双目井下成像监测系统在温泉地热井井筒完整性检测与病害治理中的应用研究

摘要

随着我国温泉康养文旅产业快速发展，大量温泉地热井投入长期开采运营。温泉地热水矿化度高、矿物质含量丰富，井筒长期服役过程中极易出现套管腐蚀破损、滤水管结垢堵塞、井壁裂隙涌水、井底沉砂淤积、井下落物等病害，直接造成温泉出水温度衰减、出水量下降、温泉水质恶化，严重制约温泉度假区可持续运营。传统抽水试验、水位水温监测仅能间接判断井筒故障，无法直观获取井筒内部真实病害图像，修井施工盲目性大、成本高、工期长。本文以北京鸿鸥成运Φ68 mm双目石油测井成像系统为核心监测设备，阐述双目立体成像硬件架构、17‑4PH高强度耐压外壳、双CMOS高清传感器成像原理，解析设备0‑7000 m超深井作业、70 MPa承压、‑20℃‑175℃超宽耐温区间核心性能参数。对比传统单目摄像设备二维成像缺陷定位偏差、缺少深度三维信息短板，探究双目立体视觉在温泉井套管裂纹识别、腐蚀坑深度测量、射孔/滤水管位置判定、井下落物三维精准定位的技术优势。结合华北某温泉度假区420 m温泉地热井工程实例，建立温泉井投产验收‑定期巡检‑故障排查‑洗井效果可视化验收标准化作业流程。研究结果表明，双目井下成像系统能够实现温泉井筒病害可视化、量化检测，大幅降低温泉地热井修井盲目施工成本，延长温泉井使用寿命，为温泉地热井长效运维、温泉文旅项目高质量开发提供可视化技术支撑。

关键词：温泉地热井；双目井下成像；井筒完整性；套管腐蚀；滤水管堵塞；温泉洗井验收；地热文旅康养；可视化测井

1 引言

地热资源作为清洁低碳可再生能源，近年来在温泉康养、文旅度假、供暖开发等领域得到大规模推广应用。温泉文旅产业依托地下热水资源打造温泉酒店、康养小镇、休闲度假区，已经成为国内文旅产业重要增长点。根据地热资源开发相关统计，我国已投入运营的温泉地热井数量超过万眼，多数温泉井开采年限达到5‑20年。温泉地下热水富含钙、镁、碳酸氢根、氯离子等多种腐蚀性离子，井筒套管、滤水管长期浸泡于高温矿化水中，会持续发生结垢、腐蚀、淤积等问题。井筒是地下热水向上输送的重要通道，井筒结构完整性直接决定温泉井出水能力、出水温度以及温泉项目运营寿命。

在温泉井运维管理实际工作当中，长期存在“重钻井、轻运维"的现象。当温泉度假区出现出水量下降、水温降低、出水浑浊等问题时，运维人员大多依靠水位监测、抽水试验、水质化验等间接手段推断故障位置。上述方法只能判断井筒是否出现故障，无法精准定位病害深度、病害类型、破损范围。传统修井作业缺少直观井下影像依据，经常出现盲目洗井、无效修井，不仅耗费大量资金，还有可能对套管造成二次损伤。随着可视化测井技术不断成熟，井下电视成像设备逐步被引入地热井检测领域。其中双目立体成像技术相较于传统单目环视成像，具备三维测距、病害深度定量测量的独特优势，能够对套管腐蚀坑、裂纹宽度、落物尺寸进行量化分析。

北京鸿鸥成运研发的Φ68mm双目井下成像系统，专为高温高压深井工况设计，耐温可达175℃，承压70MPa，能够满足绝大多数中深层高温温泉井内窥检测需求。本文围绕双目井下成像系统在温泉井筒完整性检测中的应用展开深入研究，分析温泉井常见病害成因，对比单目、双目成像技术优劣，结合现场工程案例形成一套可复制推广的温泉井可视化运维方案，为全国温泉度假区地热井长效管护提供技术参考。

2 温泉地热井常见井筒病害类型及危害分析

2.1 碳酸钙、硫酸钙矿物结垢堵塞

温泉热水中溶解大量碳酸氢钙，热水从深部上升至井筒时，压力下降、温度发生小幅变化，碳酸氢钙分解生成碳酸钙沉淀物，附着在滤水管缝隙、套管内壁。结垢属于温泉井普遍病害。结垢首先封堵滤水管过水缝隙，造成热水进水通道收窄，温泉出水量逐年衰减；结垢持续加厚后井筒有效内径缩小，水流阻力增大，水泵抽水效率下降，严重时可造成滤水管堵死，温泉井报废。结垢病害从井下滤水管段开始，逐步向上延伸，隐蔽性强，地面抽水数据很难早期识别。

