摘要
随着勘探对象的日益复杂，测井技术正在实现由数控测井向成像测井的跨越。井下成像测井技术作为一种新型的技术应用手段，在目前的勘探开发领域中有着广阔的应用前景，可对井下油气藏、套管、钻井质量等情况作出客观真实的评价。本文主要研究井下成像测井技术在勘探开发领域的应用，首先将围绕井下成像测井技术的运用原理进行分析，了解井下成像测井技术的基本设计原理及关键技术。其次从实际应用出发，结合工程具体情况进行井下成像测井技术应用，收集整理井下成像测井资料，分析井下成像测井技术的应用效果，验证工程质量，对现有工程进行分析指导。进一步探讨井下成像测井技术在勘探开发领域中的具体应用方式，更好地促进测井技术的跟进，为勘探开发工作提供参考。
Abstract
With the increasing complexity of exploration objects， logging technology is achieving a leap from CNC logging to imaging logging. As a new type of technological application， downhole imaging logging technology has broad application prospects in the current exploration and development field， and can objectively and truthfully evaluate the conditions of downhole oil and gas reservoirs， casings， drilling quality， etc. This article mainly studies the application of downhole imaging logging technology in the field of exploration and development. Firstly， the application principles of downhole imaging logging technology will be analyzed to understand the basic design principles and key technologies of downhole imaging logging technology. Secondly， starting from practical applications and combining with the specific situation of the project， we will apply downhole imaging logging technology， collect and organize downhole imaging logging data， analyze the application effect of downhole imaging logging technology， verify the quality of the project， and provide analysis and guidance for existing projects. Further explore the specific application methods of downhole imaging logging technology in the field of exploration and development， better promote the follow-up of logging technology， and provide reference for exploration and development work.
Keywords
0 引言
随着中国经济建设的发展，矿产资源的需求日渐加大，对于钻探质量提出了更高的要求。从当前的钻探地质条件来看，地质条件复杂多变、断裂发育、岩层分布不均，大大增加了钻探工作的难度，传统钻探测井方式可以得到钻孔质量信息，但是不能直观准确地反映孔内情况。
20 世纪90年代以来，井下电视成像技术开发越来越成熟，并成功应用于油水井故障检测和地质勘探中（张家田和李慧玲，2005；易朋莹等，2011）。井下成像技术的成功应用对于井下质量检测开辟了一个新的发展方向，实践证明井下电视因为图像直观、实时性好在钻探工程中应用十分广泛（袁晓彬和杨学亮，2010）。近几年井下电视已成为分析各种井下问题的一种有效手段，在套管检测、井下落物辅助打捞、套管除垢、检查井下作业效果等方面取得了十分成功的应用（柴满洲等，2002；查恩来和丁凯，2006；伏正清，2016）。本文结合某矿瓦斯采动井项目过程中，利用井下成像仪进行钻孔质量窥视，探讨井下成像技术在勘探开发领域中的应用。
1 井下成像技术的基本原理
