工程探測中鉆孔電視成像技術的應用探討

羅俊　蔡網鎖

摘 要：文章首先簡單介紹了鉆孔電視成像技術的優點和發展歷程，然后論述了鉆孔電視成像技術的工作原理，并介紹了此系統在工作中易受到的影響因素和非正常成像的常見問題原因，然后對鉆孔電視成像技術在病險水庫檢測中的作業流程作了介紹，最后對該項技術的發展趨勢和應用作了總結。

關鍵詞：工程探測；鉆孔；電視成像；應用

中圖分類號：TU413 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0001-02

隨著我國社會經濟的迅速發展，國內各種大型基建項目正如火如荼的進行，據統計近十年來國內建設的工程項目占全球基建工程項目總和的一半，在數量數次巨大的工程項目中，工程的施工、維修和質量檢測等時常用到勘測技術。目前我國主要應用的工程探測技術依然是應用了數十年的鉆孔測井技術，該技術需要使用專門的鉆具，費時費力，且在分析過程中往往存在巖芯錯位，不能對巖樣本來的構造、斷裂和產狀進行精確分析等弊端。如今隨著技術的發展，電視成像技術在工程探測中的應用越來越廣泛。

1 鉆孔電視成像技術概述

鉆孔電視成像技術是指利用各種方式方法（聲、光、電、核磁等）對鉆孔周圍的壁面介質進行掃描成像，最初鉆孔成像技術被應用于石油勘探過程中的測井技術，在20世紀80年代歐美等發達國家開始在工程鉆孔探測中應用。與傳統的鉆孔芯樣相比，電視成像技術具有錄取信息豐富、高精確度、簡單易操作等優點，該技術可以彌補鉆孔取芯技術的不足。其利用高分辨率的成像技術可以對井壁的變化形態、構造裂隙以及斷層巖溶等信息進行精確掃描，能夠可視化，且覆蓋范圍較大，對地質現象的表達更直觀，工程應用范圍更廣。

鉆孔電視成像技術在國外始于20世紀中期，到20世紀80年代已經成為西方測井公司的主要商業服務手段，在大型的基建工程中應用鉆孔電視成像技術成書于90年代中期。國內鉆孔電視成像技術發展較晚，20世紀60年代開始研發井孔檢測技術，70年代開發出黑白井下光學電視，80年代有了彩色光學井孔電視系統，從產品研發商整體落后與西方先進國家10年。本文重點分析鉆孔電視成像技術在工程勘測中的適用性以及在水利工程中水庫病險探測方面的應用進行探討，以期待對我國鉆孔電視成像技術的應用和發展有一定推動作用。

2 電視成像系統成像方法原理

早期的電視探頭光學成像系統設計只限于向下的廣角拍攝，由于圓孔的扭曲效應，根據拍攝畫面不能準確確定地質結構。現在小型探頭長度<50 mm，封裝在無磁的不銹鋼套管中。在探頭處采用圓錐形導向鏡反射環狀方法，這樣就可以采集到孔壁的清晰圖像環，在錄取資料之后可以通過專門的圖像處理軟件將這些圖片環展開，即可供技術人員參考，光學成像系統可以應用于空氣和清水介質中。現在普遍應用的另一種成像方法是聲波成像法，該方法通過發射超聲波并接受返回波來獲取孔壁的圖像資料。由于超聲波可以穿透渾濁介質，因此這種方法克服了光學成像系統只能應用在空氣介質和清水介質的弊端，但是當泥漿比重大于1.1時會對聲波產生散射作用，成像質量會下降，因此在使用過程中也要把握好條件。

3 鉆孔電視成像技術在工程勘測中的影響因素及準

備工作

3.1 鉆孔電視成像技術的影響因素分析

當前進行電視成像系統作業時得到的數據結果常包括有光學成像、聲時成像和聲幅成像，在各種工程探測中由于目的不同，所以通過探測鉆孔對要獲取的地質信息也不同，鉆孔的多樣性造就了地球物理測量現場的不同，所以在數據采集時鉆孔電視成像技術需要面對各種井場環境。

3.1.1 目標鉆孔的現場環境

對鉆孔電視成像技術而言，在應用該技術時需要對鉆孔所在環境的電場、磁場、地層介質、構造以及鉆孔本身的孔徑、深度和鉆井液有全面的了解，全面測定了解這些數據對電視成像的精確性至關重要，尤其是對重點異常孔段更加需要全面了解來提高測試精度。

