[发明专利]一种井下摄像仪及其镜头玻璃的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油测井技术领域，特别涉及一种井下摄像仪及其镜头玻璃的设计方法。

背景技术

井下摄像仪是一种应用可见光摄像机查看油、气、水井的测试仪器，通过该仪器可以直接观测被测井的套管破损、套管错断、井下落物、射孔质量、注水见效方向等情况。井下摄像仪利用灯光照亮井下空间，灯光需要透过井下摄像仪照亮井筒；井下摄像仪利用摄像头摄录井下的环境，捕捉井下图像，因此井下摄像仪的前部必须采用可透光的材料制成，通常采用石英玻璃，由于石英玻璃的承压能力与金属材质有较大差别，因此需要对镜头玻璃进行专门的设计；同时镜头玻璃的设计不光考虑承压问题，更重要的是在结构尺寸确定情况下，满足耐压指标后是否会产生灯光污染的情况，也是设计时需要考虑的重要因素。但现有的没有一种镜头玻璃的设计方法，使得设计后的镜头玻璃同时满足仪器耐压和光学隔离的要求，从而使采用设计出的镜头玻璃的井下摄像仪能正常应用于油井井下摄像。

发明内容

本发明实施例提供了一种井下摄像仪镜头玻璃的设计方法，使得设计后的镜头玻璃同时满足仪器耐压和光学隔离的要求。该设计方法包括：

将所述井下摄像仪的镜头玻璃和灯光玻璃设计为同一块玻璃：

根据镜头玻璃的最大承压半径确定镜头玻璃的许用厚度；

根据灯光的内径、镜头玻璃的许用厚度、空气的折射率、玻璃的折射率和水的折射率，确定灯光的出射半径；

将满足灯光的出射半径大于等于摄像头外径条件的镜头玻璃确定为井下摄像仪的镜头玻璃。

在一个实施例中，该设计方法还包括：

当灯光的出射半径小于摄像头外径时，判断井下摄像仪的内径能否改变，若能改变，确定改变后的摄像头外径、改变后的灯光的内径和改变后的镜头玻璃的最大承压半径；

根据改变后的镜头玻璃的最大承压半径确定镜头玻璃的许用厚度；

根据改变后的灯光的内径、镜头玻璃的许用厚度、空气的折射率、玻璃的折射率和水的折射率，确定灯光的出射半径；

将满足灯光的出射半径大于等于摄像头外径条件的镜头玻璃确定为井下摄像仪的镜头玻璃。

在一个实施例中，该设计方法还包括：

当井下摄像仪的内径不能改变时，判断灯光的内径和摄像头外径能否改变，若能够改变，确定改变后的摄像头外径、改变后的灯光的内径和改变后的镜头玻璃的最大承压半径；

根据改变后的镜头玻璃的最大承压半径确定镜头玻璃的许用厚度；

根据改变后的灯光的内径、镜头玻璃的许用厚度、空气的折射率、玻璃的折射率和水的折射率，确定灯光的出射半径；

将满足灯光的出射半径大于等于摄像头外径条件的镜头玻璃确定为井下摄像仪的镜头玻璃。

在一个实施例中，该设计方法还包括：

当灯光的内径和摄像头外径均不能改变时，将所述井下摄像仪的摄像头玻璃和灯光玻璃设计为不同块玻璃：

根据镜头玻璃的最大承压半径确定镜头玻璃的许用厚度；

根据灯光玻璃的最大承压半径确定灯光玻璃的许用厚度。

在一个实施例中，所述根据镜头玻璃的最大承压半径确定镜头玻璃的许用厚度，具体按照如下公式计算：

其中，[σ]为镜头玻璃的许用拉应力，MPa；

t为镜头玻璃的许用厚度，mm；

q_b为井下摄像仪受到的外部压力，MPa；

a为镜头玻璃的最大承压半径，mm。

在一个实施例中，所述根据灯光的内径、镜头玻璃的许用厚度、空气的折射率、玻璃的折射率和水的折射率，确定灯光的出射半径，按照如下公式计算：

其中，R₁为光源入射半径；

R₂为灯光的出射半径；

n₂为玻璃的折射率；

n₃为空气的折射率；

t为镜头玻璃的许用厚度。

本发明实施例提供了一种井下摄像仪，该井下摄像仪的镜头玻璃同时满足仪器耐压和光学隔离的要求。该井下摄像仪包括：

所述井下摄像仪的镜头玻璃和灯光玻璃为同一块玻璃；

所述井下摄像仪的镜头玻璃的许用厚度根据镜头玻璃的最大承压半径确定；

所述井下摄像仪的镜头玻璃满足灯光的出射半径大于等于摄像头外径的条件；其中，灯光的出射半径根据灯光的内径、镜头玻璃的许用厚度、空气的折射率、玻璃的折射率和水的折射率确定。