JP2003504626A - 伝搬波土層比抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 掘削時に形成されるせん孔内の装置によって、周囲の土層の伝搬波比抵抗が測定される。この装置は、掘削装置が通過する際に外側が土層に近接するドリルカラー（３０２）内に位置するゾンデ（３１０）を有している。このゾンデは、土層に問合せ信号を送信する１本または複数の送信アンテナ（３１５−１、３１５−４）をハウジングの外側の第１の位置に有し、問合せ信号に対応する信号を土層から受信する１本または複数の受信アンテナ（３１５−２、３１５−３）を有している。ハウジング（３３０）は、かなり滑らかな外部表面を有し、アンテナは、ハウジングの、この滑らかな外部表面と同一平面をなすように充填される凹部（３１２−１、３１２−２、３１２−３、３１２−４）に巻かれている。ドリルカラー（３０２）は、ゾンデ上の送信アンテナからの問合せ信号を土層に渡し、問合せ信号に対応する土層からの信号をゾンデ上の受信アンテナに渡す構造になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （１．発明の分野） 本発明は、せん孔を囲む土層の地球物理パラメータの測定に関し、特に、掘削
動作における土層の比抵抗を測定する装置に関する。

【０００２】 （２．発明の背景） せん孔が掘削される石油やガスの探鉱において、井戸掘装置は、ドリルビット
が取り付けられたドリルカラーを備えている。ドリルカラーを通じてドリルビッ
トに掘削流体が供給される。ドリルビットから出た掘削流体は、ドリルカラーの
外側とせん孔のすでに掘削された部分との間の空間を通って表面に戻される。

【０００３】 一般に、せん孔では、周囲の土層の特性を判定するために比抵抗測定が行われ
る。このような比抵抗測定は、ワイヤラインシステムではせん孔内の電極の構成
を使用し、あるいは掘削時に実行される測定ではドリルカラー上に取り付けられ
た電極の構成を使用して、電流の導通を測定することによって行うことができる
。電極の代わりにドリルカラー上の低周波数誘導コイルを使用することができる
。あるいは、４００ＫＨｚから２ＭＨｚの範囲の高い周波数で動作する送信ルー
プアンテナおよび受信ループアンテナを使用して伝搬波比抵抗測定を行うことが
できる。電極またはループアンテナに関連する電子機器は、ドリルカラー内に位
置するゾンデ内に収納されている。ゾンデは、概ね管状の金属製ハウジングと、
ハウジング内の、測定に使用される電子機器用の取付け装置とを有している。電
極または低周波数ループアンテナが使用される場合は、掘削中に測定を行うこと
ができるようにドリルカラーの表面上の凹部に配置される。４００ＫＨｚから２
ＭＨｚの範囲の伝搬波比抵抗測定の場合、４００ＫＨｚから２ＭＨｚの信号は導
電ドリルカラー中を伝搬しないので、金属ドリルカラーの外側に１対または複数
対の送信アンテナおよび受信アンテナを巻き付けることができる。

【０００４】 ドリルカラーの外部表面上に取り付けられたアンテナおよびドリルカラー内部
のゾンデ内の電子機器を使用する例示的な構成が、１９９９年４月６日に発行さ
れた米国特許第５８９２３６１号で開示されている。ドリルカラーの外側の送信
アンテナおよび受信アンテナを用いる場合、掘削流体はゾンデとドリルカラーの
内面との間の間隙を流れ、ゾンデ内部のアンテナに関連する電子機器とドリルカ
ラーの外側のアンテナとを接続する必要がある。このような接続によって、せん
孔から伝搬波比抵抗測定装置を回収することは非常に困難である。あるいは、１
９９５年３月２８日に発行された米国特許第５４０２０６８号で開示されたよう
にドリルカラー自体に電子機器を取り付けることができる。ドリルカラー取付け
構成では、送信アンテナおよび受信アンテナとそれに関連する電子機器はドリル
カラーの一部であり、回収することはできない。掘削流体がゾンデとアンテナと
の間の空間を流れるように、ゾンデに接続された延長部上のドリルカラーの内側
に近接する位置にアンテナを配置することもできる。この構造でも、せん孔から
ゾンデを回収することは非常に困難である。

【０００５】 （３．発明の概要） 本発明は、せん孔における伝搬波抵抗比測定装置を対象とする。この測定装置
は、電子装置を格納するゾンデが土層に隣接する複数のセクションを有するドリ
ルカラー構造の１つのセクションに配置されている、せん孔を囲んでいる土層の
特性を決定するように適合されている。ゾンデは、伝搬波抵抗比測定のための信
号を処理するための装置と、伝搬波抵抗比測定の結果をせん孔の表面端部に伝達
するための装置とを格納する。

【０００６】 本発明によれば、第１の位置にあるゾンデハウジングの外部にある１つまたは
複数の送信アンテナは、ドリルカラーを囲んでいる土層に送信するために問合せ
信号を発生し、第１の位置から離間した第２の位置にあるゾンデハウジングの外
部にある１つまたは複数の受信アンテナは、ドリルカラーの第１のセクションを
囲んでいる土層から問合せ信号に対応する信号を受信する。ドリルカラーは、ゾ
ンデ上の送信アンテナからの問合せ信号を土層中に送り、土層からの問合せ信号
に応答して信号をゾンデ上の受信アンテナに送る。

【０００７】 本発明の一態様によれば、ゾンデの外部表面は、ゾンデとドリルカラー構造の
第１のセクションの内部表面との間の環状通路中の層掘削流体流れのために滑ら
かである。各送信アンテナはゾンデの外部表面上の第１の位置にある凹部中に挿
入され、各受信アンテナはゾンデの外部表面上の第２の位置にある凹部中に挿入
される。アンテナが挿入される凹部は、ハウジング外部の滑らかな表面と実質的
に同一平面をなす非導電材料で充填される。

