CN107529037A - 通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置及方法 - Google Patents

Abstract

通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置及方法，以测井电缆为传输介质，在井下仪和地面系统之间建立高速网络连接，并在测井电缆上传输网络高清视频图像的方法及电路，并在此基础上研制出适合井下小尺寸、高温环境使用的网络摄像头、测井电缆高速网络传输模块电路及结构，进而研制出利用测井电缆传输网络高清井下视频的装置，解决了利用测井电缆建立高速网络连接，传输网络高清视频，获取井眼视频图像的技术适应性，结构适应性和环境适应性等问题，发明了利用测井电缆获取井眼网络高清视频图像的方法及整套装置，并通过在地热井，石油生产井中应用验证了该方法的有效性和该装置的实用性。

Description

通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田井下成像测井领域，特别涉及一种通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置及方法。

背景技术

井下电视是一种利用井下摄像机获取井眼图像的成像测井技术装备，与其他成像测井技术相比较，井下电视具有直观高效的特点，几乎不需要解释和处理，通过直接观察即可发现井眼中的问题，可用于油、气、水井套管检测，落物打捞，找堵找漏，井下作业效果评估等。

井下电视成像测井技术的关键技术难点在于如何将井下视频图像从几千米的井下传输到地面。测井常用的信号传输介质是普通铠装测井电缆，其并非理想的视频信号传输介质，模拟视频信号无法直接在测井电缆上传输几千米的距离，而数字视频信号数据量非常大，需要的传输带宽较高，普通铠装测井电缆的数据传输速率难以满足彩色全帧率视频图像的传输要求。目前，以测井电缆作为传输介质，在行业内被称为“鹰眼”的井下电视传输的是不连续的黑白图像，由于帧率较低，地面视频图像刷新速率不够，大大降低了鹰眼井下电视的测井速度和测井效率，使用效果大打折扣。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置及方法，以测井电缆为传输介质，在井下仪和地面装置之间建立高速网络连接，并在测井电缆上传输彩色全帧率网络视频图像，并在此方法基础上研制出适合井下小尺寸、高温环境使用的网络摄像头、测井电缆高速网络传输模块电路及结构，进而研制出利用测井电缆传输彩色全帧率井下视频的装置，可以在7000m的铠装测井电缆上传输彩色全帧率视频，解决了利用测井电缆建立高速网络连接，传输彩色全帧率视频，获取井眼视频图像的技术适应性，结构适应性和环境适应性等问题，发明了利用测井电缆获取井眼彩色全帧率视频图像的整套装置，并通过在地热井，石油生产井中应用验证了该方法的有效性和该装置的实用性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，包括井下仪1，电缆绞车2与井下仪1通过测井电缆相连；电缆绞车2通过电缆接口与接地面系统3相连；地面系统3与光电编码器4通过深度接口相连；地面系统3的VGA接口与液晶显示器5相连；地面系统3的网线接口与笔记本电脑6相连。

所述的井下仪1包括LED光源10，LED光源10固定于耐温长镜头11周围；耐温长镜头11与摄像头模组12相连，摄像头模组12与网络视频编码器13相连，网络视频编码器13与测井电缆网络高速传输模块14相连。

所述的测井电缆2的作用包括承载井下仪重量并下放井下仪到井中、地面系统向井下仪供电、地面系统与井下仪进行高速网络通信的介质。

所述的地面系统3通过测井电缆向井下仪供电，与井下仪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、测速、字符叠加、录像存储并提供视频显示器接口与网络访问接口；地面系统3包括井下供电模块20、测井电缆高速传输模块21、网络交换机22、硬盘存储器23、网络视频编码器23、字符叠加模块25、主控模块26、电缆深度、速度测量模块27、开关电源模块28；井下供电模块20通过电缆接口与测井电缆2相连；测井电缆网络高速传输模块21与电缆接口与测井电缆2相连，建立高速网络连接；测井电缆网络高速传输模块21的输出与网络交换机22的输入相连；网络交换机22的输出与网络视频编码器24的输入相连；硬盘存储器23与网络视频编码器24相连，可存储视频；网络视频编码器24的输出与字符叠加模块25的输入相连，网络视频编码器24的输入与字符叠加模块25的输出相连；主控模块26通过串口分别与网络视频编码器24、字符叠加模块25、电缆深度、速度测量模块27相连；电缆深度、速度测量模块27与深度接口相连，获取深度值；开关电源模块28与提供220V交流电源的交流供电接口相连。

