CN105239996A - 一种后置涡轮防沾污式摄像头短节及井下摄像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种后置涡轮防沾污式摄像头短节及井下摄像仪，适用于油井井下测试领域。其中，该井下摄像仪至少包括顺次密封连接的电缆头、扶正器和摄像头短节；该摄像头短节对应所述摄像头镜头的一侧形成一清水液柱腔，摄像头短节内部还设有一涡轮驱动机构，该涡轮驱动机构设有一后置涡轮及能驱动所述后置涡轮转动的驱动装置，所述后置涡轮位于靠近所述摄像头一侧；摄像头短节周壁还设有一过滤孔区，所述后置涡轮能将所述摄像头短节外部的液体经所述过滤孔区吸入所述摄像头短节内部并泵送至所述清水液柱腔，进而在所述摄像头镜头前端形成清水液柱，防止油污、杂质等沾污摄像头。
Description
技术领域
本发明涉及石油测井技术领域，是一种用于实时观测井下状况、获取清晰井下影像资料的摄像头短节及井下摄像仪。
背景技术
井下摄像仪是一种应用可见光摄像机查看油、气、水井的测试仪器，通过该仪器可以直接观测被测井的套管破损、套管错断、井下落物、射孔质量、注水见效方向等情况。目前，井下摄像仪主要用在民用的水井监测上，由于仪器耐温耐压不够，因而极少用到油田油井井下检测上，且很少考虑摄像镜头的沾污问题。而在国外井下电视测井领域，美国DHV公司研制的FiberOptic(光纤)、HawkeyeⅠ(同轴电缆)、HawkeyeⅡ(单芯测井电缆)是其主流的井下电视测井仪器。FiberOptic可以得到30幅图像/秒的实时连续图像，图像尺寸也最大，可以得到最佳的井下图像资料，但由于光纤物理特性、光波传输特性方面的原因，所以并未得到广泛推广；HawkeyeⅡ虽然图像不及光纤视像系统可以提供连续移动的高清晰度、高保真度画面，但其使用普通单芯测井电缆替换原来的光纤，运行费用经济。但是，在井下摄像镜头防沾污方面还没有有效的解决方法，因此在生产油井中，若摄像头被原油遮挡，则井下测试的成功率显著降低，因此，如何将井下摄像仪应用于油井井下成像测试领域已成为业界急于解决的问题。
有鉴于上述现有技术的井下摄像仪在防沾污功能上存在的问题，本设计人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，并辅以过强的专业理论知识，以期提供一种后置涡轮防沾污式摄像头短节及具有该摄像头短节的井下摄像仪，实现井下摄像仪的防沾污功能，提高油井井下摄像的成功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种后置涡轮防沾污式摄像头短节及具有该摄像头短节井下摄像仪，使得在油井井下检测摄像的过程中，摄像仪镜头能够避免被井下油污、杂质等沾污，从而获得清晰的井下影像资料。
为此，本发明提供一种后置涡轮防沾污式摄像头短节，所述摄像头短节具有：
一壳体，所述壳体一端为摄像端，一密封的摄像头容置于所述壳体内并位于所述摄像端，所述壳体的另一端为扶正器连接端，所述摄像头短节内部设有密封的电气通道，所述摄像头的电气线路穿过所述电气通道与外部控制设备电连接；
一涡轮驱动机构，设置在所述摄像头短节内，并位于所述摄像头及所述扶正器连接端之间；所述涡轮驱动机构具有一后置涡轮及能驱动所述后置涡轮转动的驱动装置，所述后置涡轮位于靠近所述摄像头一侧；
一清水液柱腔，设置在所述摄像头短节的摄像端，所述清水液柱腔由所述摄像头镜头外侧与所述壳体内周壁构成；
多个过滤孔，贯穿所述后置涡轮远离所述摄像头一侧的壳体周壁，所述后置涡轮能将所述摄像头短节外部的液体经多个所述过滤孔吸入所述壳体，并经一液流通道输送至所述清水液柱腔，进而在所述摄像头镜头前端形成清水液柱。
在优选的实施方式中，所述壳体包括集流筒和扶正器连接筒，一连接器的两端部分别连接所述集流筒和扶正器连接筒；所述集流筒远离所述连接器的一端为所述摄像端，位于所述摄像头及所述连接器间的所述集流筒内部构成一涡轮容置腔，所述扶正器连接筒远离所述连接器的一端为所述扶正器连接端，所述驱动装置设置于所述扶正器连接筒内部，所述后置涡轮内置于所述涡轮容置腔，所述驱动装置的驱动轴贯穿所述连接器而连接所述后置涡轮，所述驱动轴与所述连接器密封且能转动地连接；多个所述过滤孔设置于所述集流筒对应所述涡轮容置腔的周壁上。
