JP2015014526A

JP2015014526A - 電磁探査方法

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Publication number: JP2015014526A
Application number: JP2013141627A
Authority: JP
Inventors: 波頭　経裕; Tsunehiro Namigashira; 経裕波頭; 晃塚本; Akira Tsukamoto; 塚本　　晃; 田辺　圭一; Keiichi Tanabe; 圭一田辺; 渡辺　英久; Hidehisa Watanabe; 英久渡辺; 秀浩石川; Hidehiro Ishikawa
Original assignee: MITSUI KINZOKU SHIGEN KAIHATSU KK; International Superconductivity Technology Center; Japan Oil Gas and Metals National Corp
Current assignee: MITSUI KINZOKU SHIGEN KAIHATSU KK; International Superconductivity Technology Center; Japan Oil Gas and Metals National Corp
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-01-22

Abstract

【課題】金属管によって坑壁が覆われた坑井内で測定を行える電磁探査方法を提供すること。【解決手段】電磁探査方法は、１次磁場を発生させる送信源１０と、送信源１０が発生させた１次磁場に基づく２次磁場を検出する磁場検出装置２０と、を用いる電磁探査方法であって、磁場検出装置２０は、超電導量子干渉素子を含み、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００の内部に磁場検出装置２０を配置する配置工程と、２次磁場を磁場検出装置２０で検出する検出工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁探査方法に関する。

地質調査や地下資源探査などに用いられる電磁探査が実用化されている。電磁探査においては、地質の比抵抗などの電気的物性が測定される。

地表面や坑井内に配置された送信源が周期的に変化する１次磁場を発生させ、１次磁場によって発生する２次磁場を、坑井内に配置された受信コイルで測定したり（特許文献１）、磁気インピーダンス素子で測定したり（特許文献２）する方法が知られている。

特表２０００−５１４１８１号公報特開２００９−３００３３２号公報

坑井の坑壁を保護するために、坑井を塩化ビニール管や金属管で保護することがしばしば行われる。しかし金属管で覆われた坑井内で１次磁場を発生させた場合、磁気モーメントは著しく減衰することが知られており、また金属管で覆われた坑井内で２次磁場を測定しようとすると、金属管によって磁場が減衰してしまうことが知られている。特に数１００Ｈｚ以上の高周波の磁場において金属管による減衰が顕著である。したがって、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、受信感度不足で測定が困難であったり、受信感度を確保するために受信装置の大型化を招来して坑井を大型化する必要が生じたり、探査可能な距離が短かったりして、実用上は困難が多かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明によれば、金属管によって坑壁が覆われた坑井内で測定を行える電磁探査方法を提供することができる。

［適用例１］
本適用例に係る電磁探査方法は、１次磁場を発生させる送信源と、前記１次磁場に基づく磁場を検出する磁場検出装置と、を用いる電磁探査方法であって、前記磁場検出装置は、超電導量子干渉素子を含み、金属管によって坑壁が覆われた坑井の内部に前記磁場検出装置を配置する配置工程と、前記１次磁場に基づく磁場を前記磁場検出装置で検出する検出工程と、を含む、電磁探査方法である。

本適用例によれば、磁場検出装置は超電導量子干渉素子を含むので、金属管によって坑壁が覆われた坑井の内部に配置されていても、磁場検出装置を大型化することなく受信感度を確保できる。したがって、金属管によって坑壁が覆われた坑井内で測定を行える電磁探査方法を実現できる。

［適用例２］
上述の電磁探査方法において、前記配置工程では、前記磁場検出装置を前記金属管に対して固定して配置することが好ましい。

これによって、微弱な磁場の強度及び方向を精度よく測定できるので、精度よく比抵抗分布を取得できる。

［適用例３］
上述の電磁探査方法において、前記磁場検出装置は、検出方向の異なる複数の超電導量子干渉素子を含むことが好ましい。

本適用例によれば、磁場検出装置は検出方向の異なる複数の超電導量子干渉素子を含むので、磁場検出装置を大型化することなく、複数の方向の磁場を高感度で検出できる。したがって、広範囲の比抵抗を測定できる。

［適用例４］
上述の電磁探査方法において、前記超電導量子干渉素子は、高温超電導の超電導量子干渉素子であることが好ましい。

超電導量子干渉素子が高温超電導の超電導量子干渉素子であることによって、液体窒素温度で使用できる。したがって、地下深部の坑井内の限られた空間でも容易に使用できる電磁探査方法を実現できる。

本実施形態に係る電磁探査方法を実施する電磁探査装置１の概要を説明するための模式図である。磁場検出装置２０の構成例を説明するための模式図である。本実施形態に係る電磁探査方法を説明するためのフローチャートである。野外実験の概要を説明するための模式図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、野外実験の結果及びシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．全体構成
図１は、本実施形態に係る電磁探査方法を実施する電磁探査装置１の概要を説明するための模式図である。

