VideoLog可视化测井系统在套管错断检测中的应用

严正国，张斌山，谭哲宇，张郁山

1.西安石油大学电子工程学院 （陕西 西安 710065）

2.国家电投黄河公司青海黄河矿业有限责任公司 （青海 西宁 810000）

套管错断主要是由于岩石层发生应力变化或岩石断裂而引起的套管损坏问题，一直以来都是石油生产监测和套管故障诊断领域的重要问题之一。原有的同轴电缆井下电视和光纤井下电视现场操作性和环境适应性差，作业难度高，需要配接专用电缆。鹰眼井下电视虽克服了井眼环境和施工条件等方面的诸多限制，但依然受到测井电缆传输带宽和传输速率的制约，不能传输流畅的彩色视频图像［4-5］。介绍了一种借助测井电缆网络高速传输技术研制的测井电缆网络高清视频成像测井系统，并应用于油田现场套管检测，能够配接国产7芯铠装电缆，流畅传输高清彩色视频图像至地面，通过可视化测井系统观测，井下情况一目了然。

1 可视化测井技术

1.1 可视化测井技术

可视化测井技术（Visual Logging）是指利用面阵传感器直接获取井下视频图像的一种成像测井技术，2017年12月23日，在西安举行的“2017可视化测井与套管井诊断修复前沿技术研讨会”上首次正式提出此概念，其内容包括可见光井下电视（Downhole Video），短波红外（SWIR）井下电视和X光井下电视（Visual Xray）［1-3］，目前主要集中在可见光井下电视领域。

1963 年，T.R.Reinhart［9］介绍了一种采用外径为14.29 mm的双层铠装同轴电缆来链接和传输的井下电视，能够流畅传输黑白模拟视频图像。所采用测井仪器外径为16.8 mm（3/4″），最大测井深度为4 600 m，最高耐压为344.75 MPa(5 000 psi)，最高耐温达48.89℃（120℉），但由于需要专用电缆等原因，现场施工难度较大。

1992年 C.C.Cobb等人［10］介绍了一种利用外径为9.56 mm（7/32″）的光纤测井电缆实时传输黑白模拟视频图像的测井系统。所采用仪器外径为17.46 mm（11/16″），最高耐压达 689.5 MPa（10 000 psi），适用于井口带压作业，且图像清晰流畅，实时性好，但需要配备专用电缆和测井车，需要空运设备等，使其本地化施工能力差。

1999年，J.L.Whittker等人介绍了一种采用普通铠装测井电缆的鹰眼井下电视测井系统，适用于水平井连续油管作业［11］,具有耐高温、耐高压、强抗腐蚀性等特点。但由于测井电缆传输带宽的限制，只能传输黑白图像，第一代产品视频帧率仅为3.5 s/f。经过几代改进后提高到了1.7 s/f，1.1 s/f。

2015年，EVCAM采用最新的井下视频技术研制成功Optis HD Electric Line井下电视测井系统。能够在单芯和多芯测井电缆上实时传输彩色高清视频，传输速率超过 200 kb/s，最大帧率可达 25 f/s［12］。

2017年，西安石油大学的严正娟等介绍了一种测井电缆网络高清可视化测井系统，可实现彩色全帧率高清网络视频在普通单芯或多芯铠装测井电缆上的实时传输［3］，将测井电缆可视化测井技术带入网络时代。

1.2 可视化测井系统

可视化测井系统是由西安石油大学光电油气测井与检测国家教育部重点实验室成功研制，主要由地面系统和井下系统两部分组成，能够将井下状况实时传输至地面并呈现，具有直观真实、高效可靠、信息量大等优点。相比于传统解释成像技术，可视化测井借助测井电缆网络高速传输技术提高了电缆传输速率，克服了影响测井电缆井下电视应用效果和制约测井电缆井下电视技术发展的关键技术瓶颈，实验和现场应用表明，可视化测井系统可在5 500 m测井电缆上传输帧率为25 f/s的高清彩色视频，传输速率超过2 Mb/s。另外，可视化测井结合最先进的电缆自适应特性技术、高频带利用率的调制和编码技术、数据压缩和检纠错编码技术以及标准以太网接口、TCP/IP协议，解决了网络连接通用性差、兼容性差的难题，可配接不同类型、不同长度的单芯或多芯铠装测井电缆，实时传输彩色全帧率网络高清视频，降低了工程作业量和实际应用成本。

基于测井电缆网络高速传输技术的可视化测井系统的组成如图1所示。

图1 测井电缆可视化测井系统框图

井下检测系统是井下网络视频图像的采集、编码和传输装置。其外形和结构是根据井眼的尺寸、温度、压力等环境要求而设计的。井下检测系统是依靠井下检测系统和测井电缆的自重下放到目标深度的。

测井电缆的作用包括承载井下检测系统重量并下放井下检测系统，地面系统向井下检测系统供电，地面系统与井下检测系统进行高速网络通信的介质。

地面系统主要功能包括通过测井电缆向井下检测系统供电，与井下测井系统通过测井电缆进行高速网络通信，获取网络视频数据流并解码，电缆测深、字符叠加、录像存储等。并提供视频显示器接口与网络访问接口。

