一種用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于深油（水）井探測(cè)的光學(xué)成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油田勘測(cè)技術(shù)的發(fā)展，油井的數(shù)量也在不斷增加，同時(shí)，新的一系列問題不斷 出現(xiàn)，比如測(cè)井管道長(zhǎng)期埋于地下受地下水腐蝕受損；深井下的溫度、壓差、應(yīng)力造成管道 的變形腐蝕或者破損；頻繁的井下作業(yè)引起管道損傷；內(nèi)壁的污漬影響作業(yè)等，這些內(nèi)壁 損傷情況用傳統(tǒng)的方法無法直觀地檢測(cè)出來，或者分辨率不夠、可靠性差、時(shí)效性差、成本 偏高、體積大，因此在檢測(cè)測(cè)井管道內(nèi)壁受損情況時(shí)往往不能得到讓人滿意的數(shù)據(jù)來為修 井作業(yè)提供客觀依據(jù)。
[0003] 傳統(tǒng)上典型的測(cè)井方法有微電阻率掃描測(cè)井法、聲波測(cè)井法、核磁共振測(cè)井法。
[0004] 1.微電阻率掃描測(cè)井法
[0005] 通過井下測(cè)井儀器測(cè)量井壁各點(diǎn)的電阻率值，然后把電阻率值的相對(duì)高低用灰度 (黑白圖）或者色度（彩色圖）來表示，井壁就可以表示成一張黑白圖像或者彩色圖像，它 的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)井內(nèi)環(huán)境要求低。缺點(diǎn)是不能獲取直觀圖像、精度低、易漏檢、體積重量大。
[0006] 2?聲波測(cè)井法
[0007] 通過測(cè)量環(huán)井井眼地層的聲學(xué)回波特性來判斷井眼的情況，它的優(yōu)點(diǎn)是非接觸測(cè) 量，缺點(diǎn)是不能獲取直觀圖像、后期處理復(fù)雜、體積重量比較大。
[0008] 3.核磁共振測(cè)井法
[0009] 通過使用多種頻率的的脈沖信號(hào)來測(cè)量自旋回波的幅度信息、相位信息等來解析 井內(nèi)壁狀態(tài)，它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求不高，非接觸測(cè)量。缺點(diǎn)是不能獲取直觀圖像、后期處 理復(fù)雜、體積重量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服傳統(tǒng)的測(cè)井方案無法獲取直觀圖像、體積重量較大、精度較低等缺點(diǎn)，本 發(fā)明提出一種全新的視頻的測(cè)井成像方案，能夠獲取井壁直觀的視頻圖像，為修井作業(yè)提 供準(zhǔn)確、可靠依據(jù)，該光學(xué)成像裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、穩(wěn)定性高、操作方便靈活。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] 一種用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，包括在管狀殼體內(nèi)沿軸線方向依次設(shè)置的、 前置物鏡組、圖像傳感器、圖像傳感器的視頻驅(qū)動(dòng)單元、視頻處理及存儲(chǔ)單元、電池組、轉(zhuǎn)接 板及其各個(gè)接口、筒尾密封蓋；所述透明防護(hù)窗通過彈墊壓緊至管狀殼體前端面的安裝孔， 筒尾密封蓋上具有螺紋連接部以便于該光學(xué)成像裝置與鉆桿的固定；前置物鏡組的前部外 圍設(shè)置有多個(gè)激光器照明燈，在視頻驅(qū)動(dòng)單元與視頻處理及存儲(chǔ)單元之間橫向設(shè)置電路連 接板，所述圖像傳感器采用帶有調(diào)焦功能USB攝像裝置模組，將視頻圖像數(shù)字化后通過電 路連接板上的USB傳輸至視頻處理及存儲(chǔ)單元；所述各個(gè)接口至少包括USB數(shù)據(jù)接口和充 電口。
[0013] 基于以上方案，本發(fā)明還進(jìn)一步作如下優(yōu)化：
[0014] 上述透明防護(hù)窗為會(huì)聚透鏡。
[0015] 上述視頻處理及存儲(chǔ)單元分為視頻編碼壓縮模塊和高速SD卡，視頻編碼壓縮模 塊壓縮后的數(shù)字圖像通過內(nèi)部設(shè)置的高速GPIO接口存儲(chǔ)至高速SD卡。
[0016] 上述視頻編碼壓縮模塊采用三星公司的ARM11 - S3C6410進(jìn)行基于MPEG-2和 H. 264視頻編碼壓縮。
[0017] 上述管狀殼體的壁厚度為10mm。
[0018] 上述電池組采用無需拆卸的充電電池。
[0019] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 本發(fā)明充分利用新型圖像傳感器件、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)以及新型視頻壓縮技術(shù) 的固有優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)的整套光學(xué)成像裝置（設(shè)備）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、穩(wěn)定性高、體積小、重量輕/微光 夜視能力強(qiáng)、操作方便靈活。