井下成像技术利用光学成像原理，将井下成像仪（井下电视）的摄像头通过电缆下放入井内，井下成像仪配备内置光源，通过光源照射，实现对井内的观测摄像，当摄像仪开始运作后，其电子线路会对摄得的图像进行信号放大处理，放大后的图像信号将被转化为频率脉冲信号，并通过单芯电缆或多芯电缆传送至地面控制系统，地面控制系统对其脉冲信号进行放大解码处理，产生井下实时画面图像信号，最终在显示器显示井下摄像画面并进行录像，可通过U盘导出摄像资料。在下测过程中，可以实时显示孔壁周围的图像，随时监测井内复杂情况，对钻孔里的所有组成结构进行直观的观察和检测，从而生动直观地对孔内结构进行定量分析（何险高等，2014）。
井下成像系统一般由 3 个主要部分组成，包括井下成像仪、传输系统、地面控制系统，如图1所示。其中，井下成像仪又称井下电视，是整个井下成像系统的最主要部分，主要功能是获取数据信息，包括发射、接收、可变增益放大、回波幅度检测、四相码调制等。井下成像仪摄像头分辨率的高低是整个井下成像系统的关键，它直接决定成像画面的清晰度和探测质量。还有针对井下特殊环境的补光系统，能应对不同情况的井下环境。另外，在井下探测过程中，需要井下成像仪在井下液体中做到高密度防水，在高温高强度条件下保证摄像头高质量成像，尤其在清水孔和干孔情况下，摄像头可以实时捕捉到清晰度极高的彩色画面，这为处理各种孔内事故提供了坚实的依据，这种测井技术的直观性和真实性是独一无二的；传输系统包括绞车、专用线缆、下井滑轮、计米器等，主要负责将井下成像仪送至井下，通过计米器精确记录探测深度，并通过专用线缆传输脉冲信号；地面控制系统的主要功能是控制成像仪完成井下数据的采集，其中包括深度信息的记录、图像监视、摄像头旋转对焦等，还具有自动录像保存视频功能。
图1井下成像系统组成概念图
2 工程概况及应用
本次工程根据工作面走向长度及抽采半径，为确保瓦斯采集效果最大化，共设计 9 口地面瓦斯采动井，均为 C+型井，开孔直径 D630 mm，终孔直径 D269.9 mm。根据要求，完井时需要对钻孔质量、套管下深进行井内窥视检测，本文以 1 号孔为例说明井下成像技术在工程中的应用。
2.1 矿井简介
本次工程的工作面位于10煤层，工作面走向长 2325 m，倾向宽 230/200 m，平均煤厚 3.5 m，煤层倾角平均7°，可采储量213.6万 t。10煤层作为上覆中组煤保护层先行开采，在保护层开采期间，主要通过地面瓦斯采动井预抽上覆中组煤瓦斯作为主要消突措施。工作面回采过程中必须提前施工地面瓦斯采动井，以保证被保护层中组煤卸压瓦斯能够得到有效抽采，实现保护层工作面回采期间作业环境瓦斯可控，被保护层卸压消突目的。
2.2 钻孔结构
（1）一开开孔直径 D630 mm，底部位于松散层下方不小于 30 m 稳定岩层内；（2）二开开孔直径 D444.5 mm，底部位于72煤顶板上方22 m左右稳定岩层内；（3）三开开孔直径 D269.9 mm，底部位于 10 煤层顶板上方9 m左右岩层内；（4）掏穴段从二开底向下 8 m 开始至井底向上 5 m，掏穴直径 D420 mm（图2）。
2.3 施工工艺
（1）一开：用Φ269.9 mm牙轮或PDC钻头，钻至松散地层以下 30 m；常规电测井；用 Φ630 mm 钻头扩孔至 188 m；循环好泥浆，焊接安装 20#Φ480×12 mm无缝钢管188 m；采用普通硅酸盐水泥进行常规固井，浆液返出地面。声幅测井检查固井质量。
（2）二开：施工 Φ269.9 mm 导向孔至 7-2 煤顶板上方 22 m 左右稳定岩层内（约 450 m）；测井后确定二开层位。根据集团公司设计院出具的设计变更，确定二开段孔径 444.5 mm 扩孔深度，并安装 N80\P110Φ339.7×13. 06 mm 石油套管 450 m；采用石油 G 级硫酸盐水泥、双密度浆、内插法固井，浆液返出地面。声幅测井检查固井质量。
（3）三开：钻井井径 Φ269.9 mm，钻进至 555 m 终孔，常规测井。
（4）采用265/420 mm PDC两刀翼掏穴钻头对井深 458～550 m 段进行掏穴作业，掏穴段长 92 m，掏穴段井径 D420 mm。安装 P110Φ219.1×14.15 mm实管与花管、N80Ф219.1×11.43 mm 实管与 N80Ф 177.8×9.19 mm伸缩节，总长555 m。
（5）洗井及井下成像：清水替浆及焦磷酸钠化学洗井，直至井口返出清水。采用提桶或空压机或深井潜水泵进行最大限度的举水。进行井下视频并保存影视资料。
2.4 工程应用
本次瓦斯采动井工程利用井下成像技术，先后对工作面 9 口地面瓦斯采动井进行了探测窥视，探测深度共计约 5000 m。经过对采集数据进行研究分析，成功确定井深、三开套管下放深度、伸缩节位置、筛管段位置等施工情况，为钻探工程施工质量提供了准确的科学依据和技术支撑。
在完成钻探后，首要任务是清理并沉淀孔内的水分，然后开始井下探测工作。在这个过程中，我们首先需要组装设备，确保光纤电缆与摄像头紧密连接，同时确保其密封性完好，以保持摄像头正常工作。探测时，摄像头会通过绞车控制光纤电缆在井内下落，在下落过程中，摄像头会记录孔壁的录像，并通过光纤电缆将录像传输到主机。操作人员可以实时查看并保存这些录像，以便后续的分析和处理。具体施工流程如下：
2.4.1 洗井
首先通过Ф89 mm钻具将清水泵入井底进行替浆洗井。洗井过程中并连续不断的上下窜动钻具，以增加井内激动压差快速替换井内泥浆，洗井时长 12 h，直至井内完全返出清水。
2.4.2 浸泡
采用焦磷酸钠 50 kg，配比 1% 溶液约 5 m3 泵入井内，静止浸泡24 h，使焦磷酸钠溶液充分溶解井壁泥皮和裂隙内黏土堵塞物。再泵入清水将溶解化合物排除，直至井内返出清水。
