工程探測中鉆孔電視成像技術(shù)的應(yīng)用探討

羅俊　蔡網(wǎng)鎖

摘 要：文章首先簡單介紹了鉆孔電視成像技術(shù)的優(yōu)點和發(fā)展歷程，然后論述了鉆孔電視成像技術(shù)的工作原理，并介紹了此系統(tǒng)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(shù)在病險水庫檢測中的作業(yè)流程作了介紹，最后對該項技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用作了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：工程探測；鉆孔；電視成像；應(yīng)用

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

隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國內(nèi)各種大型基建項目正如火如荼的進行，據(jù)統(tǒng)計近十年來國內(nèi)建設(shè)的工程項目占全球基建工程項目總和的一半，在數(shù)量數(shù)次巨大的工程項目中，工程的施工、維修和質(zhì)量檢測等時常用到勘測技術(shù)。目前我國主要應(yīng)用的工程探測技術(shù)依然是應(yīng)用了數(shù)十年的鉆孔測井技術(shù)，該技術(shù)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(gòu)造、斷裂和產(chǎn)狀進行精確分析等弊端。如今隨著技術(shù)的發(fā)展，電視成像技術(shù)在工程探測中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 鉆孔電視成像技術(shù)概述

鉆孔電視成像技術(shù)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(zhì)進行掃描成像，最初鉆孔成像技術(shù)被應(yīng)用于石油勘探過程中的測井技術(shù)，在20世紀(jì)80年代歐美等發(fā)達(dá)國家開始在工程鉆孔探測中應(yīng)用。與傳統(tǒng)的鉆孔芯樣相比，電視成像技術(shù)具有錄取信息豐富、高精確度、簡單易操作等優(yōu)點，該技術(shù)可以彌補鉆孔取芯技術(shù)的不足。其利用高分辨率的成像技術(shù)可以對井壁的變化形態(tài)、構(gòu)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(zhì)現(xiàn)象的表達(dá)更直觀，工程應(yīng)用范圍更廣。

鉆孔電視成像技術(shù)在國外始于20世紀(jì)中期，到20世紀(jì)80年代已經(jīng)成為西方測井公司的主要商業(yè)服務(wù)手段，在大型的基建工程中應(yīng)用鉆孔電視成像技術(shù)成書于90年代中期。國內(nèi)鉆孔電視成像技術(shù)發(fā)展較晚，20世紀(jì)60年代開始研發(fā)井孔檢測技術(shù)，70年代開發(fā)出黑白井下光學(xué)電視，80年代有了彩色光學(xué)井孔電視系統(tǒng)，從產(chǎn)品研發(fā)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(shù)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(yīng)用進行探討，以期待對我國鉆孔電視成像技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展有一定推動作用。

2 電視成像系統(tǒng)成像方法原理

早期的電視探頭光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計只限于向下的廣角拍攝，由于圓孔的扭曲效應(yīng)，根據(jù)拍攝畫面不能準(zhǔn)確確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)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(dǎo)向鏡反射環(huán)狀方法，這樣就可以采集到孔壁的清晰圖像環(huán)，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(huán)展開，即可供技術(shù)人員參考，光學(xué)成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于空氣和清水介質(zhì)中?，F(xiàn)在普遍應(yīng)用的另一種成像方法是聲波成像法，該方法通過發(fā)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(zhì)，因此這種方法克服了光學(xué)成像系統(tǒng)只能應(yīng)用在空氣介質(zhì)和清水介質(zhì)的弊端，但是當(dāng)泥漿比重大于1.1時會對聲波產(chǎn)生散射作用，成像質(zhì)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(shù)在工程勘測中的影響因素及準(zhǔn)

備工作

3.1 鉆孔電視成像技術(shù)的影響因素分析

當(dāng)前進行電視成像系統(tǒng)作業(yè)時得到的數(shù)據(jù)結(jié)果常包括有光學(xué)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(zhì)信息也不同，鉆孔的多樣性造就了地球物理測量現(xiàn)場的不同，所以在數(shù)據(jù)采集時鉆孔電視成像技術(shù)需要面對各種井場環(huán)境。

3.1.1 目標(biāo)鉆孔的現(xiàn)場環(huán)境

對鉆孔電視成像技術(shù)而言，在應(yīng)用該技術(shù)時需要對鉆孔所在環(huán)境的電場、磁場、地層介質(zhì)、構(gòu)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(shù)據(jù)對電視成像的精確性至關(guān)重要，尤其是對重點異?？锥胃有枰媪私鈦硖岣邷y試精度。

