CN117005847A - 一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气井可视化检测设备技术领域，具体涉及一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，包括外壳、设置于外壳前端的超广角镜头模组、设置于超广角镜头模组后方的环形灯板以及设置于外壳内的吸热体、电路安装骨架、成像单元模块、视频编码模块、存储模块、降压模块和控制模块，所述超广角镜头模组与成像单元模块之间设有光导管，所述外壳内壁设有隔热层，所述环形灯板与电路安装骨架连接，本发明可获取井筒内壁井周360°全景高清彩色视频图像，且获取的视频图像满足井筒内壁状况检测和射孔定量测量要求，从而可分析水平井射孔压后套管状况和射孔孔眼磨蚀程度。
Description
技术领域
本发明属于油气井可视化检测设备技术领域，具体涉及一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置。
背景技术
美国页岩油气革命改变了世界能源格局，给我们重要启示。美国2020年由能源进口国变为出口国，2021年成为全球最大石油生产国，2022年成为全球最大液化天然气出口国。
我国非常规油气资源潜力巨大，陆上中高熟页岩油资源量283亿吨，页岩气地质资源量105.72万亿方，已成为重要的战略接替领域，水平井储层改造技术是实现页岩油气规模效益开发的关键。目前，我国水平井钻井和大规模水力压裂技术快速发展，压裂效果监测评价技术是关键的技术瓶颈。
国外发展了一种基于射孔磨蚀可视化定量监测评价的压裂效果评价技术装备，通过定量检测射孔的磨蚀分析支撑剂的分布和裂缝发育情况，以其直观可靠的特点赢得了用户的信任，成为一种重要的压裂监测评价手段已在国内推广应用。上述一种基于射孔磨蚀可视化定量监测评价的压裂效果评价技术装备采用阵列排布的四个侧视镜头获取井筒360°全景图像，对射孔孔眼进行定量测量，并认为超广角镜头图像畸变严重无法校正，而无法应用于射孔定量测量。在本发明提供的装备之前，尚无可对射孔孔眼进行定量测量的国产油气井可视化检测装备。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，用以解决上述现有的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于，包括外壳、设置于外壳前端的超广角镜头模组、圆周分布设置于超广角镜头模组后方的环形灯板以及设置于外壳内的吸热体、电路安装骨架、成像单元模块、视频编码模块、存储模块、降压模块和控制模块，所述超广角镜头模组与成像单元模块之间设有光导管，所述外壳内壁设有隔热层，所述环形灯板与外壳固定连接，所述环形灯板、成像单元模块、视频编码模块、存储模块、降压模块均与控制模块电性连接。
进一步，所述超广角镜头模组包括超广角无畸变镜头和镜头透光罩，所述镜头透光罩为半球状，且其外壁涂装设有防油污涂层。
进一步，所述成像单元模块采用大靶面图像传感器。
进一步，所述环形灯板上均匀分布设有多个LED灯，且LED灯均对应设有导光柱和导光面。
进一步，所述视频编码模块采用独立双码流编码。
进一步，所述成像单元模块和视频编码模块位于隔热层内，且与吸热体相连接。
进一步，所述超广角无畸变镜头通过光导管与成像单元模块连接。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明采用超广角前视摄像机能够获取接近正视视角井筒内壁图像，且图像无畸变，图像易于校正、360°展开，进行定量测量，半球形结构镜头结构保证成像视角不被遮挡，后置多光源环形均布结构保证井筒内壁光照均匀且充足，独立双码流编码保证实时图像流畅性，使作业更安全，同时保证录制视频高分辨率，高帧率，使定量测量图像解析度更高；
本发明采用超广角前视摄像机相对于正常视角摄像机，其成像距离减小，因此降低了对井液透光性的要求，节约洗井成本，提高作业成功率；
本发明采用超广角前视摄像机进行射孔压后射孔孔眼定量测量，填补了国内射孔定量测量技术的空白，与国外侧视阵列摄像机获取图像相比，前视超广角获取图像同一套管截面的失真相同，易于校正，阵列侧视图像畸变复杂，校正难度大，前视超广角获取套管内壁360°全景图像，观测易于辨识，阵列侧视图像被分割成四部分畸变图像，需要观测者具有丰富的空间想象力，前视超广角空间三维模型校正，只需要纵向一维拼接，阵列侧视要先横向，再纵向进行二维拼接。
附图说明
图1为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例的模块框架示意图；
图2为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例的结构示意图；