在优选的实施方式中，所述摄像端内嵌有一摄像头外壳，所述摄像头密封设置于所述摄像头外壳内部，所述摄像头外壳靠近所述摄像头镜头一端的外周壁设有多个凸台，所述摄像头外壳外周壁、所述集流筒内周壁及多个所述凸台间构成多个环空，多个所述环空形成贯通所述涡轮容置腔及所述清水液柱腔的所述液流通道。
在优选的实施方式中，所述驱动轴固定有所述后置涡轮的一端能转动地与所述摄像头外壳相连接。
在优选的实施方式中，所述摄像头外壳面对所述后置涡轮的一端朝所述后置涡轮的方向形成一渐缩的锥状体。
在优选的实施方式中，所述集流筒内壁沿轴向设有一密封的导线安装槽，所述导线安装槽的两端分别与所述摄像头外壳及所述连接器相连接，所述摄像头的电气线路贯穿所述导线安装槽而接入所述连接器。
在优选的实施方式中，所述摄像头短节的扶正器连接端内嵌有一电连接插头，所述连接器设有一轴向贯通的电路通路，所述摄像头的电气线路经所述导线安装槽而密封接入所述电路通路，并与所述电连接插头相连接。
此外，本发明还提供一种井下摄像仪，所述井下摄像仪设有如上所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，所述井下摄像仪至少包括顺次连接的所述摄像头短节、至少一扶正器及电缆头，所述摄像头短节、扶正器和电缆头的中部构成密封且相互贯通的摄像仪电气通道，所述摄像头的电气线路穿过所述摄像仪电气通道与控制设备电连接。
在优选的实施方式中，所述井下摄像仪还设有一电池短节，所述电池短节中部设有与所述摄像仪电气通道相贯通的电池短节电气通道。
本发明的后置涡轮防沾污式摄像头短节及井下摄像仪相较于现有技术而言，通过摄像头短节内部涡轮驱动机构和摄像头前端清水液柱腔的设置，使得在井下测试的过程中，摄像头镜头前端能够形成一清水液柱，进而防止来自井下的油污、杂质沾污镜头，从而有效达到防沾污的目的。
附图说明
图1为本发明井下摄像仪一实施例的外观图。
图2为本发明摄像头短节的剖视图。
图3为图2的仰视图。
图4为摄像头短节局部剖视示意图，其中涡轮、驱动轴、摄像头、过滤孔区等未表示。
附图标号说明：
1-摄像头短节、2-扶正器、3-电池短节、4-电缆头、5-清水液柱腔、6-镜头；7-摄像头、8-液流通道、9-摄像头外壳、10-集流筒、11-后置涡轮、12-过滤孔区；13-驱动装置、14-电连接插头、15-扶正器连接筒、16-连接器、17-摄像端；18-扶正器连接端、19-电路通路、20-驱动轴、21-凸台、22-环空；23-涡轮容置腔；24-导线过孔、25-导线安装槽、26-摄像头端导线过孔、29-电机端导线密封装置。
具体实施方式
本发明提供一种后置涡轮防沾污式摄像头短节，其具有：一壳体，所述壳体一端为摄像端，一密封的摄像头容置于所述壳体内并位于所述摄像端，所述壳体的另一端为扶正器连接端，所述摄像头短节内部设有密封的电气通道，所述摄像头的电气线路穿过所述电气通道与外部控制设备电连接；一涡轮驱动机构，设置在所述摄像头短节内，并位于所述摄像头及所述扶正器连接端之间；所述涡轮驱动机构具有一后置涡轮及能驱动所述后置涡轮转动的驱动装置，所述后置涡轮位于靠近所述摄像头一侧；一清水液柱腔，设置在所述摄像头短节的摄像端，所述清水液柱腔由所述摄像头镜头外侧与所述壳体内周壁构成；多个过滤孔，贯穿所述后置涡轮远离所述摄像头一侧的壳体周壁，所述后置涡轮能将所述摄像头短节外部的液体经多个所述过滤孔吸入所述壳体，并经一液流通道输送至所述清水液柱腔，进而在所述摄像头镜头前端形成清水液柱。
其中，壳体包括集流筒和扶正器连接筒，一连接器的两端部分别连接所述集流筒和扶正器连接筒；所述集流筒远离所述连接器的一端为所述摄像端，位于所述摄像头及所述连接器间的所述集流筒内部构成一涡轮容置腔，所述扶正器连接筒远离所述连接器的一端为所述扶正器连接端，所述驱动装置设置于所述扶正器连接筒内部，所述后置涡轮内置于所述涡轮容置腔，所述驱动装置的驱动轴贯穿所述连接器而连接所述后置涡轮，所述驱动轴与所述连接器密封且能转动地连接；多个所述过滤孔设置于所述集流筒对应所述涡轮容置腔的周壁上。