【０００８】 本発明の別の態様によれば、ゾンデの下側端部は、ドリルカラーの第１のセク
ションの下に位置するドリルカラー構造の第２のセクションにあるサポート上に
ドリルカラー構造内の所定の位置において支持される。このサポートはドリルカ
ラー構造内の所定の長手方向位置および回転位置においてゾンデを配向させる。

【０００９】 本発明のさらに別の一態様によれば、ドリルカラー構造の第１のセクションは
、送信アンテナからの問合せ信号および問合せ信号に対応する土層からの信号を
透過する繊維ガラスエポキシなどの材料で製作される。

【００１０】 本発明のさらに別の一態様によれば、ドリルカラー構造の第１のセクションは
、導電材料で製作され、かつスロット付き部分を含んでおり、各スロット付き部
分は、送信アンテナからの問合せ信号の土層への通過および問合せ信号に対応す
る土層からの信号の受信アンテナへの通過を可能にするように配置される。ゾン
デ用のドリルカラー構造の第２のセクションにあるサポートは、各送信アンテナ
がその中のスロットを介して問合せ信号を放射し、かつ各受信アンテナがその中
のスロットを介して問合せ信号に対応する土層からの信号を受信するようにゾン
デを配置するように適合されている。

【００１１】 本発明のさらに別の一態様によれば、ゾンデは、標準のオーバシュートでラッ
チできる槍先形上部セクションなどせん孔からゾンデを取り出すための装置を受
容する装置を上側端部に含んでいる。

【００１２】 本発明を例示する一実施形態では、ゾンデは１つまたは複数の受信アンテナと
の離間関係にある１つまたは複数の送信アンテナを有する。アンテナはゾンデハ
ウジングの滑らかな外部表面の凹部中に巻かれる。凹部は、滑らかな外部表面と
同一平面をなすように非導電材料で充填される。ゾンデは、ゾンデの下側端部が
ドリルカラー構造の第２のセクションによって所定の位置に支持される状態で、
せん孔中に挿入されるドリルカラー構造の非導電セクション内に配置される。掘
削流体は、ゾンデの滑らかな外部表面の周りのドリルカラーの内部を流下し、次
いでドリルビットから出た後、ドリルカラーの外部表面とせん孔の間に入る。ゾ
ンデの上側端部はせん孔からゾンデへのワイヤラインへの接続のための槍先構造
を有する。

【００１３】 本発明を例示する別の実施形態では、ゾンデは、その長さに沿って１つまたは
複数の受信アンテナとの離間関係にある１つまたは複数の送信アンテナを有する
。各アンテナはゾンデの滑らかな外部表面の凹部中に巻かれる。ゾンデは、せん
孔中に挿入されるドリルカラー構造の金属セクション中に配置される。アンテナ
凹部は滑らかな外部表面と同一平面をなすように充填され、ドリルカラーは、ア
ンテナと整合したゾンデの軸に沿って配置されるスロット付き部分を有する。ス
ロットは、送信アンテナからの問合せ信号および問合せ信号に対応する土層から
の信号を透過する材料で充填される。ゾンデ内にはアンテナに連結される処理装
置が格納される。掘削流体は、ドリルカラーの内部表面に近接した洗浄管内のゾ
ンデの周りにポンピングされ、ドリルカラーの外部の周りの土層の表面まで達す
る。ゾンデの下側端部は、送信アンテナから問合せ信号がスロットを通って周囲
の土層に達し、かつ問合せ信号に対応する土層からの信号がスロットを通って受
信アンテナに達するように所定の位置においてドリルカラー構造の第２のセクシ
ョン中に支持される。

【００１４】 本発明は、添付の図面および特許請求の範囲とともに行う以下のより詳細な説
明からよりよく理解されよう。 （５．詳細な説明） 図１は、デリック３、デリックフロア５、ドリルストリング７、ドリルカラー
１０、およびドリルビット構造２８を含むドリリングリグを使用して、土層５０
においてドリリングされているせん孔１を示す概略図である。ドリリング中、掘
削流体または「泥」は、ポンプ（図示せず）およびドリリング用のドリルビット
構造２８によって、ドリルカラー１０を通してポンピングダウンされる。ドリル
ビット構造を通過した後、掘削流体は、ドリルカラー１０の外部とせん孔１の間
にある土層５０の表面に戻る。

【００１５】 ドリリング中、せん孔を取り囲んでいる土層５０の伝搬波抵抗比を、ドリルカ
ラーセクション１０内にある装置によって測定する。測定装置は、土層内に４０
０ＫＨｚから２ＭＨｚの周波数範囲にある問合せ信号を放射する間隔を空けて配
置されている送信アンテナ、問合せ信号に対応する信号を受信する間隔を空けて
配置されている受信アンテナ、および伝搬波の低効率を決定するために受信した
信号を処理する処理装置を含む。

【００１６】 図２は、管状金属ドリルカラー２００における伝搬波の低効率を測定する装置
の従来の技術による構成を示す。図２では、管状ハウジング２３０を有するゾン
デ２１０は、ドリルカラー２００に取り付けられ、その中心に配置されているこ
とが示されている。掘削流体は、ゾンデの外部とドリルカラーの内表面の間にあ
る管状空間を流れる。管状空間は、接続／サポート２１８−１から２１８−４に
よって中断されているので、掘削流体の流れは、いくらか制約される。金属ドリ
ルカラー２００は、軸方向に配置されている周辺の凹部２１２−１、２１２−２
、２１２−３、および２１２−４を有する。送信ループアンテナ２１５−１は、
凹部２１２−１において巻き付けられており、送信ループアンテナ２１５−４は
、凹部２１２−４において巻き付けられている。受信ループアンテナ２１５−２
は、凹部２１２−２において巻き付けられており、受信ループアンテナ２１５−
３は、凹部２１２−３において巻き付けられている。

