电缆式单摄像头石油测井成像系统原理及井筒实时监测应用研究

电缆式单摄像头石油测井成像系统原理及井筒实时监测应用研究

摘要

电缆式单摄像头测井成像系统依靠专用传输线缆实现地面供电、实时视频传输、井下设备远程操控，是油气、地热、煤层气井筒实时可视化监测主流设备。本文基于北京鸿鸥成运电缆式单摄像头测井成像系统硬件参数，介绍设备整体结构、成像硬件、耐压耐温性能；解析电缆供电、长线实时视频传输、地面实时操控整套工作原理；深度剖析电缆式测井系统优缺点；对比自存储式设备适用工况；研究设备在油气井日常巡检、地热换热井回灌堵塞排查、煤层气井裂隙监测、废弃井封堵检测当中的应用；针对长线信号衰减、线缆磨损、高温腐蚀短板提出优化方案，为井筒实时在线可视化监测提供技术支撑。

关键词：电缆式井下成像系统；单摄像头测井；实时视频传输；井筒在线监测；地热换热井；煤层气测井；油气井巡检；钢丝绳测井电缆；长线信号衰减；井筒堵塞排查

0 引言

在石油开采、中深层地热开发、煤层气开采全过程当中，井筒套管破损、结垢堵塞、裂隙发育、井下落物、回灌堵塞等故障频发，需要实时查看井下实况，快速定位缺陷深度。电缆式井下测井成像系统通过测井电缆连接地面主机，实现实时画面传输、远程操控、持续供电，可以实时观测井下动态，是井筒动态监测、故障应急排查的核心装备；但在7000m超深井、高温腐蚀井、野外复杂工况存在短板。本文开展电缆式单摄像头测井成像系统全面研究。

1 设备硬件参数与整体结构

电缆式单摄像头探头硬件参数和自存储式探头硬件本体一致，探头规格Φ68mm×1500mm，1/2.8英寸CMOS传感器，90°视场角，1080P高清分辨率；耐压70MPa，耐温‑20℃~175℃，17‑4PH不锈钢外壳；自带井下补光光源；支持深度、温度传感器选配；区别在于供电模式与数据传输模式，设备舍弃内置电池短节，依靠外接测井电缆实现地面持续供电、视频信号实时上传地面主机，地面操作人员实时观看井下井筒影像，实时操控光源开关、摄像头参数、下放深度。

整套系统分为井下成像探头、耐高温测井传输电缆、地面主控显示器、绞车下放装置四大组成部分。

2 电缆式测井系统核心工作原理

2.1 电缆持续供电原理

地面电源通过多芯测井电缆向井下探头持续供电，不受内置电池续航限制，可以实现全天长时间不间断井下巡检作业。

2.2 长线实时视频传输原理

井下CMOS传感器采集井筒高清影像，压缩之后通过专用测井电缆实时传输至地面显示屏，工作人员实时查看井下实况，实时观察井筒内壁、堵塞物、落物、裂隙动态。

2.3 深度同步定位原理

电缆绞车搭载深度传感器，实时传输下放深度，井下影像和深度数据同步绑定，精准定位每一处井筒缺陷的深度位置。

2.4 远程井下操控

地面主机通过电缆下发指令，控制井下光源亮度、传感器参数，适配不同浑浊、黑暗井筒环境。

3 电缆式与自存储式系统优缺点深度对比

3.1 电缆式单摄像头测井系统优势

第一，井下画面地面实时可视化，下放过程立刻查看井筒状况，发现故障立刻停驻排查；第二，地面长期供电，不受6‑8小时电池续航约束，可长时间、多次反复测井；第三，深度、温度数据实时回传，精准实时定位；第四，井下突发堵塞、卡钻、落物事故，实时观察井下动态，开展应急处置；第五，可适配频繁多次的日常井筒巡检作业。

3.2 电缆式设备短板

第一，7000m超深井超长测井电缆重量大、笨重，下放回收繁琐，极易缠绕打结；第二，长线传输出现视频信号衰减、画面卡顿、信噪比下降；第三，井下高温、硫化氢、腐蚀地下水极易腐蚀电缆外皮，造成线缆破损漏电；第四，野外偏远场地需要配备地面供电电源，布线繁琐；第五，电缆采购、更换、运维成本高。

3.3 自存储式适配短板场景

超深井、高温高压腐蚀井、无供电野外场地优先选用自存储式设备；日常浅层井、地热井常态化巡检、应急实时排查选用电缆式设备。

4 电缆式测井系统多行业工程应用

4.1 石油油气井日常常态化巡检

浅层‑中深层油气井定期套管检查、结垢排查、井下杂物清理，实时查看井筒内壁腐蚀、裂缝、变形情况。

4.2 中深层水源地热换热井运维监测

地热井长期开采回灌容易出现滤网堵塞、井筒结垢、泥沙淤积，电缆式井下成像实时查看堵塞位置，指导洗井、通井作业。

4.3 煤层气井裂隙、煤粉堵塞监测

实时观测煤层气井煤壁裂隙发育、煤粉堆积堵塞套管筛管，指导排煤粉、增产作业。

4.4 废弃油气井、废弃地热井封堵验收监测

实时查看封堵段密闭情况，排查封堵空隙、渗漏通道，保障废弃井封井合规。

5 电缆式设备工况优化策略

针对长线信号衰减问题选用屏蔽式耐高温测井电缆；高温腐蚀井筒选用耐腐蚀氟橡胶电缆外皮；超深井采用信号中继模块补偿长线损耗；绞车加装线缆防缠绕导向轮，规避线缆打结故障。

6 结论

电缆式单摄像头测井成像系统优势为井下画面实时传输、持续供电、实时应急排查，适合浅层油气井、地热换热井、煤层气井常态化运维巡检；受限于超长电缆短板不适用于7000m超深井。工程当中根据井深、井下环境、作业需求，合理搭配电缆式、自存储式两套测井设备，优化井筒可视化监测体系。

本篇细分关键词：电缆式井下成像系统，单摄像头测井，实时视频传输，井筒在线监测，地热换热井，煤层气测井，油气井巡检，钢丝绳测井电缆，长线信号衰减，井筒堵塞排查，套管腐蚀检测，废弃井封井验收，测井绞车，井下深度定位