JP2019207191A - 磁気測定装置、冷却装置、及び磁気探査システム - Google Patents
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Abstract
Description
電磁探査手法は、海底資源の探査への適用が期待されている。例えば、海底に設置されたケーブルに矩形波状の電流を通電し、ここから離れた海底に設置された磁気センサで応答を見ることで、海底下又は海中の抵抗値分布を推定することが可能になる。また、他の用途として、生産に伴い圧力が減少した油田に対して二炭化炭素や界面活性剤を含有する水等の圧入流体を圧入し、油層中に残された原油分を回収する増進回収における圧入流体のモニタリング、及び産業活動において生成する二酸化炭素の地下貯留における二酸化炭素の挙動監視などが挙げられる。
磁気探査システムSは、海底下の油田の油層に水を圧入し、油層中の炭化水素を生産井で回収する1次回収プロセスでの水の挙動を検知するためのモニタリングシステムである。磁気探査システムSは、圧入井から水を圧入することにより生じる水−炭化水素界面が海底に設置された磁気測定装置Tの下を通過するタイミングを、磁場発生部V1の磁場の遮断により励起される二次磁場の変化で測定する。磁気探査システムSは、水−炭化水素界面が磁気測定装置Tの下を通過するタイミングを測定することで、炭化水素の位置を特定することができる。
図2は、本実施形態に係る磁気測定装置Tの構造を示す図である。
磁気測定装置Tは、海底、又は水性若しくは油性の液体で満たされた坑井中で使用される。磁気測定装置Tは、外側容器1、内側容器2、超伝導量子干渉計素子(SQUID素子)搭載基板(以下、SQUID基板という)3、FLL(Flux Locked Loop)回路4、冷却部5、蓄電部6、保持材7、圧力検出部8、及び制御部9を有する。磁気測定装置Tは、超伝導量子干渉計素子(以下、SQUID素子という)31で磁場強度及び磁場強度の変化を測定する装置である。
図3は、制御部9の冷却制御フローを示す図である。
制御部9は、温度検出部32でSQUID素子31の温度を計測する(S11)。次に、制御部9は、温度検出部32で検出された温度が所定の閾値以上であるか否かを判定する(S12)。
図4は、制御部9の蓄電制御フローを示す図である。
制御部9は、蓄電量計測部で計測された蓄電量が所定の第1下限値未満であり、かつ測定部91が磁気を測定しないタイミングで蓄電部6に蓄電させる。
本実施形態に係る磁気測定装置Tは、内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器2と、内側容器2に収容された超伝導量子干渉計素子31と、超伝導量子干渉計素子31を冷却する液体冷却剤Lと、液体冷却剤Lが発する冷熱を蓄積する蓄熱体25と、超伝導量子干渉計素子31が検出した磁気を測定する測定部91と、を有し、超伝導量子干渉計素子31は、液体冷却剤Lを介して蓄熱体25に接している。液体冷却剤Lは、内側容器2外から流入する熱で気化し、外側容器1内部の圧力を上昇させ、これに伴い、液体冷却剤Lの温度も上昇する。この場合にも蓄熱体25の体積は実質的には変化せず、かつ蓄熱体25の体積当たりの熱容量が、液体冷却剤Lの体積当たりの熱容量より大きいため、液体冷却剤Lの温度の上昇が緩和される。
磁気探査システムSの詳細について説明する。
前述したように、磁気探査システムSは、磁場発生装置V、磁気測定装置T、及びシステム制御装置Uを有する。磁場発生装置Vは、磁場発生部V1及び給電部V2を有する。磁場発生部V1は、システム制御装置Uが発生する磁場発生信号に基づいて磁場を発生する。給電部V2は、磁場発生部V1に電圧を印加する。
以上、略直線状のケーブルV11に矩形波状の電流を流す磁場発生装置Vについて説明したが、例えば、略直線状のケーブルV11に代えてループコイルを使用したり、矩形波に代えて周波数SWEEP波形を使用したりするなど適宜、変更・組み合わせをすることができる。
図7は、蓄熱体25の変形例を示す図である。図7(a)は、蓄熱体25aの高さ方向における断面図である。図7(b)は、蓄熱体25aを上方から見た構造を示す図である。
T、Ta・・・磁気測定装置
1・・・外側容器
11・・・外側容器本体
12・・・蓋体
13・・・コネクタ
14・・・内部圧力保持装置
15・・・制御ケーブル
2・・・内側容器
21・・・内側容器本体
22・・・蓋体
221・・・穴
222・・・放出管
24・・・液体冷却剤注入管
241・・・バルブ
25、25a・・・蓄熱体
251・・・収容部
252・・・穴
253a・・・第1蓄熱体
254a・・・第2蓄熱体
3、3a・・・超伝導量子干渉計素子(SQUID素子)搭載基板(SQUID基板)
31、31a・・・超伝導量子干渉計素子(SQUID素子)
32・・・温度検出部
33・・・コネクタ
4・・・FLL回路
5・・・冷却部
51・・・冷凍機
52・・・モータ
53・・・冷却ヘッド
54・・・放熱ヘッド
55・・・ヒートパイプ
6・・・蓄電部
61・・・第1蓄電部
62・・・第2蓄電部
7・・・保持材
71・・・振動吸収材(第1の保持材)
72・・・第2の保持材
73・・・第3の保持材
74・・・第4の保持材
75・・・第5の保持材
8・・・圧力検出部
9・・・制御部
91・・・測定部
92・・・記憶部
93・・・冷凍機スイッチ
U・・・システム制御装置
V・・・磁場発生装置
V1・・・磁場発生部
V11・・・ケーブル
V12・・・電極
V2・・・給電部
V21・・・直流電源
V22・・・スイッチ装置
L・・・液体冷却剤
Claims (16)
- 内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、
前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子と、
前記超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、
前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、
前記超伝導量子干渉計素子が検出した磁気を測定する測定部と、
を有し、