【００１７】 送信ループアンテナ２１５−１は、接続構造２１８−１を通して、ゾンデ２１
０のハウジング内にある送信器から、４００ＫＨｚから２ＭＨｚの周波数範囲に
ある時限信号を受信する。送信ループアンテナ２１５−４は、接続構造２１８−
４を通して、ゾンデ２１０の他の送信器から、異なる時限信号を受信する。送信
ループアンテナ２１５−１と２１５−４は、異なる時限問合せ信号を周囲の土層
に送信するために動作する。土層からドリルカラー２１０に戻る問合せ信号に応
答する信号は、受信アンテナ２１５−２と２１５−３によってピックアップされ
る。受信アンテナから戻った信号は、接続構造２１８−２と２１８−３を通して
ゾンデの受信器に加えられ、伝搬波抵抗比のデータを生成するために、ゾンデの
プロセッサによって処理される。

【００１８】 金属ドリルカラーは、４００ＫＨｚから２ＭＨｚの周波数範囲にある問合せ信
号と戻り信号にとって透過的でないので、ドリルカラーの外部の上に、アンテナ
２１２−１から２１２−４を設置する必要がある。また、ゾンデ内の送信器によ
って生成された信号を問い合わせ、ゾンデの受信器およびプロセッサにおける土
層からの戻り信号を受信および処理するために、接続構造２１８−１から２１８
−４を通して接続を提供することが必要である。代替として、ゾンデを使用しな
いことが可能であり、かつ、送信アンテナ２１５−１、２１５−４および受信ア
ンテナ２１５−２、２１５−３に関連付けられている送信器、受信器、およびプ
ロセッサをドリルカラー自体の上に取り付けることが可能である。しかし、どち
らの構成でも、設計は比較的複雑で高価であり、さらに、伝搬波抵抗比測定設備
は、ドリルカラーと無関係に取り出すことはできない。

【００１９】 図３は、本発明の一実施形態による伝搬波抵抗比を測定する非導電ドリルカラ
ーにおけるゾンデを示す。図３を参照すると、ドリルカラー構造３００、ドリル
カラー構造３００の非導電測定セクション３０２、ドリルカラー構造セクション
３０２におけるゾンデ３１０、凹部３１２−１、３１２−２、３１２−３、およ
び３１２−４、ループアンテナ３１５−１、３１５−２、３１５−３、および３
１５−４、ドリルカラー構造３００のポニーセクション３２５、ドリルカラー構
造３００のランディングサブセクション３２８、および、取付け構造３３５が概
略的に示されている。ゾンデ３１０の送信および受信アンテナは、測定セクショ
ン３０２に配置されており、ランディングサブセクション３２８は、ミュールシ
ュー装置３４４を有し、ポニーセクション３２５は、測定セクション３０２とラ
ンディグサブセクション３２８を接続している。ドリルカラー測定セクション３
０２は、ガラス繊維強化エポキシなど、任意の適切な非導電金属で作成すること
が可能である。ドリルカラーセクション３０２が早く磨耗することを保護するた
めに、タングステンカーバイドを含んでいる磨耗リングを挿入することが可能で
あるか、またはドリルカラーセクション３０２全体をセラミックなどの硬い材料
でコートすることが可能である。

【００２０】 図３のゾンデ３１０のハウジング３３０は、ステンレス鋼またはベリリウム銅
で作成することが可能である。ハウジング３３０は、滑らかな外表面を有する一
般的な直円柱の形状を有する。ゾンデの軸に沿って配置されている周辺の凹部３
１２−１から３１２−４は、ハウジングの外表面に形成されている。第１送信ル
ープアンテナ３１５−１は、凹部３１２―１において巻き付けられており、第２
送信ループアンテナ３１５−４は、凹部３１２−４において巻き付けられている
。第１受信ループアンテナ３１５−２は、凹部３１２―２において巻き付けられ
ており、第２受信ループアンテナ３１５−３は、凹部３１２−３において巻き付
けられている。アンテナ３１５−１から３１５−４を巻きつけた後で、凹部３１
２−１から３１２−４は、ビトロンゴムなどの材料で充填され、充填された凹部
の表面は、ハウジング３３０の滑らかな表面とほぼ同一平面をなす。ゾンデの下
端は、ポニーセクション３２５によってセクション３０２に接続されているラン
ディングサブセクション３２８の支持構造上で支持されている。

【００２１】 図７は、図３のドリルカラー３００上のゾンデ３１０を取外し可能なように支
持している一構成を示す概略図であり、したがって、ゾンデをドリルカラーから
上昇させて、せん孔から取り出すことができる。図７では、ポニーセクション３
２５とランディングサブセクション３２８が示されている。ポニーセクション３
２５は、ドリルカラーの測定セクション３０２にねじ込み式に取り付けられてお
り、ランディングサブセクション３２８は、ポニーセクション３２５にねじ込み
式に取り付けられている。ランディングサブセクション３２８の内表面は、ゾン
デ３１０の下端の指向スリーブ３４２を取外し可能なように支持する「ミュール
シュー」スリーブ３４４を有し、したがって、ゾンデは、長手方向を向いている
。ランディングサブセクションのミュールシューピン３４６は、ゾンデを回転す
るように指向させるために、ゾンデ３１０の下端の指向スリーブ３４２にはめ込
まれている。

