工程探测中钻孔电视成像技术的应用探讨

1、工程探测中钻孔电视成像技术的应用探讨摘 要：文章首先简单介绍了钻孔电视成像技术的优 点和发展历程，然后论述了钻孔电视成像技术的工作原理， 并介绍了此系统在工作中易受到的影响因素和非正常成像 的常见问题原因，然后对钻孔电视成像技术在病险水库检测 中的作业流程作了介绍，最后对该项技术的发展趋势和应用 作了总结。关键词：工程探测；钻孔；电视成像；应用中图分类号： TU413 文献标识码： A 文章编号： 1006-8937（2014）11-0001-02随着我国社会经济的迅速发展，国内各种大型基建项目 正如火如荼的进行，据统计近十年来国内建设的工程项目占 全球基建工程项目总和的一半，在数量数次巨大的

2、工程项目 中，工程的施工、维修和质量检测等时常用到勘测技术。目 前我国主要应用的工程探测技术依然是应用了数十年的钻 孔测井技术，该技术需要使用专门的钻具，费时费力，且在 分析过程中往往存在岩芯错位，不能对岩样本来的构造、断 裂和产状进行精确分析等弊端。如今随着技术的发展，电视 成像技术在工程探测中的应用越来越广泛。1 钻孔电视成像技术概述 钻孔电视成像技术是指利用各种方式方法 （声、 光、电、核磁等）对钻孔周围的壁面介质进行扫描成像，最初钻孔成 像技术被应用于石油勘探过程中的测井技术，在 20 世纪 80 年代欧美等发达国家开始在工程钻孔探测中应用。与传统的 钻孔芯样相比， 电视成像技术具有录

3、取信息丰富、 高精确度、 简单易操作等优点，该技术可以弥补钻孔取芯技术的不足。 其利用高分辨率的成像技术可以对井壁的变化形态、构造裂 隙以及断层岩溶等信息进行精确扫描，能够可视化，且覆盖 范围较大，对地质现象的表达更直观，工程应用范围更广。钻孔电视成像技术在国外始于 20 世纪中期，到 20 世纪 80 年代已经成为西方测井公司的主要商业服务手段， 在大型 的基建工程中应用钻孔电视成像技术成书于 90 年代中期。 国内钻孔电视成像技术发展较晚， 20 世纪 60 年代开始研发 井孔检测技术， 70 年代开发出黑白井下光学电视， 80 年代 有了彩色光学井孔电视系统，从产品研发商整体落后与西方

4、先进国家 10 年。本文重点分析钻孔电视成像技术在工程勘 测中的适用性以及在水利工程中水库病险探测方面的应用 进行探讨，以期待对我国钻孔电视成像技术的应用和发展有 一定推动作用。2 电视成像系统成像方法原理 早期的电视探头光学成像系统设计只限于向下的广角 拍摄，由于圆孔的扭曲效应，根据拍摄画面不能准确确定地 质结构。现在小型探头长度50 mm,封装在无磁的不锈钢套 管中。在探头处采用圆锥形导向镜反射环状方法，这样就可 以采集到孔壁的清晰图像环，在录取资料之后可以通过专门 的图像处理软件将这些图片环展开，即可供技术人员参考， 光学成像系统可以应用于空气和清水介质中。现在普遍应用 的另一种成像方法

5、是声波成像法，该方法通过发射超声波并 接受返回波来获取孔壁的图像资料。由于超声波可以穿透浑 浊介质，因此这种方法克服了光学成像系统只能应用在空气 介质和清水介质的弊端，但是当泥浆比重大于 1.1 时会对声 波产生散射作用，成像质量会下降，因此在使用过程中也要 把握好条件。3 钻孔电视成像技术在工程勘测中的影响因素及准 备工作3.1 钻孔电视成像技术的影响因素分析 当前进行电视成像系统作业时得到的数据结果常包括有光学成像、声时成像和声幅成像，在各种工程探测中由于 目的不同，所以通过探测钻孔对要获取的地质信息也不同， 钻孔的多样性造就了地球物理测量现场的不同，所以在数据 采集时钻孔电视成像技术需要