3.1.2 電磁環(huán)境

電視成像系統(tǒng)的探頭等設(shè)備易受井場周圍電磁場的干擾，在作業(yè)之前需要對電磁場進行標(biāo)定，并根據(jù)這些信息對成像數(shù)據(jù)進行校正處理。

3.1.3 鉆孔測量

在作業(yè)時需要對鉆孔位置參數(shù)中的高程和水平坐標(biāo)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(shù)據(jù)以及孔口套管數(shù)據(jù)的測量記錄。

3.1.4 洗孔及通孔

在放入探測設(shè)備之前還需要對鉆孔進行預(yù)處理，特別是在鉆探時鉆孔內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)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(yè)來為探頭創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

3.2 鉆孔電視成像技術(shù)的準(zhǔn)備工作

一般在鉆孔電視成像作業(yè)之前都要編制作業(yè)方案，明確任務(wù)、目的、技術(shù)方法以及實施步驟，它是整個施工的指導(dǎo)書，事關(guān)探測工作的成敗。在鉆孔電視成像設(shè)備安裝調(diào)試合適之后，可參照孔徑參數(shù)來調(diào)整探頭扶正器的大小來控制探頭在鉆孔內(nèi)的位置，成像探頭的行進速度、圖像聚焦環(huán)的窗口寬度以及聲波探頭內(nèi)的步進電機轉(zhuǎn)速可以依據(jù)圖像精度要求來決定。待所有的參數(shù)設(shè)定達(dá)到工作要求之后即可開始正式的數(shù)據(jù)采集了。

3.3 圖像采集過程中非正常成像問題探討

應(yīng)用電視成像技術(shù)的目的是獲取準(zhǔn)確可靠的圖像，但是有時在探測作業(yè)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(guī)程作業(yè)等原因造成非正常成像問題的出現(xiàn)。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(xué)成像探頭和聲波成像探頭中，磁北信號是成像的基準(zhǔn)，探頭在工作過程中將采集的數(shù)據(jù)按照磁北信號進行組織排列，如若磁力計失靈，經(jīng)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(nèi)，當(dāng)探頭到達(dá)鉆孔底部時，電視系統(tǒng)錄取的圖像在底部會呈現(xiàn)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(fā)現(xiàn)圖像不同程度的出現(xiàn)暗影或者畸變，這往往是由于探頭偏離孔軸中心所致，導(dǎo)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(xiàn)兩條暗影。

出現(xiàn)以上問題預(yù)示著成像質(zhì)量下降，需要及時對探頭位置等相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整。

4 鉆孔電視成像技術(shù)在病險水庫滲漏調(diào)查工程中

的應(yīng)用

近年來，我國的病險水庫數(shù)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(shù)可以更加有效、準(zhǔn)確的探測滲漏位置、原因，為水庫的滲漏調(diào)查和治理提供了技術(shù)支持。

在工程實際中鉆孔電視成像技術(shù)的作業(yè)基本流程如圖1所示。

現(xiàn)場的實時鉆孔電視成像作業(yè)過程：首先是成像系統(tǒng)的開機并初始化，對采集數(shù)據(jù)記錄參數(shù)和探頭記錄參數(shù)進行設(shè)定，然后點擊“開始”，系統(tǒng)對光學(xué)數(shù)據(jù)或聲波數(shù)據(jù)進行記錄，一段時間之后系統(tǒng)開始對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，此時在顯示器上開始成像顯示；與此同時系統(tǒng)對圖像進行壓縮保存，同時記錄的數(shù)據(jù)還包括鉆孔的方位數(shù)據(jù)、孔徑、深度等參數(shù)，作業(yè)過程中可以隨時對探頭行進速度、焦距、精度等進行調(diào)整，力求達(dá)到工程要求。

5 結(jié) 語

鉆孔電視成像技術(shù)是一項很有發(fā)展前途的工程探測技術(shù)，大力開展此技術(shù)的應(yīng)用研究和實踐，不斷完善該技術(shù)典型圖像的地質(zhì)解釋，并對采集的數(shù)據(jù)進行分類圖譜分析，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，形成按地質(zhì)巖體、工程地質(zhì)、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(fā)展途徑。

參考文獻(xiàn)：

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