JP3453230B2 - 井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、井戸穴内に配置さ
れ、井戸穴内の導電性の泥の固有抵抗を測定するるよう
になっている方法及び装置に関し、より詳しくは泥が充
満している井戸穴の中に配置されるようになっているツ
ールストリングと、このツールストリングに接続されて
いる電極アレイとを含み、上記電極アレイが上記ツール
ストリングの絶対底部に配置されている第１の電極と、
第２の電極とを含み、これらの電極の一方が電流を放出
して上記第１の電極と第２の電極との間の導電性の泥を
通してこの電流を伝播させ、上記電流を第１の電極から
上記ツールストリングの長手方向軸に沿って上記第２の
電極まで伝播させ、また上記第２の電極から上記ツール
ストリングの長手方向軸に沿って上記第１の電極まで伝
播させるようにした上記のような方法及び装置に関す
る。。

【０００２】

【従来の技術】誘導ロギングツール( logging tool )は
従来の技術に開示されている。例えばChandler らの米
国特許第 5,157,605号にロギング装置が開示されてい
る。またMinerboらの米国特許第 5,041,975号には Chan
dler らの特許の誘導ロギング装置に使用する井戸穴修
正システムが開示されている。 Minerboらの特許の修正
システムは、井戸ロギング装置を井戸穴内に配置した時
に装置から生成される１組の出力信号に固有の誤差を修
正する。この誤差は井戸ロギング装置からの出力信号に
影響する井戸穴の効果を表している。井戸ロギング装置
からの出力信号に影響する泥が充満した井戸穴の効果を
修正するために、井戸穴内の泥の固有抵抗を知る必要が
ある場合が多く、またこの泥の固有抵抗値は良好な精度
で知る必要がある。井戸穴は、それ自体の固有抵抗値を
有しているある地層（もしくはフォーメーション）に突
入している。極く稀に、井戸穴内の泥の固有抵抗と地層
の固有抵抗との間に大きい差が存在する。地層の固有抵
抗と泥の固有抵抗の差異が井戸穴の特定の深さよって増
加すると、井戸穴内の井戸ロギング装置から生成される
出力信号に若干の望ましくない動揺が見られることがあ
る。その結果、特に井戸ロギング装置が大きい井戸穴を
記録している時には、誘導井戸ロギング装置からの出力
信号内に発生するこれらの動揺を修正することが必須に
なる。

【０００３】出力信号内の望ましくない動揺に関連する
この問題は従来から知られていた。この問題を解決する
ために，“補助測定サブ”（ＡＭＳサブ）として知られ
る特別な泥固有抵抗サブ( sub ) が開発された。ＡＭＳ
サブは、誘導井戸ロギング装置ツールストリングの頂部
に配置される。このサブは井戸穴内の泥の固有抵抗を測
定する他に、温度測定及びツール加速度測定を含む他の
測定も行う。しかしながら、ＡＭＳサブは２つの問題、
即ち精度と価格とによって悩まされてきた。測定精度問
題に関して述べれば、井戸穴が突入している地層の固有
抵抗、もしくは井戸穴内の測定ツールの位置によって測
定が影響されることなく、泥が充満した井戸穴内の泥の
固有抵抗を測定することは、特に井戸穴の直径が５イン
チ乃至 24 インチの範囲にわたる場合には極めて困難な
問題になり得る。井戸穴内の泥の固有抵抗の測定を不正
確にする１つの要因は、測定に及ぼす地層の固有抵抗の
影響である。井戸穴が突入している地層が泥の 100倍の
抵抗である場合には、その体積測定応答の 99 ％が井戸
穴の内側から得られるようになっている抵抗プローブ
は、井戸穴内の泥の固有抵抗を推定する際に 100％の誤
差をもたらすことになる。その結果、測定プローブを地
層の固有抵抗に不感ならしめるためには測定プローブに
よる調査を井戸穴内の極めて浅い深さだけに限定しなけ
ればならない。ＡＭＳサブが行う泥の固有抵抗測定の精
度に及ぼす地層の固有抵抗の有害効果を低減させるため
に、ＡＭＳサブの外壁は凹みと、この凹み内に配置され
た１組の電極を含んでいる。ＡＭＳサブの電極は、電流
放出電極、電流受信電極及び測定電極を含む。しかしな
がらたとえこの１組の電極をＡＭＳサブの外壁内の凹み
の中に配置したとしても、それでもＡＭＳサブが行う泥
の固有抵抗の測定精度は、井戸穴内の泥の固有抵抗と井
戸穴が突入している地層の固有抵抗との差によって有害
な影響を受ける。

