CN110043252A - 一种岩屑图像特征随钻监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩屑图像特征随钻监测装置，包括图像特征采集模块、抽样采集模块和密度测量模块；所述图像特征采集模块用于拍摄下落岩屑数字图像，所述抽样采集模块用于对下落岩屑进行抽样，并将抽样岩屑送入密度测量模块，密度测量模块用于测量所述抽样岩屑特征参数。在钻井现场振动筛岩屑出口的岩屑下落过程中获取岩屑颗粒的图像特征，并根据实际情况变化和工程需要，抽样采集岩屑并计算岩屑的密度，该过程实时、连续，具有自动化程度高、劳动强度低等优点。

Description

一种岩屑图像特征随钻监测装置
技术领域
本发明涉及石油天然气钻探领域，尤其涉及一种岩屑图像特征随钻监测装置。
背景技术
岩屑是石油天然气钻井过程中实时反应地下地质信息和工程信息的宝贵资料，岩屑是钻井现场最直观、可靠、实时的地质实物。现场的钻井工程师在例行巡回检查中的重要任务之一就是观察振动筛处的岩屑返出情况，进一步对井下工况开展分析和判断。岩屑的形状特征和返出情况首先反应钻头的钻井参数和磨损情况，PDC钻头、牙轮钻头和“狮虎兽”钻头所钻岩屑形状存在较大区别。当地层岩性不变时，不同转速、钻压和排量的组合下，岩屑粒径会出现不同的变化。此外岩屑形状特征也是地层力学性质的间接表征，岩石在一定钻井参数情况下，岩屑的轮廓形状反应了不同岩性岩石的力学参数和破碎机制。
目前，钻井现场采用工程师巡查的形式观察岩屑颗粒的形状、岩屑返出量和岩屑密度变化，这种方式对人员的技术水平依赖度高、环境恶劣、工作强度大，不同的工程师对同一岩屑的判别会出现较大的偏差。同时，该方式自动化程度低，极难实时、连续的对岩屑的特征进行随钻监测，导致无法提前对井下的复杂工况开展研判，进而导致错过避免井下事故进行工艺调整的黄金时间。当前，采用人工观察岩屑特征方法获得的信息仅仅被在钻井现场的少数工程师获取，信息化程度低，油田开发指挥部和数据中心难以实施获取，导致目前钻井数据利用程度低，导致油气资源的开发效率低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种岩屑图像特征随钻监测装置，包括图像特征采集模块、抽样采集模块和密度测量模块；所述图像特征采集模块用于拍摄下落岩屑数字图像，所述抽样采集模块用于对下落岩屑进行抽样，并将抽样岩屑送入密度测量模块，密度测量模块用于测量所述抽样岩屑特征参数。
优选的，所述图像特征采集模块包括摄像机阵列和光源组件，所述摄像机阵列对下落岩屑成像，所述光源组件提供光源。
优选的，所述摄像机阵列包括多个高清摄像机，所述高清摄像机按等距的矩阵排列，排列面覆盖岩屑下落过程中的横向展布面。
优选的，所述光源组件包括多个条形光源和一个面光源，所述多个条形光源围绕所述摄像机阵列排布，所述面光源平行所述摄像机阵列设置，所述面光源与所述摄像机阵列之间留有岩屑下落通道。
优选的，所述抽样采集模块包括活页板和作动器，抽样时，所述作动器支起活页板将岩屑送入密度测量模块。
优选的，所述密度测量模块包括载物台、压力传感器和双目成像系统，所述载物台用于放置岩屑，载物台下方安装有压力传感器，载物台上方安装有双目成像系统。
优选的，所述双目成像系统包括结构光光源和两个高清摄像机，所述结构光光源设置于载物台正上方，两个高清摄像机位于载物台两侧，用于采集抽样岩屑数字图像和结构光纹理特征。
优选的，还包括清扫模块，所述清扫模块用于在测量完成后，清洁所述载物台。
优选的，所述清扫模块包括滚珠丝杠滑台、岩屑刷和喷嘴，所述滚珠丝杠滑台推动岩屑刷清扫载物台，所述喷嘴用于向载物台喷射压缩气体。
本发明所述装的图像特征采集模块的岩屑入口与振动筛岩屑出口配合。
本发明的有益效果在于：在钻井现场振动筛岩屑出口的岩屑下落过程中获取岩屑颗粒的图像特征，并根据实际情况变化和工程需要，抽样采集岩屑并计算岩屑的密度，该过程实时、连续，具有自动化程度高、劳动强度低等优点。基于岩屑图形特征开展井下工况分析的解释性和唯一性较好，获得的信息易于传输，与其他井场的数据和历史数据进行深度融合，便于挖掘出反应区域地质和工程特征、钻井井下工况的统计规律，进而有效的指导现场的工程施工。
附图说明
图1是岩屑图像特征随钻监测装置结构示意图；
图2是图像特征采集模块；
图3是抽样采集模块；
图4是岩屑密度测量及清扫模块；
其中，1-摄像机阵列，2-条形光源，3-面光源，4-转动轴，5-活页板，6-作动器，7-滑槽，8-接料板，9-结构光光源，10-高清摄像机，11-滚珠丝杆滑台，12-岩屑刷，13-喷嘴，14-载物台，15-压力传感器，16-框架。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一个实施例如图1所示，岩屑图像特征随钻监测装置包括摄像机阵列1、条形光源2、面光源3、转动轴4、活页板5、滑槽7、接料板8、结构光光源9、高清摄像机10、滚珠丝杆滑台11、岩屑刷12、喷嘴13、载物台14、压力传感器15和框架16。框架16支撑整个设备，提供部件安装载体，本装置位于钻井设备系统中振动筛岩屑排出口的下方。
摄像机阵列1、条形光源2和面光源3组成如图2所示的图像特征采集模块。岩屑从振动筛出口落入随钻监测装置中，在下落过程中首先经过摄像机阵列1和光源组件形成的通道。
摄像机阵列1包括多个高清摄像机、支架和图像处理系统，摄像机的空间分布方式为等间距线性矩阵式排列，所述排列方式覆盖岩屑下落过程中的横向展布范围。具体地，所述多个高清摄像机为9个高清摄像机呈3×3矩阵排布，条形光源2包括4个LED条形光源，所述4个LED条形光源位于摄像机阵列1四周，面光源3正对摄像机阵列1设置。
