ВИДЕОКАМЕРА СКВАЖИННАЯ

Полезная модель относится к области геофизических исследований, а именно, к устройствам видеокамер каротажных устройств для осмотра внутренних стенок буровых скважин.
Известна видеокамера, используемая при каротаже буровой скважины, для просмотра внутренней стенки цилиндрической впадины (патент № ЕР0264511, МПК R21B 47/00, опубл. 1988-04-27), содержащая средства для освещения внутренней стенки впадины, полусферическое зеркало, расположенное в цилиндрическом прозрачном окне, средства для формирования изображения, отраженного зеркалом и множеством светочувствительных элементов, расположенных в кольцевом множестве, и являющиеся предпочтительно фотодиодами, при сохранении постоянной температуры посредством термоэлектрических элементов.
Известна скважинная видеокамера для визуальной записи боковых стенок скважины (патент № GB 2293513, МПК Е21В 47/00; H04N 5/225; H04N 7/18, опубл. 1996-03-27), включающая расположенные в трубчатом корпусе широкую угловую видеокамеру, устройство передачи/управления, видеомагнитофон, магнитофон, устройство освещения, устройство установки времени.
Известна видеокамера для системы исследования скважины (патент № НР 2343893, МПК Е21В 47/00; H04N 7/18, опубл. 2011-07-13), причем видеокамера является подвижной и выполнена с возможностью изменения угла обзора, а также соединена с кабелем и устройством управления камеры.
Известно устройство в каротажном приборе для получения боковых изображений в скважине посредством множества боковых линз (заявка № CN 101886540, МПК Е21В 47/00; Е21В 49/00, опубл. 2010-11-17), включающее две пластины источника света, представляющие собой светочувствительные элементы, расположенные в кольцевом множестве, друг под другом и под углом 90 градусов к каротажному прибору, регистрирующее устройство, устройство (CCD) отображения, монтажную плату для демодуляции и передачи через цепь управления демодулируемых данных об изображении стенок скважины в наземный компьютер.
Однако, приведенные устройства не позволяют проводить геофизические исследования на больших глубинах, а также получать изображения стенок скважин малого диаметра.
В настоящее время существующие миниатюрные камеры для каротажных исследований скважин обладают слабой матрицей и объективом, поэтому не обеспечивают необходимое для таких исследований качество изображения, а также не позволяют поворачиваться из стороны в сторону в процессе каротажных исследований, и работать в условиях высокого давления на глубине в несколько километров.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание видеокамеры для каротажного устройства, предназначенного для исследования скважин малого диаметра и проведения каротажных работ на больших глубинах.
Поставленная задача решается тем, что видеокамера выполнена с разделением и разнесением на некоторое расстояние друг от друга и установки в разные части каротажного устройства принимающей и обрабатывающей частей камеры: объектива с матрицей на печатной плате и блока электроники, связанных шлейфом проводов, при установке камеры в каротажном устройстве.
Разработанное устройство видеокамеры позволяет размешать видеокамеру в каротажном устройстве малого диаметра и решить задачу баланса качества изображения и затрат на изготовление каротажного устройства в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является обеспечение гибкости в компоновке каротажного устройства для исследования скважин малого диаметра, а также повышение качества изображения за счет возможности использования матрицы увеличенного размера.
Также достигается обеспечение работы каротажного устройства, в состав которого входит боковая управляемая видеокамера, на больших глубинах до 5 км, при температуре от -5 до +70°С и при давлении 40-60 МПа (400-600 атмосфер) за счет получения дополнительного пространства для обеспечения необходимой теплоизоляции и прочностных характеристик корпуса устройства.
Разработанное устройство по сравнению с аналогами позволяет при одних и тех же ограничениях на габариты обеспечить лучшее качество изображения за счет установки матрицы большего размера, и перенесения блока электроники в другую часть каротажного устройства с менее жесткими ограничениями на габариты.
