HO-JXDS5000米数字高清高速图传技术

5000米数字高清高速图技术

该技术可广泛应用于石油、质、水文水利、海洋等物探行业的数字高速遥通信。

深井数字高速遥技术，采用一对铜线可实现远距离高速通信，应用井下视图像输，配合H.264网络高清摄像头，图像分辨率达到1280*720，输速率2.3Mbps，输距离可达到10km。

1. 高清缆图

（1）技术标准

Global SHDSL Recommendation

ITU-T G.991.2，G.shdsl，2003, 2005.

ETSI，TS 101 524，SDSL(Symmetric single pairhigh bitrate DSL), 2005

EFM Standard – Long Reach Ethernet PHY

IEEE 802.3ah(EFM, Ethernet First Mile) in 2004

IEEE802.3-2008（2BASE-TL）

（2）缆自适应均衡技术

    高清缆图系统采用*的缆自适应均衡技术，能够依据不同材质、不同线径、不同长度的缆的输特性自动进行自适应滤波，实现匹配和接收，对于各种类型的缆真正实现即连即用，再也不需要进行繁琐的缆参数匹配。

（3）编码方式TC-PAM（Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation）

    采用*的TC-PAM编码技术，采用高效的编码技术在有限的缆带宽上通过提高频带利用率的方法实现高速数据输。

（4）输速率64kbps~2.3Mbps

（5）输距离:0~7000m

（6）输介质         

     只采用一对导线进行高速输，适用于各种两芯以上的缆，也适用于石油、质勘探使用的单芯铠装和多芯铠装缆。

2. H.264高清摄像

深井数字高清井下视采用H.264网络高清摄像头，支持主、辅两种码流。可选择彩色/黑白图像，帧率，码率可选，可在图像质量，连续性之间进行均衡，以实现在固定链路输速率条件下的图像视觉质量。

3. 应用

石油行业水井、气井检测。如套管检测，落物打捞、找漏等。

4.造型

实验

井下摄像高清缆图技术系统研制的技术方案

1．“井下摄像系统”技术要求
该高清缆图技术摄像系统能满足大多数油、气，水井的测井需要，根据各种不同井的井深调查，以井深3000m-5000M，115mm管作为“井下视摄像系统”的技术要求，具体的技术指标是
“井下视摄像系统”(包括1个井下视摄像机、1根长3000-5000m的井下输综合缆、一套控制系统、和相应的起下设备)。其中视角90°左右，工作温度125℃，耐压35-70Mpa，可视距离≥0.1米（与水质有关）；仪器外径≤75mm（可定制）。如有外接深度信息，则可将其数据叠加在摄像机的视频信号中。起下设备可满足在上述负荷条件下的仪器起下要求。
2. “井下摄像系统”总体方案
2.1“井下摄像系统”的工作原理和工作过程
整个系统包括井下工作部分和井上工作部分。井下工作部分又包括照明系统、摄像系统、密封防护系统和信号处理与输系统；井上工作部分又包括供系统、控制系统与显示系统以及仪器起下系统等附属设施。整个井下工作部分为圆柱状，由下至上依次为透明保护壳窗、成像镜头和摄像机、照明光源、信号处理系统。这些部分均密封在一个由高强度，耐腐蚀的金属材料制成的密封壳体内，与井内的油、水等介质相隔离，壳体的是缆连接部分及输缆。
整个系统的工作原理是由摄像机照明系统发出的光线照射井壁，井壁的反射光经成像透镜后，被摄像机的光成像器件接收，经信号处理放大系统放大后，通过信号转换，将视频信号，通过输缆将图像送至面。由面的系统显示与采集实时图像。事后可对图像进行分析和处理形成测量报告。
整个系统的工作过程是
①将井下工作部分与缆和面仪器相连；
②由面上的源供，检查整个系统的工作状态是否良好；
③用缆车由缆将井下工作部分下入测试目的井中，根据测井设计要求对目的井段进行检测，一般情况下采用下放测试，也可采用上提测试；
④根据得到的图像并结合深度指示器对井壁进行观察，发现问题后，可采用反复检测或停留检测，并将目标井段的测试图像记录在计算机硬盘上；
⑤完成测井任务后，对所存储的图像资料进行回放、分析或处理，并编写测井解释报告。
2.2 系统组成
系统由井下摄像系统、面缆车收放系统、图像显示与采集系统等组成。其中井下摄像系统拍摄井壁图像，经过缆的信号输，将图像输面，由系统采集与显示。面缆车收放系统主要功能是将井下摄像系统放置到井下所需的摄像的方，为了了解井下摄像的工作深度，要求缆车收放系统提供井下深度信号，由系统处理后叠加到视频图像上。

