CN211352273U - 一种高清成像探头以及深井钻孔成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高清成像探头以及深井钻孔成像设备，高清成像探头包括：外壳、摄像装置、保温筒以及隔热组件，所述保温筒的两端通过所述隔热组件与所述外壳密封连接，所述摄像装置设在所述保温筒内部，所述保温筒的内部为真空，所述外壳以及保温筒的双层密封结构用于减少外界与所述摄像装置之间的热量交换；所述摄像装置的高清摄像头从保温筒一端伸出、与外壳体和保温筒之间的隔热组件密封连接；所述高清摄像头外侧在外壳的端部还密封连接半球形防爆光学玻璃罩。本实用新型的高清成像探头以及深井钻孔成像设备，解决了现有技术中钻孔成像设备在深井环境下的耐温性、耐压性差、无法实时传输视频的技术问题。

Description

一种高清成像探头以及深井钻孔成像设备

技术领域

本实用新型涉及工程地球物理、石油勘探技术领域，尤其涉及一种高清成像探头以及深井钻孔成像设备。

背景技术

钻孔电视成像测井(Imaging logging)的工作原理是在下井探头前端安装一个高清晰度、高分辨率的光学摄像头，摄录通过锥形镜或曲面镜反射回来的钻孔孔壁图像，随着探头在钻孔中的不断移动，形成连续的孔壁扫描图像及影像。通过图像处理算法对实时摄录钻孔360度全景图像按照一定的方位顺序进行展开，并根据记录的深度进行连续拼接，实时形成全钻孔孔壁展开图，提供井下动态影像资料。

国外深井电视成像设备主要由美国垄断：美国Superior油井服务公司的井下光学成像测井设备OPTV(Optical Televiewer)在美国页岩气盆地的空气介质井中获得了油气储层的高分辨率彩色图像，在页岩气藏评价中取得了非常好的效果，美国哈里伯顿公司的井下光学成像系统EyeDeal和Expro国际集团公司的360°全井壁光学成像测井仪ViewMax,可提供钻井井壁或套管壁的前景图像和井下马达驱动的侧视图像。美国DHV国际公司的鹰眼Ⅱ井下视像系统主要用于套管井测井，监测油管或套管的变形等。澳大利亚SURTRON 技术公司的光学电视测井仪OTV(Optical Televiewer)和卢森堡ALT公司的小井眼光学电视测井仪OBI40(Slim Hole Optical Televiewer),耐温耐压指标较低，不适合在高温高压的油气井中进行测井作业。国外深井设备和技术长期对国内进行封锁。

国内目前工程地球物理勘探用的钻孔成像测井设备测井深度范围一般在 1500米以内，国内对深井钻孔电视这方面的研究或产品较少，相比于浅井测量，在深井测量中井下探头所处的压力、工作温度等恶劣环境对设备提出了更高要求，2003国内研制了耐温110℃、耐压25MPa,测试深度在3000米左右的井下电视，西安光学精密机械研究所研制开发了JX-3500井下电视测井仪器(最大深度3500米，最高耐温125℃)，西安凯特维尔能源科技有限公司鹰眼井下电视设备，耐温125℃，测井深度7000m，但是该设备采用的是国外核心专利技术，而且视频实时性、连续性采集非常差，采用单芯电缆传输， 1.5帧/秒，分辨率为460*460p，除此之外，国内尚未见其它单位开发出实用的更深的钻孔成像设备，此外国内深井电视成像设备在图像类型、视场角、分辨率等方面与国外都存在差距。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种高清成像探头以及深井钻孔成像设备，以解决现有技术中钻孔成像设备在深井环境下的耐温性、耐压性差、无法实时传输视频的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提出的一种高清成像探头，包括：外壳、摄像装置、保温筒以及隔热组件，所述保温筒的两端通过所述隔热组件与所述外壳连接，所述摄像装置设在所述保温筒内部，所述保温筒的内部为真空，所述外壳以及保温筒的双层密封结构用于减少外界与所述摄像装置之间的热量交换；所述摄像装置的高清摄像头从保温筒一端伸出、与外壳体和保温筒之间的隔热组件密封连接；所述高清摄像头外侧在外壳的端部还密封连接半球形防爆光学玻璃罩。

优选地，所述隔热组件包括：固定支架以及隔热保温塞，所述固定支架设在所述外壳的后端并与所述外壳底壁抵接，所述保温筒的一端与所述固定支架连接，所述保温筒的另一端设有开口，所述开口与所述隔热保温塞密封连接，所述隔热保温塞的外壁与所述外壳抵接。

