CN109209345B - 一种水平井电视观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井电视观测装置及方法，属于煤层气开采领域。该装置包括：摄像头、成像单元、摄像头保护筒、吊升单元、泵注单元、扶正器。摄像头保护筒的壁上设置有过流通道。吊升单元设置在井口上方。摄像头保护筒的后端与油管管柱的前端连通，吊升单元与油管管柱的后端外壁固定连接，用于上提下放油管管柱，泵注单元通过管线与油管管柱的后端连通。扶正器套装在摄像头的后部；通过电缆将套装有扶正器的摄像头下入油管管柱后，摄像头与摄像头保护筒通过摩擦力固定，且前端伸出摄像头保护筒。该装置能够全方位观测待观测点、节约水源、上提下放油管管柱及摄像头的方法简单。

Description

一种水平井电视观测装置及方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种水平井电视观测装置及方法。

背景技术

随着煤层气井开采时间的延长，煤层气井中的套管容易出现错断、变形、漏点损坏等缺陷，致使套管无法正常使用。并且，因故障而滞留在套管内的物体(称为落鱼)容易堵塞机械设备，影响煤层气井的正常生产。通过井下电视可以观测套管缺陷、落鱼的具体位置及形态，以便于后期对套管进行修复、以及对落鱼进行打捞，进而保证煤层气井的正常开采。其中，井下电视观测技术为：通过重力作用将摄像头下入井内采集图像信息，并传输至地面的成像单元显示成像。然而，水平井段的煤层气井越来越多，因此提供一种水平井电视观测装置是十分必要的。

现有技术提供了一种水平井电视观测装置，该装置包括：摄像头、成像单元、摄像头保护筒、连续油管作业车、吊升单元、连接器、泵注单元。其中，连续油管、连接器、摄像头保护筒顺次连通，摄像头保护筒的壁上设置有过流通道，摄像头全部套设在摄像头保护筒内，且通过套设在连续油管内的电缆与位于地面上的成像单元电连接。吊升单元位于井口的上方，并与连续油管的外壁固定连接，用于上提下放连续油管。泵注单元通过管线与连续油管的后端连接，用于向连续油管内注水。在使用时，控制吊升单元，将连续油管连接有连接器、摄像头、摄像头保护筒的一端下入井内，在下入过程中，通过泵注单元向连续油管内注水，以冲洗摄像头周围的煤粉，并对摄像头降温。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的水平井电视观测装置中，摄像头完全套设在摄像头保护筒内，观测角度受限。并且，在下入过程中，需要不断注水，冲洗摄像头周围的煤粉等杂质，浪费水源。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够全方位观测，并且在下入过程中，不需要一直注水的水平井电视观测装置及方法。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种水平井电视观测装置，所述装置包括：摄像头、通过电缆与所述摄像头电连接的成像单元；摄像头保护筒，壁上设置有过流通道；吊升单元，设置在井口上方；泵注单元。

所述摄像头保护筒的后端与油管管柱的前端连通，所述吊升单元与所述油管管柱的后端外壁固定连接，用于上提下放所述油管管柱，所述泵注单元通过管线与所述油管管柱的后端连通。

所述装置还包括：扶正器，套装在所述摄像头的后部。

通过所述电缆将套装有所述扶正器的所述摄像头下入所述油管管柱后，所述摄像头与所述摄像头保护筒通过摩擦力固定，且前端伸出所述摄像头保护筒。

具体地，作为优选，所述摄像头保护筒包括相连通的大径腔体段和小径腔体段；所述大径腔体段与所述油管管柱的前端连通；所述过流通道沿轴向设置在所述小径腔体段的壁上，并与所述大径腔体段连通；所述摄像头的前部与所述小径腔体段通过摩擦力固定，同时所述扶正器的前端与所述小径腔体段的后端相抵，并使所述过流通道暴露。