3.1.2 電磁環境

電視成像系統的探頭等設備易受井場周圍電磁場的干擾，在作業之前需要對電磁場進行標定，并根據這些信息對成像數據進行校正處理。

3.1.3 鉆孔測量

在作業時需要對鉆孔位置參數中的高程和水平坐標進行測量，包括孔徑、孔深以及泥漿比重等信息，特別是在異形孔中的變徑數據以及孔口套管數據的測量記錄。

3.1.4 洗孔及通孔

在放入探測設備之前還需要對鉆孔進行預處理，特別是在鉆探時鉆孔內的地質構造復雜，孔壁落塊等時常對探頭的安全性造成威脅，因此必須進行洗孔和通孔作業來為探頭創造良好的工作環境。

3.2 鉆孔電視成像技術的準備工作

一般在鉆孔電視成像作業之前都要編制作業方案，明確任務、目的、技術方法以及實施步驟，它是整個施工的指導書，事關探測工作的成敗。在鉆孔電視成像設備安裝調試合適之后，可參照孔徑參數來調整探頭扶正器的大小來控制探頭在鉆孔內的位置，成像探頭的行進速度、圖像聚焦環的窗口寬度以及聲波探頭內的步進電機轉速可以依據圖像精度要求來決定。待所有的參數設定達到工作要求之后即可開始正式的數據采集了。

3.3 圖像采集過程中非正常成像問題探討

應用電視成像技術的目的是獲取準確可靠的圖像，但是有時在探測作業時由于受到干擾信號的影響或者因為操作人員未按照操作規程作業等原因造成非正常成像問題的出現。下面就幾種工程中長遇到的異常圖像問題及原因進行簡單介紹。

3.3.1 沿井軸混亂圖像

在光學成像探頭和聲波成像探頭中，磁北信號是成像的基準，探頭在工作過程中將采集的數據按照磁北信號進行組織排列，如若磁力計失靈，經常會造成沿井軸扭曲的混亂圖像。

3.3.2 條帶狀圖像

在工程探測中鉆孔一般深度都控制在100 m之內，當探頭到達鉆孔底部時，電視系統錄取的圖像在底部會呈現與鉆孔軸線平行的條帶狀圖像。

3.3.3 圖像暗影、畸變問題

在圖像錄取工作中如若發現圖像不同程度的出現暗影或者畸變，這往往是由于探頭偏離孔軸中心所致，導致這種情況的原因通常是鉆孔傾斜、水平鉆孔、孔徑的變化，另外還有扶正器的安裝等問題。特別是在鉆孔呈橢圓形變化時還會在成像上出現兩條暗影。

出現以上問題預示著成像質量下降，需要及時對探頭位置等相關參數進行調整。

4 鉆孔電視成像技術在病險水庫滲漏調查工程中

的應用

近年來，我國的病險水庫數量急劇增長，由于滲漏問題，致使這些水庫的攔蓄功能大大降低。利用鉆孔電視成像技術可以更加有效、準確的探測滲漏位置、原因，為水庫的滲漏調查和治理提供了技術支持。

在工程實際中鉆孔電視成像技術的作業基本流程如圖1所示。

現場的實時鉆孔電視成像作業過程：首先是成像系統的開機并初始化，對采集數據記錄參數和探頭記錄參數進行設定，然后點擊“開始”，系統對光學數據或聲波數據進行記錄，一段時間之后系統開始對采集到的數據進行處理，此時在顯示器上開始成像顯示；與此同時系統對圖像進行壓縮保存，同時記錄的數據還包括鉆孔的方位數據、孔徑、深度等參數，作業過程中可以隨時對探頭行進速度、焦距、精度等進行調整，力求達到工程要求。

5 結 語

鉆孔電視成像技術是一項很有發展前途的工程探測技術，大力開展此技術的應用研究和實踐，不斷完善該技術典型圖像的地質解釋，并對采集的數據進行分類圖譜分析，建立相應的數據庫，形成按地質巖體、工程地質、工程巖體以及巖土工程分類的圖譜記錄，是一條行之有效的發展途徑。

參考文獻：

[1] 查恩來，丁凱.成像測井新技術在水利工程中的應用[J].地球物理學進展，2006，（1）.endprint