图3为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例的剖视图；
图4为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例中独立双码流编码的框架示意图；
图5为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例中超广角镜头的可视区域示意图；
图6为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例中超广角镜头的成像模型示意图；
图7为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例中超广角镜头的成像效果示意图；
图8为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例中超广角镜头的成像360°二维平面展开图；
图9为本发明一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置实施例的测井工具串组合示意图。
说明书附图中的附图标记包括：
外壳1、超广角镜头模组2、超广角无畸变镜头21、镜头透光罩22、导光柱31、导光面32、吸热体4、成像单元模块5、视频编码模块6、隔热层7、光导管8。
实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例
如图1-图9所示，一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，包括外壳1、设置于外壳1前端的超广角镜头模组2、圆周分布设置于超广角镜头模组2后方的环形灯板以及设置于外壳1内的吸热体4、电路安装骨架、成像单元模块5、视频编码模块6、存储模块、降压模块和控制模块，超广角镜头模组2与成像单元模块5之间设有光导管8，外壳1内壁设有隔热层7，环形灯板与电路安装骨架固定连接，环形灯板、成像单元模块5、视频编码模块6、存储模块、降压模块均与控制模块电性连接；超广角镜头模组2包括超广角无畸变镜头21和镜头透光罩22，镜头透光罩22为半球状，且其外壁涂装设有防油污涂层；成像单元模块5采用大靶面图像传感器，超广角无畸变镜头21与大靶面成像关系为完整圆周图像，无裁剪；环形灯板上均匀分布设有多个LED灯，且LED灯均对应设有导光柱31和导光面32；视频编码模块6采用独立双码流编码；成像单元模块5和视频编码模块6位于隔热层7内，且与吸热体4相连接；超广角无畸变镜头21通过光导管8与成像单元模块5连接。具体在使用本装置时，其工作原理及效果如下：
本装置最前端采用前视超广角无畸变镜头21，镜头位于装置的中轴线上，为了不遮挡超广角无畸变镜头21的成像区域，超广角无畸变镜头21前端采用半球形蓝宝石作为镜头透光罩22，蓝宝石具有透光、耐高温、硬度高等特点，半球形结构周围采用承压密封结构；
井下是无光环境，为了均匀照亮井筒圆周，超广角无畸变镜头21后方安装环形灯板，保证镜头成像区域位于光源照亮区域，环形灯板上圆周设有9个LED灯，9个LED灯每个对应一个导光柱31，导光柱31采用透光材料，导光柱31外面金属外壳上加工半弧形导光面，增大导光面积；
为了提高本装置在井下高温环境下的工作时长，本装置采用隔热和吸热措施，超广角无畸变镜头21后面连接一个光导管8，光导管8不会造成图像失真，延长了隔热空间，并且采用不导热材质，将成像单元模块5和视频编码模块6安装到隔热层7内，并且与吸热体4相连接，从而提高在高温环境下工作时长；
离超广角无畸变镜头21越近的图像越大，并且越清晰，成像单元模块5采用大靶面图像传感器，超广角无畸变镜头21与大靶面成像关系为完整圆周图像，无裁剪，保证图像处理区域尽量接近正视清晰区域；
定量测量要求图像分辨率高、清晰度高，因此数据量大，铠装测井电缆数据传输带宽有限，无法将高分辨率、高清晰度的视频实时传输到地面，成像单元模块5采用大靶面图像传感器，获取的视频图像通过视频编码模块6采用双码流编码进行传输，两路码流的分辨率、帧率、码率等参数可以独立配置，一路码流降低分辨率、帧率等参数减少数据量用于实时流畅传输，保证井下作业安全，一路码流采用高分辨率、全帧率等参数用于高清视频存储，测井完成后读取数据，进行定量测量数据分析；
控制模块可以接收地面下发的控制命令，调节LED灯亮度以获取图像效果更好的井筒内壁图像；
