井下电视在地下水环境监测井调查中的应用

刘景兰，葛菲媛，石文学，李立伟，秦 磊，牛 磊

(天津市地质研究和海洋地质中心，天津 300170)

地下水环境监测井作为开展地下水环境监测工作的重要依托，其“健康状况”直接影响到监测结果的准确性。

井下电视是一种利用摄像头获取井下视频，通过电缆或光电复合缆(光缆)传输视频图像的成像测井设备[1]，正如胃镜等医疗检测仪器在医学影像检查中的应用一样，视频图像信息使得监测井问题一目了然[2-3]，非常适用于监测井“健康状况”的诊断。但目前的研究大多围绕着井下电视在油气田作业效果检查、油气井下事故勘察、气井堵塞诊断、地层岩性和岩石结构判断、断层和裂隙观测、夹层和岩溶探测及旧井修复等领域[4-10]，鲜少有人探讨在地下水环境监测井调查中的应用。为开展地下水环境监测井评估工作，进而充分利用现有监测井推进地下水环境监测网建设提供科学技术支撑。

1 工艺概述

1.1 基本原理

设备主机通过接收深度计数器传来的深度脉冲信号和探头传来的视频信号，将钻孔内实际情况进行实时视频录制和成图。深度计数器用来记录探头在钻孔内行进的深度，探头内带LED白光发光二极管和摄像机，用来摄取孔壁图像，获得的视频信号通过视频传输电缆传到主机。

1.2 主要参数及操作流程

采用的钻孔井下电视设备为 JL-IDOI(C)智能三维钻孔电视成像仪。2 000万像素宽视角全景彩色摄像头；探头直径为Φ22～100；深度精度可达0.1 mm；方位精度可达0.1(°)；可存贮约2 000 M数据。工作前须做好前期准备工作，如配备至少2名工作人员、选取合适的探头直径、定制长度适宜的电缆线、完成设备调试、确保井内无其他设备等。连接主机、电缆绕线架和光学探头开始工作，将摄像头放置井口中心位置、深度设为0并开始录像，人工缓慢下放摄像头并通过主机实时观察井内情况，发现异常情况可放慢速度或倒退重新观察以便获得可靠信息，摄像头进入水中后稍做停留以使图像更清晰，探头下至井底后，工作完成。保存视频和图像，回到室内下载传输到PC机上作进一步分析。工作现场照片见图1，井下电视主机屏幕见图2。

图1 工作现场

图2 井下电视主机屏幕

2 调查应用

2.1 井深、水位埋深及井斜测量

主机接收深度计数器传来的深度脉冲信号，可直接读取刚入水时刻(见图3)、到达井底时刻(见图4)的深度值来测量水位埋深和井深。

图3 探头入水时刻

图4 探头到达井底时刻

探头内置高精度电子罗盘，用来测量其所在位置的钻孔方位角和倾角，井底和井口处倾角之差为井斜。

2.2 滤水管位置及监测层位确定

井下电视可以识别井壁管、滤水管和沉淀管情况，判断监测井是否含有滤水管及滤水管的具体位置，将滤水管位置信息与含水层信息进行比较可确定监测层位，也可进一步判断监测井是否串层。可以完美解决建井资料不全无法了解井结构的问题。井壁管、滤水管、沉淀管识别图像见图5～6。

图5 井壁管、滤水管识别

图6 滤水管、沉淀管识别

2.3 井结构断裂识别

井下电视可识别井结构断裂、错位等情况，井结构横向断裂识别见图7，井结构纵向断裂识别见图8。

图7 井结构横向断裂识别

图8 井结构纵向断裂识别

由图7～8可见2眼监测井可能受周边施工影响，1眼横向断裂、1眼纵向断裂。需要注意的是，在识别井结构断裂时需观看视频，受平面展开图及放线速度等影响，图像文件有时难以识别断裂。

2.4 井水及井壁管清洁程度识别

井下电视在无水的井管中可清晰识别井结构，但进入水中图像会受水质影响，因此图像及视频可直观判断井水及井壁管清洁程度。井水清洁程度识别见图9，井管清洁程度识别见图10。

图9 井水清洁程度识别

图9(a)显示井水颜色呈橙黄色，图9(b)显示井水中有大量絮状物，图10(a)显示井壁管变为黑色(可能受微生物作用影响)，图10(b)显示井壁管附着大量铁屑。需要注意的是，在识别井水及井壁管清洁程度时需观看视频，图像文件有时较难判断是井壁管污浊还是井水浑浊。通过井水及井壁管清洁程度识别可直观反映地下水的水质情况，为地下水污染防治工作提供基础。

图10 井管清洁程度识别

2.5 井下异物识别

井下电视可识别井中异物及其所在位置，是异物打捞的关键。特别注意，在识别井下异物时需观看视频，图像文件有时难以识别异物。井下异物识别见图11。

图11 井下异物识别

2.6 成果储存与展示

规范科学的成果储存与展示是监测井调查工作的重要内容，井下电视的原始数据包括图像文件和视频文件。视频文件可直接用视频软件打开观看；图像文件需厂家提供的专门软件[IDOI2020(D).exe]进行处理，处理过程中建立数据库文件，最终导出PDF成果图。成果储存样式见图12，井下电视PDF成果见图13。

由图12可见，每眼监测井一个文件夹，文件夹中包括数据库、原始数据(视频文件和图像文件)和成果图3个文件夹，规范的文件存储格式方便搜索、查询、修改和管理等，可极大提高工作效率。图13中可见PDF成果图表头包括监测井基本信息、测井数据和调查记录，图像中标注滤水管、井壁管、沉淀管位置、断裂、异物等，一张图可清晰了解井的基本状况。

图12 成果储存样式

图13 井下电视PDF成果

3 井下电视存在的问题及解决方式

1)玻璃罩起雾。受井内外气温差的影响，冬季有时出现此现象，工作之前将探头放入井水中片刻，雾会散去。

2)图像和视频质量受放线速度影响，放线速度过快会导致图像和视频不清晰，工作前务必培训调查人员，掌握操作技能。

3)探头可360(°)拍摄四周及一定范围的下方情况，无法完全拍摄到正下方，会存在探头卡住但原因未知的情况；另外目前判断探头是否到达井底，是综合视频和丰富的野外经验(放线手感及观察井底反淤等)判断，如可完全拍摄正下方，可直观判断是否到达井底。

4)井水或井壁管清洁度差，将无法识别滤水管位置。该问题一直是井下电视较难克服的问题，有通过喷水来驱污的研究，但喷水会影响原生地下水质量。建议优先开展地下水质量调查或地下水污染防治等工作，待工作结束后，安全科学地抽干井内水或清洁井壁管等，随后立即开展井结构探查工作，如井壁管清洁度差，应该采用清洁化学法等。

4 结 论

1)井下电视操作简便，可提供直观的图像和视频文件，在地下水环境监测井调查中可测量井深、水位埋深及井斜，确定滤水管位置及监测层位，识别井结构断裂、井下异物、井水及井壁管清洁程度，是一种多功能、高精度和高效率的工作手段，值得推广应用。

2)利用井下电视探查成果，可以直观准确地对监测井的“健康状况”进行诊断，为监测井评估和维护工作提供重要资料。

3)规范化、科学化井下电视的成果储存与展示可作为监测井档案中重要的组成，是监测井管理工作的基础。