2.3 井下摄像头系统的组成

井下摄像头系统由照明灯、成像镜头、摄像机、信号处理、隔热层、吸热层、密封防护等组成。

整个井下摄像系统为圆柱状，由下至上依次为透明保护壳窗、成像镜头、摄像机、照明光源、信号处理系统。这些部分由高强度的耐腐蚀金属材料制成的密封壳体保护起来，与井内的油水等相隔离，壳体的是与缆的连接部分及输缆。摄像机与处理路由隔热层与外壳隔开，并与吸热层相连。吸热层具有高温吸热，低温放热的特点。它能保证在一定时间内摄像机在井内？度正常工作。

2.3.1照明系统

井下视照明方式

②前端照明方式它是将多个体积较小的LED高亮照明灯固定在摄像机的周围，直接对井壁进行照明。这种照明方式的优点是光能利用率高，照度均匀，不会对摄像机产生影响。

2.3.2成像系统

它是整个系统的关键部分，主要由成像物镜、光成像器件组成。成像物镜是将所成的井壁图像成像在光成像器的靶面上。由于观察的是井壁图像，同时又是在深井井下工作，所以需要专门设计研制，而不能用普通透镜替代。为保证有足够的放大倍率，同时尽量减少畸变，确保有良好的成像质量，在生产过程中，还充分考虑了油、水混合物的折射率对光学成像质量的影响，油、水混合物对光的散射与吸收对光学成像质量的影响以及成像镜头与光学壳窗的合理配合等问题。

2.3.3信号输系统

信号输系统主要包括视频信号输和力输。

视频信号输由于输距离远（3500米-5000米），通过高速视频输模块方式实现长距离、低失真，高速率的视频信号送是保证视监控系统基本质量和应用范围的关键  

力输摄像机采用交流源，直流源，或高温锂池。

2.3.4密封与防护视频采集系统

⑴抗压

这是本产品的另一个关键部分，它由密封壳体、密封座、蓝宝石玻璃防护窗组成，负责对其内部设备的防水和隔热保护。其中密封壳体选用不锈钢材料制成，以保证有足够的强度和耐腐蚀性,形状选为圆柱体，壁厚由强度计算公式确定

    式中s=材料的许用应力，MPa/mm2；

p=工作压力，MPa；

b=为内径，mm；

a=壁厚，mm。

根据仪器设计工作压力和所选用材料的许用应力，由上式计算所得到的壁厚，为到安全起见，a取 5 mm。

防护视频采集窗选用蓝宝石玻璃制成，因为蓝宝石玻璃的硬度高，耐压性能好，抗磨损。蓝宝石玻璃作为成像系统的一部分和光学镜头一起设计。同外壳厚度计算方法一样，可计算得防护窗蓝宝石玻璃的厚度为8mm。。

⑵密封

井下摄像系统的密封，为了可拆卸封头拆装方便，又能密封可靠，常用的密封组件为橡胶O型圈。橡胶O型圈是理想的密封材料，其优点是弹性好、寿命长、耐腐蚀性好、制造简单、经济。选用时注意O型密封圈的表面应当光滑，截面应当圆整，从而使密封可靠、寿命增长。