摄像机阵列对下落过程中的岩屑颗粒进行成像，图像处理系统将每个高速摄像机图片拼接成整个岩屑下落范围内的成像图像。基于岩屑的图像，分析岩屑颗粒的粒度分布、粒径大小、颗粒的轮廓特征等颗粒参数，实时开展岩屑颗粒特征的提取和计算，并完成图像和特征参数的随钻存储。
岩屑经过图像特征采集模块之后落入抽样采集模块，如图3所示，抽样采集模块包括转动轴4、活页板5、作动器6、滑槽7和接料板8。转动轴4安装在框架16上，活页板5一侧边缘安装转动轴4上，活页板5背面通过轴与作动器6连接，作动器6另一端安装在框架16上，活页板5的面积大于通道的横截面，通道正下方还倾斜设置有接料板8。
抽样采集模块同时接受图像处理系统和钻井录井系统数据控制，按需要进行采样，例如，钻井进尺每增加1m或者根据井下具体情况下进行采样。抽样采集模块未进行采样时，岩屑从接料板8送出；当接收待采样命令后，控制系统驱动作动器6将活页板5支起，岩屑由活页板5进入滑槽7，完成一个岩屑下落断面的抽样。
滑槽7将岩屑导流至岩屑密度测量及清扫模块，如图4所示，所述岩屑密度测量及清扫模块包括结构光光源9、高清摄像机10、滚珠丝杆滑台11、岩屑刷12、喷嘴13、载物台14和压力传感器15。
岩屑从滑槽7滑落后，静止停留在载物台14，载物台14下方的压力传感器15对岩屑质量，并将信号传输至数据采集系统。所述数据采集系统还包括双目成像系统，所述双目成像系统包括结构光光源9和高清摄像机10，结构光光源9位于载物台上方，将结构光投射至抽样岩屑表面；高清摄像机10按一定夹角设置于载物台14的左上方和右上方，采集不同角度的抽样岩屑数字图像和结构光纹理特征，完成岩屑体积的测量，结合测量得到的岩屑质量参数，计算抽样岩屑体的密度。
岩屑刷12固定在滚珠丝杆滑台11上，岩屑刷12初始位置为载物台14里侧，岩屑刷12的宽度大于或等于载物台14的宽度。岩屑密度测量后，启动清扫模块，滚珠丝杠滑台11推动连接的岩屑刷12将抽样岩屑从载物台14上推离，同时启动载物台14上设置的喷嘴13，压缩气体通过喷嘴13喷出清洁载物台14。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，包括图像特征采集模块、抽样采集模块和密度测量模块；所述图像特征采集模块用于拍摄下落岩屑数字图像，所述抽样采集模块用于对下落岩屑进行抽样，并将抽样岩屑送入密度测量模块，密度测量模块用于测量所述抽样岩屑特征参数。
2.根据权利要求1所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述图像特征采集模块包括摄像机阵列（1）和光源组件，所述摄像机阵列（1）对下落岩屑成像，所述光源组件提供光源。
3.根据权利要求2所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述摄像机阵列（1）包括多个高清摄像机，所述高清摄像机按等距的矩阵排列，排列面覆盖岩屑下落过程中的横向展布面。
4.根据权利要求2所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述光源组件包括多个条形光源（2）和一个面光源（3），所述多个条形光源（2）围绕所述摄像机阵列（1）排布，所述面光源（3）平行所述摄像机阵列（1）设置，所述面光源（3）与所述摄像机阵列（1）之间留有岩屑下落通道。
5.根据权利要求1所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述抽样采集模块包括活页板（5）和作动器（6），抽样时，所述作动器（6）支起活页板（5）将岩屑送入密度测量模块。
6.根据权利要求1所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述密度测量模块包括载物台（14）、压力传感器（15）和双目成像系统，所述载物台（14）用于放置岩屑，载物台（14）下方安装有压力传感器（15），载物台（14）上方安装有双目成像系统。
7.根据权利要求6所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述双目成像系统包括结构光光源（9）和两个高清摄像机（10），所述结构光光源（9）设置于载物台（14）正上方，两个高清摄像机（10）位于载物台（14）两侧，用于采集抽样岩屑数字图像和结构光纹理特征。
8.根据权利要求6所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，还包括清扫模块，所述清扫模块用于在测量完成后，清洁所述载物台（14）。
9.根据权利要求8所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述清扫模块包括滚珠丝杠滑台（11）、岩屑刷（12）和喷嘴（13），所述滚珠丝杠滑台（11）推动岩屑刷（12）清扫载物台（14），所述喷嘴（13）用于向载物台（14）喷射压缩气体。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种岩屑图像特征随钻监测装置，其特征在于，所述图像特征采集模块的岩屑入口与振动筛岩屑出口配合。
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