本装置井下作业工具串组合包括前置扶正器、遥传短节、电池短节、扶正器短节、柔性短节和转接连接器等，图9中虚线框部分，根据输送设备不同，以及是否具备测井电缆，选择是否接入工具，井下作业工具串各部分功能如下：本装置位于工具串最前端，提供井筒照明，获取井筒视频图像并进行图像处理及编码、压缩视频图像；遥传短节，输送设备具备测井电缆时，需要接入遥传短节；遥传短节与地面系统建立通信链接，实现数据高速传输，将获取的视频图像实时传输到地面系统；电池短节，输送设备不具备测井电缆时，地面无法给井下提供电源，井下系统采用电池短节供电；扶正器短节，采用两个扶正器，保证工具串在井筒中居中，获取的视频图像便于后期定量解释；柔性短节，连续油管输送工具串时，由于连续油管有一定硬度，并且水平井水平段井筒不是绝对水平，因此工具串在井筒中受力可能会倾斜，使用柔性短节可以使工具串更好地居中；转接连接器，将工具串与输送设备连接在一起。
使用本装置进行射孔定量测量的步骤如下:
一、高清视频获取
可视化检测技术是基于可见光成像技术，对油气井中井液的透光性有一定的要求，作业前需要进行井筒处理，包括通井、刮削、洗井、冲砂等作业，保证井液环境满足可视化检测条件；井筒处理完成后，本装置通过输送装置送入水平井目标深度，输送装置包括爬行器、连续油管(带电缆或者不带电缆)，使用爬行器或者带电缆的连续油管输送时，有供电和通信通道，可以给本装置供电，地面能够实时观测井下视频图像，同时存储高清视频图像，实时视频保证作业安全性；使用不带电缆的连续油管作业时，没有供电和通信通道，本装置采用电池短节供电，存储高清视频图像；本装置通过输送至目标深度后，慢速匀速通过观测目标段，获取并录制目标段高清视频图像；作业完成后，通过客户端软件获取存储的高清视频图像。
二、深度校准
可视化检测获取的视频图像中可见套管接箍，记录套管接箍时间，根据套管接箍数据表可知每个套管接箍的深度，根据短套位置，深度值3与时间3图像接箍对齐，深度值4与时间4图像接箍对齐，依次可将视频中出现的接箍和套管接箍数据表中接箍深度对齐，即可获取视频中每个接箍的深度值；利用分段线性插值法产生所有视频帧的深度数据，在视频图像上叠加核对后的深度数据，为后期检测目标图像明确深度标尺。
三、射孔定量测量
(1)图像360°展开
将超广角镜头模组2获取的井筒内表面图像，通过三维透视失真校正，校正以套管内径作为标定基准，预设的相机成像模型进行映射处理，得到井筒内表面二维图像，即井筒内表面360°展开图像，展开的二维平面图像水平方向长度即为套管内壁圆周周长。
(2)目标识别及标注
通过AI智能算法，学习训练大量展开图像射孔目标轮廓标本，自动识别套管内表面射孔轮廓，用RGB三基色中的一种颜色标注孔的轮廓。
(3)目标测量
通过标注射孔轮廓颜色，采用阈值判别法提取孔的轮廓，求取孔的质心，然后计算最大、最小孔径、平均直径、射孔面积、周长、圆度和方位等参数。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (7)
1.一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于，包括外壳、设置于外壳前端的超广角镜头模组、圆周分布设置于超广角镜头模组后方的环形灯板以及设置于外壳内的吸热体、电路安装骨架、成像单元模块、视频编码模块、存储模块、降压模块和控制模块，所述超广角镜头模组与成像单元模块之间设有光导管，所述外壳内壁设有隔热层，所述环形灯板与电路安装骨架连接，所述环形灯板、成像单元模块、视频编码模块、存储模块、降压模块均与控制模块电性连接。
2.如权利要求1所述的一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于：所述超广角镜头模组包括超广角无畸变镜头和镜头透光罩，所述镜头透光罩为半球状，且其外壁涂装设有防油污涂层。
3.如权利要求2所述的一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于：所述成像单元模块采用大靶面图像传感器。
4.如权利要求3所述的一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于：所述环形灯板上均匀分布设有多个LED灯，且LED灯均对应设有导光柱和导光面。
5.如权利要求4所述的一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于：所述视频编码模块采用独立双码流编码。
6.如权利要求5所述的一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于：所述成像单元模块和视频编码模块位于隔热层内，且与吸热体相连接。
7.如权利要求6所述的一种采用超广角镜头的油气井射孔可视化定量检测装置，其特征在于：所述超广角无畸变镜头通过光导管与成像单元模块连接。
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