基金項(xiàng)目：中國(guó)石油工程技術(shù)研究院有限公司產(chǎn)業(yè)基金項(xiàng)目“連續(xù)管作業(yè)分析軟件”（CPETCY202308）；中石油江漢機(jī)械研究所有限公司科研項(xiàng)目“井下可視化定量分析系統(tǒng)研究”（2022JJYSJ004）。

湯清源，房偉，劉統(tǒng)亮，等.連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究132-137

Tang Qingyuan，F(xiàn)ang Wei，Liu Tongliang，et al.Research on coiled tubing downhole television operation and fracturing sand injection evaluation system132-137

國(guó)內(nèi)外油氣田開采過程中，針對(duì)頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣體積壓裂，需要對(duì)壓裂體系效果和產(chǎn)能進(jìn)行輔助評(píng)價(jià)，利用井下電視獲取井下靜態(tài)圖像或運(yùn)動(dòng)圖像，可以直接視覺呈現(xiàn)井內(nèi)真實(shí)狀況，利用軟件定量分析炮眼個(gè)數(shù)及尺寸，在壓裂后產(chǎn)層評(píng)價(jià)應(yīng)用領(lǐng)域具有其他測(cè)井手段所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。針對(duì)連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂后需計(jì)算進(jìn)砂量、進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)的問題，研發(fā)了連續(xù)管井下電視作業(yè)地面配套設(shè)備，包含鉆磨、洗井和井下電視測(cè)井3種重要組成工藝及其井下工具配套方案。采用Python+OpenCV識(shí)別技術(shù)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定、圖像增強(qiáng)、偏心矯正等圖像預(yù)處理模塊開發(fā)，同時(shí)利用YOLOv5+Deepsort神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成了特征目標(biāo)檢測(cè)及跟蹤技術(shù)，并結(jié)合炮眼沖蝕理論及進(jìn)砂量分析，使用C#開發(fā)了一套含基礎(chǔ)組件、炮眼定量分析工程、報(bào)告輸出為一體的壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化、定量分析算法。研究結(jié)果可為頁(yè)巖油氣產(chǎn)能評(píng)價(jià)提供一定技術(shù)支撐。

連續(xù)管；井下電視；壓裂；進(jìn)砂評(píng)價(jià)；系統(tǒng)研究

TE377

A

017

Research on Coiled Tubing Downhole Television Operation

and Fracturing Sand Injection Evaluation System

Tang Qingyuan1" Fang Wei2" Liu Tongliang3" Du Yucheng1" Gai Zhiliang1" Yuan Xiang1" Liang Jianlong1

（1.Jianghan Machinery Research Institute Limited Company of CNPC;2.CCDC Downhole Service Company；3.Hainan Branch of CNOOC （China） Co.，Ltd.）

Volume fracturing is often conducted for shale oil and shale gas in the process of oil and gas field development both in China and other countries，and auxiliary evaluation needs to be performed on the fracturing system effect and deliverability.The use of downhole television to obtain downhole static or kinetic images can directly visually present the real situation in the well，and the use of software to quantitatively analyze the number and size of perforations has unique advantages in the post-fracturing pay formation evaluation that other logging methods do not have.In order to address the issues such as coiled tubing downhole television operation，calculation of sand injection volume and deliverability evaluation after fracturing，a set of coiled tubing downhole television operation ground supporting equipment was developed，including 3 important technologies of milling，flushing and downhole television logging as well as downhole tool supporting scheme.The python+OpenCV recognition technology was used to develop image preprocessing modules such as camera calibration，image enhancement and eccentricity correction.Meanwhile，the YOLOv5+Deepsort neural network was used to form feature object detection and tracking technology；finally，combined with perforation erosion theory and sand injection volume analysis，the C# was used to develop a set of fracturing sand injection evaluation system including basic components，perforation quantitative analysis project and report output.The research results provide certain technical support for the evaluation of shale oil and gas deliverability.