进一步地，所述摄像端内嵌有一摄像头外壳，所述摄像头密封设置于所述摄像头外壳内部，所述摄像头外壳靠近所述摄像头镜头一端的外周壁沿周向设有多个凸台，所述摄像头外壳外周壁、所述集流筒内周壁及多个所述凸台间构成多个环空，多个所述环空形成贯通所述涡轮容置腔及所述清水液柱腔的所述液流通道。
本发明还提出一种井下摄像仪，该井下摄像仪至少包括顺次连接的所述摄像头短节、至少一扶正器及电缆头，所述摄像头短节、扶正器和电缆头的中部构成密封且相互贯通的摄像仪电气通道，所述摄像头的电气线路穿过所述摄像仪电气通道与控制设备电连接。
本发明通过在摄像头外壳后部设置驱动装置和后置涡轮，在驱动装置的驱动下，后置涡轮旋转产生轴向力，在压差作用下，井中液体能通过过滤孔进入涡轮容置腔，并经液流通道在清水液柱腔形成液柱，能对摄像头进行冲洗，以获得清晰的影像。
本发明的井下摄像仪由于构成对摄像头进行冲洗的液体是通过涡轮的转动由壳体的侧壁被泵入，因此，设置在摄像头短节上部的扶正器、电缆头等部件内不会有清洗液流通过，提高了这些部件的密封性能，简化了密封结构。
此外，本发明能够通过控制驱动装置实现对涡轮的转速控制，从而能够改变轴向力的大小，使进入壳体、清水液柱腔内的液体速度发生改变，进而使泵入清水液柱腔的液流速度与井下摄像仪下放的速度相平衡，此时，清水液柱腔前部油污、杂质的相对速度为零，则避免了油污、杂质等对镜头的撞击，减小了沾污的概率。
本发明的后置涡轮防沾污式摄像头短节、及具有该短节的井下摄像仪，特别适用于高含水油井，能够实现在高含水油井中有效获取清晰影像的功能。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更清楚的理解，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明井下摄像仪一实施例的外观示意图。其中，该井下摄像仪包括顺次密封连接的电缆头4、两个扶正器2及摄像头短节1，同时，当本发明的井下摄像仪采用存储仪器工作模式时(存储仪器用于存储摄像仪的影响资料，图中未示)，还可进一步密封连接有电池短节3，该电池短节3能够为存储仪器电路供电，同时，在地面供电意外中断时，该电池短节能够作为应急供电装置而为摄像仪供电；若井下摄像仪采用地面显示装置直读的模式，无需做备份处理，则无需设置电池短节3。此外，电池短节3的设置位置也不作限制，即电池短节3可连接于电缆头4、扶正器2及摄像头短节1中任意两相邻装置之间。电缆头4、扶正器2、电池短节3以及摄像头短节1的中部构成密封且相互连通的摄像仪电气通道。
如图2所示，为本发明一可行实施例的摄像头短节1的剖面图。其中，该摄像头短节1具有一壳体，进一步地，该壳体包括集流筒10和扶正器连接筒15，一连接器16的两端部分别连接所述集流筒10和扶正器连接筒15。集流筒10远离连接器16的一端(如图2所示的下端部)为摄像端17，其另一端的内部形成一涡轮容置腔23，同时，摄像端17嵌置有一摄像头外壳9，该摄像头外壳9与摄像端17可拆卸地固定连接。摄像头外壳9的外周壁沿周向均布有四个凸台21，如图3和图4所示。摄像头7密封设置于该摄像头外壳9的内部。
优选的，集流筒10突出该摄像头7镜头6的一端，即图2中的下端与摄像头7镜头的外侧，即下侧构成一清水液柱腔5，所述摄像头外壳9外周壁、集流筒10内周壁及多个凸台21间构成多个环空22，该些环空22形成贯通清水液柱腔5及涡轮容置腔23的液流通道8。
此外，为实现本发明井下摄像仪对摄像头镜头的清洗功能，摄像头短节1内部设有一涡轮驱动机构。该涡轮驱动机构设有一后置涡轮11及一驱动装置13，该后置涡轮11设置于涡轮容置腔23，驱动装置13设置于扶正器连接筒15内腔，驱动装置13的驱动轴20贯穿连接器16而连接该后置涡轮11，且驱动轴20与连接器16密封并能转动的连接，该密封及连接工艺为现有技术。同时，集流筒10的周壁设有一过滤孔区12，该过滤孔区12设有多个过滤孔，且过滤孔区位于后置涡轮11与连接器16之间。