前記超伝導量子干渉計素子は、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように設置されていることを特徴とする磁気測定装置。 - 前記蓄熱体は、凹形状の収容部を有し、
前記超伝導量子干渉計素子は、前記収容部に収容されていることを特徴とする、
請求項1に記載の磁気測定装置。 - 前記収容部の底には、前記蓄熱体を貫通する穴が形成されていることを特徴とする、
請求項2に記載の磁気測定装置。 - 前記蓄熱体は、
第1蓄熱体と、
前記収容部の下方において前記第1蓄熱体と結合する第2蓄熱体と、
を有することを特徴とする、
請求項2又は3に記載の磁気測定装置。 - 前記液体冷却剤は液体窒素であり、
前記蓄熱体は、シリコン又は石英ガラスを含むことを特徴とする、
請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気測定装置。 - 前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を冷却して液化させる冷却部と、
前記測定部が磁気を測定するタイミングに基づいて前記冷却部を作動させる制御部と、
をさらに有することを特徴とする、
請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気測定装置。 - 前記超伝導量子干渉計素子の温度を検出する温度検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が所定の温度以上であり、かつ前記測定部が磁気を測定するタイミングでない場合に前記冷却部を作動させることを特徴とする、
請求項6に記載の磁気測定装置。 - 前記制御部は、磁気を発生させる磁場発生装置から受信した、前記磁場発生装置が磁気を発生させるタイミングを示す間欠的な磁場発生信号に基づいて、前記測定部が磁気を測定するタイミングを特定し、特定したタイミングに基づいて前記冷却部を間欠的に作動させることを特徴とする、
請求項6又は7に記載の磁気測定装置。 - 前記内側容器を収容する外側容器をさらに有し、
前記内側容器には、前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を前記外側容器との間で連通させるための穴が形成されていることを特徴とする、
請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気測定装置。 - 前記蓄熱体の外側面と前記内側容器の内側面との間に設けられており、前記液体冷却剤が気化する際に生じる振動を吸収する振動吸収材をさらに有することを特徴とする、
請求項1から9のいずれか一項に記載の磁気測定装置。 - 超伝導量子干渉計素子を冷却する冷却装置であって、
内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、
前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、
前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、
動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように前記超伝導量子干渉計素子を固定する固定部と、
を有することを特徴とする冷却装置。 - 磁場を発生する磁場発生装置と、前記磁場発生装置が発生した磁場を測定する磁気測定装置と、前記磁場発生装置及び前記磁気測定装置を制御するシステム制御装置とを備える磁気探査システムであって、
前記システム制御装置は、前記磁場発生装置が磁場を発生するタイミングを示す磁場発生信号を生成し、
前記磁場発生装置は、前記磁場発生信号に基づいて磁場を発生する磁場発生部を有し、
前記磁気測定装置は、
内側と外側との間で熱が移動することを抑制する内側容器と、
前記内側容器に収容された超伝導量子干渉計素子と、
前記超伝導量子干渉計素子を冷却する液体冷却剤と、
前記液体冷却剤が発する冷熱を蓄積する蓄熱体と、
前記磁場発生信号に基づいて、前記超伝導量子干渉計素子が検出した磁気を測定する測定部と、
を有し、
前記超伝導量子干渉計素子は、動作時に前記液体冷却剤に浸漬されるように設置されていることを特徴とする磁気探査システム。 - 前記磁気測定装置は、
前記液体冷却剤が気化した気体冷却剤を冷却して液化させる冷却部と、
前記磁場発生信号に基づいて、前記測定部が磁気を測定しないタイミングで前記冷却部を作動させる制御部と、
をさらに有することを特徴とする、
請求項12に記載の磁気探査システム。 - 前記磁場発生装置は、前記磁場発生信号に同期して前記磁場発生部に通電する通電期間と、前記磁場発生部に通電しない非通電期間とを切り替え、
前記システム制御装置は、前記磁場発生装置が前記通電期間から前記非通電期間に切り替わるタイミングを予告する予告信号をさらに生成し、
前記制御部は、前記予告信号に基づいて前記冷却部の作動を停止させることを特徴とする、
請求項13に記載の磁気探査システム。 - 前記磁気測定装置を作動する電力を蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部の蓄電量を計測する蓄電量計測部と、
をさらに有し、
前記制御部は、前記蓄電量計測部で計測された蓄電量が所定の第1下限値未満であり、かつ前記測定部が磁気を測定しないタイミングで前記蓄電部に蓄電させることを特徴とする、
請求項13又は14に記載の磁気探査システム。 - 前記蓄電部は、第1蓄電部と第2蓄電部を有し、
前記制御部は、前記蓄電量計測部で計測された前記第2蓄電部の蓄電量が前記所定の第1下限値よりも小さい所定の第2下限値未満である場合は、前記測定部が磁気を測定するタイミングであっても前記第2蓄電部に蓄電させることを特徴とする、
請求項15に記載の磁気探査システム。
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JP2021105476A (ja) * | 2019-12-26 | 2021-07-26 | 富士通株式会社 | 冷却装置、及び冷却装置を用いたセンサ装置 |
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