coiled tubing；downhole television；fracturing；sand injection evaluation；system study

0" 引" 言

近年來，隨著圖像傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，井下電視技術(shù)能獲取的視頻和圖像信息越來越多，加上可視化技術(shù)和計(jì)算機(jī)性能的大幅提升，井下電視技術(shù)逐漸成為了一種常規(guī)的油井診斷手段［1-3］。利用井下電視進(jìn)行水平段炮眼及井筒監(jiān)測(cè)分析，視頻錄制時(shí)間長(zhǎng)達(dá)多個(gè)小時(shí)，人工尋找特征位置工作量巨大，且容易遺漏目標(biāo)點(diǎn)。而利用智能算法圖像識(shí)別快速定位，能大幅降低工作時(shí)間［4-5］。同時(shí)該算法可對(duì)獲取的井下靜態(tài)或運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行定量分析，針對(duì)頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣壓裂前基質(zhì)炮眼和壓裂后同相位炮眼定量對(duì)比，如深度、面積、直徑、炮眼圓形度、孔眼磨蝕等參數(shù)可以分析壓裂段、簇、孔的進(jìn)砂量，進(jìn)而評(píng)價(jià)壓裂效果，在壓后產(chǎn)層評(píng)價(jià)應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)［6-7］。

基于此，結(jié)合連續(xù)管coiled lubing，CT及其作業(yè)裝備、井下電視工具，以連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)系統(tǒng)為研究?jī)?nèi)容，形成連續(xù)管井下電視作業(yè)工藝、工具配套方案，實(shí)現(xiàn)可視化特征識(shí)別、定量分析算法，并開發(fā)智能定量分析模塊，為壓裂后產(chǎn)能評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐［8-10］。

湯清源，等：連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究

1" 連續(xù)管井下電視技術(shù)

基于壓裂后效果評(píng)價(jià)需要，對(duì)壓后炮眼尺寸等關(guān)鍵參數(shù)可通過井下電視測(cè)井獲得。井下電視測(cè)井是利用連續(xù)管將井下電視送入目的層位，采用上拖/下放的方式對(duì)套管炮眼等特征進(jìn)行拍攝測(cè)量的測(cè)井工藝技術(shù)。該技術(shù)可分為鉆磨、洗井和井下電視測(cè)井作業(yè)3個(gè)重要組成部分，作業(yè)前進(jìn)行設(shè)備擺放、防噴器測(cè)試、連續(xù)管插管、連接器測(cè)試。其基礎(chǔ)井場(chǎng)配套裝備如表1所示。

1.1" 鉆磨工藝工具

應(yīng)用鉆磨工藝在提高井下電視工具串下入能力的同時(shí)，還能提高套管壁清潔度。該工具串從上至下連接，其明細(xì)如表2所示。

鉆磨作業(yè)工藝步驟如下。①入井前計(jì)數(shù)器清零，并記錄清零時(shí)工具位置。②緩慢下入連續(xù)管，過井口時(shí)速度＜5 m/min；50 m以下觀察設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，待正常后，直井段速度控制在20 m/min以內(nèi)，每500 m提拉測(cè)試一次。③下至造斜點(diǎn)后，啟動(dòng)泵車進(jìn)行泵注，排量0.36～0.45 m3/min；地面

流程使用7～10 mm油嘴控壓放噴（根據(jù)井口壓力更換），井口回壓與關(guān)井壓力基本一致。④如若遇阻則加壓5～10 kN，并做好記錄；上提10 m開泵，待泵壓排量、出口排量（出口排量略大于泵車排量）穩(wěn)定后繼續(xù)下放。⑤通井至人工井底，循環(huán)洗井后上提連續(xù)管至井口。