本実施形態に係る電磁探査方法は、例えば、石油及び天然ガスなどの資源探査や、石油増進回収法(Enhanced Oil Recovery：ＥＯＲ)におけるモニタリングなど、種々の電磁探査に適用できる。

電磁探査装置１は、１次磁場を発生させる送信源１０と、１次磁場に基づく磁場を検出する磁場検出装置２０とを含んで構成されている。電磁探査装置１は、さらに、送信源１０に操作信号や１次磁場発生用の電力を、ケーブルなどを介して送信する送信装置１１と、磁場検出装置２０による検出結果を、ケーブルなどを介して受け付ける受信装置２１を含んで構成されている。

送信源１０は、例えば、コイルを含んで構成される。図１に示される例では、送信源１０は、金属管１００１によって坑壁が覆われた坑井１０００内に配置されているが、送信
源１０の位置はこれに限らず、地表であったり、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００内であったりしてもよい。坑井１０００と坑井２０００との距離は、１０００ｍ以上であってもよい。また、坑井１０００及び坑井２０００の深さは、３０００ｍ以上であってもよい。

磁場検出装置２０は、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００内に配置される。磁場検出装置２０の構成の詳細については「２．磁場検出装置の構成例」の項で後述される。

なお、金属管１００１及び金属管２００１としては、例えば、炭素鋼管やステンレス鋼管など、種々の公知の金属管を採用できる。また、金属管１００１及び金属管２００１としては、比透磁率が１０〜数１０００程度の金属管が用いられることが多い。

送信装置１１が送信源１０に所定の交替電流を送信することによって、送信源１０は１次磁場を発生させる。発生した１次磁場は、伝播経路にある地質の比抵抗の大きさに応じて減衰したり、２次磁場を発生させたりする。

磁場検出装置２０は、このような１次磁場に基づく磁場（１次磁場の減衰及び２次磁場）を検出する。磁場検出装置２０による検出結果は受信装置２１に送信される。送信装置１１と受信装置２１とは、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いて同期される。

磁場検出装置２０の測定データは、伝播経路にある地質の比抵抗に応じた値を示す。したがって、磁場検出装置２０で検出される磁場の変化を解析することによって、地質の比抵抗分布を推定することができる。

２．磁場検出装置の構成例
図２は、磁場検出装置２０の構成例を説明するための模式図である。

磁場検出装置２０は、超電導量子干渉素子を含んで構成されている。図２に示される例では、それぞれ検出方向の異なる複数の超電導量子干渉素子（超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚ）を含んで構成されている。超電導量子干渉素子は、コイルなどと比較して、小型で高感度の磁場検出素子として機能することが知られている。

超電導量子干渉素子２００ｘは、主として図２に示されるｘ方向成分の磁場を検出する。超電導量子干渉素子２００ｙは、主として図２に示されるｙ方向成分の磁場を検出する。超電導量子干渉素子２００ｚは、主として図２に示されるｚ方向成分の磁場を検出する。図２に示される超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚは、長い辺で１５ｍｍ程度の直方体である。

磁場検出装置２０が検出方向の異なる複数の超電導量子干渉素子を含むことによって、磁場検出装置２０を大型化することなく、複数の方向の磁場を高感度で検出できる。したがって、広範囲の比抵抗を測定できる。

図２に示される超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚは、例えば銅酸化物などから構成される、高温超電導の超電導量子干渉素子であることが好ましい。超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚが高温超電導の超電導量子干渉素子であることによって、液体窒素温度で使用できる。高温高圧となる地下の環境において、液体ヘリウムな
どの極低温の冷媒を扱うことは困難であるが、液体窒素を扱うことは可能である。したがって、地下深部の坑井内の限られた空間でも容易に使用できる電磁探査方法を実現できる。

磁場検出装置２０は、断熱容器２０１及び断熱蓋２０２を含んで構成されている。断熱容器２０１及び断熱蓋２０２は、地下の高温高圧環境に耐え得る耐熱性と耐圧性を有している。断熱容器２０１及び断熱蓋２０２の材質としては、各種セラミックスやチタンなどの導電性の低い材質を使用することが好ましい。

断熱容器２０１は、超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚと冷媒２０３とを収容している。本実施形態においては、冷媒２０３は、液体窒素である。冷媒２０３は、超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚを冷却するために十分な量が断熱容器２０１に収容されている。

磁場検出装置２０は、磁場検出装置２０を金属管２００１に対して固定するための固定部２０４を含んで構成されている。図２に示される例では、固定部２０４は、パンタグラフ構造を有している。また、図２に示される例では、磁場検出装置２０は、固定部２０４によって、金属管２００１の中心軸と磁場検出装置２０の中心軸とが略一致するように固定されている。これによって、磁場の強度及び方向を精度よく測定できるので、精度よく比抵抗を測定できる。