优选地，所述隔热保温塞的外径大于所述开口的内径，所述隔热保温塞的一端塞入所述保温筒的开口与所述保温筒形成过盈配合，所述隔热保温塞的另一端与所述外壳的内壁抵接。

优选地，所述隔热保温塞上设有第一通孔，所述摄像装置的一端穿过所述第一通孔并从所述隔热保温塞中伸出，且所述摄像装置与所述隔热保温塞密封连接。

优选地，所述外壳包括：左盖、壳体、右盖以及密封组件，所述壳体的两端分别与所述左盖和右盖螺纹连接，所述密封组件与所述左盖抵接，所述隔热保温塞与所述右盖的内壁抵接，所述右盖的端部设有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述摄像装置的一端从所述第二通孔穿过；所述密封组件包括：设置在所述右盖与壳体的连接处的第一密封圈、设置在所述左盖与所述壳体的连接处的第二密封圈。

优选地，所述右盖上设有多个光源，所述光源均匀环布在所述右盖的端面上。

优选地，所述右盖的端部沿轴向延伸形成环形台阶，所述环形台阶的外径小于所述右盖端部的外径，所述防爆玻璃罩设在所述环形台阶上，所述防爆玻璃罩罩设在所述摄像装置上，所述防爆玻璃罩与所述右盖通过密封盖密封连接。

优选地，所述保温筒的内空区还填充有吸热材料。

另一方面，本实用新型还提供了一种深井钻孔成像设备，包括：如上述的高清成像探头，以及通过传输缆线与所述高清成像探头连接的主机，所述高清成像探头与所述主机之间通过传输缆线绕接有滑轮组、光电编码器以及步进电机，所述滑轮组、光电编码器以及步进电机设在支架上。

优选地，所述主机包括：图像信息接收模块、深度计数模块以及与所述图像信息接收模块、深度计数模块连接的全景图像拼接模块，所述图像接收模块与所述摄像装置连接，所述深度计数模块与所述光电编码器相连，所述主机能够实时显示井下全景图像。

本实用新型实施例中，通过设置双层密封机构，并将隔热组件内部抽真空，避免了外界(工作时井下的高温高压环境)对设想装置的传热，为摄像装置提供了稳定的工作环境，使得摄像装置能够长时间的保持高效的工作效率以及清晰的拍摄质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例中高清成像探头的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中隔热组件的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中传输缆线的截面示意图；

图4为本实用新型一实施例中高清成像探头密封组件的结构示意图；

图5为实用新型实施例中深井钻孔成像设备的结构示意图。

附图标号说明：

10-高清成像探头，1-外壳，11-右盖，12-壳体，13-左盖，14-第一密封圈， 15-第二密封圈，16-第四通孔，17-锥形密封塞，18-连接扣，19-第五通孔，2- 隔热组件，21-隔热组件前部，22-隔热组件后部，23-固定支架，24-隔热保温塞，25-第一通孔，26-第二通孔，27-环形台阶，3-摄像装置，31-高清摄像头， 32-光电转换传输模块，33-电池，34-三维姿态传感器，4-传输缆线，41-光纤， 42-光纤保护层，43-钢丝铠装，44-PVC外护层，5-防爆玻璃罩，51-密封盖， 52-密封垫，6-保温筒，60-主机，70-滑轮组，71-支架，80-步进电机，81-光电编码器，90-绞车。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型的主要目的是提供一种高清成像探头以及深井钻孔成像设备，以解决现有技术钻孔成像设备在深井环境下的耐温性、耐压性差，或无法实时传输视频的技术问题。

请参照图1以及图2，本实用新型一实施例提供的高清成像探头包括，外壳1、保温筒6、隔热组件2以及摄像装置3。外壳1采用金属材料制成，能有效避免下井过程中的各种物理、化学损害。且外壳1内部为密封结构，能够有效的阻挡热量的传递。隔热组件2以及摄像装置3设在外壳1内腔中。外壳1的内腔为封闭结构，为内部的隔热组件2以及摄像装置3提供稳定的工作环境。隔热组件2的前部21与外壳1的顶壁抵接，隔热组件2的后部22 与外壳1的底壁抵接。隔热组件2的两端与外壳1连接稳定，避免了隔热组件2在井下工作时的晃动。且隔热组件2内部抽真空，进一步地保证了隔热组件2内部的环境稳定性，减少温度的传递。摄像装置3设在隔热组件2内部。摄像装置3外套设两层密封结构且隔热组件2内部为真空，能够有效减少摄像装置与井下化境的热量交换，避免高温、高压的液体对摄像装置的工作造成影响。