具体地，作为优选，所述过流通道为过流槽；所述过流槽沿轴向开设在所述小径腔体段的内壁上。

具体地，作为优选，所述过流通道为过流孔；所述过流孔沿轴向设置在所述小径腔体段的壁内。

具体地，作为优选，所述扶正器包括：两个对称的半圆筒体；两个所述半圆筒体通过螺钉固定套装在所述摄像头的后部。

具体地，作为优选，所述半圆筒体的两端设置为倒角结构。

具体地，作为优选，所述装置还包括：电缆导轮；所述电缆导轮通过支架固定在所述油管管柱的后端上方，所述电缆导轮用于使所述电缆绕过。

具体地，作为优选，所述装置还包括：三通；所述三通的下端口与所述油管管柱的后端连接，所述三通的侧部端口通过管线与所述泵注单元连通。

第二方面，本发明实施例还提供了利用所述装置对水平井观测的方法，所述方法包括：

通过吊升单元将前端连接有摄像头保护筒的油管管柱下入待观测井内的预设位置。

将套装有扶正器的摄像头通过电缆下入所述油管管柱内，当所述摄像头行进至水平井段时，通过泵注单元向所述油管管柱内注水，驱动所述摄像头前行，直至所述摄像头前端穿出所述摄像头保护筒，停止泵注。

通过上提下放所述油管管柱调整所述摄像头与待观测点之间的距离，同时所述摄像头获取图像信息并传递至成像单元。

具体地，作为优选，在所述注水时，所述摄像头的前端与所述摄像头保护筒的后端之间的距离大于10～30m时，所述泵注单元的注入排量为100～200L/min。

所述摄像头的前端与所述摄像头保护筒的后端之间的距离等于以及小于10～30m时，所述泵注单元的注入排量为50～100L/min。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的水平井电视观测装置，在应用时，先下入油管管柱、摄像头保护筒，然后通过电缆向油管管柱内下入套装有扶正器的摄像头，利用泵注单元向油管管柱内注水，推动摄像头在水平井段行进，直至摄像头与摄像头保护筒通过摩擦力固定，且前端伸出摄像头保护筒，以全方位地观测待观测点。并且在下放摄像头的过程中，不需要一直注水，节省了水源。通过设置扶正器，使摄像头位于油管管柱内腔的中部，以方便摄像头在水的助推作用下穿入摄像头保护筒。可见，本发明实施例提供的水平井电视观测装置能够全方位观测待观测点、节约水源、上提下放油管管柱及摄像头的方法简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的水平井电视观测装置的结构示意图；

图2-1是本发明实施例提供的装置中，过流通道为过流槽时，摄像头保护筒的剖面图；

图2-2是本发明实施例提供的装置中，过流通道为过流槽时，摄像头保护筒的俯视图；

图3-1是本发明实施例提供的装置中，过流通道为过流孔时，摄像头保护筒的剖面图；

图3-2是本发明实施例提供的装置中，过流通道为过流孔时，摄像头保护筒的俯视图。

其中，附图标记分别表示：

1 摄像头，

2 电缆，

3 成像单元，

4 摄像头保护筒，

401 过流通道，

402 大径腔体段，

403 小径腔体段，

5 吊升单元，

501 井架，

502 天车，

503 游动滑车，

504 吊环，

505 吊卡，

6 泵注单元，

7 扶正器，

8 电缆导轮，

9 三通，

10 油管管柱，

11 待观测点。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种水平井电视观测装置，如附图1所示，该装置包括：摄像头1、成像单元3、摄像头保护筒4、吊升单元5、泵注单元6、扶正器7。其中，成像单元3通过电缆2与摄像头1电连接。如附图2-1及附图2-2所示，摄像头保护筒4的壁上设置有过流通道401。吊升单元5设置在井口上方。进一步地，摄像头保护筒4的后端与油管管柱10的前端连通，吊升单元5与油管管柱10的后端外壁固定连接，用于上提下放油管管柱10，泵注单元6通过管线与油管管柱10的后端连通。扶正器7套装在摄像头1的后部。通过电缆2将套装有扶正器7的摄像头1下入油管管柱10后，摄像头1与摄像头保护筒4通过摩擦力固定，且前端伸出摄像头保护筒4。

