JP2016090583A - ダウンホール環境の高周波検査 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】とりわけ、ダウンホール環境の特徴を周波数が3〜5MHzの範囲の超音波信号を用いて検査する検層ツールの実施形態が開示される。超音波信号は符号化され、それらの飛行時間と振幅が、およそ1mmのケーシングの内面の特徴に関する、およびケーシング背後のセメントボンドの品質に関する情報を提供する。
【選択図】図1
Description
音波放射体120および受信機130はハウジング内に設けられ、また約3MHzよりも大きい周波数を有する符号化超音波信号をそれぞれ放射および受信するように適合される。いくつかの実施形態では、放射体120および受信機130は、帯域幅が3MHzよりも大きい符号化超音波信号をそれぞれ放射および受信するように適合される。電子コントローラ140は、電源150から電力を供給されて、放射体120を符号化超音波パルスを発生するような波形で駆動する。坑井ケーシング内外面から反射される超音波パルスは受信機130により受信され、これが受信される音波に応答して電圧波形を発生する。コントローラ140は受信波形を符号化送信パルスに相関させ、各受信エコーパルスに関して時間とエネルギー容量を発生する。時間とエネルギー容量から、コントローラはツールからケーシングへの距離、ケーシング厚、およびケーシング外壁に連結される材料の性質(たとえば、セメントボンド品質)を求め得る。たとえば、セメントボンド品質を求めるために、ケーシング内の内部反射からの連続エコーの崩壊速度が使用され得る。これらの計算値は元のエコー波形を保持するのに必要とされる記憶空間のごく一部を消費し、またメモリに記憶または後の処理のためにアップホールに送信され得る。
ここで、ρ=空間分解能
c=音速
B=信号帯域幅。
スチールでの音速を約6,100m/sとすると、所望の分解能は約3MHzの帯域幅で達成され得る。
一解決策は、送信および受信モード間で損失される時間を低減するために要素を大きく減衰させることである。たとえば、メタニオブ酸鉛圧電要素がこの目的に適する。この減衰は通常、送信電力を低減させて感度を下げてしまい、これらのトレードオフが許容可能であっても、サイクルに有限の時間だけは追加し得る。代替技法は、低音速を有する媒質(遅延線)で要素を目標から離間させることであるが、これは放射パルス列が有効距離を横断するために要する時間を増加させるであろう。様々な材料での音速は任意で小さいわけではなく、また低音速程、高損失を伴う傾向にあり、これもサイクルに有限の時間だけは追加し得る。
110 ハウジング
120 音波放射体
130 音波受信機
140 電子コントローラ
150 電源
161 ワイヤライン
162 ヘッド
171 ツール
200 要素
201 内側範囲
202 外側範囲
212 切欠き
310 面板
315 直径
318 厚さ
320 第1の電気継手
330 ディボット
420 第2の電気継手
430 第3の電気継手
510 外側ハウジング
515 肩
518 深さ
520 エポキシ層
535 端壁
620 主基材
622 中央領域
624 周辺領域
630 第2の基材
Claims (23)
- 検層(well logging)ツールであって、
坑井(well)への挿入に適するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、また前記検層ツールが前記坑井内に設けられる際に、3MHzよりも大きい帯域幅と2.5MHzを超える中心周波数を有する超音波信号を前記検層ツールを囲む流体に送信することに適する少なくとも1つのトランスデューサと、
前記トランスデューサに作動的に接続され、前記坑井内での作動に適する電子コントローラであって、前記トランスデューサに前記超音波信号を発生させるように構成される電子コントローラと、を備える検層ツール。 - 前記少なくとも1つのトランスデューサが、前記検層ツールの作動の間に、符号化パルスを備える超音波信号を送信することと、それらの符号化パルスを前記坑井の面から反射されるエコーパルスとして受信することの両方のために適する、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記坑井がケーシングを有し、
前記コントローラが、前記ケーシングの面の変化から成る組の少なくとも1つ、および前記ケーシングの外側面上のセメントボンドの品質を求めるために、前記超音波信号の少なくとも1つのエコーパルスを前記放射信号と相関させるように構成される、請求項1に記載の検層ツール。 - 前記コントローラが、前記ケーシングの厚さの変化を求めるために、異なる面から反射されるエコーパルスの飛行時間(time of flight)の差を求めるように構成される、請求項3に記載の検層ツール。