【００２２】 ゾンデ３１０は、ランディングサブ構成によって、取外し可能なように支持さ
れているが、ドリルカラー３００に取り付けられていないので、ゾンデは、図３
に示した取付け構造３３５へのワイヤ線接続を使用して、せん孔において上方に
上昇させることによって、ドリルカラーから取り出すことが可能である。取付け
構造は、図８に示したように、ゾンデ３１０の上端に形成されているスピア点と
することが可能である。図８に示した上方ゾンデ部分のスピア点の端部５３７は
、ランディングサブセクション３２８のゾンデ支持構造によって決定されるよう
に、ドリルカラー３１０の中心に配置されている。ドリルカラー３００からゾン
デ３１０を取り出す際に、ワイヤ線に接続されている標準的なオーバーショット
装置は、スピア点上にラッチされ、ゾンデは、せん孔１において上昇される。ゾ
ンデを支持し、およびせん孔からゾンデを取り出すために、ミュールシューとス
ピア点およびオーバーショット装置以外の構造を使用することが可能であること
を理解されたい。

【００２３】 ドリルカラー３００は、送信アンテナ３１５−１と３１５−４からの問合せ信
号にとって透過的で、かつ、ドリルカラーを取り囲んでいる土層からの応答戻り
信号にも透過的である非導電材料で作成されている。送信および受信アンテナ３
１５−１から３１５−４に関連付けられている電子設備は、ゾンデハウジング内
に配置され、アンテナに直接結合されている。したがって、ゾンデと隣接するド
リルカラーとの間では、電子機械的接続からの掘削流体の流れに対する制約は存
在しない。伝搬波抵抗比システム全体は、ゾンデ内に配置されており、ゾンデは
ドリルカラーに取り付けられていないので、ゾンデは、図８に関して開示したよ
うに、せん孔から容易に取り出すことが可能である。

【００２４】 図４は、ゾンデがドリルカラー構造内の所定の位置において支持されている、
本発明の他の実施形態を示す。図４には、金属ドリルカラー測定セクション４０
２、洗浄パイプ４０５、およびゾンデ４１０を有するドリルカラー４００が示さ
れている。ゾンデは、ループアンテナ４１５−１、４１５−２、４１５−３、お
よび４１５−４が内部へ巻き付けられている凹部４１２−１、４１２−２、４１
２−３、４１２−４と、下端指向スリーブ４４２と、上端取付けセクション４３
５とを有する。ループアンテナ４１５−１、４１５−２、４１５−３、および４
１５−４は、ドリルカラー構造測定セクション４０２に配置されており、ループ
アンテナと位置合わせされているスロット付き部分４２１−１、４２１−２、４
２１−３、および４２１−４を有する。ドリルカラーのランディングサブセクシ
ョン４２８は、ゾンデの下端を取外し可能なように支持する構造を含み、ポニー
セクション４２５は、測定セクション４０２とランディングサブセクション４２
８を接続する。

【００２５】 ゾンデ４１０のハウジング４３０は、滑らかな外部表面を有する。ハウジング
４３０の周辺の凹部は、ゾンデの全長に沿って間隔を空けて配置されている。第
１送信ループアンテナ４１５−１は、凹部４１２−１において巻き付けられてお
り、第２送信ループアンテナ４１５−４は、凹部４１２−４において巻き付けら
れている。第１受信ループアンテナ４１５−２は、凹部４１２−２において巻き
付けられており、第２受信ループアンテナ４１５−３は、凹部４１２−３におい
て巻き付けられている。アンテナを内部に巻き付けた後、凹部はビトロンゴムな
ど非導電材料で充填され、凹部の表面は、ハウジング４３０の滑らかな表面とほ
ぼ同一平面をなす。

【００２６】 ゾンデの下端は、ゾンデを長手方向に回転式に配置するように構成されている
ランディングサブセクション４２８の上において支持されている。支持構造は、
指向スリーブ４４２がミュールシュー４４４によって取外し可能なように支持さ
れている図７に関して記述した構造とほぼ同じである。ミュールシュー４４４は
、ゾンデ４１０を長手方向に指向させ、ミュールシューピン４４６は、ゾンデを
回転するように指向させる。ゾンデの上端は、せん孔からゾンデを取り出すため
にデリック３からのワイヤに接続されるように適合されているスピア点などの取
付けユニット４３５を含む。

【００２７】 ゾンデ４１０が、ランディングサブセクション４２８上の支持位置にあるとき
、ゾンデは、送信ループアンテナ４１５−１および４１５−４が、それぞれ、ド
リルカラー構造の測定部分４０２のスロット付き部分４２１−１および４２１−
４のスロットと位置合わせされ、受信ループアンテナ４１５−２および４１５−
３が、それぞれ、ドリルカラー構造の測定部分４０２のスロット付き部分４２１
−２および４２１−３のスロットと位置合わせされるように配置されている。ド
リルカラー４００においてゾンデ４１０の周囲を流れる掘削流体は、スロット付
きドリルカラー測定セクション４０２の洗浄パイプ４０５内に包含されている。
洗浄パイプ４０５は、ドリルカラーセクション４０２の内部表面に近接している
。洗浄パイプ４０５の外表面は、Ｏリング４３９または他の封止装置によって、
スロットの最上端セットより上の点において、また、Ｏリング４４０によって、
スロットの最下端セットより下の点において、ドリルカラーの内部表面に封止さ
れている。他の封止構成を図４において使用することが可能であることを理解さ
れたい。スロット付き部分４２１−１から４２１−４のスロットの各々は、送信
ループアンテナ４１５−１と４１５−４からの問合せ信号と周囲の土層からの戻
り信号とにとって透過的である非導電材料で充填されることが好ましい。洗浄パ
イプの外部をドリルカラーの内部に封止することにより、洗浄パイプ４０５の内
側を流れる高圧をかけられた掘削流体が、ゾンデのスロット付き部分を通って出
ることが防止される。