在较佳的实施方式中，该驱动装置13可选用电机，电机启动后可驱动后置涡轮11转动，并在涡轮上方形成一负压区，进而摄像头短节外部的液体(钻井液)可经过该过滤孔区12的过滤后进入集流筒10内腔，并在后置涡轮11轴向力的作用下经液流通道8喷入清水液柱腔5，即可在摄像头7镜头的前端形成一清水液柱，从而使来自井下的油污、杂质不会直接与镜头接触而污染镜头，进而达到本发明井下摄像仪防沾污的目的。
进一步的，为降低水溶液进入液流通道8的阻力，同时增加进入清水液柱腔5的水流冲击力，摄像头外壳9面对后置涡轮11的一侧形成一上小下大的锥状体，从而起到有效导流、降低流通阻力的效果。
另外，为增强涡轮驱动机构运转的稳定性，驱动轴20装设有后置涡轮11的一端与摄像头外壳9的端部能够相对转动的连接，此时，连接器16及摄像头外壳9支撑驱动轴20，并起到定位作用，防止因加工精度误差及涡轮容置腔23内液体扰动等因素而导致驱动轴20失稳。
为实现摄像头7电气线路能密封接入扶正器连接筒15，集流筒内壁沿轴向设有一密封的导线安装槽25，该导线安装槽25的两端分别与摄像头外壳9及连接器16相连接，如图4所示。其中，摄像头的电气线路密封接入摄像头端导线过孔26，并平铺于导线安装槽25中。连接器16上设有一轴向贯通的电气通路19，摄像头7的电气线路由导线过孔24穿出后可经电机端导线密封装置29密封后接入该电路通路19。此处的密封结构为常规技术，容不赘述。进一步地，摄像头短节1的扶正器连接端18内嵌有一电连接插头14，密封接入电路通路19的摄像头7的电气线路与电连接插头14对应连接。
在优选的实施方式中，本发明采用的扶正器2为现有技术，现仅对其主要结构做一简要介绍：扶正器2设有一连杆，该连杆的两端部分别连接电缆头4及摄像头短节1，该连杆的中部形成扶正器电气通道，该扶正器电气通道能够实现与电缆头4及摄像头短节1的电路连接；该连杆的外部能轴向移动地套设有两个支撑臂固定座，至少四个由弹性材料制成的支撑臂的两端部分别与支撑臂固定座相连接，进而能够形成外凸的灯笼状弹性制成结构，该弹性支撑臂在井下摄像仪的下放过程中能够抵撑于井壁套管，进而起到对摄像仪的导正及对中作用。
较佳的，本发明采用的电缆头4同样为现有技术，其中，电缆头4设有一壳体，该壳体的两端部分别连接地面控制设备的电缆以及扶正器，同时该壳体的中部形成一电缆头电气通道，该电缆头电气通道能与扶正器实现电路连接，且其内部设有一电路板，地面控制设备的电缆(包含通讯光纤)密封接入电缆头4，并与电路板固定连接，该电缆经本发明井下摄像仪电气通道最终与摄像头7的电气线路相连接。
以下结合附图进一步说明本发明后置涡轮防沾污式井下摄像仪的工作原理：
如图1所示，在本发明井下摄像仪进入测试井以前，首先将摄像头短节1、扶正器2及电缆头4顺次密封连接；其中，摄像头短节1、扶正器2和电缆头4的中部构成密封连接且贯通的摄像仪电气通道，摄像头7设置于摄像头短节1的一端部，经电缆头4引入的电缆经上述电气通道与摄像头7的电气线路相连接。此外，当摄像仪采用存储工作模式时，还可设置一电池短节3，用来为存储仪器供电。
在上述装置连接完成后，接通地面控制设备电源，确认摄像头及涡轮驱动机构工作正常。随后，本发明的井下摄像仪进入测试井，当驱动装置13(电机)驱动后置涡轮11转动时，在其后方(如图2所示的后置涡轮11的上方区域)会产生一负压区，因而测试井的水溶液会经集流筒10侧壁的过滤孔区12过滤后而被吸入集流筒10内腔，并在后置涡轮11轴向力的作用下经液流通道8喷入清水液柱腔5，从而在摄像头7镜头的前端形成一清水液柱，使来自井下的油污、杂质不会直接与镜头接触而污染镜头，进而达到本发明井下摄像仪防沾污的目的。
另外，由于该井下摄像仪下放速度及下放深度的变化，导致摄像头短节1外部溶液的压力及流速不断变化，为保证摄像头7前端免受油污、杂质的污染，地面控制设备可根据监控图像显示的摄像头7前端的影像清晰度，随时调整驱动装置13(例如电机)的电流而控制后置涡轮11的转速，从而使得清水液柱腔5喷射出的清水液柱能够保持与外界水溶液的压力平衡，进而避免油污、杂质等对镜头的冲击、减小镜头受污染的概率，实现其防沾污功能。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限制本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (9)