具体地，隔热组件2包括：固定支架23，隔热保温塞24。固定支架23 设在外壳1的后端，并与外壳1底壁抵接。固定支架23朝向外壳前端的一端，端面内凹形成定位槽26。定位槽26用于固定保温筒6。保温筒6为圆筒形结构，保温筒6的底端为封闭端，其顶端为开口端。定位槽26的截面形状与保温筒6的封闭端截面形状相同，保温筒6的底端卡设在定位槽26内，防止运动过程中保温筒6移动。保温筒6的开口端，与隔热保温塞24密封连接。具体地，隔热保温塞24的外径大于保温筒6开口的内径，隔热保温塞24与保温筒6的开口之间形成过盈配合。因此，保温筒6内部能够保持高度的密封性。隔热保温塞24的另一端与外壳1的顶壁抵接，且隔热保温塞24的侧壁与外壳1的内壁抵接。通过将保温筒6的两端位置进行固定，保证保温筒6 运动过程中的稳定性和安全性。另一方面，隔热组件2采用隔热材料制成，能够进一步地降低井下高温流体对保温筒6内部摄像装置3的影响。

保温筒6侧壁设有第三通孔(图中未示出)供传输缆线4穿过。并且，传输缆线4与第三通孔之间还设有密封件，保证保温筒6内的密封性。传输缆线4从第三通孔中穿出后，再通过固定支架23与外壳1的侧壁的间隙穿出，进入外壳1内腔中。

进一步地，保温筒6内部抽真空，能够减少外部的与保温筒6内部的热量交换，并保证保温筒6内的温度远低于井下外界的环境温度。该保温隔热设计确保腔内的摄像装置在合适温度内正常工作，探头可在深井120℃温度工作12小时以上，150℃温度工作8小时以上。在一个优选的实施例中，由于保温筒6内电子器件工作时会有少量发热，可对电路部分包裹吸热散热层。保温筒24内空区填充硅酸钠等吸热剂，防止保温筒内部温度过高，延长内部电子器件在井下的工作时间。

具体的，保温筒6内部的电子器件包括摄像装置3。摄像装置3用于摄录井下的画面并将光信号转变成电信号，通过传输缆线4传递至主机。摄像装置3包括：高清摄像头31以及光电转换传输模块32。高清摄像头31采用高清CCD摄像头，能够拍摄出高清画质的画面。高清摄像头31与光电转换传输模块32电连接，光电转换传输模块32将高清摄像头31的光信号转换成电信号。光电转换传输模块32与传输缆线4连接，将信号传递至地面。在一个优选的实施例中，高清摄像头31还与电池33连接。电池33为12V的锂电池，能够制成探头仔井下工作时间长达12小时，延长摄像装置在井下的工作时间。在一个优选的实施例中，光电转换传输模块32还与三维姿态传感器34连接。三维姿态传感器34能够准确的探测高清成像探头在井下的方位以及各方向的偏转角度，通过三维姿态传感器34的反馈能够及时将高清成像探头进行调整。

高清摄像头31、三维姿态传感器34采集的信息通过光电转换传输模块 32转换成电信号，由传输缆线4传递至地面的主机中再进行进一步的储存和分析，高清摄像头31、三维姿态传感器34以及光电转换传输模块32均采用低功耗设计，减少元器件发热，保证运行稳定性。同时，采用电池33为高清摄像头31供电，能够大幅度降低电源在线路的损耗，提升系统的可靠性。

传输缆线4采用定制两芯的单模光纤电缆传输，一组光纤用于传输井下高清摄像头31的信号，另一组用于传输三维姿态传感器34探测的在井下的方位和姿态信息。在一个优选的实施例中，传输线缆4采用四芯的单模光纤电缆。多出的两组光纤冗余设计，作为备用。具体地，如图2所示，为传输线缆4的截面示意图，显示了传输线缆4的具体结构。传输线缆4包括：至少两根光纤41，依次包裹在光纤41外的光纤保护层42、钢丝铠装43以及PVC 外护层44。经过三层保护的传输线缆4，抗拉力达500KG以上。光纤41的信号传输速度1000Mpbs，传输距离可达10000米以上，实时将高清摄像头31 采集的信号传输至地面的主机。

