基于双目立体视觉的油气井套管缺陷三维检测技术研究

【资料简介】

基于双目立体视觉的油气井套管缺陷三维检测技术研究

摘要

油气井长期受地下高压挤压、硫化氢腐蚀、地层震动影响，套管出现腐蚀坑、裂纹变形、射孔堵塞、井下落物等缺陷，传统单目井下成像仅能够获取二维平面图像，无法测量缺陷深度、裂纹宽度、落物体积尺寸，修井打捞方案容易出现误判。本文依托北京鸿鸥成运Φ68mm双目立体视觉测井成像系统，阐释双CMOS传感器视差成像原理，探究井筒内壁三维重建、套管腐蚀缺陷测距、射孔定位、井下落物尺寸测算整套检测流程，对比单目二维成像技术短板，总结双目三维检测技术在油气修井工程的应用优势，为套管缺陷精准检测、井下打捞施工提供可视化技术支撑。

**关键词：**双目立体视觉；套管腐蚀缺陷；三维测距；井筒内壁重建；油气修井；射孔检测；井下落物打捞

独立关键词清单

双目立体视觉，套管腐蚀缺陷，三维测距，井筒内壁重建，油气修井，射孔检测，井下落物打捞，双CMOS传感器，视差算法，7000m超深井，17‑4PH井下探头，井筒三维建模，套管裂纹检测，修井可视化

1 引言

国内老油田经过长年开采，深层油气井套管破损故障频发，套管内壁腐蚀坑、纵向横向裂纹、射孔孔眼堵塞、套管变形、井下工具落物是油气井减产、停产主要诱因。传统电缆式单目井下成像只可以拍摄井筒二维画面，仅能看见缺陷位置，无法精准测量腐蚀坑深度、裂纹宽度、落物长宽高体积。修井工人依靠二维图像预估落物尺寸，打捞工具选型失误、打捞失败问题频发，增加修井工期与施工成本。

双目立体视觉技术模拟人眼双目视差原理，双镜头同步采集井壁画面，算法计算镜头至井壁距离，构建井筒内壁三维模型，精准测量各类套管缺陷三维参数。本文针对双目立体视觉套管缺陷三维检测技术开展系统性研究，分析技术原理、检测流程、工程优势以及优化方向。

2 双目立体视觉硬件组成与成像原理

整套双目测井成像系统由Φ68mm双目井下探头、铠装传输电缆、电动绞车计米系统、地面主控终端组成。井下探头内部搭载两台参数一致的1/2.8英寸逐行扫描CMOS图像传感器，两个镜头固定水平间距，同步拍摄同一处井筒内壁区域。

双目立体视觉核心原理为视差测距，两个摄像头拍摄相同井壁点位，像素坐标存在位置偏差；地面主控终端内置立体视觉算法，读取像素视差值，结合镜头固定间距，计算探头镜头到井壁的实际直线距离，采集全段井筒距离数据之后，完成井筒内壁三维曲面重建，直观展示套管内壁凹凸、腐蚀、形变。

设备最大探测深度7000m，承压70MPa，耐温‑20℃~175℃，适配深层高温高压油气井复杂工况，成像分辨率1920*1080高清画质，可捕捉微米级细微套管裂纹。

3 油气井套管主要缺陷类型以及三维检测方法

3.1 套管腐蚀坑深度检测

油气井地下污水含有硫化氢、氯离子，长期腐蚀套管内壁形成深浅不一的腐蚀凹坑。单目成像只能看见凹坑位置；双目系统通过三维测距，直接读取腐蚀坑最深深度、坑体长宽面积，判断套管腐蚀破损等级，评估套管剩余承压强度，决定套管修复或者直接废弃。

3.2 套管裂纹宽度、形变检测

地层压力挤压容易造成套管横向、纵向裂纹以及套管内壁凹陷变形。双目三维重建可以精准测量裂纹开口宽度、凹陷形变深度，区分细微表层裂纹和穿透性高危裂纹，规避套管破裂井喷风险。

3.3 射孔孔眼堵塞检测

油气开采射孔孔眼容易被泥沙、杂质堵塞，造成油气产量下降。双目成像测量射孔孔径大小、堵塞杂质厚度，精准判断堵塞严重程度，指导后期洗井、疏通射孔作业。

3.4 井下落物三维尺寸测量

修井作业掉落的油管、工具、金属杂物是井下常见故障。双目立体成像直接测量落物长宽高、体积、摆放角度，施工人员根据三维数据定制打捞工具，大幅提升打捞成功率，减少试打捞次数，节约修井成本。

4 双目三维检测对比传统单目二维成像技术优势

第一，实现井筒内壁三维可视化重建，缺陷参数定量检测，不再依靠肉眼主观判断缺陷大小；

第二，适配7000m超深层高温高压油气井，单目探头耐温耐压不足无法进入超深井开展检测；

第三，双镜头同步成像，不需要旋转探头，全段井筒检测速度远高于360°旋转单目探头；

第四，17‑4PH不锈钢外壳抗硫化氢腐蚀，长期在腐蚀井筒内稳定工作，传感器耐高温不易损坏。

5 现阶段技术短板

双目探头外径Φ68mm，无法下入内径小于70mm的细口径监测井；双目成像算法运算量大，深井视频传输带宽需求更高；井下泥沙浑浊水体容易遮挡双镜头镜头，造成视差计算误差，水质较差井筒需要提前洗井之后再开展三维成像检测。

6 工程应用流程

第一步，下放双目井下探头，绞车匀速下放，同步采集深度、温度参数；

第二步，双镜头实时采集井筒内壁高清画面，地面终端实时运算三维距离数据；

第三步，完成全井段扫描，生成井筒内壁三维模型，标记腐蚀坑、裂纹、堵塞射孔、井下落物坐标与尺寸；

第四步，工作人员依托三维检测数据制定修井、打捞、套管修复施工方案；

第五步，施工结束之后再次下入探头检测修复效果。

7 结语

基于双目立体视觉的三维检测技术解决了传统单目井下成像只可定性观察、无法定量测量套管缺陷的行业痛点，能够精准完成腐蚀坑、套管裂纹、射孔堵塞、井下落物三维参数检测，适配7000m深层高温高压油气井工况。后续优化方向为缩小双目探头外径、优化浑浊水体抗泥沙成像算法，拓宽细口径井筒适用范围，推动油气井套管缺陷检测向着智能化、精准化方向发展。