双目与电缆式单目测井成像系统井下耐温耐压性能对比及特种工况适配性研究

【资料简介】

双目与电缆式单目测井成像系统井下耐温耐压性能对比及特种工况适配性研究

摘要

针对超深井高温高压、高矿化度腐蚀、浅层常温常规井筒两类差异化井下工况，本文以北京鸿鸥成运Φ68mm双目测井成像系统、Φ55mm电缆式单目成像系统为研究对象，对比两套设备耐温、耐压、外壳材质、传感器耐受性能、井下供电稳定性核心参数。通过分析‑20℃~175℃高温承压70MPa双目探头、‑20℃~80℃承压35MPa单目探头的硬件差异，探究特种地热井、7000m油气超深井、浅层地下水监测井、废弃油井的工况适配逻辑，明确高温高压特种深井、常温浅层细口径井筒的设备选用依据，为井下可视化监测装备选型、野外工程施工提供技术参考。

**关键词：**井下测井成像；耐温耐压；超高温高压深井；17‑4PH不锈钢；井下特种工况；设备选型；地热井监测

关键词（单独整理）

井下测井成像，耐温耐压，超高温高压深井，17‑4PH不锈钢，井下特种工况，设备选型，地热井监测，双目立体探头，电缆式单目探头，承压性能，井下高温环境，井筒腐蚀环境，传感器耐高温，铠装电缆传输

1 引言

随着国内油气资源向7000m超深层开采推进，中深层地热换热井、干热岩试验井井下环境愈发恶劣，井筒内部高温、高压、硫化氢腐蚀、高矿化度污水成为井下成像设备稳定工作的主要阻碍。浅层油气井、地下水污染监测井、废弃老井井下温度普遍低于80℃，承压压力低，井下工况温和。

双目成像系统、电缆式单目成像系统是当前主流两款井下可视化设备，二者硬件结构、承压耐高温能力差距显著。浅层井选用耐高温性能过剩的双目设备会造成成本浪费，超高温地热井、超深井选用普通单目探头极易出现传感器损坏、外壳承压渗漏、视频信号中断等故障。基于此，本文对比两款探头耐温耐压硬件性能，开展特种工况适配性研究，建立不同井下环境下的设备选型标准。

2 两款测井成像系统硬件耐温耐压基础参数

北京鸿鸥成运两款井下成像探头外壳均采用17‑4PH沉淀硬化不锈钢，具备抗硫化氢、耐高矿化度污水腐蚀能力，但内部成像传感器、密封结构、承压腔体设计差距较大。

双目立体成像探头外径Φ68mm，整体腔体加厚密封设计，承压上限可达70MPa，适配7000米超深井井下压力环境；工作温度区间‑20℃~175℃，内置耐高温CMOS图像传感器、高温补光光源，可长期在175℃地热井、干热岩试验井内稳定工作；腔体采用多层耐高温密封圈，隔绝高温井下污水侵蚀内部电路；内置耐高温电池短节，高温环境下供电稳定，单次续航6‑8h。

电缆式单目旋转成像探头外径Φ55mm，腔体为轻量化密封结构，最大承压35MPa，适用深度上限3500m；工作温度‑20℃~80℃，采用常规IMX323图像传感器，传感器耐受温度上限85℃，井下温度超过80℃极易出现画面失真、传感器烧毁；密封结构为普通橡胶密封圈，高温环境下密封圈快速老化漏水；供电模式灵活，但耐高温电池性能有限，单次续航4‑6h，不适用于长时间高温井下作业。

3 耐温耐压性能差距成因分析

3.1 腔体承压结构差异

双目探头腔体壁厚更大，采用一体化锻压成型工艺，承压腔体无拼接缝隙，可以承受70MPa高压；单目探头追求小巧轻量化，腔体壁厚缩减，仅能够承受35MPa以内压力，超深井高压环境下容易发生外壳形变、密封失效。

3.2 图像传感器硬件等级不同

双目搭载工业级耐高温CMOS传感器，经过高温封装处理，可耐受175℃长期工作；单目采用民用级常规传感器，高温环境下像素衰减、信号紊乱，无法适配地热井高温工况。

3.3 密封件与电路防护设计

双目全部密封圈选用氟橡胶耐高温密封组件，电路板做耐高温隔热涂层；单目采用普通橡胶密封件，高温下快速老化，电路无隔热防护，高温极易造成电路板烧毁。

4 不同特种井下工况适配性对比

4.1 超深层油气7000m深井、储气库高压井筒

7000m深井井下压力可达60‑70MPa，井下温度普遍高于90℃，部分深层油气井温度可达150℃以上。电缆式单目探头耐压、耐温达不到工况标准，密封件快速损坏，传感器高温失灵，仅双目立体成像系统可稳定开展套管缺陷、射孔破损、井下落物三维检测。

4.2 中深层地热换热井、干热岩试验井

地热井井下温度大多处于100‑170℃，属于高温井筒环境。双目探头‑20℃~175℃耐温区间适配地热井运维，检测换热管破损、井筒泥沙堵塞、井壁结垢；单目探头最高耐温80℃，下入地热井短时间内就会出现设备故障，无法开展长期监测作业。

4.3 浅层油气井、地下水监测井、细口径PVC监测井

3500m以内浅层井筒井下温度常温，压力低于30MPa，工况温和。Φ55mm单目探头外径小巧，可以进入内径≥60mm细口径地下水监测井，360°旋转环视排查井筒堵塞、滤网淤积、污染杂质；双目探头Φ68mm探头直径偏大，无法进入细口径钻孔，浅层井选用单目设备性价比更高。

4.4 废弃老井、矿山排水井、野外应急监测井

废弃井井下环境复杂，但深度普遍小于3500m，温度常温。单目探头轻便易携带，供电模式灵活，适合野外无电源场地应急勘察；双目探头重量偏大，便携性较差，浅层野外项目适配性弱。

5 特种工况下设备使用短板

双目探头耐高温高压性能优异，但探头直径大，细口径钻孔无法下入，设备采购成本高；单目探头小巧轻便、性价比高，但是耐温耐压上限低，高温高压特种深井存在硬性使用缺陷。同时两款探头外壳虽为耐腐蚀不锈钢，在含有高浓度硫化氢的井筒内，长时间作业依旧需要定期检修外壳腐蚀情况。

6 工况适配选型策略

第一，井深＞3500m、井下温度＞80℃、承压＞35MPa的超深井、地热井、干热岩井，强制选用双目立体测井成像系统；

第二，井深≤3500m、井筒内径＜70mm浅层细口径监测井、地下水污染场地勘察井、野外应急监测项目，优先选用电缆式单目360°旋转成像探头；

第三，含有硫化氢、高矿化度污水的腐蚀井筒，两款设备均可使用，作业结束后及时清洗探头外壳，定期检测17‑4PH外壳腐蚀损耗；

第四，长期地热井高温运维项目，选用双目耐高温探头，避免单目传感器高温损坏造成工程停工。

7 结语

耐温耐压性能是区分双目、单目测井成像系统最核心的硬件指标，二者硬件腔体结构、传感器等级、密封材质决定特种工况适配能力。双目系统适配7000m超深井、中深层高温地热井高压高温环境；电缆式单目探头适配常温浅层细口径井筒。在实际井筒可视化工程之中，工作人员优先勘测井深、井下温度、压力、井筒内径基础参数，按照工况条件合理选型，规避设备硬件短板造成的工程故障，保障井下成像检测作业稳定开展。