1.一种后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述摄像头短节具有：
一壳体，所述壳体一端为摄像端，一密封的摄像头容置于所述壳体内并位于所述摄像端，所述壳体的另一端为扶正器连接端，所述摄像头短节内部设有密封的电气通道，所述摄像头的电气线路穿过所述电气通道与外部控制设备电连接；
一涡轮驱动机构，设置在所述摄像头短节内，并位于所述摄像头及所述扶正器连接端之间；所述涡轮驱动机构具有一后置涡轮及能驱动所述后置涡轮转动的驱动装置，所述后置涡轮位于靠近所述摄像头一侧；
一清水液柱腔，设置在所述摄像头短节的摄像端，所述清水液柱腔由所述摄像头镜头外侧与所述壳体内周壁构成；
多个过滤孔，贯穿所述后置涡轮远离所述摄像头一侧的壳体周壁，所述后置涡轮能将所述摄像头短节外部的液体经多个所述过滤孔吸入所述壳体，并经一液流通道输送至所述清水液柱腔，进而在所述摄像头镜头前端形成清水液柱。
2.如权利要求1所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述壳体包括集流筒和扶正器连接筒，一连接器的两端部分别连接所述集流筒和扶正器连接筒；所述集流筒远离所述连接器的一端为所述摄像端，位于所述摄像头及所述连接器间的所述集流筒内部构成一涡轮容置腔，所述扶正器连接筒远离所述连接器的一端为所述扶正器连接端，所述驱动装置设置于所述扶正器连接筒内部，所述后置涡轮内置于所述涡轮容置腔，所述驱动装置的驱动轴贯穿所述连接器而连接所述后置涡轮，所述驱动轴与所述连接器密封且能转动地连接；多个所述过滤孔设置于所述集流筒对应所述涡轮容置腔的周壁上。
3.如权利要求2所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述摄像端内嵌有一摄像头外壳，所述摄像头密封设置于所述摄像头外壳内部，所述摄像头外壳靠近所述摄像头镜头一端的外周壁沿周向设有多个凸台，所述摄像头外壳外周壁、所述集流筒内周壁及多个所述凸台间构成多个环空，多个所述环空形成贯通所述涡轮容置腔及所述清水液柱腔的所述液流通道。
4.如权利要求3所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述驱动轴固定有所述后置涡轮的一端能转动地与所述摄像头外壳相连接。
5.如权利要求3或4所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述摄像头外壳面对所述后置涡轮的一端朝所述后置涡轮的方向形成一渐缩的锥状体。
6.如权利要求2至4任一项所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述集流筒内壁设有一密封的导线安装槽，所述导线安装槽的两端分别与所述摄像头外壳及所述连接器相连接，所述摄像头的电气线路贯穿所述导线安装槽而接入所述连接器。
7.如权利要求6所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，其特征在于，所述摄像头短节的扶正器连接端内嵌有一电连接插头，所述连接器设有一轴向贯通的电路通路，所述摄像头的电气线路经所述导线安装槽而密封接入所述电路通路，并与所述电连接插头相连接。
8.一种井下摄像仪，其特征在于，所述井下摄像仪设有如权利要求1至7任一项所述的后置涡轮防沾污式摄像头短节，所述井下摄像仪至少包括顺次连接的所述摄像头短节、至少一扶正器及电缆头，所述摄像头短节、扶正器和电缆头的中部构成密封且相互贯通的摄像仪电气通道，所述摄像头的电气线路穿过所述摄像仪电气通道与控制设备电连接。
9.如权利要求8所述的井下摄像仪，其特征在于，所述井下摄像仪还设有一电池短节，所述电池短节中部设有与所述摄像仪电气通道相贯通的电池短节电气通道。
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