所述的光电编码器4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。

所述的液晶显示器5用于显示解码和字符叠加后的视频图像。

所述的笔记本电脑6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。

所述的耐温长镜头11镜头前端位于保温瓶的热区，通过光学将光信号传到到保温瓶冷区的摄像头模组。

所述的测井电缆网络高速传输模块14和测井电缆网络高速传输模块21具有以下特征：

(1)、电缆特性自动适应，模块上电后会发送正弦扫频信号自动测量电缆的频率响应，并自动进行补偿，使电缆信道的传输特性逼近无失真、无码间干扰的理想信道。

(2)、速率自动适应，模块根据信道的特性在设定的信噪比条件下自动按照最快的速率进行连接。

(3)、信道传输采用TC-PAM编码，支持TC-PAM128，最高链接速率可达15Mbps。

(4)、支持测井电缆远距离传输，传输距离超过7000m。

(5)、具有1个2PIN远程供电接口，1个2PIN的信号接口，1个2PIN的电源接口，一个8PIN的网络接口。

(6)、使用单芯，2芯，4芯和4芯以上的测井电缆工作。

通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置获取井眼视频图像的方法，以测井电缆为传输介质，建立高速网络连接，传输网络高清视频，分为以下几个步骤：

步骤一：以测井电缆为传输介质建立高速网络连接；

步骤二：视频图像采集及编码，井下视频图像由井下网络摄像头采集，压缩、编码和传输；

步骤三：井下仪传来的网络视频流经过网络交换机传输到网络视频编码器进行解码。

步骤四：解码后的视频信号送到字符叠加模块叠加深度、速度、字幕等信息；

步骤五：电缆深度、速度测量模块将光电编码器的脉冲转换为电缆下井深度和速度，经主控模块送到字符叠加模块叠加到视频图像上。

步骤六：主控模块通过串口与网络视频编码器连接进而通过网络连接到计算机，通过计算机软件发送来的指令控制电缆深度、速度测量模块和字符叠加模块的工作。

步骤一所述的建立高速网络连接的依赖于测井电缆高速网络传输模块，两个测井电缆高速网络传输模块分别连接于测井电缆两端。传输模块通过以下几个步骤建立网络连接，进行高速网络通信:

(1)：上电后，传输模块初始化硬件配置和网络接口。

(2)：自动测量测井电缆的传输特性并自动进行信道补偿和自适应均衡，使信道总的传输特性尽可能的逼近无码间干扰的不失真的理想信道特性。

(3)：自动进行网络连接，以设定的速率或者速率自适应连接。在速率自适应连接时，会以设定的信噪比条件下最快的速率进行连接。

(4)：网络连接建立后，连接在测井电缆和传输模块两端的网络设备可以进行高速的网络通信。

本发明的有益效果：

1.利用测井电缆高速网络传输模块以铠装测井电缆为传输介质，在井下仪和地面仪之间建立起高速网络连接。

2.传输到地面的视频信号是实时的彩色全帧率网络视频，采用H.264编码，支持多种分辨率和帧率。

3.测井电缆网络高速传输模块包含了本发明方法得以实施的关键技术，是本发明装置的核心技术部件，其主要特征也是本发明的关键特征。

4.为了适应井下高温小尺寸的工作环境，采用耐高温长镜头将高温环境下的光信号传导到保温瓶的冷区。冷区内的摄像头模组，网络编码模块和网络高速传输模块均为采用特殊工艺设计的小尺寸电路，其结构和组合方式也构成本发明的主要特征。

5.地面系统中各功能模块的组成及其连接方式是本发明装置的关键特征。

附图说明

图1是本发明的整体系统图。

图2是本发明中的井下仪主要功能框图。

图3是本发明中的地面仪功能框图。

图4是本发明中的井下仪耐温隔热结构示意图。

图5是本发明中的测井电缆网络高速传输模块结构图(正面)。

图6是本发明中的测井电缆网络高速传输模块结构图(反面)。

图7是本发明中测井电缆网络传输系统结构示意图。

图8是本发明中使用4芯以上电缆时传输模块连线图。

图9是本发明中使用单芯或2芯电缆时传输模块连线图。

图10是本发明用于测井获得的套管射孔炮眼图像。

图11是本发明用于测井获得的井底沙面图像。

图12是本发明用于测井获得的套管接箍错断图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理做进一步详细叙述。