1.2" 洗井工藝及工具

為保證測(cè)井視頻質(zhì)量，需進(jìn)行洗井作業(yè)，保證返出液體濁度達(dá)到井下電視測(cè)井需求。其工具串從上至下連接如表3所示。

洗井工藝步驟如下：①更換沖洗工具串，入井前計(jì)數(shù)器清零，并記錄清零時(shí)工具位置；②緩慢下入連續(xù)管，根據(jù)返排液樣控制連續(xù)管下入速度；③工具下入到達(dá)測(cè)量段底部位置以下100 m后，在連續(xù)管做好記號(hào)；④切換酸液，以0.36～0.45 m3/min排量泵注10%～15% HCl酸液7 m3，泵注完畢后，切換清水頂替酸液，頂替出井筒內(nèi)所有酸液；⑤循環(huán)清水替換1～2個(gè)井筒容積，洗井期間，檢查返排液情況，使返出液體透明度清澈（濁度≤10 NTU）；⑥由井下電視測(cè)井工程師確認(rèn)返排液是否滿足施工條件，滿足后上提連續(xù)管至井口；⑦繼續(xù)用清水循環(huán)洗凈至井口，在井口位置大排量反復(fù)沖洗2～3次，確保清除井口附近油脂，然后關(guān)井。

1.3" 井下電視測(cè)井工藝及工具

井況達(dá)到要求后，進(jìn)行井下電視測(cè)井作業(yè)。其作業(yè)工具串連接從上至下如表4所示。

包含：測(cè)井工具短節(jié)、扶正器、存儲(chǔ)通信工具、轉(zhuǎn)接頭、扶正器、電池筒

井下電視測(cè)井工藝步驟如下。①更換測(cè)井工具串，用表活劑均勻涂抹并覆蓋鏡頭表面，停留2 min左右，再用纖維布仔細(xì)擦拭干凈。②同步測(cè)井與連續(xù)管作業(yè)機(jī)系統(tǒng)時(shí)間，深度對(duì)零。③下放油管速度控制在3 m/min以內(nèi)，密切觀察懸重變化。④入井15 m后停止，上提查看鏡頭清潔無油脂;再次入井，如果鏡頭不清潔，則重新清洗井口后，再入井。⑤下放連續(xù)管速度15 m/min；管內(nèi)泵注清水，泵注排量200 L/min，環(huán)空泵注清水，排量500 L/min。⑥下放至測(cè)井段起始位置，提高環(huán)空泵排量至800 L/min，上提15 m；再次下放至測(cè)井段起始位置；管內(nèi)循環(huán)清水，泵排量200 L/min；環(huán)空泵注清水，泵排量500 L/min；速度5 m/min 開始下測(cè)，啟動(dòng)前掃測(cè)井，測(cè)量至測(cè)量段底部。⑦測(cè)量結(jié)束后環(huán)空停泵，連續(xù)管繼續(xù)一邊洗井，一邊上提；注意泵排量控制，上提至測(cè)量端上方400 m以上，連續(xù)管停泵上提工具至井口。測(cè)井作業(yè)完成。

2" 可視化壓裂進(jìn)砂分析

針對(duì)井下電視測(cè)井作業(yè)觀察到射孔后的炮眼，利用算法進(jìn)行特征識(shí)別以及參數(shù)定量化分析，可對(duì)射孔后炮眼與基值炮眼相關(guān)參數(shù)對(duì)比，評(píng)估射孔幾何形狀、尺寸、空間分布，指導(dǎo)后續(xù)相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行壓裂后的產(chǎn)能分析。

