在能源開采、地質(zhì)勘探及各類地下工程中，了解井下狀況至關(guān)重要。井下電視成像儀作為一種先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備，能讓我們 “親眼” 看到井下的情況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測。那么，它是如何做到的呢？ 一、工作原理大揭秘
井下電視成像儀主要基于光學(xué)成像原理工作 。在可見光源的照明下，儀器前端的攝像頭對井下套管內(nèi)壁、井筒或鉆孔周圍的地質(zhì)體等目標(biāo)物進(jìn)行攝像。不同類型的井下電視成像儀在具體成像方式上會有所差異。
對于一些常見的井下電視成像儀，攝像頭拍攝到的圖像信號會經(jīng)過電子線路處理，被轉(zhuǎn)換為頻率脈沖信號。這些脈沖信號通過電纜（單芯電纜或多芯電纜）傳送到地面的接收裝置 。地面接收器對信號進(jìn)行放大解碼，最終還原出與井下攝像一致的圖像。例如，在水文鉆孔、水井修復(fù)等場景中，通過這種方式可以清晰地看到井壁的狀況，判斷是否存在裂縫、破損、堵塞等問題 。
還有一些井下電視成像儀采用超聲成像原理，也就是井下聲波電視。由于地下深處通常沒有光線，無法進(jìn)行光學(xué)成像。此時(shí)，超聲成像測井技術(shù)就發(fā)揮了作用。它利用旋轉(zhuǎn)式超聲聲源對井眼四周進(jìn)行掃描，超聲聲源發(fā)出的聲波如同 “光” 射向井壁。在馬達(dá)驅(qū)動下，超聲聲源在井下 360 度高速旋轉(zhuǎn)，對井壁進(jìn)行掃描成像 。井壁由不同密度和聲波速度的巖石組成，聲阻抗存在差異，聲波在傳播過程中遇到聲阻抗變化的地方會發(fā)生反射 。反射聲波的幅度不僅與巖石聲阻抗有關(guān)，還受傳播距離影響，井眼半徑變化會引起反射回波傳播時(shí)間和幅度改變 。測井儀器將測量的反射波幅度和傳播時(shí)間按井眼內(nèi) 360 度方位顯示成圖像，從而實(shí)現(xiàn)對整個井壁的高分辨率成像 。這種方式在石油開采中，對于判斷巖性、劃分裂縫帶以及檢查射孔質(zhì)量和套管損壞情況非常有效 。比如，聲阻抗大的碳酸鹽巖和致密砂巖等巖石，反射波幅度大，在圖像中顯示較亮；而聲阻抗小的泥巖和煤層等，反射波幅度小，圖像較暗 。井下地層的裂縫帶在超聲成像中通常呈現(xiàn)為暗條紋，有助于研究裂縫產(chǎn)狀 。 二、系統(tǒng)組成剖析
井下電視成像系統(tǒng)一般由井下測量系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和地面讀取系統(tǒng)三大部分構(gòu)成 。
井下測量系統(tǒng)是獲取井下圖像的關(guān)鍵部分，其核心是攝像頭以及配套的照明裝置。攝像頭的性能直接影響成像質(zhì)量，目前一些先進(jìn)的井下電視成像儀采用了高清彩色低照度廣角攝像機(jī)，像某些 360 度旋轉(zhuǎn)井下電視，其探頭機(jī)芯攝像機(jī)可圓周旋轉(zhuǎn) 360°，仰俯旋轉(zhuǎn) 180°，能夠更全面、直觀、詳細(xì)地觀測井下情況 。同時(shí)，為了適應(yīng)井下復(fù)雜環(huán)境，攝像頭需要具備防水、耐高壓等特性 。照明裝置也很重要，例如采用高功率流明超特強(qiáng)光冷光源 LED 照明，并具備 5 級內(nèi)置照明亮度調(diào)節(jié)和外置補(bǔ)光功能，以確保在不同光照條件下都能清晰成像 。
傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)將井下測量系統(tǒng)采集到的圖像信號傳輸?shù)降孛妗３Ｓ玫膫鬏斀橘|(zhì)有電纜，如單芯電纜、多芯電纜，還有一些采用光纜進(jìn)行信號傳輸 。在傳輸過程中，要保證信號的穩(wěn)定和準(zhǔn)確，避免受到井下電磁干擾等因素影響，以確保地面讀取系統(tǒng)能接收到高質(zhì)量的圖像信號 。
地面讀取系統(tǒng)則對傳輸過來的信號進(jìn)行處理和展示。它通常包含信號放大解碼裝置、圖像顯示設(shè)備以及數(shù)據(jù)存儲設(shè)備等 。通過數(shù)字信號處理器圖像采集和處理技術(shù)，將井下測量系統(tǒng)傳輸?shù)囊曨l信號和計(jì)數(shù)脈沖信號以兩種方式輸出：一路傳輸?shù)戒浵駲C(jī)，將合成信號記錄在磁帶上；另一路輸出到主機(jī)屏幕，顯示深度和井壁圖像 。操作人員可以通過屏幕實(shí)時(shí)觀察井下情況，還能對圖像進(jìn)行存儲、回放、分析等操作 。有些地面讀取系統(tǒng)還配備了深度計(jì)數(shù)器，如高精度光電計(jì)數(shù)器，深度精度可達(dá) 0.05mm，方便準(zhǔn)確記錄測量位置 。 三、精準(zhǔn)監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)過程
在進(jìn)行井下監(jiān)測時(shí)，首先要將井下電視成像儀的探頭安裝調(diào)試好，確保其能正常工作。然后，將探頭通過電纜連接到地面設(shè)備，并緩緩放入井中 。在探頭下放過程中，地面控制系統(tǒng)向探頭發(fā)出命令，啟動攝像頭和照明裝置 。
當(dāng)探頭到達(dá)預(yù)定深度后，攝像頭開始工作，對井壁或井底等目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝 。如果是采用光學(xué)成像的井下電視成像儀，可見光源照亮目標(biāo)區(qū)域，攝像頭捕捉反射光線形成圖像；若是井下聲波電視，則由超聲聲源發(fā)射聲波并接收反射波 。圖像信號通過傳輸系統(tǒng)迅速傳輸?shù)降孛孀x取系統(tǒng) 。
地面讀取系統(tǒng)接收到信號后，立即進(jìn)行放大解碼處理，并將處理后的圖像實(shí)時(shí)顯示在屏幕上 。操作人員可以實(shí)時(shí)觀察井下情況，判斷是否存在異常 。例如，在水井維護(hù)中，通過觀察圖像，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)井壁上的濾水管孔是否堵塞、井壁是否有裂縫或破損等 。同時(shí)，地面讀取系統(tǒng)還能對圖像進(jìn)行存儲，以便后續(xù)進(jìn)一步分析 。一些先進(jìn)的井下電視成像儀還具備圖像分析功能，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對井下電視圖像進(jìn)行數(shù)字化處理、圖像分割和邊緣跟蹤，甚至可以根據(jù)成像原理得出電視圖像中實(shí)物的幾何尺寸，達(dá)到定量解釋目的，為后續(xù)決策提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持 。
井下電視成像儀憑借其獨(dú)特的工作原理、合理的系統(tǒng)組成以及科學(xué)的監(jiān)測流程，成為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)井下監(jiān)測的有力工具，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，助力地下工程的安全、高效開展 。