- 前記コントローラが、セメントボンド品質の変化を求めるために、エコーパルスの振幅の差を相関させるように構成される、請求項3に記載の検層ツール。
- 前記振幅の差が前記ケーシングの残響(reverbration)の崩壊速度(rate of decay)を求めるために使用される、請求項5に記載の検層ツール。
- 符号化パルスが周波数変調を用いて符号化される、請求項3に記載の検層ツール。
- 符号化パルスがチャープ(chirp)される、請求項6に記載の検層ツール。
- 前記少なくとも1つのトランスデューサが、前記超音波信号の送信とそれらの信号のエコーパルスの受信の両方を行う単一の急速減衰(rapid-damping)圧電要素を備える、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記少なくとも1つのトランスデューサが互いに平行である送信機および受信機対を備える、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記送信機が、前記送信機の反対側の少なくとも2つの受信機領域間に位置決めされる、請求項10に記載の検層ツール。
- 前記送信機および受信機対が放射対称(radially symmetric)である、請求項11に記載の検層ツール。
- 前記送信機および受信機対が中心の板状送信機と周囲のリング状受信機を備える、請求項12に記載の検層ツール。
- 受信されるエコーパルスを、ケーシング面データ、ケーシング厚、およびセメントボンド品質を含む縮小(reduced)データファイルに変換する前記ハウジング内の電子機器を備える、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記トランスデューサにより少なくとも30分の期間受信されるエコーパルスから導出される信号を記憶する前記ハウジング内のデジタルストレージを備える、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記中心周波数が約3.5MHzを超えている、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記中心周波数が約4.5MHzを超えている、請求項1に記載の検層ツール。
- 前記帯域幅が4.5MHzよりも大きい、請求項1に記載の検層ツール。
- ケーシング坑井の少なくとも1つの性質を求めるための方法であって、
前記ケーシング坑井内に検層ツールであって、電子コントローラと少なくとも1つのトランスデューサであって、3MHzよりも大きい帯域幅と約4.5MHzよりも大きい中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成されるトランスデューサとを有する検層ツールを降ろすステップと、
一連の符号化超音波パルスを前記トランスデューサを用いて前記検層ツールを囲む流体に送信するステップと、
対応する一連のエコーパルスを受信するステップと、
前記コントローラを用いて、前記少なくとも1つの性質を求めるために、前記送信パルスを前記エコーパルスと相関させるステップと、を含む方法。 - 前記少なくとも1つのトランスデューサが中心送信機と同心円状に配置される受信機を備える、請求項19に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのトランスデューサが、超音波パルスの送信と受信の両方を行う単一の急速減衰圧電要素を備える、請求項19に記載の方法。
- 検層ツールであって、
坑井への挿入に適するハウジングと、
急速減衰圧電要素を備える少なくとも1つのトランスデューサであって、前記ハウジング内に設けられ、また前記検層ツールが前記坑井内に設けられる際に、3MHzよりも大きい帯域幅と約4.5MHzよりも大きい中心周波数を有する超音波信号を送信することと、それらの信号のエコーパルスを受信することに適するトランスデューサと、
前記トランスデューサに作動的に接続され、前記坑井内での作動に適する電子コントローラであって、前記少なくとも1つのトランスデューサにより送信される前記超音波信号を発生するように構成される電子コントローラと、を備える検層ツール。 - 前記少なくとも1つのトランスデューサが電気エコーパルス信号を前記電子コントローラに送信し、前記電子コントローラが、前記坑井の1つまたは複数の性質を特定するために、前記エコーパルス信号を解釈する、請求項22に記載の検層ツール。
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