CC BY
28
УДК 622 + 550.3
ВИДЕОКАРОТАЖНЫЙ ЗОНД
Владимир Иванович Востриков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лабораторией горной геофизики, тел. (383)217-00-01, e-mail: [email protected]
Сергей Юрьевич Гаврилов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, младший научный сотрудник лаборатории горной геофизики, тел. (383)217-09-52, e-mail: [email protected]
Никита Сергеевич Полотнянко
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, инженер лаборатории горной геофизики, тел. (383)217-08-72, e-mail: [email protected]
В ИГД СО РАН разработан видеозонд, предназначенный для видеокаротажа скважин с целью регистрации трещиноватости в горных породах. Применение современных электронных компонентов, в частности, матрицы с зарядовой связью с выпуклой линзой, позволило обеспечить большой угол обзора с достаточным для регистрации трещин разрешением. Видеозонд снабжен светодиодной подсветкой и установленным в устье скважины энкодером, который измеряет глубину проникновения видеозонда. Передача изображения и данных производится по кабелю в режиме онлайн на ноутбук, на котором установлено программное обеспечение, позволяющее в постоянном режиме наблюдать, а так же записывать видео и сохранять снимки стенок скважины.
Ключевые слова: скважинный видеозонд, каротаж, трещиноватость, массив горных пород.
VIDEO WELL-LOGGING TOOL
Vladimir I. Vostrikov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Candidate of Engineering Sciences, Head of Mining Geophysics Laboratory, tel. (383)217-00-01, e-mail: [email protected]
Sergey Yu. Gavrilov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Junior Researcher, Mining Geophysics Laboratory, tel. (383)217-09-52, e-mail: [email protected]
Nikita S. Polotnyanko
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Engineer, Mining Geophysics Laboratory, tel. (383)217-08-72, e-mail: [email protected]
The Institute of Mining has engineered a videoprobe for well logging to register systems of joints in rocks. The modern electronic components, inparticular, charge-coupled matrix with convex
lens, allow higher angle of view with sufficient resolution of jointing recording. The video well-logging tool is equipped with LED light and has an encoder to be installed at the well mouth to measure penetration depth of the probe. Transition of data and images to a notebook is via cable in online mode. The program support enables continuous observation, videorecording and storage of images of drill hole walls.
Key words: videowell-logging tool, logging, jointing, rock mass.
Видеозонды активно используются во всех отраслях промышленности для мониторинга и инспекции труднодоступных частей природных и искусственных объектов и механизмов. Периодический осмотр скважин дает объективную информацию о процессе расслоения и состояния кровли горных выработок. Также видеокаротаж является неотъемлемым элементом геофизических исследований, таких как проведение натурных экспериментов по контролю деформаций и смещений геоблоков в горном массиве и на отдельных его участках. Особое внимание уделяется выбору контрольных и реперных точек, которые должны находиться в геоблоках, разделенных зонами дезинтеграции.
Авторы статей [1-2] исполнили конструкции нескольких видов видеозондов в зависимости от ширины скважины: с фронтальной поворотно-наклонной камерой, с движущейся на электроприводах боковой камерой и с конусным зеркалом. Эти схемы имеют сложную конструкцию для исполнения, а также много ненадежных узлов. Отсутствие энкодера значительно усложняет работу оператора по измерению, записи и стыковки информации о дальности с видеоизображением. В работах [2-3] предложен вариант скважинного видеозонда с энкодером. Этот вариант имеет автономную систему записи видеоизображения в полном обзорном угле 360 градусов. Цилиндрическая поверхность скважины преобразуется в виде развертки в двумерное изображение. Это приводит к тому, что плоские структуры, такие как поверхности слоев, трещины и т.д., которые ориентированы не перпендикулярно оси скважины, приобретают вид синусоидальных линий, что значительно усложняет восприятие информации оператором, а отсутствие постоянного видеоконтроля может привести к отсутствию необходимых данных, например, к засветкам, затемнениям, мусору на объективе и т.д.