【０００４】価格の問題に関して述べれば、ＡＭＳサブ
は井戸穴内のツールストリングの頂部に配置されるの
で、ケーブルヘッドとツールストリングの残余の部分と
を電子的に接続する手段を設けなければならない。その
結果、高価な多重導体ヘッド（各ヘッドは 10,000 ドル
もする 31 ピンヘッドである）をＡＭＳサブの頂部及び
底部に配置しなければならず、そのためＡＭＳサブの総
合価格が増大する。従って、特に、井戸穴内の泥の固有
抵抗と井戸穴が突入している地層の固有抵抗との間に大
きい差が存在する場合には、井戸穴内の泥の固有抵抗を
測定するための別の方法及び装置が要望される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の主目的は、泥が充満した
井戸穴内のツールストリングの底部に配置され、井戸穴
が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害
な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定
する方法及び装置を提供することである。本発明の別の
目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるように
なっていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によっ
て測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥
の固有抵抗を測定する測定プローブによって実施される
測定方法を提供することであって、本方法は、本方法を
実施する装置を井戸穴内に降下させる段階を含む。この
装置は、ツールストリングと、装置が井戸穴内に配置さ
れた時にツールストリングの底部に接続される測定プロ
ーブとを含み、この測定プローブは測定プローブの底部
に接続されている底部電極と、第２の電極とを含む。本
方法は更に、装置が井戸穴内に配置されている時に底部
電極と第２の電極との間の泥内へ電流を流す段階をも含
む。この電流は、底部電極から電流が放出される時には
始めは、もしくは底部電極に受信される時には、プロー
ブの長手方向軸にほぼ平行な方向に伝播する。また本方
法は更に、装置が井戸穴内に配置され、電流が底部電極
と第２の電極との間に流されている時に、底部電極の下
に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定する段階を
も含む。この領域内のこの電圧電位降下は、底部電極か
ら放出されてこの領域内を流れる、もしくはこの領域内
を流れて底部電極に受信される電流によって制御され
る。

【０００６】本発明の更に別の目的は、泥が充満してい
る井戸穴内に配置されるようになっていて井戸穴が突入
している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響
を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測
定プローブによって実施される測定方法を提供すること
であって、本方法は、井戸穴内のツールストリングの底
部に配置されている電流放出電極から井戸穴内の泥の中
へ始めは測定プローブの長手方向軸にほぼ平行な下向き
の方向に電流を伝送する段階と、この電流を電流受信用
電極に向けて泥の中を伝播させる段階と、泥の中の電流
放出電極に接して存在する電位の降下を測定する段階と
を含んでいる。本発明のさらなる目的は、井戸穴内に配
置される測定プローブを提供することであって、この測
定プローブは、プローブ本体と、プローブ本体の底部に
接続されている底部電極と、プローブ本体に接続されて
いる第２の電極と、底部電極に接して配置され、底部電
極の直近及び直下に位置する領域内に存在する電圧電位
降下を測定する少なくとも１つの測定電極とを含む。プ
ローブが井戸穴内に配置されている時に底部電極と第２
の電極との間に電流を流すようになっており、この電流
は、プローブが井戸穴内に配置されている時に、底部電
極から電流が放出される時には始めは、もしくは底部電
極に受信される時には、プローブの長手方向軸にほぼ平
行な方向に流れる。測定電極によって測定される領域内
の電圧電位降下は底部電極から放出されてこの領域内を
流れる、もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信さ
れる電流によって制御される。

【０００７】本発明の更に別の目的は、泥が充満してい
る井戸穴内に配置されるロギング装置を提供することで
あり、本装置は、ロギング装置ツールストリングの底部
に配置されていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗
によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴
内の泥の固有抵抗を測定する測定装置を含んでいる。本
発明の更に別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配
置されるロギング装置を提供することであり、本ロギン
グ装置は、ロギング装置ツールストリングの底部に配置
されていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によっ
て測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥
の固有抵抗を測定する測定装置を含み、この測定装置
は、プローブ本体と、プローブ本体の底部に接続されて
いる底部電極と、プローブ本体に接続されている第２の
電極と、底部電極に接して配置され、底部電極の直近及
び直下に位置する領域内に存在する電圧電位降下を測定
する少なくとも１つの測定電極とを含む。プローブが井
戸穴内に配置されている時に底部電極と第２の電極との
間に電流を流すようになっており、この電流は、プロー
ブが井戸穴内に配置されている時に、底部電極から電流
が放出される時には始めは、もしくは底部電極に受信さ
れる時には、プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に
流れる。測定電極によって測定される領域内の電圧電位
降下は、底部電極から放出されてこの領域内を流れる、
もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信される電流
によって制御される。