参照图1，一种通过铠装测井电缆获取井下网络视频图像的装置，其中包括：井下仪1、电缆绞车2、地面系统3、光电编码器4、液晶显示器5、笔记本电脑6；电缆绞车2与下井仪1通过测井电缆相连；接地面系统3与电缆绞车2通过电缆接口相连；光电编码器4与地面系统3通过深度接口相连；液晶显示器5上的接口与地面系统3的VGA接口相连；笔记本电脑6上的接口与地面系统3的网线接口相连。

参照图2，所述的下井仪1是网路视频图像采集、编码和传输装置。其外形和结构需满足井眼的尺寸、耐温、耐压等环境要求。井下仪通过电缆绞车和测井电缆吊放到井眼中，依靠井下仪的重量下放到目标的深度。其中包括：LED光源10、耐温长镜头11、摄像头模组12、网络视频编码器13、测井电缆网络高速传输模块14；LED光源10固定于耐温长镜头11，为井下提供照明；耐温长镜头11与摄像头模组12相连，摄像头模组12与网络视频编码器13相连，网络视频编码器13与测井电缆网络高速传输模块14相连。LED10光源提供井下照明。耐温长镜头11可在井下高温环境下工作，并把井内高温环境下的光信号传导到保温瓶冷区的摄像头模组12。网络视频编码器13将视频信号进行压缩编码，通过网络接口传输给测井电缆网络高速传输模块14。由测井电缆网络高速传输模块14通过测井电缆将网络视频流传输到地面装置。

参照图3，本发明的网络摄像头采用耐高温长镜头，镜头前端位于保温瓶的热区，通过光学将光信号传到到保温瓶冷区的摄像头模组。这样，视频采集、压缩编码和传输电路都在保温瓶的冷区内工作，即使在井内高温环境下，保温瓶内冷区的温度也满足电路工作的环境温度要求。

参照图4，所述的地面系统3通过测井电缆向井下仪供电，与井下仪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、测速、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。包括井下供电模块20、测井电缆高速传输模块21、网络交换机22、硬盘存储器23、网络视频编码器23、字符叠加模块25、主控模块26、电缆深度、速度测量模块27、开关电源模块28；井下供电模块20通过电缆接口与测井电缆相连；测井电缆网络高速传输模块21与电缆接口与测井电缆相连，建立高速网络连接；测井电缆网络高速传输模块21的输出与网络交换机22的输入相连，得到高清模拟视频；网络交换机22的输出与网络视频编码器24的输入相连，对井下视频进行解码；硬盘存储器23与网络视频编码器24相连，可存储视频；网络视频编码器24的输出与字符叠加模块25的输入相连，网络视频编码器24的输入与字符叠加模块25的输出相连，解码后的视频信号送到字符叠加模块叠加深度、速度、字幕等信息，字符叠加模块的输出信号再返回网络视频编码器进行编码、存储和网络传输；主控模块26通过串口分别与网络视频编码器24、字符叠加模块25、电缆深度、速度测量模块27相连，过计算机软件发送来的指令控制电缆深度、速度测量模块和字符叠加模块的工作；电缆深度、速度测量模块27与深度接口相连，获取深度值；开关电源模块28与提供220V交流电源的交流供电接口相连，从而提供地面仪各模块需要的+12V，+5V，+3.3V等低压直流电源。

所述的光电编码器4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。

所述的液晶显示器5用于显示解码和字符叠加后的视频图像。

所述的笔记本电脑6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。

所述的耐温长镜头11是为了满足井下仪器的尺寸和耐温的要求。如图2所示，本发明的网络摄像头采用耐高温长镜头，镜头前端位于保温瓶的热区，通过光学将光信号传到到保温瓶冷区的摄像头模组。这样，视频采集、压缩编码和传输电路都在保温瓶的冷区内工作，即使在井内高温环境下，保温瓶内冷区的温度也满足电路工作的环境温度要求。

参照图5、图6，所述的测井电缆网络高速传输模块14和测井电缆网络高速传输模块21是本发明方法以实施的关键，包含了本发明的核心技术，是井下仪和地面仪中的核心部件。包括以下所示的布局和结构。具有1个2PIN远程供电接口，1个2PIN的信号接口，2个2PIN的电源接口，一个8PIN的网络接口。