【００２８】 図５は、図４のドリルカラーセクション４０２におけるスロット構造を示す。
図５を参照すると、ゾンデ４１０の下端が、ドリルカラー構造のランディングサ
ブセクション４２８において支持されているとき、ドリルカラー構造セクション
４０２におけるスロット付き部分４２１−１のスロットのセットが、送信ループ
アンテナ４１５−１と位置合わせするように、一端に配置されている。スロット
付き部分ン４２１−４のスロットのセットは、送信ループアンテナ４１５−４と
位置合わせするために、ドリルカラーセクション４０２の下端に配置されている
。ドリルカラーにおけるスロット部分４２１−２のスロットのセットは、受信ア
ンテナ４１５−２と位置合わせするために、ゾンデ４１０の上に配置されており
、スロット付き部分４１２−３のスロットのセットは、受信アンテナ４１５−３
と位置合わせするために、ゾンデの上に配置されている。

【００２９】 また、図４のドリルカラー構造セクション４０２は、ゾンデ４１０の上に巻き
付けられている送信アンテナおよび受信アンテナと位置合わせされたガラス繊維
エポキシ複合セクションを有するように、図９に示したように構築することが可
能である。図９を参照すると、ドリルカラー構造４００の伝搬波抵抗比測定セク
ション４０２は、ほぼ円柱の金属セクション９３０−１、９３０−２、９３０−
３、９３０−４、および９３０−５を有する。ほぼ円柱のガラス繊維エポキシ複
合セクション９２３−１は、金属セクション９３０−１と９３０−２の間に固定
されており、問合せ信号がそこを通って周囲の土層へ通過するように、送信アン
テナ４１５−１と位置合わせされている。同様に、金属セクション９３０−４と
９３０−５の間の円柱のガラス繊維複合セクション９２３−４は、問合せ信号が
そこを通過するように、送信アンテナ４１５−４と位置合わせされている。受信
アンテナ４１５−２と位置合わせされた金属セクション９３０−２と９３０−３
の間の円柱のガラス繊維複合セクション９２３−２により、戻り信号が土層から
アンテナ４１５−２に通過することが可能になる。同様に、金属セクション９３
０−３と９３０−４の間の円柱のガラス繊維セクション９２３−３は、戻り信号
が土層からアンテナ４１５−３に通過することを可能にするように、受信アンテ
ナ４１５−３と位置合わせされている。図９の同じ直径の交互になっている金属
とガラス繊維複合セクションは、ドリルカラー構造セクション４０２を形成する
ように、ねじ込み式で接続することが可能である。問合せ信号と戻り信号の透過
的な材料の他の構成を使用して、ゾンデ４１０と周囲の土層の間で、これらの信
号の通過を保証することが可能であることを理解されたい。例えば、単一のガラ
ス繊維複合セクションを受信アンテナ４１４−２と４１５−３の両方と位置合わ
せすることが可能である。

【００３０】 送信および受信ループアンテナ４１５−１から４１５−４に関連付けられてい
る電子設備は、ゾンデハウジング４３０に配置され、直接アンテナに接続されて
いる。図３に示した実施形態に関して議論したように、ゾンデ４１０は、ドリル
カラー４００から容易に取り外すことができる。したがって、ゾンデをドリルカ
ラー４００の支持位置から取り出すことが可能であるように、デリック３からの
ワイヤをせん孔内に下げて、ゾンデ取付けユニット４３５に接続することが可能
である。図８に示し、図３の実施形態に関して開示したように、ゾンデ４１０は
、ゾンデをランディングサブセクション４２８の支持構造から上昇させて、せん
孔から取り出すことが可能であるように、ワイヤ線と接続するためのスピア点端
部５３７を有することが可能である。

【００３１】 図６は、図３のゾンデ３１０のハウジング３３０の内側、または図４のゾンデ
４１０のハウジング４３０の内側に配置された電子設備を示す。電子設備は、制
御６０１、上方送信器６１０および下方送信器６１５、上方受信器６２０および
下方受信器６２５、伝搬波抵抗率信号プロセッサ６３０、泥パルサ、ＥＭ遠隔測
定装置、または当技術分野でよく知られている他の構成などのデータ送信装置６
３５を含む。制御６０１は、送信器、受信器、および信号プロセッサの動作を制
御する。上方送信器６１０は、４００ＫＨｚから２ＭＨｚの範囲の問合せ信号を
提供し、送信アンテナ３１５−１または４１５−１の動作のタイミングを制御す
る。下方送信器６１５は、４００ＫＨｚから２ＭＨｚの範囲の問合せ信号を提供
し、送信アンテナ３１５−４または４１５−４の動作のタイミングを制御する。
上方受信器６２０および下方受信器６２５は、問合せ信号に応答して、アンテナ
３１５−２および３１５−３または４１５−２および４１５−３に戻る土層から
の信号を受信する。信号プロセッサ６３０は、受信器からの戻り信号を処理して
、振幅比と伝搬波抵抗率に対応する位相の異なる信号とを生成する。伝搬波抵抗
率に対応する符号化信号は、符号化信号が、せん孔の上端においてピックアップ
されるように、データ送信装置６３５によって表面に送信される。

【００３２】 動作時には、上方送信器６１０と下方送信器６１５は、連続して、問合せ信号
をアンテナ３１５−１および３１５−４または４１５−１および４１５−４に送
信する。受信器６２０と６２５は、連続する問合せ信号の各々に応答して、戻り
信号を受信するように動作する。受信器６２０と６２５の出力は、戻り信号に応
答して、ドリルカラーを取り囲んでいる土層の伝搬波抵抗比を決定するために、
当技術分野でよく知られている、伝搬波抵抗率信号プロセッサ６３０において処
理される。伝搬波抵抗率プロセッサ６３０の出力は、データ送信器６３５に加え
られ、せん孔の上端に伝達される。

【００３３】 本発明について、特定の例示的な実施形態によって記述してきたが、本発明は
、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲および精神から逸脱せずに、当
業者が様々な変更および修正を実施することが可能であることを理解されたい。
したがって、以上の実施形態は、代わりに首記の請求項によって包含されている
本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ドリリングおよびせん孔を取り囲んでいる土層おける伝搬波抵抗比を測定する
システムの一般図である。