6、面对各种井场环境。3.1.1 目标钻孔的现场环境 对钻孔电视成像技术而言，在应用该技术时需要对钻孔所在环境的电场、磁场、地层介质、构造以及钻孔本身的孔 径、深度和钻井液有全面的了解，全面测定了解这些数据对 电视成像的精确性至关重要，尤其是对重点异常孔段更加需 要全面了解来提高测试精度。3.1.2 电磁环境电视成像系统的探头等设备易受井场周围电磁场的干 扰，在作业之前需要对电磁场进行标定，并根据这些信息对 成像数据进行校正处理。3.1.3 钻孔测量在作业时需要对钻孔位置参数中的高程和水平坐标进 行测量，包括孔径、孔深以及泥浆比重等信息，特别是在异 形孔中的变径数据以及孔口套管数据的测量记录。3.

7、1.4 洗孔及通孔在放入探测设备之前还需要对钻孔进行预处理，特别是 在钻探时钻孔内的地质构造复杂，孔壁落块等时常对探头的 安全性造成威胁，因此必须进行洗孔和通孔作业来为探头创 造良好的工作环境。3.2 钻孔电视成像技术的准备工作一般在钻孔电视成像作业之前都要编制作业方案，明确 任务、目的、技术方法以及实施步骤，它是整个施工的指导 书，事关探测工作的成败。在钻孔电视成像设备安装调试合 适之后，可参照孔径参数来调整探头扶正器的大小来控制探 头在钻孔内的位置，成像探头的行进速度、图像聚焦环的窗 口宽度以及声波探头内的步进电机转速可以依据图像精度 要求来决定。待所有的参数设定达到工作要求之后即可开始

8、正式的数据采集了。3.3 图像采集过程中非正常成像问题探讨 应用电视成像技术的目的是获取准确可靠的图像，但是 有时在探测作业时由于受到干扰信号的影响或者因为操作 人员未按照操作规程作业等原因造成非正常成像问题的出 现。下面就几种工程中长遇到的异常图像问题及原因进行简 单介绍。沿井轴混乱图像 在光学成像探头和声波成像探头中，磁北信号是成像的 基准，探头在工作过程中将采集的数据按照磁北信号进行组 织排列，如若磁力计失灵，经常会造成沿井轴扭曲的混乱图 像。条带状图像在工程探测中钻孔一般深度都控制在 100 m 之内，当探 头到达钻孔底部时，电视系统录取的图像在底部会呈现与钻 孔轴线平行的条带状图像。

9、3.3.3 图像暗影、畸变问题在图像录取工作中如若发现图像不同程度的出现暗影 或者畸变，这往往是由于探头偏离孔轴中心所致，导致这种 情况的原因通常是钻孔倾斜、水平钻孔、孔径的变化，另外 还有扶正器的安装等问题。特别是在钻孔呈椭圆形变化时还 会在成像上出现两条暗影。出现以上问题预示着成像质量下降，需要及时对探头位 置等相关参数进行调整。4 钻孔电视成像技术在病险水库渗漏调查工程中的应用近年来， 我国的病险水库数量急剧增长， 由于渗漏问题， 致使这些水库的拦蓄功能大大降低。利用钻孔电视成像技术 可以更加有效、准确的探测渗漏位置、原因，为水库的渗漏 调查和治理提供了技术支持。在工程实际中钻孔电视成像技术的作业基本流程如图 1 所示。现场的实时钻孔电视成像作业过程：首先是成像系统的 开机并初始化，对采集数据记录参数和探头记录参数进行设 定，然后点击“开始” ，系统对光学数据或声波数据进行记 录，一段时间之后系统开始对采集到的数据进行处理，此时 在显示器上开始成像显示；与此同时系统对图像进行压缩保 存，同时记录的数据还包括钻孔的方位数据、孔径、深度等 参数，作业过程中可以随时对探头行进速度、焦距、精度等 进行调整，力求达到工程要求。5 结语钻孔电视成像技术是一项很有发展前途的工程探测技术