2.4.3 举水
为提高井下视频仪的探视效果，采用空压机进行举水。水位降至 550 m 以下，但由于煤系地层存在砂岩裂隙含水层，在举水过程中始终存在 0.3～0.4 m3/h的不间断水流，举水至水清。
2.4.4 井下探测
由井口缓慢下入KYKJ-1702型井下成像仪，对整个井的井内情况进行成像测井检查。水位以上探视影像清晰，套管质量无异常现象。成像仪下至 555.47 m 停止下放，可见钻孔小眼中有水，影像清晰。影像资料保存。
图2井身结构图
3 探测结果及分析
通过井下窥视结果与施工设计对照分析可知：下井仪器下放深度到达设计井深，井内液体较为清澈，通过摄像头可见套管壁，向下窥视过程中，通过对施工关键点筛管、伸缩节位置进行检测，得到钻探施工的准确信息，检测数据见表1。
通过计数器可以得到成像仪下测深度，摄像头观测套管内壁情况，确定三开套管伸缩节、筛管下放深度，对比施工设计确定误差，可以清楚反映钻井施工情况是否符合设计要求，监督钻探施工质量，井下成像图像如图所示。
表1探测数据统计
图30 m井口位置
图4406.89 m伸缩节起始位置
图5419.87 m伸缩节结束位置
由图3可见，井下成像仪在井口位置，下放仪器到达三开套管口，由地面控制台设置计数器井深归零，然后开始计数下放。由图4至图9可见，井下筛管位置，图像里筛管孔清晰可见。图10显示井下成像仪到达套管底，钻孔小眼内见水。在本次钻探工作中，我们借助井下成像技术对钻孔内部进行了细致的分析和判断。通过这种技术，我们能够较为准确地获取施工资料，为钻探工程建设提供了坚实的科学依据和技术支持。这些资料不仅有助于提高工程建设的准确性和效率，同时也为后续的施工提供了重要的参考。
图6460.68 m筛管段2起始位置
图7498.73 m筛管段2结束位置
图8519.45 m筛管段1起始位置
图9554.85 m筛管段1结束位置
图10555.47 m井底位置
因此，井下成像技术的应用在本次钻探工作中发挥了至关重要的作用，通过井下成像技术，可以实现对钻孔内结构的实时观测，对钻孔质量进行定量分析，提高了井下勘探钻孔的准确率，能够极大程度上提高地质勘探成果的可靠性。
4 探讨井下成像技术在勘探开发领域中的应用
目前，井下成像技术在钻探工程中的应用主要在两个方面：一是在裸眼井中，用来观测断层裂隙产状及发育情况、观测含水断层、溶沟溶洞、含水层出水口位置，从成像画面上观察量测地层或各种构造的厚度、走向、倾角等；二是在套管井中，可以用来观测套管内径变化、套管破裂、错断、腐蚀等情况，检测射孔质量和观察套管接箍等（孟祥玉等， 1999；王发青等，2012；马龙，2016；仝卫超，2018）。
随着地质勘察要求越来越高，对钻探质量提出了更高的要求，传统测井是一种间接手段，而井下成像技术则能直观、准确地展示井下情况，目前该技术已在工程勘探、地质勘查、土木工程等领域得到了广泛的应用（朱璐，2008）。例如，应用于套管和管类的技术状况检查、打捞作业、井下垢物和有机沉淀的检测以及流体进入测量；对于井下事故处理，井下成像技术展示出其独特的能力，因为它对井下事故给出图像诊断，这可使技术人员准确判断事故情况、破损状态并做出最佳修复方案，井下落物或卡钻图像会使打捞作业时选用合适的打捞工具；此外当修井作业完成之后，还可以再下摄像机入井以判断清除沉积物的处理是否成功，虽然难度较大，但用井下电视仍可获取流体进入的准确图像，特别是在大量水侵入的井内时；井下电视还可用于检测流体和砂侵入（黄志平等，2002；宋永强， 2003；陆修莲，2004；尹锐等，2005；李雷和吕红， 2007；谢晓锋，2013；王显军，2018；苏宏宇，2022；喻著成等，2023）。总之，与大部份传统测井方法相比井下电视是进行井内分析的强有力工具，总结井下成像技术在勘探开发领域中的应用大致如下：
4.1 地层识别与划分
在裸眼井中，井下成像技术主要用于细致分析地层结构，准确判别井壁地层的裂隙和岩溶发育情况。它还能分辨出断裂破碎发育带，并确定岩溶的分布位置。此外，该技术还广泛应用于孔内长期监测工作中，为工程的安全和稳定性提供了有力保障。
4.2 钻孔质量监测
作为一般的钻孔质量监测，用井下成像首先可以用来检测钻孔井深是否达到设计要求，其次可以检查各级井深结构。
4.3 射孔质量监测
利用井下成像技术，我们可以检查射孔位置的准确性，观察射孔井段的炮眼状况和产液产气情况。通过这种技术，我们还能在射孔层位中找出产水层和产油层，并了解炮眼的堵塞情况。这为评估油气水井的压裂、酸化和堵水效果提供了重要的依据。
4.4 事故处理
井下成像测井，是目前最先进的测井方法之一，可以对井下情况很直观的反映，因此井下成像技术广泛应用于检测套管错断、套管腐蚀情况、井漏以及探测鱼头等问题。在修井和处理井下事故中，该技术发挥着至关重要的作用。通过准确检测和定位这些问题，有助于提高修井效率，减少事故发生，确保油气水井的正常生产和安全运行。
5 结束语
井下成像技术的发展前途非常广阔，大力开展成像技术的应用研究，不断改进成像设备的性能，增加其与测井技术、超声波技术相融合，进一步完善成像成果，并对采集的数据进行分类图谱分析，拓宽井下成像技术的应用领域。井下成像作为一项新型的设备技术，在以后的探矿工程中将会起到越来越重要的作用。