【図２】 従来の技術によるドリリング中に、伝搬波抵抗比を測定するためのドリルカラ
ー構造におけるゾンデの構成を示す図である。

【図３】 本発明の一実施形態による、非金属ドリルカラー構造内のゾンデにおいて行わ
れているドリリング中に、伝播する低効率を測定する装置を示す図である。

【図４】 本発明の他の実施形態による金属ドリルカラー構造内のゾンデにおいて行われ
ているドリリング中に、伝搬波の低効率を測定する装置を示す図である。

【図５】 図４の実施形態で使用される金属ドリルカラー構造のスロット構造を示す図で
ある。

【図６】 図３と４の実施形態のゾンデに収容されている電子設備の構成を示す図である
。

【図７】 図３と４のドリルカラー構造においてゾンデを支持する構造を示す図である。

【図８】 図１のせん孔から図３および４の実施形態のゾンデを取り出す構成を示す図で
ある。

【図９】 図４の実施形態に対する代替ドリルカラー構造を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 モア，ヘンリー アメリカ合衆国カリフォルニア州94024− 5601，ロス・アルトス，ミラモンテ・アベ ニュー 1436 Ｆターム(参考） 2G028 BC06 CG02 DH14 HN02

Claims (46)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削装置によって形成されているせん孔を囲む土層のパラメ
   ータを測定する装置であって、 掘削装置がせん孔に挿入される際に外側が土層に近接する複数の部分を有する
   中空のドリルカラー構造と、 該ドリルカラー構造内のゾンデとを有し、該ゾンデが、 ハウジングと、 土層に問合せ信号を送信するために、ドリルカラーの第１の部分内に位置する
   ハウジングの外面の第１の位置に巻かれた１本または複数の送信アンテナと、 問合せ信号に応答した土層からの信号を受信するために、第１の位置から間隔
   を置いて配置されたハウジングの外面の第２の位置に巻かれ、ドリルカラー構造
   の第１の部分に位置している１本または複数の受信アンテナとを備え、 ドリルカラー構造の第１の部分は、ゾンデ上の送信アンテナからの問合せ信号
   をせん孔を囲む土層に渡し、問合せ信号に応答したせん孔を囲む土層からの信号
   をゾンデ上の受信アンテナに渡す装置。
2. 【請求項２】 ゾンデのハウジングの外面は、かなり滑らかであり、各送信
   アンテナが巻かれた凹部と、各受信アンテナが巻かれた凹部とを備えており、ア
   ンテナが巻かれた凹部には、ハウジングのかなり滑らかな外部表面とほぼ同一平
   面をなす外表面を有する非導電材料が充填される、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 ドリルカラー構造は、ゾンデの下端を支持する構造を有する
   第２の部分を備えている、請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 ドリルカラー構造の第２の部分でゾンデの下端を支持する構
   造は、ゾンデの下端に接触しゾンデをドリルカラー構造内に位置決めする、請求
   項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 ドリルカラー構造の第１の部分は、送信アンテナからの問合
   せ信号に対して透過的であり、問合せ信号に対応する土層からの信号に対して透
   過的である、請求項１に記載の装置。
6. 【請求項６】 ドリルカラーの第１の部分はガラス繊維エポキシで作られて
   いる、請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 ドリルカラー構造の第１の部分は、導電材料で作られており
   、各スロット付き部分が、送信アンテナからの問合せ信号を土層に渡すことがで
   きるように位置しており、かつ各スロット付き部分が、問合せ信号に対応する土
   層からの信号を受信アンテナに渡すことができるように位置している、１つまた
   は複数のスロット付き部分を備えている、請求項１に記載の装置。
8. 【請求項８】 各スロット付き部分のスロットには、送信アンテナからの問
   合せ信号および問合せ信号に対応する土層からの信号に対して透過的な材料が充
   填されている、請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 ドリルカラー構造は、各送信アンテナがドリルカラー構造の
   第１の部分の１つのスロット付き部分のスロットを通して問合せ信号を放射し、
   各受信アンテナが問合せ信号に対応する土層からの信号をドリルカラー構造の第
   １の部分の１つのスロット付き部分のスロットを通して受信するように、ゾンデ
   をある位置に支持する支持体を有する第２の部分を備えている、請求項７に記載
   の装置。
10. 【請求項１０】 ゾンデは、回収ユニットを受容する構造をさらに有してい
    る、請求項１に記載の装置。
11. 【請求項１１】 ゾンデに回収ユニットを受容する構造は、回収ワイヤが取
    り付けられるユニットをゾンデの上端に備えている、請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 複数の部分を含むドリルカラー構造を有する掘削装置によ
    って形成されているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデで
    あって、 ドリルカラー構造内に位置するハウジングと、 土層に問合せ信号を送信するために、ドリルカラー構造の第１の部分内に位置
    するハウジングの外部表面の第１の位置に巻かれた１本または複数の送信アンテ
    ナと、 問合せ信号に応答して土層から信号を受信するために、第１の位置から間隔を
    置いて配置されたハウジングの外部表面の第２の位置に巻かれ、ドリルカラー構
    造の第１の部分に位置している１本または複数の受信アンテナとを有し、 ドリルカラー構造の第１の部分は、ゾンデ上の１本または複数の送信アンテナ
    からの問合せ信号をせん孔を囲む土層に渡し、問合せ信号に対応するせん孔を囲
    む土層からの信号をゾンデ上の受信アンテナに渡すゾンデ。
13. 【請求項１３】 ゾンデのハウジングの外部表面は、かなり滑らかであり、
    各送信アンテナが巻かれた凹部と、各受信アンテナが巻かれた凹部とを備えてお
    り、アンテナが巻かれた凹部には、ハウジングのかなり滑らかな外部表面とほぼ
    同一平面をなす外表面を有する非導電材料が充填される、請求項１２に記載の、
    ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形成されているせん孔を囲む土層の
    パラメータを測定する装置内のゾンデ。
14. 【請求項１４】 ドリルカラー構造は、ゾンデの下端を支持する支持体を備
    えている、請求項１２に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形
    成されているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
15. 【請求項１５】 ドリルカラーでゾンデの下端を支持する支持体は、ゾンデ
    の下端に接触する、請求項１４に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置に
    よって形成されているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ
    。
16. 【請求項１６】 ドリルカラー構造の第１の部分は、送信アンテナからの問
    合せ信号に対して透過的であり、問合せ信号に対応する土層からの信号に対して
    透過的である、請求項１２に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によっ
    て形成されているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
17. 【請求項１７】 ドリルカラーの第１の部分の材料はガラス繊維エポキシで
    ある、請求項１６に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形成さ
    れているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
18. 【請求項１８】 ドリルカラー構造の第１の部分は、導電材料で作られてお
    り、各スロット付き部分が、送信アンテナからの問合せ信号を土層に渡すことが
    でき、かつ問合せ信号に対応する土層からの信号を受信アンテナに渡すことがで
    きるように位置している、１つまたは複数のスロット付き部分を備えている、請
    求項１２に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形成されている
    せん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
19. 【請求項１９】 各スロット付き部分のスロットには、送信アンテナからの
    問合せ信号および問合せ信号に対応する土層からの信号に対して透過的な材料が
    充填されている、請求項１８に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によ
    って形成されているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
20. 【請求項２０】 ドリルカラー構造の第２の部分は、各送信アンテナが１つ
    のスロット付き部分のスロットを通して問合せ信号を放射し、各受信アンテナが
    問合せ信号に対応する土層からの信号を１つのスロット付き部分のスロットを通
    して受信するように、ゾンデを支持する支持体を備えている、請求項１８に記載
    の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形成されているせん孔を囲む土
    層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
21. 【請求項２１】 ゾンデは、回収ユニットを受容する構造をさらに有してい
    る、請求項１２に記載の、ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形成され
    ているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
22. 【請求項２２】 回収ユニットを受容する構造は、回収ワイヤが取り付けら
    れるスピアポイントユニットをゾンデの上端に備えている、請求項２１に記載の
    、ドリルカラー構造を有する掘削装置によって形成されているせん孔を囲む土層
    のパラメータを測定する装置内のゾンデ。
23. 【請求項２３】 複数の部分を含むドリルカラー構造内にゾンデを有する掘
    削装置によって形成されているせん孔を囲む土層のパラメータを測定する方法に
    おいて、ゾンデは、ドリルカラーを囲む土層に問合せ信号を送信するために、ド
    リルカラー構造の第１の部分内に位置するゾンデのハウジングの外部表面の軸方
    向に間隔を置いて配置された第１の位置に巻かれた１本または複数の送信アンテ
    ナと、ドリルカラーを囲む土層からの、問合せ信号に対応する信号を受信するた
    めに、ドリルカラーの第１の部分に位置するゾンデのハウジングの外部表面の軸
    方向に間隔を置いて配置された第２の位置に巻かれた１本または複数の受信アン
    テナとを有する方法であって、 ゾンデのハウジング上の送信アンテナからの問合せ信号をドリルカラーを囲む
    土層に渡すステップと、 問合せ信号に対応する、周囲の土層からの信号を、ドリルカラーを通してゾン
    デのハウジング上の受信アンテナに渡すステップとを含む方法。
24. 【請求項２４】 ゾンデのハウジングの外部表面は、かなり滑らかであり、
    各送信アンテナおよび受信アンテナは、ハウジングの外部表面の凹部に巻かれて
    おり、巻かれたアンテナを有する凹部には、ハウジングのかなり滑らかな外部表
    面とほぼ同一平面をなす外表面を有する非導電材料が充填される、請求項２３に
    記載の方法。
25. 【請求項２５】 ドリルカラー構造の第２の部分は、ゾンデの下端を脱着可
    能に支持する支持体を備えている、請求項２３に記載の方法。
26. 【請求項２６】 ドリルカラーの第２の部分の支持体は、ゾンデの下端に接
    触する、請求項２５に記載の方法。
27. 【請求項２７】 ドリルカラー構造の第１の部分は、ゾンデ上の送信アンテ
    ナからの問合せ信号に対して透過的であり、問合せ信号に対応する土層からの信
    号に対して透過的である材料で作られている、請求項２３に記載の方法。
28. 【請求項２８】 ドリルカラーの材料はガラス繊維エポキシである、請求項
    ２８に記載の方法。
29. 【請求項２９】 ドリルカラー構造の第１の部分は、導電材料で作られてお
    り、各スロット付き部分が、ゾンデ上の送信アンテナからの問合せ信号を土層に