以下就本发明实施例提供的水平井电视观测装置的工作原理给予描述：

在对水平井进行观测前，将摄像头保护筒4的后端与油管管柱10的前端连通，通过吊升单元5将油管管柱10下入待观测井套管内的预设位置(接近待观测点11处)。然后通过电缆2将套装有扶正器7的摄像头1下放至油管管柱10内，在下放过程中，扶正器7起到扶正作用，使摄像头1位于油管管柱10的内腔中部。由于重力作用，摄像头1顺利通过竖直井段，待摄像头1到达水平井段时，不易前行。通过泵注单元6(包括泵车、水泵、管线等)向油管管柱10内注水，直至摄像头1与摄像头保护筒4通过摩擦力固定，且摄像头1的前端穿出摄像头保护筒4，停止泵注。注入油管管柱10内的水通过摄像头保护筒4上的过流通道401流出，并冲洗摄像头1，以清晰地全方位观测。然后通过上提下放油管管柱10，调整摄像头1与待观测点11的距离，以全方位、清晰地获取待观测点11的图像信息，并通过电缆2传输至成像单元3显示成像。

在观测完毕后，通过上提电缆2将摄像头1及扶正器7由油管管柱10取出，这避免了现有技术中上提整个连续油管后，取出摄像头1的繁琐操作。

需要说明的是，“前端”即在下入井内时，先进入井内的一端。“后端”即下入井内时，后进入井内的一端。摄像头1的“前部”为先进入井内的前半部分，“后部”为后进入井内的剩余部分。在没有外力作用时，摄像头1与摄像头保护筒4之间通过摩擦力固定，在外力作用下，摄像头1与摄像头保护筒4之间可以相对移动。

本发明实施例提供的水平井电视观测装置，在应用时，先下入油管管柱10、摄像头保护筒4，然后通过电缆2向油管管柱10内下入套装有扶正器7的摄像头1，利用泵注单元6向油管管柱10内注水，推动摄像头1在水平井段行进，直至摄像头1与摄像头保护筒4通过摩擦力固定，且前端伸出摄像头保护筒4，以全方位地观测待观测点11。并且在下放摄像头1的过程中，不需要一直注水，节省了水源。通过设置扶正器7，使摄像头1位于油管管柱10内腔的中部，以方便摄像头1在水的助推作用下穿入摄像头保护筒4。可见，本发明实施例提供的水平井电视观测装置能够全方位观测待观测点11、节约水源、上提下放油管管柱10及摄像头1的方法简单。

摄像头1为数字摄像头1，将采集的图像信息转换成数字信号，并传输至成像单元3(例如计算机)中的显示模块显示成像。

如附图2-1所示，摄像头保护筒4包括相连通的大径腔体段402和小径腔体段403；大径腔体段402与油管管柱10的前端连通；过流通道401沿轴向设置在小径腔体段403的壁上，并与大径腔体段402连通；摄像头1的前部与小径腔体段403通过摩擦力固定，同时扶正器7的前端与小径腔体段403的后端相抵，并使过流通道401暴露。

通过泵注单元6向油管管柱10内注水后，在水的助推作用下，套装有扶正器7的摄像头1向前行进。摄像头1在扶正器7的扶正作用下位于油管管柱10的内腔中部，并依次穿入大径腔体段402、小径腔体段403。摄像头1的前部与摄像头保护筒4通过摩擦力固定，并且摄像头1的前端伸出摄像头保护筒4时，扶正器7的前端与小径腔体段403的后端相抵，以进一步地对摄像头1限位，此时停止泵注。在注水过程中，油管管柱10内的水由小径腔体段403壁上的过流通道401流出。

