劉景蘭，葛菲媛，石文學(xué)，李立偉，秦 磊，牛 磊

(天津市地質(zhì)研究和海洋地質(zhì)中心，天津 300170)

地下水環(huán)境監(jiān)測井作為開展地下水環(huán)境監(jiān)測工作的重要依托，其“健康狀況”直接影響到監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

井下電視是一種利用攝像頭獲取井下視頻，通過電纜或光電復(fù)合纜(光纜)傳輸視頻圖像的成像測井設(shè)備[1]，正如胃鏡等醫(yī)療檢測儀器在醫(yī)學(xué)影像檢查中的應(yīng)用一樣，視頻圖像信息使得監(jiān)測井問題一目了然[2-3]，非常適用于監(jiān)測井“健康狀況”的診斷。但目前的研究大多圍繞著井下電視在油氣田作業(yè)效果檢查、油氣井下事故勘察、氣井堵塞診斷、地層巖性和巖石結(jié)構(gòu)判斷、斷層和裂隙觀測、夾層和巖溶探測及舊井修復(fù)等領(lǐng)域[4-10]，鮮少有人探討在地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查中的應(yīng)用。為開展地下水環(huán)境監(jiān)測井評估工作，進而充分利用現(xiàn)有監(jiān)測井推進地下水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)提供科學(xué)技術(shù)支撐。

1 工藝概述

1.1 基本原理

設(shè)備主機通過接收深度計數(shù)器傳來的深度脈沖信號和探頭傳來的視頻信號，將鉆孔內(nèi)實際情況進行實時視頻錄制和成圖。深度計數(shù)器用來記錄探頭在鉆孔內(nèi)行進的深度，探頭內(nèi)帶LED白光發(fā)光二極管和攝像機，用來攝取孔壁圖像，獲得的視頻信號通過視頻傳輸電纜傳到主機。

1.2 主要參數(shù)及操作流程

采用的鉆孔井下電視設(shè)備為 JL-IDOI(C)智能三維鉆孔電視成像儀。2 000萬像素寬視角全景彩色攝像頭；探頭直徑為Φ22～100；深度精度可達0.1 mm；方位精度可達0.1(°)；可存貯約2 000 M數(shù)據(jù)。工作前須做好前期準(zhǔn)備工作，如配備至少2名工作人員、選取合適的探頭直徑、定制長度適宜的電纜線、完成設(shè)備調(diào)試、確保井內(nèi)無其他設(shè)備等。連接主機、電纜繞線架和光學(xué)探頭開始工作，將攝像頭放置井口中心位置、深度設(shè)為0并開始錄像，人工緩慢下放攝像頭并通過主機實時觀察井內(nèi)情況，發(fā)現(xiàn)異常情況可放慢速度或倒退重新觀察以便獲得可靠信息，攝像頭進入水中后稍做停留以使圖像更清晰，探頭下至井底后，工作完成。保存視頻和圖像，回到室內(nèi)下載傳輸?shù)絇C機上作進一步分析。工作現(xiàn)場照片見圖1，井下電視主機屏幕見圖2。

圖1 工作現(xiàn)場

圖2 井下電視主機屏幕

2 調(diào)查應(yīng)用

2.1 井深、水位埋深及井斜測量

主機接收深度計數(shù)器傳來的深度脈沖信號，可直接讀取剛?cè)胨畷r刻(見圖3)、到達井底時刻(見圖4)的深度值來測量水位埋深和井深。

圖3 探頭入水時刻

圖4 探頭到達井底時刻

探頭內(nèi)置高精度電子羅盤，用來測量其所在位置的鉆孔方位角和傾角，井底和井口處傾角之差為井斜。

2.2 濾水管位置及監(jiān)測層位確定

井下電視可以識別井壁管、濾水管和沉淀管情況，判斷監(jiān)測井是否含有濾水管及濾水管的具體位置，將濾水管位置信息與含水層信息進行比較可確定監(jiān)測層位，也可進一步判斷監(jiān)測井是否串層?？梢酝昝澜鉀Q建井資料不全無法了解井結(jié)構(gòu)的問題。井壁管、濾水管、沉淀管識別圖像見圖5～6。

圖5 井壁管、濾水管識別

圖6 濾水管、沉淀管識別

2.3 井結(jié)構(gòu)斷裂識別

井下電視可識別井結(jié)構(gòu)斷裂、錯位等情況，井結(jié)構(gòu)橫向斷裂識別見圖7，井結(jié)構(gòu)縱向斷裂識別見圖8。

圖7 井結(jié)構(gòu)橫向斷裂識別

圖8 井結(jié)構(gòu)縱向斷裂識別

由圖7～8可見2眼監(jiān)測井可能受周邊施工影響，1眼橫向斷裂、1眼縱向斷裂。需要注意的是，在識別井結(jié)構(gòu)斷裂時需觀看視頻，受平面展開圖及放線速度等影響，圖像文件有時難以識別斷裂。