在井下视系统密封的设计和加工过程中特别要注意光学透光窗与缆连接处。具体的防水密封措施主要有

采用多层O型密封圈予以密封，以提高密封可靠性。O型橡胶圈保证互换性。严格控制密封槽的各项公差和其它技术要求。

密封壳体采用耐腐蚀不锈钢，防止微气泡渗水。

照明灯、摄像头采用独立密封结构，其插座为密封插座，即使缆内部进水，也不会渗透到照明灯、摄像头内部。

所有密封体装配好后，进行压力实验，实验压力为要求压力的2～3倍。

⑶防腐

要注意防腐蚀的结构设计。水下摄像系统每次完成实验作业后需要用淡水加以清洗，以消除残留海水的腐蚀，在结构设计时要多考虑怎样消除使井水滞留的方，如

避免狭缝。

用粘接连接来代替通常采用的过盈配合联结，消除间隙。

用密封材料填充联接零部件之间的缝隙，使缝隙中的零件表面与腐蚀介质很好的隔开。

尽可能使用粗牙螺纹，在螺钉连接处加塑料保护盖。

2.3.5温度保护系统

摄像机与处理路由隔热层、吸热层、等组成的温度保护系统保护，以满足在？分钟内在井内125度的条件仪器内部温度可维持在55℃以内的要求，保证仪器正常工作。也可选择高温子元器件。

⑴隔热

采用承压一体瓶。。

⑵吸热层

在隔热层内为吸热层，层内装有特殊吸热材料。吸热层具有高温吸热，低温放热的特点。吸热层直接与摄像机或处理路相接触，当摄像机或处理路产生热量时，热量将导到吸热层，层内吸热材料把热量贮存，以降低摄像机或处理路的温度。

2.3.6图像显示和记录系统

该部分在井上工作，主要包括深度记数、视频叠加、图像显示、图像记录和源等。

深度记数是将同步脉冲发生器与缆支架的转轴相连接，当开始测井时，缆经缆支架下入井下。在下井过程中，缆带动缆支架的转轴转动，从而使同步脉冲发生器产生一系列脉冲信号，由记数器对脉冲信号进行记数和换算，就可得到井下摄像机所处的深度。这部分工作内容由绞车提供。本系统只接受深度数据，将深度数据叠加在图像上。

图像显示和记录是将合成后的视频信号在显示器上显示，并用于实时观察，同时将视频信号存贮。

2.4 仪器起下系统

仪器起下系统由绞车完成。

3．深井井下摄像系统的技术特点

“井下摄像系统”作为井下观测设备，使用环境复杂、恶劣，这就对整机的可靠性和操作方便性以及井下系统的体积、重量、耐压、耐温能力等各方面提出了苛刻的要求，因此，必须确保机、等各个环节技术指标*，性能可靠，才能保证整个系统长时间在井下正常工作，该系统的主要技术特点有

⑴采用******、高灵敏度、高分辨率的器件作为井下光成像器件。

⑵设计、研制适于井下环境使用的井下******镜头。由于“井下视******系统”是在注水井或采油井中工作,周围介质为油、水混合物(90%以上的水),由于水的折射率比空气大，所以在水中，******机的视角比在空气中小1/4 。为了获得与空气中同样大小的视场角，必须选用水下成像物镜。为此，专门设计、研制出适用井下使用要求的水下******镜头，在研制过程中，不仅充分考虑水的折射率对光学成像质量的影响，水对光的散射、吸收对光学成像质量的影响以及成像镜头与光学壳窗的配合等问题，还要考虑壳窗的耐压与防腐等多种因素。

⑶井下光源。水对光的吸收（衰减）作用非常大，而且水中存在着各种悬浮物，这些悬浮物的性能各异，对光有散射作用，当光增强时，散射作用更严重，因此，光在水中不能远程输；光在水中的衰减大的问题，可以用加大光的方法来解决，然而对于水中悬浮物引起的散射问题，加大灯光却无济于事，所以，照明灯的位置应尽可能接近目标以减少散射光对图像质量的影响。由于在井中作业，空间有限，径向尺寸要求尤其严格，所以光源必须和******机做成一体，我们将光源放置在******机的前端，使照明均匀，从而降低了散射光对成像光束的干扰，提高图像的衬度和分辨率，从而提高整个系统的图像质量和可视距离；使用LED灯作为井下照明光源，充分利用其发射光谱与井下光学透射窗口相匹配的特性，达到发光效率高、功耗小、提高目标图像细节分辨能力的目的；