2.2 井底沉砂淤积

温泉热储层多为砂岩、裂隙岩含水层，热水开采过程中会携带少量地层细砂进入井筒。长期抽水后，细砂不断在井底沉淀堆积，沉砂抬升滤水管底部位置，堵塞下部进水通道。沉砂严重时，砂面覆盖全部滤水管，温泉井出水量急剧下降。传统抽水试验只能发现水量减少，却无法判断沉砂厚度、沉砂顶面深度，清砂作业深度难以确定。

2.3 套管腐蚀、变形与破损

温泉水中氯离子、硫酸根离子含量较高，属于腐蚀性水体。钢制套管长期在高温腐蚀水环境下服役，内壁、外壁容易出现点状腐蚀坑、环状腐蚀带。腐蚀持续发展就会形成套管裂纹、孔洞。一旦套管破损，浅层冷水会顺着裂隙混入井筒，冷水与深部温泉热水混合，直接导致温泉出水温度大幅降低，造成温泉度假区运营损失。部分地热井在钻井施工后期，套管受地层应力挤压还会出现缩径、弯曲变形，下放水泵受阻。

2.4 井壁串水、裂隙涌水

地层存在多层含水层，浅层低温含水层与深部高温热储层之间依靠套管隔水。当套管出现破损，浅层冷水顺着破损位置涌入井筒，造成水温下降。这种病害隐蔽性最高，仅依靠水质、水温监测很难判断冷水涌入位置。

2.5 井下落物

温泉井维修、水泵检修作业过程中，螺栓、电缆接头、水泵配件等杂物不慎掉落井内，形成井下落物。落物卡在滤水管位置，堵塞过水通道，还会阻碍后期井下仪器、水泵下放。落物打捞必须精准掌握物体位置、尺寸，否则打捞作业极易失败。

上述各类井筒病害最终都会转化为温泉度假区经济损失。温泉井一旦出水衰减、水温下降，温泉酒店、康养项目客源会直接受到冲击，停工修井会造成高额停业损失。因此开展定期可视化巡检，早期识别井筒病害，提前开展预防性治理，是延长温泉井使用寿命经济有效的手段。

3 双目井下成像系统硬件组成与工作原理

3.1 系统整体硬件架构

北京鸿鸥成运Φ68mm双目井下成像成套系统主要由五大模块组成：主控显示控制箱、双目水下探头总成、铠装传输电缆、电动绞车卷线装置、深度编码器组件。主控箱搭载高亮遮阳显示屏，可实时显示井下画面、深度数值，具备录像、拍照、视频存储回放功能；双目水下探头外壳采用17‑4PH高强度不锈钢加工制造，具备强抗腐蚀能力，适配温泉高矿化度水体环境；探头搭载两路独立CMOS高清成像传感器，配置耐高温补光光源；铠装电缆自带抗拉钢丝，下放深度最大可达7000m；绞车配备自动计米滑轮，深度测量精度可达±0.1m，能够精准记录每一段影像对应的井下深度。整套设备可采用车载或野外便携作业模式，适合温泉度假区野外现场快速检测。

3.2 双目立体成像测量原理

双目视觉成像原理模拟人类双眼观测物体。两个摄像头保持固定间距同时拍摄井筒内壁同一位置的图像，主控系统对两幅图像像素进行匹配计算，根据视差原理解算出观测目标与探头之间的空间距离，实现井筒内壁三维重建与距离测量。在温泉井检测作业中，探头下放至病害位置后，系统即可直接测出腐蚀坑深度、裂缝宽度、井下落物外形尺寸，实现病害定量评估。而传统单目360°旋转井下电视只能获取二维平面图像，仅能看见病害，无法测量病害深度，修井方案只能依靠经验估算。

3.3 温泉井工况适配优化设计

温泉井下高温、高压、高矿化腐蚀环境对成像探头提出严苛要求。本系统17‑4PH不锈钢外壳耐蚀性能远优于普通304不锈钢，适合氯离子含量较高的温泉水体；光源、电路板全部按照‑20℃~175℃宽温区间进行元器件选型；密封结构采用多重耐高温氟橡胶密封件，杜绝热水渗入探头内部。70MPa承压能力可以覆盖国内绝大多数中深层温泉井水压条件。

4 双目成像与单目成像技术在温泉井检测中优缺点对比

单目360°旋转井下电视是目前浅层地热井检测常用设备，探头可以旋转环视360°井壁全貌，设备价格相对低廉，在200‑450m浅层低温温泉井当中应用广泛。但是单目成像属于二维成像，只能提供平面影像，无法测量腐蚀坑深度、裂纹宽度。当温泉井出现套管点状腐蚀时，单目画面无法区分浅表层腐蚀痕迹和已经穿透管壁的深腐蚀坑，存在病害误判风险。