参照图7，建立高速网络连接的实施依赖于本发明的关键部件之一测井电缆高速网络传输模块。所述的测井电缆网络高速传输模块14和测井电缆网络高速传输模块21具有以下特征：

(1)、电缆特性自动适应，模块上电后会发送正弦扫频信号自动测量电缆的频率响应，并自动进行补偿，使电缆信道的传输特性逼近无失真、无码间干扰的理想信道。

(2)、速率自动适应，模块根据信道的特性在设定的信噪比条件下自动按照最快的速率进行连接。

(3)、信道传输采用TC-PAM编码，支持TC-PAM128，最高链接速率可达15Mbps。

(4)、支持测井电缆远距离传输，传输距离超过7000m。

(5)、具有1个2PIN远程供电接口，1个2PIN的信号接口，1个2PIN的电源接口，一个8PIN的网络接口。

(6)、使用单芯，2芯，4芯和4芯以上的测井电缆工作。

通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置获取井眼视频图像的方法，以测井电缆为传输介质，建立高速网络连接，传输网络高清视频，分为以下几个步骤：

步骤一：以测井电缆为传输介质建立高速网络连接；

步骤二：视频图像采集及编码，井下视频图像由井下网络摄像头采集，压缩、编码和传输；

步骤三：井下仪传来的网络视频流经过网络交换机传输到网络视频编码器进行解码。

步骤四：解码后的视频信号送到字符叠加模块叠加深度、速度、字幕等信息；

步骤五：电缆深度、速度测量模块将光电编码器的脉冲转换为电缆下井深度和速度，经主控模块送到字符叠加模块叠加到视频图像上。

步骤六：主控模块通过串口与网络视频编码器连接进而通过网络连接到计算机，通过计算机软件发送来的指令控制电缆深度、速度测量模块和字符叠加模块的工作。

步骤一所述的建立高速网络连接的依赖于测井电缆高速网络传输模块，两个测井电缆高速网络传输模块分别连接于测井电缆两端。传输模块通过以下几个步骤建立网络连接，进行高速网络通信:

(1)：上电后，传输模块初始化硬件配置和网络接口。

(2)：自动测量测井电缆的传输特性并自动进行信道补偿和自适应均衡，使信道总的传输特性尽可能的逼近无码间干扰的不失真的理想信道特性。

(3)：自动进行网络连接，以设定的速率或者速率自适应连接。在速率自适应连接时，会以设定的信噪比条件下最快的速率进行连接。

(4)：网络连接建立后，连接在测井电缆和传输模块两端的网络设备可以进行高速的网络通信。

参照图8、图9，测井电缆高速传输可有以下几种连接方式。可使用单芯，2芯，4芯或4芯以上的测井电缆工作。采用单芯或2芯测井电缆时，其连接方式如图8所示实现井下供电和信号传输。采用4芯或以上测井电缆时，采用图9的连接方式实现井下供电和信号传输。

本发明通过测井电缆高速传输模块，建立网络连接。直接获取井下彩色全帧率网络视频图像，提高了井下电视的视频图像的流畅度和视频质量，提高了井下电视的测井速度和测井效率。

2017.5.22日利用本发明所述的装置在胜利油田某注水井实施了井下电视测井。图10是在2280m处获取到的射孔炮眼图像。图11是在2345.7m处获取到的人工井底的沙面图像。

2017.4.29日利用本发明所述的装置在大港油田某生产井实施了井下电视测井。图12是在1131.3m处获取到的套管接箍错断图像。

Claims (10)

1.通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，包括井下仪(1)，电缆绞车(2)与井下仪(1)通过测井电缆相连；电缆绞车(2)通过电缆接口与接地面系统(3)相连；地面系统(3)与光电编码器(4)通过深度接口相连；地面系统(3)的VGA接口与液晶显示器(5)相连；地面系统(3)的网线接口与笔记本电脑(6)相连，其特征在于：