如此设置摄像头保护筒4的结构，便于摄像头1穿入摄像头保护筒4内，并将摄像头1的位置限定。

具体地，大径腔体段402与油管管柱10之间为螺纹连接，螺纹连接的方式容易设置，便于两者之间的拆装。

摄像头保护筒4的前端及后端均设置为倒角结构，以便于与油管管柱10的连接，以及减少摄像头保护筒4在井内行进的阻力。

其中，摄像头1与摄像头保护筒4通过摩擦力固定后，摄像头1的前端可伸出摄像头保护筒4 20～50mm，以在保护摄像头1的前提下，全方位观测。摄像头保护筒4的小径腔体段403的内径比摄像头1的外径大5～10mm，以便于摄像头1能够穿入小径腔体段403，且在穿入小径腔体段403后，两者通过摩擦力固定。

具体地，摄像头保护筒4的长度为150～200mm，例如可以为150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm等，外径为90～110mm，例如可以为90mm、100mm、110mm等，大径腔体段402的内径为80～100mm，例如可以为80mm、90mm、100mm等，小径腔体段403的内径为15～40mm，例如可以为15mm、20mm、30mm、40mm等。摄像头1的外径为10～30mm，例如可以为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm等。扶正器7的外径为40～55mm，例如可以为40mm、42mm、44mm、46mm、48mm、50mm、52mm、54mm、55mm等，内径为10～30mm，例如可以为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm等。

如此设置上述参数，便于摄像头保护筒4、摄像头1、扶正器7相互配合。

过流通道401可以设置有多个，并且可以设置为多种形式，多个过流通道401可以呈圆周方向排布，在基于容易设置的前提下，给出以下两种实施例：

作为第一种实施例：如附图2-1及附图2-2所示，过流通道401为过流槽；过流槽沿轴向开设在小径腔体段403的内壁上。

作为优选，过流槽呈方形通槽结构或者弧形通槽结构，这两种结构的过流槽容易设置。

需要说明的是，当扶正器7与小径腔体段403相抵时，多个过流槽的槽底位于扶正器7外壁以外，以便于水的流通。

作为第二种实施例：如附图3-1及附图3-2所示，过流通道401为过流孔；过流孔沿轴向设置在小径腔体段403的壁内。

作为优选，过流孔呈圆柱状结构、或者方形体结构，这两种结构的过流孔容易设置。

通过电缆2下放摄像头1时，扶正器7起到扶正及保护摄像头1的作用，使摄像头1容易穿入摄像头保护筒4内，减轻摄像头1与油管管柱10内壁的碰撞磨损。

其中，扶正器7有多种结构，为了便于将扶正器7安装在摄像头1上，优选扶正器7包括：两个对称的半圆筒体。

两个半圆筒体固定套装在摄像头1后部的方式有多种，以下给出两种具体的实施例：

作为第一种实施例：两个半圆筒体通过螺钉固定套装在摄像头1的后部。两个半圆筒体上均设置有多个螺孔，摄像头1的后部外壁上设置有与螺孔相对的盲孔，使用螺钉顺次穿过螺孔、盲孔，将两个半圆筒体固定套装在摄像头1的后部。

作为第二种实施例：两个半圆筒体通过卡接的方式固定套装在摄像头1的后部。两个半圆筒体的内壁上设置有卡槽，摄像头1的后部外壁上设置有与卡槽相适配的卡件，通过使卡件卡入卡槽内，将两个半圆筒体固定套装在摄像头1的后部。

为了减少扶正器7在行进过程中承受的阻力，半圆筒体的两端设置为倒角结构。

为了使摄像头1平稳地下放至油管管柱10内，直至平稳地穿入摄像头保护筒4内，摄像头1上安装有重力稳定件。重力稳定件为能够增加摄像头1重力的器件，对其结构不作具体限定。