进一步地，本实施例地高清成像探头的外壳1包括：右盖11、壳体12、左盖13以及密封组件，壳体1的两端分别与右盖11和左盖13连接。壳体1 地两端设有内螺纹，右盖1与左盖13的端部设有与壳体1的内螺纹匹配的外螺纹。右盖11和左盖13与壳体12螺纹连接。左盖13上设有供传输缆线4 穿过的第四通孔16，传输线缆4从固定支架23与外壳1的间隙中穿过后通过第四通孔16穿出到达外壳1的外部。

如图1所示，隔热保温塞24中心处设有第一通孔25，右盖11中心处设有第二通孔25。第一通孔25与第二通孔26连通。高清摄像头31穿过第一通孔25与第二通孔26，且高清摄像头31与所示右盖11以及隔热保温塞24通过密封垫片密封连接。因此，高清摄像头31从外壳中伸出能够更好的获取井下画面。

进一步地，右盖11端部还设有环形台阶27。环形台阶27由右盖11的端部沿轴向向外延伸形成。环形台阶27的外径小于右盖端部11的外径。环形台阶27上设有防爆玻璃罩5。防爆玻璃罩5罩设在高清摄像头31上，且防爆玻璃罩5与右盖11通过密封盖51密封连接。防爆玻璃罩5为半圆形结构，由高强度玻璃制成，用于保护高清摄像头31不受高温或酸性物质的侵蚀。防爆玻璃罩5的底端与右盖11抵接。防爆玻璃罩5与右盖11通过密封盖51连接。右盖11的端部设有外螺纹，密封盖51内腔设有与右盖11外螺纹匹配的内螺纹，密封盖51与右盖11螺纹连接。优选地，如图4所示，在防爆玻璃罩5与右盖11之间还设有密封垫52。密封垫52用于提高密封性，保证探头结构的整体稳定性。

如图4所示，本实施例中外壳1的密封组件包括：设置在右盖11与壳体 12的连接处的第一密封圈14、以及设置在左盖13与壳体12的连接处的第二密封圈15。密封组件提高了外壳1内部的密封性。左盖13还设有密封连接件，密封连接件包括：锥形密封塞16以及连接扣17。锥形密封塞17由耐高温橡胶制成。锥形密封塞17通过连接扣18与左盖13连接，且锥形密封塞17上设有供传输线缆4穿过的第五通孔19。第五通孔19与第四通孔16连通，传输缆线4依次穿过第四通孔16与第五通孔19，且均与第四通孔16和第五通孔19密封连接。

如图5所示，本实用新型的实施例还提供了一种深井钻孔成像设备。如上述的高清成像探头10，以及通过传输缆线4与高清成像探头10连接的主机 60，高清成像探头10与主机60之间通过传输缆线4绕接有滑轮组70以及步进电机80，滑轮组70与步进电机80设在支架71上。

具体的，步进电机80与滑轮组70之间还绕接有光电编码器81。主机60 与滑轮组70之间还绕接有绞车90。控制模块用于控制步进电机80的启动、停止以及转动的速度和方向，以控制高清成像探头10的运动。采集模块用于采集控制高清成像探头10井下采集的画面信息，以及方位和转向的信息。存储模块用于将采集模块采集的信息进行存储以便于进一步的分析。

其中，主机60包括：图像信息接收模块、深度计数模块以及与所述图像信息接收模块、深度计数模块连接的全景图像拼接模块，图像接收模块与摄像装置3连接，深度计数模块与光电编码器81电连接。主机60用于实时显示井下全景图像。

利用本实施例中的深井钻孔成像设备，探测深井井下情况的操作基本包括以下步骤：

如图5所示，检测时深井钻孔成像设备按上述方式连接好之后，在被测试井口正上方固定支架71。通过调节支架71张开角度即可以调节支架71的高低。将传输线缆4依次绕在滑轮组70的光电编码器81，步进电机80上，传输线缆4与高清成像探头连接，高清成像探头10须处于被测试孔的正中央位置。当被测试孔孔径较大，增加扶正居中装置即可。绞车90与主机16通过传输缆线4连接。开启主机60的电源，启动相应的模块。开启高清成像探头10的电源，设置相应的参数。高清成像探头10采集的视频画面等数据通过传输缆线5传输至主机60的图像信息接收模块。由于采用光纤进行实时数据传输，效率提高。高清成像探头10采集的井下孔壁视频等数据实时传送至地面主机60，主机60接收和采集数据后，与光电编码器81相连的深度技术模块记录下井深度。全景图像拼接模块将画面信息与深度信息进行分析，形成井下360度全景画面。主机60通过与显示屏幕相连，在屏幕上实时显示井下探测的画面，实现现场获取井下实时画面的目的，为井下探测工作提供了强大的信息基础。