【附圖說明】
[0021] 圖1探測(cè)裝置系統(tǒng)框圖。
[0022] 圖2探測(cè)系統(tǒng)原理。
[0023]
【具體實(shí)施方式】
[0024] 如圖1所示，用于深油（水）井探測(cè)的光學(xué)成像系統(tǒng)，由前置光學(xué)系統(tǒng)1、探測(cè)器板 2、處理單元3、電池4、接口板5、筒尾蓋6組成。
[0025] 前置光學(xué)系統(tǒng)1由3~4路照明燈及照明燈的隔水窗、探測(cè)器的前置物鏡組及物 鏡組的隔水窗組成，主要實(shí)現(xiàn)井內(nèi)壁光學(xué)信號(hào)的收集和前置光學(xué)系統(tǒng)的密封。
[0026] 探測(cè)器板2由探測(cè)器和探測(cè)器的電子學(xué)驅(qū)動(dòng)板組成，主要完成井壁視頻信號(hào)的采 集和數(shù)據(jù)格式的數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0027] 處理單元3是基于ARM11-S3C6410的電子學(xué)信號(hào)處理板，主要實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的編 碼，視頻信號(hào)的壓縮、視頻信號(hào)的存儲(chǔ)，以及工作指示燈控制、充電控制、USB數(shù)據(jù)輸出和程 序下載控制。
[0028] 電池4是由大容量高效能充電電池，實(shí)現(xiàn)電子學(xué)系統(tǒng)供電。
[0029] 接口板5是控制及輸出信號(hào)的引出板，主要實(shí)現(xiàn)工作指示燈指示、充電指示、USB 數(shù)據(jù)輸入輸出和程序下載。
[0030] 筒尾蓋6是系統(tǒng)密封蓋，實(shí)現(xiàn)探測(cè)裝置的密封，同時(shí)，也通過連接螺栓實(shí)現(xiàn)探測(cè)裝 置和鉆桿的固定。
[0031] 如圖2所示，攝像裝置獲取井壁圖像后，進(jìn)入基于ARM的視頻處理單元，進(jìn)行編碼 并壓縮，壓縮后的圖像數(shù)據(jù)存入SD卡，設(shè)備移至地面后，通過筒尾蓋連接的USB端口讀取 至PC機(jī)，通過普通播放軟件或者專用圖像識(shí)別軟件進(jìn)行管道損傷識(shí)別、位置判斷和可修復(fù) 評(píng)估。
[0032] 以下進(jìn)一步詳述本發(fā)明光學(xué)成像裝置的運(yùn)行過程：
[0033] 利用3~4路對(duì)透水性好的藍(lán)綠波段高亮led激光器照明，設(shè)計(jì)合適的發(fā)散角，將 清洗后的管道內(nèi)壁照亮，內(nèi)壁漫反射后光線通過前置光學(xué)系統(tǒng)，作用于可見光探測(cè)器（圖 像傳感器）的視頻驅(qū)動(dòng)單元，圖像信號(hào)數(shù)字化后，再傳輸至視頻處理單元，由核心處理器： 三星公司的ARM11-S3C6410進(jìn)行基于MPEG-2和H. 264視頻編碼壓縮（壓縮格式可定義）， 壓縮后的數(shù)字圖像存儲(chǔ)至高速大容量SD卡，經(jīng)過一次作業(yè)（典型工作深度3000米，8小時(shí) 連續(xù)采集），設(shè)備移至地面后，通過USB傳輸至PC機(jī)，通過普通播放軟件或者專用圖像識(shí)別 軟件進(jìn)行管道損傷識(shí)別、位置判斷和可修復(fù)評(píng)估。
[0034] 系統(tǒng)采用主動(dòng)照明方式，選用4路高亮藍(lán)綠激光LED燈作為照明裝置，正向工作電 壓為2. 9V~4. 0V，正向電流20mA，發(fā)散角約為40度，照明裝置前置隔水窗為會(huì)聚透鏡，固 定組件通過彈墊壓緊至安裝孔。
[0035] 在探測(cè)器選擇方面，采用微光夜視能力強(qiáng)的USB攝像裝置模組（帶調(diào)焦功能），將 視頻圖像數(shù)字化后通過USB傳輸至視頻處理板。
[0036] 在視頻信號(hào)處理方面，通過三星公司的ARM11 - S3C6410,進(jìn)行基于MPEG-2或者 H. 264視頻編碼壓縮，前者壓縮方式壓縮比較小，但此種方式獲取的視頻單幀顯示時(shí)，清晰 度高，系統(tǒng)穩(wěn)定，后者壓縮方式壓縮比可以非常大，視頻清晰度非常高，但穩(wěn)定性方面較前 者稍差，可根據(jù)實(shí)際需求和成像時(shí)間綜合考慮壓縮方式。三星公司的ARM11-S3C6410的操 作系統(tǒng)采用裁剪后的Linux2. 6和安卓4. 0版本。井壁的視頻圖像，經(jīng)過壓縮后，通過內(nèi)部 高速GPIO接口存儲(chǔ)至高速SD卡，存儲(chǔ)容量滿足一次作業(yè)時(shí)間，為典型值8小時(shí)。
[0037] 探測(cè)系統(tǒng)供電電池為大容量高效能充電電池，工作溫度為+100°c，輸出電壓為 +7. 5V，依據(jù)系統(tǒng)功耗，具備連續(xù)工作8小時(shí)的續(xù)航能力。一次作業(yè)完成后（典型工作深度 3000米，8小時(shí)連續(xù)采集），設(shè)備至地面后，通過USB傳輸至PC機(jī)，通過普通播放軟件或者專 用圖像識(shí)別軟件進(jìn)行管道損傷識(shí)別、位置判斷和可修復(fù)評(píng)估。