如附图1所示，本发明实施例提供的装置还包括：电缆导轮8；电缆导轮8通过支架固定在油管管柱10的后端上方，电缆导轮8用于使电缆2绕过。

设置电缆导轮8，方便上提下放套装有扶正器7的摄像头1。

在下放套装有扶正器7的摄像头1的过程中，为了减轻摄像头1承受的碰撞损耗，使油管管柱10后端的轴线与电缆导轮8的周缘相切。

如附图1所示，本发明实施例提供的装置还包括：三通9；三通9的下端口与油管管柱10的后端连接，三通9的侧部端口通过管线与泵注单元6连通。

通过设置与油管管柱10后端连通的三通9，方便使油管管柱10后端与泵注单元6连通，并且方便向油管管柱10内下入套装有扶正器7的摄像头1。

其中，三通9包括竖直管、与竖直管垂直连通的水平管，竖直管的上、下两端为三通9的上端口和下端口，竖直管的长度为300～500mm。水平管的端口为该三通9的侧部端口，水平管的长度为50～100mm。

如附图1所示，吊升单元5包括：作业井架501、以及由上至下顺次设置的天车502、游动滑车503、吊环504、吊卡505；天车502固定在作业井架501上；游动滑车503通过钢丝绳与天车502联接；吊环504与游动滑车503和吊卡505连接；吊卡505卡在油管管柱10的后端外壁上。

上述吊升单元5为本领域所常用的组件，方便对油管管柱10进行上提下放。

第二方面，本发明实施例还提供了利用上述装置对水平井观测的方法，该方法包括：

通过吊升单元5将前端连接有摄像头保护筒4的油管管柱10下入待观测井内的预设位置。

将套装有扶正器7的摄像头1通过电缆2下入油管管柱10内，当摄像头1行进至水平井段时，通过泵注单元6向油管管柱10内注水，驱动摄像头1前行，直至摄像头1的前端穿出摄像头保护筒4，停止泵注。

通过上提下放油管管柱10调整摄像头1与待观测点11之间的距离，同时摄像头1获取图像信息并传递至成像单元3。

上述观测方法简单，能够全方位对待观测点11进行观测，并且在下放摄像头1的过程中，节约了水源。

进一步地，在注水时，摄像头1的前端与摄像头保护筒4的后端之间的距离大于10～30m时，例如可以为10m、15m、20m、25m、30m等，泵注单元6的注入排量为100～200L/min，例如可以为100L/min、120L/min、140L/min、160L/min、180L/min、200L/min等。摄像头1的前端与摄像头保护筒4的后端之间的距离等于以及小于10～30m时，泵注单元6的注入排量为50～100L/min，例如可以为50L/min、60L/min、70L/min、80L/min、90L/min、100L/min等。

如此设置泵注单元6的注入排量，在减轻摄像头1承受水流冲击的前提下，节约了水源，便于使摄像头1平稳地穿入摄像头保护筒4内。

以下对利用本发明实施例提供的装置观测水平井的方法进行具体描述：

首先将摄像头保护筒4的大径腔体段402的后端与油管管柱10的前端螺纹连接，使吊升单元5中的吊卡505卡在油管管柱10的后端外壁上，并使吊卡505与油管管柱10的后端之间的间距为0.5～1m，以便于后期微调下放至井内的油管管柱10的长度。然后通过控制由上至下顺次设置的天车502、游动滑车503、吊环504、吊卡505，将油管管柱10上提并下放至待观测井(套管)内的预设位置(距离待观测点11较近处)。

使三通9的下端口与油管管柱10的后端连接，侧部端口通过管线与泵注单元6连通。然后将套装有扶正器7的摄像头1通过电缆2与成像单元3电连接。将电缆2绕在电缆导轮8上，并通过电缆2将套装有扶正器7的摄像头1由三通9的上端口下入油管管柱10内。由于重力作用，摄像头1在竖直井段顺利下放。当摄像头1在水平井段前行时，开启泵注单元6，以100～200L/min的注入排量向油管管柱10内注水，在水的推力作用下，摄像头1向前行进。待摄像头1的前端与摄像头保护筒4的后端之间的距离等于以及小于10～30m时，控制泵注单元6以50～100L/min的注入排量向油管管柱10内注水。直至摄像头1与摄像头保护筒4通过摩擦力固定，且摄像头1的前端穿出摄像头保护筒4，同时扶正器7的前端与小径腔体段403的后端相抵，停止注水。在注水过程中，注入油管管柱10内的水由小径腔体段403壁上的过流通道401流出，并冲洗摄像头1，以便于清晰观测。