光电编码器与测井绞车的电缆深度测井系统连接，向地面系统提供深度信号编码脉冲。

液晶显示仪用于显示解码和字符叠加后的视频图像。

计算机与地面系统通过有线或无线网络连接，可对网络视频编码系统、深度测量系统、视频解码系统、字符叠加系统进行设置和控制，可实时预览、存储和回放视频图像。

1.3 井下检测系统

井下检测系统是可视化测井系统中直接完成视频图像采集、编码传输的部分，图2为井下检测系统的功能框图。由地面系统向井下电源模块供电，电源模块完成DCDC变换，提供给井下各模块需要的低压电源。LED光源对摄像头前方区域进行照明，由摄像头模组获取图像，经编码器编码，由测井电缆网络高速传输模块传输至地面系统。

图2 VideoLog井下检测系统功能框图

1.4 旋转变焦彩色高清摄像机结构及技术指标

图3 为VideoLog旋转变焦彩色高清摄像机隔热耐温结构示意图，为了适应井下小尺寸高温度高压工作环境，仪器结构均为特殊设计和制造，所有电路模组也均采用小型化设计，最大宽度小于30 mm，外壳采用隔热耐压材料制造，从而保持内部压力温度一直符合仪器正常工作要求。采用蓝宝石球形镜片满足镜头抗压要求的同时，达到最大视角范围，LED提供可调节光源，可根据实际环境调节至最佳亮度。采用高温旋转变焦摄像头，720×576像素，且自带云台控制和变焦调节功能，根据观测点实际环境可通过地面系统远程控制摄像头180°俯仰，360°旋转并调节焦距，找到最佳的观测角度，将套管问题看得更加清楚。

图3 旋转变焦彩色高清摄像机隔热耐温结构示意图

旋转变焦彩色高清摄像机技术指标见表1。

表1 旋转变焦彩色高清摄像机技术指标

2 VideoLog应用于套管错断检测

2.1 应用案例1

1）西南某气井井下作业过程中通井规在深度2 360 m附近遇阻，可视化测井系统检测诊断遇阻原因。

2）井口压力7 MPa，井口采用防喷管和注脂设备等井控措施，采用75 mm可视化测井系统，仪器加配重，从油管下入至目标位置附近进行检测，以确定遇阻原因。

3）测井结果。

4）诊断结论。

采用旋转变焦彩色高清摄像机，配接国产7芯铠装测井电缆，选用缆芯1237进行网络高速传输，网络连接完整，高速率传输出彩色高清视频图像，对照井身管柱结构与井下工具以及井筒情况，确认故障原因为套管错断移位，造成井眼阻塞。

2.2 应用案例2

1）60臂井径测井。①西部某标准井在深度180 m附近遇阻，采用60臂井径测井技术检测诊断遇阻原因；缓慢下入60臂井径测井仪器，使探头接触管壁，确定遇阻原因；③测井结果；④诊断结果。

根据多个探针对管壁的探测，感应出套管内径的变化情况及数据，再通过计算机软件解释处理，进而得出采用60臂井径测井结果图，分析诊断为套管错断问题。

2）VideoLog测井。①西部某标准井在深度180 m附近遇阻，可视化测井系统检测诊断遇阻原因；②下入75 mm可视化测井井下检测系统至液面以下，井中水的透光性达到可视化测井系统作业要求，可视化测井井下检测系统继续下入至180 m附近的遇阻位置，调整旋转变焦摄像头方向和焦距，寻找最佳观测位置进行视频检测，确定遇阻原因；③测井结果；④诊断结果。

采用旋转变焦彩色高清摄像机，配接国产7芯铠装测井电缆，选用缆芯1456进行网络高速传输，网络连接完整，作业时长3 h，高速率传输出彩色高清视频图像，分辨率为720×576像素，帧率10 f/s，整个过程视频清晰流畅，没有延迟和卡顿现象。对照井身管柱标准结构和井下工具，确认故障原因为套管错断移位、套管磨损以及管壁腐蚀，从而导致井眼遇阻。

3 结论

1）可视化测井系统作为新一代井下电视的成功研制，突破了原有技术的部分局限性，无需专用测井电缆和测井车，可实现本地化测井施工。

2）实际应用效果表明，可视化测井系统在工作中不仅能够准确定位观测点深度，而且能够找到观测点最佳观测角度并获得清晰流畅的图像和录像，为下一步工作提供最直观最真实的判断依据。

3）可视化测井技术具有高速率，实时性，网络自适应的特点。相比于60臂井径测井技术，可视化测井技术更加直观清晰，实时高效。

4）可视化测井系统作为一种新型套管检测手段，相比于传统的解释成像测井技术，操作工艺简单，工作效率高，作业成本低，检测结果实时可靠，在套管错断检测中具有广阔的应用前景。