2.4 井水及井壁管清潔程度識別

井下電視在無水的井管中可清晰識別井結(jié)構(gòu)，但進入水中圖像會受水質(zhì)影響，因此圖像及視頻可直觀判斷井水及井壁管清潔程度。井水清潔程度識別見圖9，井管清潔程度識別見圖10。

圖9 井水清潔程度識別

圖9(a)顯示井水顏色呈橙黃色，圖9(b)顯示井水中有大量絮狀物，圖10(a)顯示井壁管變?yōu)楹谏?可能受微生物作用影響)，圖10(b)顯示井壁管附著大量鐵屑。需要注意的是，在識別井水及井壁管清潔程度時需觀看視頻，圖像文件有時較難判斷是井壁管污濁還是井水渾濁。通過井水及井壁管清潔程度識別可直觀反映地下水的水質(zhì)情況，為地下水污染防治工作提供基礎(chǔ)。

圖10 井管清潔程度識別

2.5 井下異物識別

井下電視可識別井中異物及其所在位置，是異物打撈的關(guān)鍵。特別注意，在識別井下異物時需觀看視頻，圖像文件有時難以識別異物。井下異物識別見圖11。

圖11 井下異物識別

2.6 成果儲存與展示

規(guī)范科學(xué)的成果儲存與展示是監(jiān)測井調(diào)查工作的重要內(nèi)容，井下電視的原始數(shù)據(jù)包括圖像文件和視頻文件。視頻文件可直接用視頻軟件打開觀看；圖像文件需廠家提供的專門軟件[IDOI2020(D).exe]進行處理，處理過程中建立數(shù)據(jù)庫文件，最終導(dǎo)出PDF成果圖。成果儲存樣式見圖12，井下電視PDF成果見圖13。

由圖12可見，每眼監(jiān)測井一個文件夾，文件夾中包括數(shù)據(jù)庫、原始數(shù)據(jù)(視頻文件和圖像文件)和成果圖3個文件夾，規(guī)范的文件存儲格式方便搜索、查詢、修改和管理等，可極大提高工作效率。圖13中可見PDF成果圖表頭包括監(jiān)測井基本信息、測井?dāng)?shù)據(jù)和調(diào)查記錄，圖像中標(biāo)注濾水管、井壁管、沉淀管位置、斷裂、異物等，一張圖可清晰了解井的基本狀況。

圖12 成果儲存樣式

圖13 井下電視PDF成果

3 井下電視存在的問題及解決方式

1)玻璃罩起霧。受井內(nèi)外氣溫差的影響，冬季有時出現(xiàn)此現(xiàn)象，工作之前將探頭放入井水中片刻，霧會散去。

2)圖像和視頻質(zhì)量受放線速度影響，放線速度過快會導(dǎo)致圖像和視頻不清晰，工作前務(wù)必培訓(xùn)調(diào)查人員，掌握操作技能。

3)探頭可360(°)拍攝四周及一定范圍的下方情況，無法完全拍攝到正下方，會存在探頭卡住但原因未知的情況；另外目前判斷探頭是否到達井底，是綜合視頻和豐富的野外經(jīng)驗(放線手感及觀察井底反淤等)判斷，如可完全拍攝正下方，可直觀判斷是否到達井底。

4)井水或井壁管清潔度差，將無法識別濾水管位置。該問題一直是井下電視較難克服的問題，有通過噴水來驅(qū)污的研究，但噴水會影響原生地下水質(zhì)量。建議優(yōu)先開展地下水質(zhì)量調(diào)查或地下水污染防治等工作，待工作結(jié)束后，安全科學(xué)地抽干井內(nèi)水或清潔井壁管等，隨后立即開展井結(jié)構(gòu)探查工作，如井壁管清潔度差，應(yīng)該采用清潔化學(xué)法等。

4 結(jié) 論

1)井下電視操作簡便，可提供直觀的圖像和視頻文件，在地下水環(huán)境監(jiān)測井調(diào)查中可測量井深、水位埋深及井斜，確定濾水管位置及監(jiān)測層位，識別井結(jié)構(gòu)斷裂、井下異物、井水及井壁管清潔程度，是一種多功能、高精度和高效率的工作手段，值得推廣應(yīng)用。

2)利用井下電視探查成果，可以直觀準(zhǔn)確地對監(jiān)測井的“健康狀況”進行診斷，為監(jiān)測井評估和維護工作提供重要資料。

3)規(guī)范化、科學(xué)化井下電視的成果儲存與展示可作為監(jiān)測井檔案中重要的組成，是監(jiān)測井管理工作的基礎(chǔ)。