然后通过吊升单元5上提下放油管管柱10，调整摄像头1与待观测点11的距离，以获取清晰的图像信息并传输至成像单元3显示成像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水平井电视观测装置，所述装置包括：摄像头(1)、通过电缆(2)与所述摄像头(1)电连接的成像单元(3)；

摄像头保护筒(4)，壁上设置有过流通道(401)；

吊升单元(5)，设置在井口上方；

泵注单元(6)；

其特征在于，所述摄像头保护筒(4)包括相连通的大径腔体段(402)和小径腔体段(403)，所述大径腔体段(402)与油管管柱(10)的前端连通，所述过流通道(401)沿轴向设置在所述小径腔体段(403)的壁上，并与所述大径腔体段(402)连通，所述吊升单元(5)与所述油管管柱(10)的后端外壁固定连接，用于上提下放所述油管管柱(10)，所述泵注单元(6)通过管线与所述油管管柱(10)的后端连通，所述泵注单元(6)用于在摄像头(1)位于水平井段时开启；

所述过流通道(401)设置有多个，所述过流通道(401)在所述摄像头保护筒(4)的壁上呈圆周方向排布；

所述装置还包括：扶正器(7)，套装在所述摄像头(1)的后部，所述扶正器(7)的前端与所述小径腔体段(403)的后端相抵，对所述摄像头(1)限位，并使所述过流通道(401)暴露；

通过所述电缆(2)将套装有所述扶正器(7)的所述摄像头(1)下入所述油管管柱(10)后，所述摄像头(1)与所述摄像头保护筒(4)通过摩擦力固定，且前端伸出所述摄像头保护筒(4)；

所述装置还包括：电缆导轮(8)；

所述电缆导轮(8)通过支架固定在所述油管管柱(10)的后端上方，所述油管管柱(10)后端的轴线与电缆导轮(8)的周缘相切，所述电缆导轮(8)用于使所述电缆(2)绕过。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像头(1)的前部与所述小径腔体段(403)通过摩擦力固定。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述过流通道(401)为过流槽；

所述过流槽沿轴向开设在所述小径腔体段(403)的内壁上。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述过流通道(401)为过流孔；

所述过流孔沿轴向设置在所述小径腔体段(403)的壁内。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扶正器(7)包括：两个对称的半圆筒体；

两个所述半圆筒体通过螺钉固定套装在所述摄像头(1)的后部。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述半圆筒体的两端设置为倒角结构。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：三通(9)；

所述三通(9)的下端口与所述油管管柱(10)的后端连接，所述三通(9)的侧部端口通过管线与所述泵注单元(6)连通。

8.利用权利要求1～7任一项所述装置对水平井观测的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过吊升单元(5)将前端连接有摄像头保护筒(4)的油管管柱(10)下入待观测井内的预设位置；

将套装有扶正器(7)的摄像头(1)通过电缆(2)下入所述油管管柱(10)内，当所述摄像头(1)行进至水平井段时，通过泵注单元(6)向所述油管管柱(10)内注水，驱动所述摄像头(1)前行，直至所述摄像头(1)前端穿出所述摄像头保护筒(4)，停止泵注；

通过上提下放所述油管管柱(10)调整所述摄像头(1)与待观测点(11)之间的距离，同时所述摄像头(1)获取图像信息并传递至成像单元(3)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述注水时，所述摄像头(1)的前端与所述摄像头保护筒(4)的后端之间的距离大于10～30m时，所述泵注单元(6)的注入排量为100～200L/min；

所述摄像头(1)的前端与所述摄像头保护筒(4)的后端之间的距离等于以及小于10～30m时，所述泵注单元(6)的注入排量为50～100L/min。

Images