第28卷 第4期2007年4月
仪器仪表学报
Chinese Journal of Scientific I nstru ment
Vol 128No 14Ap r 12007
张家田，严正国，胡长岭，马虎山
(西安石油大学电子工程学院西安710065)
摘 要：井下视频成像测井利用井下摄像头获取井眼实时图像信息，可用于套管检测、落物打捞、井下作业质量检查等。文中采用基于小波变换的图像压缩技术、高速数字调制传输、基于CP LD 的数字解调算法、特殊的井下仪器结构设计，解决了井下电视图像压缩，电缆高速数据传输，井下照明和保温等关键技术问题，设计出了井下电视成像测井仪样机，经过3000m 电缆传输试验和125℃高温试验，仪器工作可靠、图像清晰稳定。关键词：井下视频；图像压缩；电缆传输 中图分类号:TE151 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:460.4045
D own 2hole v i deo i m ag i n g technology
Zhang J iatian,Yan Zhengguo ,Hu Changling,Ma Hushan
(College of Electronic Engineering,X i ′an Shiyou U niversity,X i ′an 710065,China )
Abstract:Downhole video l ogging technique cap tures borehole i m ages by downhole ca mera and can be app lied t o well casing ins pecti on,downhole fishing,downhole comp leti on quality ins pecti on,etc .A p r ot otype of the down 2hole video l ogging instru ment was designed,which adop ts wavelet based i m age 2comp ressi on,high s peed digital modula 2ti on trans m issi on,CP LD based de modulati on,and s pecial downhole instrument structure design t o s olve s ome key technical p r oble m s,such as downhole video i m age co mp ressi on,high s peed cable data trans m issi on,down 2hole illu 2m inati on,and high te mperature and etc .3000m cable data trans m issi on and 125℃envir on ment test were carried out .Experi m ent results p r ove that the instru ment works reliably and stably,and the i m age is clear and stable .Key words:downhole video;i m age comp ressi on;cable trans m issi on
收稿日期:2006209 Received Date:2006209
1 井下视频成像测井技术发展及现状
成像测井技术是现代测井技术的发展方向，也是其研究热点。在众多成像测井仪器中，视频成像测井仪即井下电视(downhole video )以其图像直观、清晰、实时性好而在成像测井仪器中独树一帜。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
[1Ο5]
。
最早利用摄像机来获取井下图像技术的专利出现在
20世纪50年代，到了70年代，井下电视在浅水井中已经
开始商业化应用。实践证明井下电视在水井中应用效果明显,70年代至今，井下电视在水井中应用十分广泛。
到了80年代，井下电视得到了发展并应用到石油天
然气工业一些较浅的、压力较低的井段
[6]
。无人机与客机碰撞
这时的井下
电视采用单芯或多芯电缆传送动画图像，还不能提供井下连续视频图像，只能得到每隔几秒钟更新一次的静态图像。此外，仪器的外径也较大。
90年代，一种采用光纤技术的光电测井电缆(elec 2tr o 2op t o l ogging cable )应用到井下电视中，极大地提高了
井下电视的性能
[7]
，不但提高了数据传输速率，而且电缆
直径较小，能够应用到石油天然气生产井测井中，但由于光电测井电缆物理性质方面的原因，对井眼环境条件的适应性较差。
目前商业化应用的井下电视成像测井仪有单芯电缆、多芯电缆、光纤测井电缆等不同的配置，最高工作温度120～175℃，最大测井深度5000～7000m ，最大耐压
70～80MPa 。配置光电测井电缆的井下电视系统能够传
第4期张家田等：井下视频成像测井技术715函件业务
送实时视频图像；配置多芯电缆的井下电视的图像传输速率最高为每幅图像1.1s 。
普通测井电缆成本低、对井眼环境适应性强、使用广泛，但目前基于普通测井电缆的视频成像测井系统还不能传送实时视频图像，因此，研究普通测井电缆为传输载体的实时井下视频电视系统有着深远的意义。
2 井下电视成像测井系统组成
井下视频成像测井系统的组成如图1所示，井下微型摄
像头获取井眼视频图像，经过采样编码转换为CCI R601标准的数字图像，由发送模块进行编码和调制后经由测井电缆传送至地面。井下DSP 控制图像的采样、
压缩、编码和传输。
图1 井下电视成像测井系统组成框图
Fig .1 Do wnhole video l ogging syste m functi onal bl ock diagra m 图像传输到地面后，首先由接收模块进行解调和解码，由地面DSP 控制图像的解压缩和D /A 转换，转换后的P AL 制式模拟视频信号送给监视器和图像记录设备。
3
基于小波变换的图像压缩技术
井下电视基于小波变换的图像压缩和解压过程如图
2所示。
图2 基于小波变换的图像压缩编码和解码过程
Fig .2 Encoding and decoding of i m age comp ressi on
based on wavelet transf or m
小波变换可以看作是一组“子带滤波器”，输入信号亮度分量和2个度分量按照频率被分成5个不同带宽的子带，子带所占的频率宽度呈对数分布