Авторами [5] разработаны два вида конструкции видеокаротажного зонда: с осевым размещением видеокамеры и конуса и с радиальным, направленным на стенку скважины. Испытания видеозонда в натурных условиях на руднике «Октябрьский» Талнахско-Октябрьского месторождения показали удовлетворительные результаты, но применение конуса усложняет конструкцию.
В ИГД СО РАН разработан и исполнен скважинный видеозонд, имеющий более простую конструкцию и стоимость. Его функциональная схема представлена на рис. 1 в нее входит видеомодуль с цветной ПЗС-матрицей и выпуклой линзой, подсветка, выполненная на светодиодах высокой яркости, а так же эн-кодер, установленный в устье скважины, который позволяет отслеживать его работу для обеспечения точности данных. Режим работы онлайн позволяет повторно пройти и исследовать «на лету» даже засвеченные участки скважины,
что удовлетворяет специфике исследований в натурных условиях подземных горных выработок для выбора контрольных и реперных точек при установке деформометра, а после сохранить и заархивировать данные без пробелов.
Рис. 1. Функциональная схема
Видеозонд представляет собой дистанционную видеосистему, перемещающуюся при помощи досылочных штанг вдоль скважины и передающую видео и информацию о перемещения оператору на пульт, в качестве которого служит ноутбук.
Основными конструктивными элементами видеозонда являются видеоголовка с диаметром 76 мм, досылочные штанги и энкодер, внешний вид макетного образца представлен на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид макетного образца
Светодиоды повышенной яркости подсветки видеозонда освещают стенки скважины, трещины которых регистрируются ПЗС-матрицей с выпуклой линзой видеомодуля. Видеоинформация кодируется и передается по проводам (Ethernet) на пульт оператора в режиме онлайн. Это позволяет повторить обследование предыдущего участка скважины при необходимости. Программное обеспечение оператора позволяет записывать съемку всего процесса видеомониторинга, а также сохранять снимки и информацию о глубине проникновения видеозонда, полученную с энкодера, установленного в устье скважины. Система работает автономно и питается от аккумулятора ноутбука.
Разработанный в лаборатории горной геофизики ИГД СО РАН макетный образец видеозонда был испытан в лабораторных условиях. В трубе, имитирующей скважину, были искусственно созданы дефекты различных размеров, которые регистрировались оператором с помощью разработанного видеозонда. Испытания показали удовлетворительную работоспособность и уверенную фиксацию трещин от 0,1 мм (рис. 3).
Рис. 3. Снимок искусственных дефектов
Таким образом, в ИГД СО РАН разработан видеозонд, предназначенный для регистрации трещинообразования в горных породах, который удовлетворяет поставленной задаче. Значительно уменьшающий ошибку оператора режим непрерывного исследования позволяет провести достаточно точный мониторинг скважин на трещинообразование (от 0,1 мм). Измеряющий энкодер сокращает время исследований, а так же позволяет вести журнал архива снимков автоматически.
В плане совершенствования предполагается использовать видеомодуль с меньшими размерами для уменьшения всей конструкции и использования в скважинах меньшего диаметра.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вознесенский А.С., Набатов В.В., Петерс Ш. Скважинные видеозонды и их использование для задач геотехнологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007. - №9. - С. 5-12.
2. Вознесенский А. С., Набатов В. В., Петерс Ш. Практическое применение скважинно-го видеозонда для решения геотехнологических задач // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - №7. - С. 162-169.
3. Петерс Ш. Скважинный видеозонд для оценки строения пород кровли при подземной добыче каменного угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. -№2. - С. 194-201.
4. Петерс Ш. Разработка геологической модели угольного пласта на основе данных съемки скважинным видеозондом //Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. - №11. - С. 122-129.
5. Опарин В.Н., Востриков В.И., Акинин А.А., Тапсиев А.П. Видеокаротажный зонд // ФТПРПИ. - 2006. - № 6. - С. 119-124.
© В. И. Востриков, С. Ю. Гаврилов, Н. С. Полотнянко, 2016