2.1" 炮眼識(shí)別分析

利用Python+OpenCV的圖像識(shí)別技術(shù)，開發(fā)相機(jī)標(biāo)定模塊用于確定攝像頭標(biāo)定參數(shù)，去掉圖片邊緣球形部分，為后期定量基準(zhǔn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。圖像增強(qiáng)模塊針對(duì)井下環(huán)境復(fù)雜、照明條件不佳，修正算法改善圖片的對(duì)比度（對(duì)缺失光照的地方進(jìn)行補(bǔ)光增強(qiáng)，而對(duì)光照充足的區(qū)域影響較?。?，提高識(shí)別率。偏心矯正模塊用于應(yīng)對(duì)攝像機(jī)在井下采集視頻時(shí)，存在的攝像機(jī)中軸線不在管道中心，導(dǎo)致后續(xù)圖像展開失真，進(jìn)而產(chǎn)生射孔定量測(cè)量誤差等問題。因此通過算法校正為同心圓環(huán)，后續(xù)進(jìn)行圖像展開分析，圖像展開模塊將俯視圖（圓環(huán)圖）轉(zhuǎn)換為井筒側(cè)壁視角正視圖片。利用最小二乘法擬合得到徑向畸變參數(shù)，對(duì)展開圖像進(jìn)行徑向畸變校正，提高側(cè)壁的射孔尺寸測(cè)量精度。同時(shí)利用YOLOv5+Deepsort神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成了特征目標(biāo)檢測(cè)+跟蹤（炮眼識(shí)別跟蹤）技術(shù)。試驗(yàn)視頻分析示意如圖1、圖2所示。

2.2" 進(jìn)砂量評(píng)價(jià)

由文獻(xiàn)［11］可知，炮眼的磨損由炮眼壁與壓裂液中支撐劑動(dòng)能交換所造成，其分為2個(gè)階段：①初期砂沖蝕炮眼周邊，導(dǎo)致其圓滑，在整個(gè)壓裂周期內(nèi)時(shí)間較短，該過程中的進(jìn)砂量可忽略不計(jì)；②后續(xù)穩(wěn)定過程中持續(xù)進(jìn)砂沖蝕擴(kuò)眼。

考慮對(duì)段內(nèi)進(jìn)砂量進(jìn)行分析：

MS=γAe（1）

式中：MS為進(jìn)砂量，kg；γ為沖蝕系數(shù)，kg/m2；Ae為沖蝕面積，m2。

其中對(duì)段內(nèi)單個(gè)炮眼進(jìn)行分析時(shí)，可以考慮劃分其處于飽壓、過壓、欠壓3個(gè)狀態(tài)［12-13］：

欠壓" Slt;S（2）

飽壓" S≤S≤nS（3）

過壓" S＞nS（4）

式中：S為炮眼進(jìn)砂量，kg；S為段內(nèi)炮眼平均進(jìn)砂量，kg；n為系數(shù)，無量綱。

分析段內(nèi)壓裂改造效果可用均布指數(shù)計(jì)算［13］：

X=σsAes（5）

其中

σs=" ∑Ni=1（Mc-Mc）2N（6）

式中：X為均布指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)；σs為簇進(jìn)砂量總體標(biāo)準(zhǔn)差，kg；Aes為段內(nèi)平均沖蝕面積，m2；Mc為段內(nèi)某一簇進(jìn)砂量，kg；Mc為段內(nèi)簇平均進(jìn)砂量，kg；N為段內(nèi)簇?cái)?shù)，個(gè)。

基于公式分析，通過算法定量分析段內(nèi)炮眼的深度、面積、相位、所在段總孔數(shù)、所在相位基值炮眼平均面積、設(shè)計(jì)砂量、返排砂量，可以進(jìn)行段內(nèi)炮眼沖蝕面積、炮眼狀態(tài)、進(jìn)砂量分析及壓裂評(píng)價(jià)。

3" 評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Python+C#開發(fā)出一套含基礎(chǔ)組件（井身結(jié)構(gòu)、工具串、壓裂設(shè)置、視頻）、炮眼定量分析工程（炮眼識(shí)別、標(biāo)記、炮眼參數(shù)顯示等）、報(bào)告輸出（可選擇不同組件、分析項(xiàng)輸出）為一體的連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)系統(tǒng)。其主界面如圖3所示。