Технический результат достигается тем, что в видеокамере скважинной, содержащей объектив с блоком преобразования оптического сигнала в электрический, соединенные посредством линии передачи сигнала с блоком преобразования электрического сигнала в видеосигнал, новым является то, что в качестве блока преобразования оптического сигнала в электрический используется матрица с установленной на ней печатной платой, а в качестве линии передачи сигнала используется гибкий шлейф проводов.
В качестве блока преобразования электрического сигнала в видеосигнал используется блок электроники.
Блок электроники соединен с блоком питания внешнего устройства с возможностью получения от него электропитания.
Блок электроники выполнен с возможностью преобразования, обработки полученной информации от матрицы, формирования видеосигнала, и подачи его на внешнее устройство.
Длина шлейфа проводов 20-30 см, ширина - 10 мм, толщина - 1 мм.
Объектив соединен с матрицей при помощи цилиндрического крепления с резьбой.
Объектив представляет собой одну линзу или систему линз, установленную в цилиндрическом кожухе с внешней резьбой.
Объектив выполнен с возможностью принимать световой ноток от боковой стенки скважины и фокусировать его на матрицу.
Линза или система линз крепятся на внутреннюю поверхность корпуса каротажного устройства и являются его составной частью.
В качестве объектива используется внешний корпус каротажного устройства.
Матрица представляет собой прямоугольный или квадратный электронный элемент в пластиковом или керамическом корпусе, с выводами или контактами и прозрачным окном.
Матрица содержит внутри себя интегральную схему.
Видеокамера выполнена подвижной и с возможностью изменения угла обзора.
Видеокамера ориентирована перпендикулярно боковой стенке скважины.
Видеокамера выполнена с возможностью работы в непрерывном режиме.
Видеокамера содержит блок коммутации для управления электропитанием.
Видеокамера выполнена с возможностью работы при давлении до 400-600 атмосфер, температуре от -5 до +70°С и на глубине до 5 км.
Устройство поясняется фигурой, на которой представлена принципиальная схема видеокамеры скважинной.
Устройство состоит из объектива (1), матрицы (2), установленной на печатной плате(3).
Объектив (1) соединен с матрицей (2) при помощи цилиндрического крепления с резьбой, позволяющей настраивать глубину резкости.
Объектив (1) представляет собой систему линз или одну линзу. установленные в цилиндрическом кожухе с внешней резьбой для настройки глубины резкости.
Так же объективом (1) может служить внешний корпус каротажного устройства, если линзы или система линз кренятся на внутреннюю поверхность корпуса каротажного устройства и являются его составной частью. В этом случае глубина резкости фиксирована и задается конструкцией скважинного каротажного устройства.
Матрица (2) представляет собой прямоугольный или квадратный электронный элемент в пластиковом или керамическом корпусе, с выводами или контактами, и имеет прозрачное окно для поступления сфокусированного объективом оптического излучения. Внутри матрицы (2) находится интегральная схема, преобразующая поступившее излучение в электрический сигнал, соответствующий изображению объекта перед объективом(1).
Преимущественно используется CCD-матрица, модель Sony IСХ405AL.
Печатная плата (3) соединена гибким или жестким шлейфом проводов (4) с блоком электроники (5).
Блок электроники (5) соединен с внешним устройством, от которого получает электропитание (от блока питания), и в которое подает сформированный видеокамерой видеосигнал.
Максимальная длина шлейфа (4) ограничена затуханием сигналов, взаимовлиянием сигналов в проводах шлейфа друг на друга и допустимым ухудшением качества изображения.
Длина шлейфа (4) может достигать несколько десятков сантиметров, предпочтительно, 20-30 см, ширина шлейфа - 10 мм, толщина - 1 мм. сечение - узкий прямоугольник.
Максимальная длина шлейфа (4) может быть вычислена исходя из максимально допустимых взаимных емкостей отдельных проводников, приведенных в документации на конкретную модель матрицы (2).
Вместо шлейфа (4) может быть использован жгут с круглым сечением.