超電導量子干渉素子２００ｘ、超電導量子干渉素子２００ｙ及び超電導量子干渉素子２００ｚで検出される磁場の情報は、インターフェース回路２０５及びケーブル２０６を介して、受信装置２１へと送信される。

３．電磁探査方法
図３は、本実施形態に係る電磁探査方法を説明するためのフローチャートである。以下では、図１及び図２を用いて説明した電磁探査装置１を用いて電磁探査を行う例について説明する。

本実施形態に係る電磁探査方法は、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００の内部に磁場検出装置２０を配置する配置工程と、１次磁場に基づく磁場を磁場検出装置２０で検出する検出工程と、を含む。

まず、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００の内部に磁場検出装置２０を配置する（ステップＳ１００；配置工程）。

ステップＳ１００の後に、送信源１０によって１次磁場を発生させる（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の後に、１次磁場に基づく磁場を磁場検出装置２０で検出する（ステップＳ１０４；検出工程）。

ステップＳ１０４の後に、磁場検出装置２０で検出された磁場に基づいて比抵抗を推定する（ステップＳ１０６）。

本実施形態に係る電磁探査方法によれば、磁場検出装置２０は超電導量子干渉素子を含むので、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００の内部に配置されていても、磁場検出装置２０を大型化することなく受信感度を確保できる。したがって、金属管２
００１によって坑壁が覆われた坑井２０００内で測定を行える電磁探査方法を実現できる。

配置工程（ステップＳ１００）では、磁場検出装置２０を金属管２００１に対して固定して配置することが好ましい。これによって、磁場の強度及び方向を精度よく測定できるので、精度よく比抵抗を測定できる。

４．実施例
図４は、野外実験の概要を説明するための模式図である。図１に示される電磁探査装置１の構成に対応する構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４に示される送信源１０は、一辺が約７０ｍの略正方形となるように地表に設けられたコイルである。

図４に示される坑井２０００は、直径約２０ｃｍ、深さ約２ｍであり、金属管２００１によって坑壁が覆われている。

図４に示される金属管２００１は、直径約２０ｃｍ、長さ約２ｍである炭素鋼管である。炭素鋼の厚さは５．８ｍｍ、比透磁率は約１００、比抵抗値は約１７．４×１０^８Ωｍである。また、大地の比抵抗値は約１０Ωｍである。

図４に示される磁場検出装置２０は、坑井２０００の内部の深さ約１．５１ｍの位置に配置されている。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、野外実験の結果及びシミュレーション結果を示すグラフである。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、菱形点は野外実験の結果、黒実線は金属管２００１がない場合のシミュレーション結果、灰色実線は金属管２００１がある場合のシミュレーション結果を表す。

図５（Ａ）は、鉛直方向の磁場の振幅を示すグラフである。図５（Ａ）の横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は磁場の強度［ｎＴ］を表す。

図５（Ｂ）は、鉛直方向の磁場の位相を示すグラフである。図５（Ｂ）の横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は位相［ｄｅｇｒｅｅ］を表す。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されるように、野外実験の結果は、金属管２００１がある場合のシミュレーション結果と概ね一致することが確認された。すなわち、周波数が１Ｈｚから１０００Ｈｚまでの広い範囲に亘って、精度よく磁場を測定できることが確認された。したがって、金属管２００１によって坑壁が覆われた坑井２０００内で測定を行える電磁探査方法を実現できることが確認された。

以上、本実施形態あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施形態あるいは変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む
。

１…電磁探査装置、１０…送信源、１１…送信装置、２０…磁場検出装置、２１…受信装置、２００ｘ…超電導量子干渉素子、２００ｙ…超電導量子干渉素子、２００ｚ…超電導量子干渉素子、２０１…断熱容器、２０２…断熱蓋、２０３…冷媒、２０４…固定部、２０５…インターフェース回路、２０６…ケーブル、１０００…坑井、１００１…金属管、２０００…坑井、２００１…金属管

Claims

１次磁場を発生させる送信源と、前記１次磁場に基づく磁場を検出する磁場検出装置と、を用いる電磁探査方法であって、
前記磁場検出装置は、超電導量子干渉素子を含み、
金属管によって坑壁が覆われた坑井の内部に前記磁場検出装置を配置する配置工程と、
前記１次磁場に基づく磁場を前記磁場検出装置で検出する検出工程と、
を含む、電磁探査方法。
請求項１に記載の電磁探査方法において、
前記配置工程では、前記磁場検出装置を前記金属管に対して固定して配置する、電磁探査方法。
請求項１又は２に記載の電磁探査方法において、
前記磁場検出装置は、検出方向の異なる複数の超電導量子干渉素子を含む、電磁探査方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電磁探査方法において、
前記超電導量子干渉素子は、高温超電導の超電導量子干渉素子である、電磁探査方法。