可以理解的是，本实施例提供了一套完整的深井高清钻孔成像设备解决方案。本方案设计合理、结构简单、自动化控制程度高，适合高温高压环境等优势。深井下视频传输采用光纤，既可以解决传输速率有限的问题，同时光纤传输受外界温度等环境影响较小，可以稳定传输深井下各种数据。随着我国各大油田都在确立“数字化油田”的目标，为配合油田产能建设，提高产能的效率，能够监控油田井下情况应用前景非常广泛。本设备的使用并不局限于深井油田的探测，还可以作为以下用途：

1、井内设备的机械结构外观检查；

2、井内腐蚀检查和监视；

3、成像落物和井眼落鱼查看；

4、天然气管道/石油管道内壁是否破裂、腐蚀、泄漏等；

5、检查气井中的出水层及高含水井中的出油层；

6、地下储气库和储气井检查；

7、深水井、地热井、页岩气、煤层沼气井检测等；

8、石油测井、地质研究、地层产状、压裂施工、裸眼井成像、分析射孔质量、石油井套管修补、坐封、机井修复等；

9、用在煤田、矿山等地球深部资源探测，用于煤井、矿井等探测矿体走向，厚度，倾向等；

10、用于深水拍摄、深水下海底拍摄。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高清成像探头，其特征在于，包括：外壳、摄像装置、保温筒以及隔热组件，所述保温筒的两端通过所述隔热组件与所述外壳连接，所述摄像装置设在所述保温筒内部，所述保温筒的内部为真空，所述外壳以及保温筒的双层密封结构用于减少外界与所述摄像装置之间的热量交换；所述摄像装置的高清摄像头从保温筒一端伸出、与外壳体和保温筒之间的隔热组件密封连接；所述高清摄像头外侧在外壳的端部还密封连接半球形防爆光学玻璃罩。

2.如权利要求1所述的高清成像探头，其特征在于，所述隔热组件包括：固定支架以及隔热保温塞，所述固定支架设在所述外壳的后端并与所述外壳底壁抵接，所述保温筒的一端与所述固定支架连接，所述保温筒的另一端设有开口，所述开口与所述隔热保温塞密封连接，所述隔热保温塞的外壁与所述外壳抵接。

3.如权利要求2所述的高清成像探头，其特征在于，所述隔热保温塞的外径大于所述开口的内径，所述隔热保温塞的一端塞入所述保温筒的开口与所述保温筒形成过盈配合，所述隔热保温塞的另一端与所述外壳的内壁抵接。

4.如权利要求3所述的高清成像探头，其特征在于，所述隔热保温塞上设有第一通孔，所述摄像装置的一端穿过所述第一通孔并从所述隔热保温塞中伸出，且所述摄像装置与所述隔热保温塞密封连接。

5.如权利要求4所述的高清成像探头，其特征在于，所述外壳包括：左盖、壳体、右盖以及密封组件，所述壳体的两端分别与所述左盖和右盖螺纹连接，所述密封组件与所述左盖抵接，所述隔热保温塞与所述右盖的内壁抵接，所述右盖的端部设有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述摄像装置的一端从所述第二通孔穿过；所述密封组件包括：设置在所述右盖与壳体的连接处的第一密封圈、设置在所述左盖与所述壳体的连接处的第二密封圈。

6.如权利要求5所述的高清成像探头，其特征在于，所述右盖上设有多个光源，所述光源均匀环布在所述右盖的端面上。

7.如权利要求6所述的高清成像探头，其特征在于，所述右盖的端部沿轴向延伸形成环形台阶，所述环形台阶的外径小于所述右盖端部的外径，所述环形台阶上设有防爆玻璃罩，所述防爆玻璃罩罩设在所述摄像装置上，所述防爆玻璃罩与所述右盖通过密封盖密封连接。

8.如权利要求6所述的高清成像探头，其特征在于，所述保温筒的内空区还填充有吸热材料。

9.一种深井钻孔成像设备，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的高清成像探头，以及通过传输缆线与所述高清成像探头连接的主机，所述高清成像探头与所述主机之间通过传输缆线绕接有滑轮组、光电编码器以及步进电机，所述滑轮组、光电编码器以及步进电机设在支架上。

10.如权利要求9所述的深井钻孔成像设备，其特征在于，所述主机包括：图像信息接收模块、深度计数模块以及与所述图像信息接收模块、深度计数模块连接的全景图像拼接模块，所述图像信息接收模块与所述摄像装置连接，所述深度计数模块与所述光电编码器相连，所述主机能够实时显示井下全景图像。

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