Видеокамера устанавливается в месте, обеспечивающем наилучший обзор, защиту от внешнего давления окружающей среды и простоту взаимодействия с остальными электронными блоками скважинного каротажного устройства. Защита от давления внешней среды обеспечивается оптически прозрачными, химически стойкими и стойкими к воздействию грязи окнами, установленными в корпусе каротажного устройства. Для осмотра боковых стенок скважин объектив 1 видеокамеры с блоком преобразования оптического сигнала в электрический устанавливается внутри каротажного устройства перпендикулярно его оси и боковой стенке скважины, а блок преобразования электрического сигнала в видеосигнал - внутри каротажного устройства параллельно его оси, дистанционно от блока преобразования оптического сигнала в электрический.
Видеокамера может быть использована в устройствах, применяемых в вертикальных, горизонтальных, наклонных скважинах.
Видеокамера может быть использована в газовых скважинах и в скважинах, заполненных оптически прозрачной жидкостью.
Устройство работает следующим образом.
После опускания каротажного устройства в скважину производится выбор участка для осмотра. Выбор участка осмотра может производиться как по изображению с торцевой камеры каротажного устройства (стандартная модульная камера дает искаженное и ограниченное изображение стенок скважины и не позволяет подробно исследовать нарушения в скважине), так и при помощи поворота части каротажного устройства, содержащей видеокамеру, но команде оператора с поверхности в нужную сторону при помощи двигателя с редуктором.
После подачи электропитания блок электроники (5) формирует сигналы синхронизации и опроса матрицы (2), сигналы поступают но шлейфу на печатную плату (3) и матрицу (2), происходит опрос отдельных ячеек матрицы (2), так же по шлейфу (4) поступает электропитание для матрицы (2) с блока электроники. Сигнал яркости и цветности с матрицы (2) и печатной платы (3) по шлейфу (4) обратно поступает в блок электроники (5), который производит преобразование, обработку поступившей информации и формирование видеосигнала, который выдастся во внешние устройства.
Объект освещается отдельным источником видимого или ИК-излучения, встроенным в скважинное устройство.
Объектив (1) принимает световой ноток от объекта и фокусирует его на матрицу (2), установленную на печатной плате (3).
Видеокамера работает в непрерывном режиме, после подачи электропитания выдает видеосигнал. Включение и выключение электропитания видеокамеры производится по команде оператора с поверхности или по команде от других модулей скважинного устройства, управляет электропитанием блок коммутации.
Блок электроники (5) «опрашивает» матрицу (2) и получает с матрицы (2) цифровой электрический сигнал в параллельном коде, соответствующий уровням освещенности в отдельных точках сфокусированного объективом (1) светового потока от объекта.
Далее блок электроники (5) обрабатывает полученный от матрицы (2) сигнал в параллельном коде, преобразует его в видеосигнал и выдает сформированный видеокамерой видеосигнал во внешнее наземное устройство.
Новым в устройстве видеокамеры скважинной является конструктивное решение разнесения двух частей камеры: принимающей и обрабатывающей: печатной платы (3) с закрепленной на ней матрицей (2) и блока электроники (5) на расстояние друг от друга и связи их с помощью гибкого шлейфа (4) проводов.
Устройство видеокамеры скважинной позволяет размещать печатную плату (3) с матрицей (2) и объективом (1) в местах с жесткими ограничениями на габариты, при этом блок электроники (5) размещается в другой части устройства с менее жесткими ограничениями на габариты.
Тем самым достигается получение гибкости в компоновке отдельных блоков при размещении видеокамеры внутри каротажного устройства, увеличение качества изображения по сравнению с видеокамерами, выполненными в виде одного блока, содержащими матрицу меньшего размера, и обеспечивающими за счет этого худшее качество изображения при тех же ограничениях на габариты.
Видеокамера за счет гибкости конструкции позволяет поворачиваться из стороны в сторону и под разным углом получать изображения стенок скважины.
Проведенные испытания на вертикальных промысловых нефтяных, газовых и контрольных скважинах показали, что каротажное устройство, содержащее в своем составе разработанную видеокамеру, выдерживает давление до 40-60 МПа (400-600 атмосфер) и температуру от -5 до +70°С, а видеокамера позволяет получать изображение стенок скважины в высоком качестве при глубине до 5 км.