[8]
。输入图像经过小波
变换和子带滤波后，共被分解成42块。3个分量各14块。
子带滤波后的每一块图像数据有一个控制压缩量的因子RBW ，对应于42块数据共有42个RBW ，进行量化时，数据块内的每个数据先和该块对应的RBW 相乘，然
后再进行量化。量化过程中，图像的一部分信息会丢失,RBW 越小，信息损失越大，图像的压缩越大,RBW 越大，信息损失越少，压缩比越小。解压缩时，每一块的数据再和该块对应的RBW 的倒数BW 相乘，即可恢复原来的数据(有一定的信息丢失)。
依据人眼的视觉特性，通常根据频率采用对数律压缩曲线。图像中的低频子带采用较小的压缩，高频子带采用较大的压缩。
1”串用一个较,01串大大增加，所以提。
丝网除沫器安装，将出现频率较高的符，出现频率较低的符号用较长的编码表示，以此实现数据的压缩。
基于小波变换的图像压缩解码过程和编码过程路径相同，方向相反。
与传统的基于离散余弦变换(DCT )的图像压缩标准相比较，基于小波变换的图像压缩方法采用子带滤波对图像进行分解，而不像DCT 那样把图像人为地分隔成很多小块，因此，克服了基于DCT 的图像压缩方法在压缩比较高时容易出现的“方块效应”，在图像压缩比较高时，图像的质量比传
统的基于DCT 的压缩方法有明显的提高。
井下电视采用基于小波变换的图像压缩解压技术，采用质量盒(quality box )控制、背景对比度控制和场频控制技术，在保证图像质量和图像连续性的前提下达到了很高的压缩比。
4 基于CPLD 的数字解调
井下电视图像传输采用异步串行传输(3000m )、高
速数字调制传输、过零计数法解调。为了提高串行传输速率，井下电视采用DSP 的同步串行口进行传输，为了避免电缆的相互串扰，井下电视采用单路传输，只传输串行数据，不传输同步信号。地面电路采用CP LD 过零计
数法解调，同时恢复出串行数据，字同步和位同步信号,
CPLD 的解调框图如图
3所示。
图3 CP LD 数字解调原理
Fig .3 CP LD digital de modulati on p rinci p le
716 仪 器 仪 表 学 报第2
8卷
5 仪器结构
DHV 205型井下视频成像测井系统得仪器结构如图4所示。仪器结构设计的关键技术是保温瓶前段的透光
部分。本系统采用蓝宝石与热涨系数近似的金属通过特殊焊接工艺焊在一起，再与保温瓶薄壁管焊接而成。这种工艺的加工难度极大
中国同学录5460
。
图4 井下电视井下仪器结构
Fig .4 The structure of downhole video instru ment
6 主要性能指标
研制成功的DHV 205型井下视频成像测井系统的主
要技术指标如下:
高温性能:125℃连续工作3h 以上最大耐压:40MPa 图像彩：彩/黑白
图像分辨率:550×350像素(黑白)
317×262像素(彩)图像更新速率:10幅图像/秒
最大测井深度:3000m
采用本系统采集的套管锈蚀图像如图5
所示。
图5 DHV 205采集的套管锈蚀图像
蔡昌健ig .5 Rusted well casing i m age cap tured by DHV 205
7 结 论
DHV 205型井下视频成像测井系统，经过地面高温175℃、压力40MPa 的试验，可靠工作6h 。生产油井现
场试验井深2876m ，图像质量良好。该仪器的研制成功，为国内视频成像测井提供了有利的装备，而且与国际同类产品技术性能相当，但性价比优良，有很好的社会与经济效益。
参考文献
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作者简介
张家田，男,1963年2月出生,1983年于长春地质学院获得学士学位,1990年于西安交通大学获得硕士学位，现为西安石油大学电子工程学院教授，主要研究方向为测试计量技术及仪器。
地址：陕西省西安市电子二路18号，西安石
油大学,710065
电话:029Ο88382621;E 2mail:jtzhang@xsyu 1edu 1cn
Zhang Ji a ti a n,male,born in February 1963.He received BSc fr o m Geol ogy I nstitute of Changchun in 1983,and MSc fr o m Xi ′an J iant ong University in 1990.He is currently a pr ofess or in College of Electr onic Engineering,Xi ′an Shiy ou University,his main research directi on is test and measure ment technol ogy and instru ment .
Address:No .18,2nd
D ianzi Road,Xi ′an 710065,Shanxi,China Tel:+86Ο29Ο88382621;
E Οmail:jtzhang@xsyu .edu .
cn
严正国，男,1976年4月出生,1997年于西安石油学院获得学士学位,2005年于西安电子科技大学获得硕士学位，现为西安石油大学电子工程学院讲师，主要研究方向为测井信号与信息处理。
地址：陕西省西安市电子二路18号，西安
第4期张家田等:
井下视频成像测井技术717
石油大学,710065
电话:029Ο88382641;E 2mail:zhgyan@xsyu .edu
Yan Zhengguo,male,born in Ap ril 1976.He received BSc fr om Xi ′an Petr oleu m I nstitute in 1997,and MSc fr om Xidian U 2niversity in 2005.He is currently a lecturer in College of Elec 2
tr onic Engineering,Xi ′an Shiyou University,his main research di 2recti on is l oggin signal and infor mati on p r ocessing .
Address:No .18,2nd镁橄榄石
D ianzi Road,Xi ′an 710065,Shanxi,China Tel:+86Ο29Ο88382641;
E Οmail:zhgyan@xsyu .edu
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