[0038] 為適應(yīng)深油水井工作環(huán)境要求，成像儀尺寸約為|062,壁厚度為10,采取密封設(shè) 計(jì)，在水下3000米工作條件下，前置光機(jī)結(jié)構(gòu)采取嚴(yán)格的抗壓及防水措施，對(duì)全系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)、材料的選擇、加工工藝、密封墊圈、膠都進(jìn)行了嚴(yán)格的控制措施。為滿足深油水井工作 環(huán)境要求，選用宇航級(jí)高強(qiáng)度高透光性的隔水窗光學(xué)材料，保證在3000米工作水壓下不被 破壞，并具有良好的光學(xué)性能。
[0039] 為滿足深油水井工作的實(shí)際安裝和使用要求，系統(tǒng)具備以下能力：
[0040] A、延時(shí)開機(jī)成像能力，適應(yīng)夾具工裝及作業(yè)車安裝固定時(shí)間要求；
[0041] B、遇到尖銳物穿透玻璃進(jìn)水，電路損毀后的數(shù)據(jù)保護(hù)能力；
[0042] C、作業(yè)完成后，通過后端控制面板USB數(shù)據(jù)讀取能力。
[0043] D、電池電量不足時(shí)，指示能力、數(shù)據(jù)保護(hù)能力。
[0044] E、系統(tǒng)具備抗震能力。
[0045] F、系統(tǒng)程序具備方便的更換能力，無需拆機(jī)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，其特征在于：包括在管狀殼體內(nèi)沿軸線方向依 次設(shè)置的、前置物鏡組、圖像傳感器、圖像傳感器的視頻驅(qū)動(dòng)單元、視頻處理及存儲(chǔ)單元、電 池組、轉(zhuǎn)接板及其各個(gè)接口、筒尾密封蓋；所述透明防護(hù)窗通過彈墊壓緊至管狀殼體前端面 的安裝孔，筒尾密封蓋上具有螺紋連接部以便于該光學(xué)成像裝置與鉆桿的固定；前置物鏡 組的前部外圍設(shè)置有多個(gè)激光器照明燈，在視頻驅(qū)動(dòng)單元與視頻處理及存儲(chǔ)單元之間橫向 設(shè)置電路連接板，所述圖像傳感器采用帶有調(diào)焦功能USB攝像裝置模組，將視頻圖像數(shù)字 化后通過電路連接板上的USB傳輸至視頻處理及存儲(chǔ)單元；所述各個(gè)接口至少包括USB數(shù) 據(jù)接口和充電口。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，其特征在于：所述透明防護(hù) 窗為會(huì)聚透鏡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，其特征在于：視頻處理及存 儲(chǔ)單元分為視頻編碼壓縮模塊和高速SD卡，視頻編碼壓縮模塊壓縮后的數(shù)字圖像通過內(nèi) 部設(shè)置的高速GPIO接口存儲(chǔ)至高速SD卡。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，其特征在于：所述視頻編碼 壓縮模塊采用三星公司的ARMll - S3C6410進(jìn)行基于MPEG-2和H. 264視頻編碼壓縮。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，其特征在于：管狀殼體的壁 厚度為10mm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，其特征在于：所述電池組采 用無需拆卸的充電電池。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，能夠獲取井壁直觀的視頻圖像，為修井作業(yè)提供準(zhǔn)確、可靠依據(jù)，該光學(xué)成像裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、穩(wěn)定性高、操作方便靈活。該用于井下探測(cè)的光學(xué)成像裝置，包括在管狀殼體內(nèi)沿軸線方向依次設(shè)置的、前置物鏡組、圖像傳感器、圖像傳感器的視頻驅(qū)動(dòng)單元、視頻處理及存儲(chǔ)單元、電池組、轉(zhuǎn)接板及其各個(gè)接口、筒尾密封蓋；所述透明防護(hù)窗通過彈墊壓緊至管狀殼體前端面的安裝孔，筒尾密封蓋上具有螺紋連接部；前置物鏡組的前部外圍設(shè)置有多個(gè)激光器照明燈，在視頻驅(qū)動(dòng)單元與視頻處理及存儲(chǔ)單元之間橫向設(shè)置電路連接板；所述各個(gè)接口至少包括USB數(shù)據(jù)接口和充電口。
【IPC分類】H04N5/225
【公開號(hào)】CN104980634
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510263280
【發(fā)明人】于濤, 李勇, 胡炳樑, 陳小來, 楊凡超, 張學(xué)軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日