    渡すことができ、かつ問合せ信号に対応する土層からの信号を受信アンテナに渡
    すことができるように位置している、１つまたは複数のスロット付き部分を備え
    ている、請求項２３に記載の方法。
30. 【請求項３０】 各スロット付き部分のスロットには、送信アンテナからの
    問合せ信号および問合せ信号に対応する土層からの信号に対して透過的な材料が
    充填されている、請求項２９に記載の方法。
31. 【請求項３１】 ドリルカラー構造の第２の部分は、各送信アンテナが１つ
    のスロット付き部分のスロットを通して問合せ信号を放射し、各受信アンテナが
    問合せ信号に対応する土層からの信号を１つのスロット付き部分のスロットを通
    して受信するように、ゾンデを支持している、請求項２９に記載の方法。
32. 【請求項３２】 ゾンデは、ゾンデをせん孔から回収するユニットを受容す
    る、請求項２３に記載の方法。
33. 【請求項３３】 ゾンデの受容ユニットは、ゾンデの頂端にあるスピアポイ
    ントに回収ワイヤを取り付けることによって回収ユニットを受容する、請求項３
    ２に記載の方法。
34. 【請求項３４】 掘削されているせん孔を囲む土層の伝搬比抵抗を測定する
    装置であって、 ドリルビットがせん孔に挿入される際にせん孔に隣接する複数の管状部分を有
    するドリルカラーと、 ドリルカラー構造内に位置するゾンデとを有し、該ゾンデが、 ドリルカラー構造の第１の部分に位置する凹部であって、間隔を置いて配置さ
    れた１組の周方向凹部を含む外部表面を有する概ね筒状のハウジングと、 各アンテナが、周囲の土層に問合せ信号を送信するために、１つの周方向凹部
    に巻かれた、第１および第２のループアンテナと、 各アンテナが、問合せ信号に対応する、周囲の土層から信号を受信するために
    、１つの周方向凹部に巻かれた、第３および第４のループアンテナとを有し、 ドリルカラー構造の第１の部分は、ゾンデ上の送信ループアンテナからの問合
    せ信号をせん孔を囲む土層に渡し、問合せ信号に応答したせん孔を囲む土層から
    の信号をゾンデ上の受信アンテナに渡し、 ゾンデのハウジングの外部表面は、かなり滑らかであり、各ループアンテナ凹
    部には、かなり滑らかな外部表面と同一平面をなす非導電材料が充填され、 ドリルカラー構造の、第１の部分よりも低い位置にある第２の部分は、ゾンデ
    をせん孔から回収できるようにゾンデの下端を脱着可能に支持する支持体を備え
    ている装置。
35. 【請求項３５】 ドリルカラー構造の第１の部分は、送信ループアンテナか
    らの問合せ信号に対して透過的であり、問合せ信号に対応する周囲の土層からの
    信号に対して透過的である、請求項３４に記載の装置。
36. 【請求項３６】 ドリルカラー構造の第１の部分は、導電材料で作られてお
    り、送信ループアンテナからの問合せ信号を周囲の土層に渡し、かつ問合せ信号
    に対応する土層からの信号を受信ループアンテナに渡すために、ゾンデの各周方
    向凹部に位置合わせされた１組のスロットを備えている、請求項３４に記載の装
    置。
37. 【請求項３７】 せん孔を囲む土層の特性を測定する装置であって、 土層に近接した複数の部分を有するドリルカラー手段と、 周囲の土層の伝搬波比抵抗を測定する手段とを有し、該測定手段が、 ドリルカラー手段内のハウジング手段と、 ドリルカラー手段の第１の部分のハウジングの外部表面の周方向凹部と、 問合せ信号を周囲の土層に送信する、１つまたは複数の周方向凹部内の送信手
    段と、 問合せ信号に対応する、周囲の土層からの信号を受信する、１つまたは複数の
    周方向凹部内の受信手段とを備え、 ドリルカラー構造の第１の部分は、送信手段からの問合せ信号を周囲の土層に
    渡し、問合せ信号に対応する、周囲の土層からの信号を、受信手段に渡す装置。
38. 【請求項３８】 ハウジング手段の外部表面は、かなり滑らかであり、周方
    向凹部は、ゾンデのハウジングの外部表面と同一平面をなすように充填される、
    請求項３７に記載の装置。
39. 【請求項３９】 ドリルカラー手段は、ゾンデをせん孔から持ち上げられる
    ようにハウジング手段の下端を支持する支持手段を備える第２の部分を備えてい
    る、請求項３７に記載の装置。
40. 【請求項４０】 ドリルカラー手段の第１の部分は、ハウジング手段の下端
    がドリルカラー手段上に支持されているときに、１つまたは複数の送信手段から
    の問合せ信号を土層に渡すことができ、かつ問合せ信号に対応する土層からの信
    号を１つまたは複数の受信手段に渡すことができるようにする複数のスロット付
    き部分を備えている、請求項３９に記載の装置。
41. 【請求項４１】 ドリルカラー手段の第１の部分は、送信手段からの問合せ
    信号に対して透過的であり、問合せ信号に対応する周囲の土層からの信号に対し
    て透過的である、請求項３７に記載の装置。
42. 【請求項４２】 ハウジング手段は、伝搬波比抵抗測定手段をせん孔から回
    収するユニットに接続する手段をさらに有している、請求項３７に記載の装置。
43. 【請求項４３】 掘削装置によって形成されているせん孔を囲む土層のパラ
    メータを測定する装置であって、 掘削装置がせん孔に挿入される際に外側が土層に隣接する複数の部分を有する
    中空のドリルカラーと、 ドリルカラー構造内のゾンデとを有し、該ゾンデが、 ハウジングと、 土層に問合せ信号を送信するために、ドリルカラーの第１の部分内に位置する
    ハウジングの外部表面の第１の位置に巻かれた１本または複数の送信アンテナと
    、 問合せ信号に応答した土層からの信号を受信するために、第１の位置から間隔
    を置いて配置されたハウジングの外部表面の第２の位置に巻かれ、ドリルカラー
    構造の第１の部分に位置している１本または複数の受信アンテナとを備え、 ドリルカラー構造の第２の部分は、ゾンデをせん孔から回収できるようにゾン
    デの下端を脱着可能に支持する支持体を備えている装置。
44. 【請求項４４】 ゾンデの下端を脱着可能に支持するドリルカラー構造の第
    ２の部分の支持体は、ゾンデの下端に接触する構造を備えている、請求項４３に
    記載の装置。
45. 【請求項４５】 ゾンデは、ゾンデをせん孔から回収する装置を受容する構
    造をさらに上端に備えている、請求項４４に記載の装置。
46. 【請求項４６】 回収装置を受容する構造は、オーバショット装置を受容す
    るスピアポイントをゾンデの上端に備えている、請求項４５に記載の装置。