E、系统具备抗震能力。

F、系统程序具备方便的更换能力，无需拆机。

Claims (6)

1.一种用于井下探测的光学成像装置，其特征在于：包括在管状壳体内沿轴线方向依次设置的、前置物镜组、图像传感器、图像传感器的视频驱动单元、视频处理及存储单元、电池组、转接板及其各个接口、筒尾密封盖；所述透明防护窗通过弹垫压紧至管状壳体前端面的安装孔，筒尾密封盖上具有螺纹连接部以便于该光学成像装置与钻杆的固定；前置物镜组的前部外围设置有多个激光器照明灯，在视频驱动单元与视频处理及存储单元之间横向设置电路连接板，所述图像传感器采用带有调焦功能USB摄像装置模组，将视频图像数字化后通过电路连接板上的USB传输至视频处理及存储单元；所述各个接口至少包括USB数据接口和充电口。

2.根据权利要求1所述的用于井下探测的光学成像装置，其特征在于：所述透明防护窗为会聚透镜。

3.根据权利要求1所述的用于井下探测的光学成像装置，其特征在于：视频处理及存储单元分为视频编码压缩模块和高速SD卡，视频编码压缩模块压缩后的数字图像通过内部设置的高速GPIO接口存储至高速SD卡。

4.根据权利要求3所述的用于井下探测的光学成像装置，其特征在于：所述视频编码压缩模块采用三星公司的ARM11—S3C6410进行基于MPEG-2和H.264视频编码压缩。

5.根据权利要求1所述的用于井下探测的光学成像装置，其特征在于：管状壳体的壁厚度为10mm。

6.根据权利要求1所述的用于井下探测的光学成像装置，其特征在于：所述电池组采用无需拆卸的充电电池。