3.1" 基礎(chǔ)功能模塊設(shè)計(jì)

該評(píng)價(jià)系統(tǒng)基礎(chǔ)功能模塊設(shè)計(jì)主要包含：井身結(jié)構(gòu)、工具串、壓裂數(shù)據(jù)、視頻等功能模塊。其中井身結(jié)構(gòu)的編輯需要進(jìn)行井身基本信息、井筒結(jié)構(gòu)、測(cè)斜數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)設(shè)置，如圖4所示，作為壓裂示意圖形化的基礎(chǔ)。

工具串的編輯需要進(jìn)行射孔槍的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，如圖5所示，作為后續(xù)識(shí)別井下炮眼對(duì)比分析的基礎(chǔ)。

壓裂設(shè)置的編輯需要針對(duì)施工設(shè)計(jì)每段的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置（見圖6），作為后續(xù)壓裂評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

視頻的編輯需要導(dǎo)入井下電視作業(yè)采集到的井內(nèi)視頻，作為整個(gè)系統(tǒng)的分析基礎(chǔ)，如圖7所示。

3.2" 定量分析設(shè)計(jì)

完成基礎(chǔ)功能配置后，針對(duì)配置的輸入是否包含基值炮眼數(shù)據(jù)和壓裂數(shù)據(jù)，可以分成4種不同情況進(jìn)行分析，如圖8所示。

當(dāng)配置包含基值炮眼數(shù)據(jù)和壓裂數(shù)據(jù)時(shí)，可以進(jìn)行“設(shè)計(jì)-識(shí)別炮眼數(shù)據(jù)對(duì)比”、“炮眼數(shù)據(jù)分析”、“段內(nèi)數(shù)據(jù)分析”、“段簇孔”、“炮眼狀態(tài)”、“相位分布”、“跟傾趾傾對(duì)比”、“孔進(jìn)砂量分布”等參數(shù)分析（見圖9）。當(dāng)輸入缺少相關(guān)配置時(shí)，對(duì)應(yīng)缺少輸出參數(shù)分析。

3.3" 評(píng)價(jià)報(bào)告輸出

基于基礎(chǔ)功能模塊的配置以及定量分析的計(jì)算輸出，可以進(jìn)行連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)的報(bào)告輸出配置。評(píng)價(jià)報(bào)告由技術(shù)人員對(duì)施工參數(shù)和分析結(jié)果的匯總統(tǒng)一輸出，有利于優(yōu)化完善施工設(shè)計(jì)方案。

4" 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）基于OpenCV的圖像識(shí)別技術(shù)，開發(fā)了井下視頻圖片預(yù)處理模塊，并利用YOLOv5+Deepsort神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成了特征目標(biāo)檢測(cè)及跟蹤技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)合施工設(shè)計(jì)相關(guān)輸入，視頻分析輸出參數(shù)，進(jìn)行連續(xù)管井下電視作業(yè)及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)的報(bào)告輸出，可助力作業(yè)人員施工優(yōu)化。

（2）連續(xù)管井下電視作業(yè)地面設(shè)備配套、井下工具配置、工藝流程及壓裂進(jìn)砂評(píng)價(jià)系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)。但由于目前作業(yè)量低，帶入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)量較少，導(dǎo)致的識(shí)別率、識(shí)別精度較低等問題仍需不斷優(yōu)化。

（3）井下電視作業(yè)工藝較為復(fù)雜，因此應(yīng)考慮工具兼容性，與其他儀器相互銜接實(shí)現(xiàn)一趟測(cè)，同時(shí)可視化井筒條件對(duì)液體要求較高，后續(xù)如何進(jìn)行局部清洗等問題，是降本增效的需求。

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第一湯清源，高級(jí)工程師，生于1979年，2002年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事連續(xù)管技術(shù)研發(fā)工作。地址：（434000）湖北省荊州市。email：wsjc@china.com。2023-11-28南麗華