双目井下成像系统除全景图像观测之外，额外增加三维测距定量检测功能。在高温中深层温泉井、病害较为严重的地热井检测工作中优势明显。在修井方案设计阶段，可以根据腐蚀坑深度数据判断套管剩余壁厚，科学评估套管安全等级；对井下落物进行尺寸测量，精准选择打捞工具；洗井完成之后，可以定量对比洗井前后结垢厚度变化，科学评价洗井效果。二者对比结果表明：浅层低温温泉井、仅需查看井筒是否堵塞，可选用电缆式单目成像设备；井深大于500m、井底温度高于80℃、套管腐蚀风险较高、需要病害定量检测的温泉井，优先选用双目立体成像系统。

5 工程案例应用分析

华北某康养温泉度假区地热井，完井深度420m，热储出水段位于340‑380m，温泉出水初始温度58℃，度假区投入运营8年。2024年温泉运营方发现，温泉出水量逐月下降，出水温度降低至51℃，温泉酒店热水供应压力不足。项目前期先后开展两次抽水洗井作业，水量短暂回升后很快再次衰减，两次修井均未查清根本故障原因。为查明井筒病害，度假区委托检测单位采用鸿鸥成运双目井下成像系统开展全井筒可视化检测。

检测作业当天，设备下放从井口直至井底420m，全程录制高清视频影像。井下影像结果显示，在352‑365m滤水管段碳酸钙结垢厚度较大，局部滤水缝隙已经被结垢封堵；同时在218m深度位置发现套管腐蚀孔洞，浅层低温地下水顺着孔洞涌入井筒，是温泉水温下降的直接诱因。依靠双目测距功能测得腐蚀坑最大深度2.1mm。根据检测结果，运维方制定靶向治理方案，对滤水管段开展高压旋转射流除垢，对套管腐蚀破损段实施套管修补作业。治理完成之后，再次下入双目成像系统复检，对比治理前后井下影像，结垢基本清除，破损套管修复到位。温泉井出水温度回升至57℃，出水量恢复至设计水平。本次检测避免了大范围盲目修井，节约维修费用约28万元，取得良好经济效益。

6 温泉井双目可视化检测标准化作业流程

结合项目实践，总结温泉地热井双目成像检测标准化流程：第一，检测前期准备，收集温泉井钻井档案、套管结构图、历史维修记录，检查绞车、电缆、探头设备状态；第二，井口安全防护，清理井口杂物，平稳下放探头，下放速度控制在5‑10m/min；第三，全井筒连续录像，从井底向上回放观测，重点观测滤水管段、套管接箍位置；第四，病害深度精准定位，对腐蚀、结垢、破损位置停留观测，启用双目测距测量病害参数；第五，检测结束后回收探头，导出视频影像，编制可视化检测报告，给出井筒健康评价与治理建议；第六，洗井或维修治理完成后，再次下入设备复检，验收治理效果。

7 结论与展望

温泉地热井井筒病害是制约温泉文旅项目长期运营的核心难题。双目井下立体成像监测系统凭借耐高温高压、三维定量测距的技术优势，能够直观查明套管腐蚀、滤水管堵塞、井下落物、冷水串流等各类井筒病害，为温泉井故障治理提供精准的数据支撑。工程案例证明，采用双目井下电视开展定期巡检，能够大幅降低温泉井盲目修井成本，延长地热井服役年限。未来随着温泉地热产业智慧化运维不断推进，双目可视化成像监测将与深井分层测温、数字孪生平台深度融合，构建温泉地热井全生命周期数字化监测体系，助力我国温泉康养产业高质量可持续发展。

参考文献

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[2] HJ 164‑2020,地下水环境监测技术规范[S].北京:中国环境科学出版社,2020.

[3] 刘建军.地热井套管腐蚀结垢机理及防治对策研究[J].水文地质工程地质,2021,48(3):156‑162.

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设备类关键词

井下电视成像、井下光学成像、分层测温线缆、深井测温系统、双目测井成像、自存储式井下探头、地下水监测设备、井下成像探头、耐高温测井线缆

技术工艺关键词

精准测井、井下可视化探测、井筒检测、分层温度监测、地热井洗井、井筒缺陷排查、地热含水层定位、深井耐压探测、井下立体成像

行业应用关键词

地热井运维、地热资源勘探、深层地热勘查、煤层气井探测、石油修井、地下水环境监测、废弃地热井排查、水源热泵勘查、中深层换热井检测