⑷长线输。采用交直流，锂池作为井下摄像机供源；同时采用双绞线或二芯以上缆线输视频信号，保证视频信号的质量。

⑸综合绝热技术。井下的环境温度随深度的增加而升高，井下3000-5000处，温度可达80℃以上，而摄像机正常工作的温度只有55℃，所以要采取有效的保温措施以确保摄像机不受高温的影响。因此，使用隔热层、吸热层、等组成的温度保护系统保护，以满足在？分钟内在井内？度的条件仪器内部温度可维持在55℃以内的要求，保证仪器正常工作。

⑹密封技术。密封是井下视摄像系统的关键技术之一，主要有壳体与壳窗之间、端盖与壳体之间、水密插头和端盖之间的密封，密封填料采用性能良好的“0”型橡胶密封圈，确保整个系统在工作压力1.2倍的压力条件下所进行的高压试验中，各密封处不渗漏，不变形，从而保证井下视摄像系统的可靠性；

⑺壳体、壳窗的材料选择。由于井下工作环境恶劣，所以壳体材料选择了具有良好的机械加工性能，不锈钢高强度耐腐蚀、耐冲击的材料。壳窗则应选择蓝宝石玻璃，蓝宝石玻璃不仅机械强度高，耐温性能强，而且还有很好的透光性。

4．井下视摄像系统的总体性能指标

4.1井下视摄像系统主要性能指标

井下视摄像系统的主要技术指标是

图像类型 黑白/彩色，视频(PAL)

像素 130万网络（700线。索尼CCD）

灵 敏 度 0.1Lux

可视距离 ≥0.10米（与水质有关）

视  角 90°/120

工作方式 固定光圈，固定（可调）焦距

工作深度 3000-5000米（可以定制）

工作温度 -20℃ — +125℃（其中温度和工作时间有关）

耐    压 35（70） MPa

4.2  井下视摄像系统主要输性能指标

 数字高清井下视基于高清缆图技术，采用一对铜线可实现远距离高清图像输，配合H.264网络高清摄像头，图像分辨率达到1280*720，输速率2.3Mbps，输距离可达到10km。可广泛应用于石油、质、水文水利、海洋等行业。

勘测如此深远、图像如此清晰，前所未见。

5.高清缆图

（1）技术标准

Global SHDSL Recommendation

ITU-T G.991.2，G.shdsl，2003, 2005.

ETSI，TS 101 524，SDSL(Symmetric single pairhigh bitrate DSL), 2005

EFM Standard – Long Reach Ethernet PHY

IEEE 802.3ah(EFM, Ethernet First Mile) in 2004

IEEE802.3-2008（2BASE-TL）

（2）缆自适应均衡技术

    高清缆图系统采用*的缆自适应均衡技术，能够依据不同材质、不同线径、不同长度的缆的输特性自动进行自适应滤波，实现匹配和接收，对于各种类型的缆真正实现即连即用，再也不需要进行繁琐的缆参数匹配。

（3）编码方式TC-PAM（Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation）

    采用*的TC-PAM编码技术，采用高效的编码技术在有限的缆带宽上通过提高频带利用率的方法实现高速数据输。

（4）输速率64kbps~2.3Mbps

（5）输距离:0~7000m

（6）输介质         

     只采用一对导线进行高速输，适用于各种两芯以上的缆，也适用于石油、质勘探使用的单芯铠装和多芯铠装缆。

6.H.264高清摄像

数字高清井下视采用H.264网络高清摄像头，支持主、辅两种码流。可选择彩色/黑白图像，帧率，码率可选，可在图像质量，连续性之间进行均衡，以实现在固定链路输速率条件下的图像视觉质量。

7.应用

石油行业水井、气井检测。如套管检测，落物打捞、找漏等。

8.选型

5.井下视摄像系统仪器外观

6. 井下视摄像系统的进度安排

生产周期一般60工作日——120个工作日
   第1阶段详细技术设计
   第二阶段器件、材料购买零件加工；路设计与加工。
   第三阶段系统的装配和调试
   第四阶段检测和实验
本产品是集光、机、一体化的高技术产品，能满足3000-7000米深度的油、气，水井的测井要求，该系统具有操作方便、图像质量优良和图像实时显示等优点，其综合性能指标已达到国外同类产品水平。             

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