所述的地面系统(3)通过测井电缆向井下仪供电，与井下仪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、测速、字符叠加、录像存储并提供视频显示器接口与网络访问接口；地面系统(3)包括井下供电模块(20)、测井电缆高速传输模块(21)、网络交换机(22)、硬盘存储器(23)、网络视频编码器(24)、字符叠加模块(25)、主控模块(26)、电缆深度、速度测量模块(27)和开关电源模块(28)；井下供电模块(20)通过电缆接口与测井电缆(2)相连；测井电缆网络高速传输模块(21)与电缆接口与测井电缆(2)相连，建立高速网络连接；测井电缆网络高速传输模块(21)的输出与网络交换机(22)的输入相连；网络交换机(22)的输出与网络视频编码器(24)的输入相连；硬盘存储器(23)与网络视频编码器(24)相连，可存储视频；网络视频编码器(24)的输出与字符叠加模块(25)的输入相连，网络视频编码器(24)的输入与字符叠加模块(25)的输出相连；主控模块(26)通过串口分别与网络视频编码器(24)、字符叠加模块(25)、电缆深度、速度测量模块(27)相连；电缆深度、速度测量模块(27)与深度接口相连，获取深度值；开关电源模块(28)与提供220V交流电源的交流供电接口相连。

2.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的井下仪(1)包括LED光源(10)，LED光源(10)固定于耐温长镜头(11)周围；耐温长镜头(11)与摄像头模组(12)相连，摄像头模组(12)与网络视频编码器(13)相连，网络视频编码器(13)与测井电缆网络高速传输模块(14)相连。

3.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的测井电缆(2)的作用包括承载井下仪重量并下放井下仪到井中、地面系统向井下仪供电、地面系统与井下仪进行高速网络通信的介质。

4.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的光电编码器(4)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。

5.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的液晶显示器(5)用于显示解码和字符叠加后的视频图像。

6.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的笔记本电脑(6)与地面系统通过有线或无线网络连接，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。

7.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的耐温长镜头(11)镜头前端位于保温瓶的热区，通过光学将光信号传到到保温瓶冷区的摄像头模组。

8.根据权利要求1所述的通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置，其特征在于，所述的测井电缆网络高速传输模块(14)和测井电缆网络高速传输模块(21)具有以下特征：

(1)、电缆特性自动适应，模块上电后会发送正弦扫频信号自动测量电缆的频率响应，并自动进行补偿，使电缆信道的传输特性逼近无失真、无码间干扰的理想信道。

(2)、速率自动适应，模块根据信道的特性在设定的信噪比条件下自动按照最快的速率进行连接。

(3)、信道传输采用TC-PAM编码，支持TC-PAM128，最高链接速率可达15Mbps。

(4)、支持测井电缆远距离传输，传输距离超过7000m。

(5)、具有1个2PIN远程供电接口，1个2PIN的信号接口，1个2PIN的电源接口，一个8PIN的网络接口。

(6)、使用单芯，2芯，4芯和4芯以上的测井电缆工作。

9.基于权利要求1通过铠装测井电缆获取井下彩色全帧率视频的装置获取井眼视频图像的方法，其特征在于，以测井电缆为传输介质，建立高速网络连接，传输网络高清视频，分为以下几个步骤：

步骤一：以测井电缆为传输介质建立高速网络连接；

步骤二：视频图像采集及编码，井下视频图像由井下网络摄像头采集，压缩、编码和传输；

步骤三：井下仪传来的网络视频流经过网络交换机传输到网络视频编码器进行解码。

步骤四：解码后的视频信号送到字符叠加模块叠加深度、速度、字幕等信息；

步骤五：电缆深度、速度测量模块将光电编码器的脉冲转换为电缆下井深度和速度，经主控模块送到字符叠加模块叠加到视频图像上。

步骤六：主控模块通过串口与网络视频编码器连接进而通过网络连接到计算机，通过计算机软件发送来的指令控制电缆深度、速度测量模块和字符叠加模块的工作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤一所述的建立高速网络连接的依赖于测井电缆高速网络传输模块，两个测井电缆高速网络传输模块分别连接于测井电缆两端，传输模块通过以下几个步骤建立网络连接，进行高速网络通信:

(1)：上电后，传输模块初始化硬件配置和网络接口。

(2)：自动测量测井电缆的传输特性并自动进行信道补偿和自适应均衡，使信道总的传输特性尽可能的逼近无码间干扰的不失真的理想信道特性。

(3)：自动进行网络连接，以设定的速率或者速率自适应连接。在速率自适应连接时，会以设定的信噪比条件下最快的速率进行连接。

(4)：网络连接建立后，连接在测井电缆和传输模块两端的网络设备可以进行高速的网络通信。