【０００８】本発明の更に別の目的は、泥が充満してい
る井戸穴内に配置されるロギング装置を提供することで
あり、本ロギング装置は、ロギング装置ツールストリン
グの底部に配置されていて井戸穴が突入している地層の
固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることな
く井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測定装置を含む。
この測定装置は、測定装置の底部に、及びロギング装置
ツールストリングの底部に配置されている底部電極を含
み、この底部電極は、ロギング装置が井戸穴内に配置さ
れている時に、井戸穴内の泥内へ最初は垂直方向に流れ
る電流を放出するか、もしくは底部電極内へ垂直方向に
流れる電流を受信する。本発明の更に別の目的は、泥が
充満している井戸穴内に配置されるロギング装置を提供
することであり、本ロギング装置は、ロギング装置ツー
ルストリングの底部に配置されるようになっていて井戸
穴内の泥の固有抵抗を測定し、同時に井戸穴が突入して
いる地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受
けることがない測定装置を含む。この測定装置は、測定
装置の底部に、及びロギング装置ツールストリングの底
部に配置されている電流放出電極と、電流受信電極とを
含み、電流放出電極は始めは下向きの方向に電流を放出
し、この始めは下向きの方向は、ロギング装置及び関連
測定装置が井戸穴内に配置されている時のツールストリ
ングの長手方向軸にほぼ平行である。電流は、井戸穴内
の泥と、井戸穴が突入している地層との界面と交差する
ことなく受信電極によって受信される。

【０００９】本発明のこれらの、及び他の目的に達成す
るために、ロギング装置は泥が充満している井戸穴内に
配置され、測定プローブはロギング装置のツールストリ
ングの底部に接続される。測定プローブは泥が充満して
いる井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。測定プローブ
は、ロギング装置が井戸穴内に配置されている時のプロ
ーブの底部に配置される底部電極と、第２の電極と、底
部電極に接して配置され、測定プローブの底部電極の直
近及び直下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定
する少なくとも１つの測定電極とを含んでいる。測定プ
ローブが付勢されると、底部電極と第２の電極との間の
泥の中を電流が流れる。底部電極から泥内へ電流が放出
される時、電流は始めはロギング装置ツールストリング
の長手方向軸にほぼ平行な方向に流れる。測定電極は底
部電極に接して配置されているから、測定電極は底部電
極の直下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定す
る。測定電極によって測定されるこの領域内の電圧電位
降下は、底部電極から放出されてこの領域内を流れる、
もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信される電流
によって制御される。測定プローブの底部電極から放出
される電流は始めは、また底部電極によって受信される
電流は、プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に泥の
中を伝播するから、井戸穴内の泥と、井戸穴が突入して
いる地層との界面を横切る電流は極めて僅かな量にしか
過ぎない。その結果測定電極によって測定される電圧電
位降下は、主として底部電極の直近及び直下に位置する
泥の領域内に存在する電位降下によって制御される。従
って、たとえ井戸穴内の導電性の泥と、井戸穴が突入し
ている地層との界面に大きい固有抵抗の差異が存在して
いても、底部電極に受信される、及び底部電極から放出
される電流の殆どがこの界面を横切ることはないから、
本発明の測定プローブが測定する泥の固有抵抗の測定精
度にこの固有抵抗の差異が有害な影響を与えることはな
い。

【００１０】本発明の応用のさらなる範囲は、以下の詳
細な説明から明白になるであろう。しかしながら、以下
の記述及び特定の例は、本発明の好ましい実施例を表し
てはいるが、これらは単なる例示に過ぎず、当業者なら
ば以下の説明から、本発明の範囲から逸脱することなく
種々の変更を考案できるであろう。以下に添付図面に基
づいて本発明の好ましい実施例を詳述するが、この説明
は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない
ことを理解されたい。

【００１１】

【実施例】図１を参照し、従来の技術の項で述べた従来
技術の補助測定サブ（ＡＭＳサブ）の構造を説明する。
図１に示すＡＭＳサブは、 Chandler らの米国特許第
5,157,605号に開示されている型の井戸ロギング装置ツ
ールストリングの頂部に接続される。 Chandlerらの特
許は誘導井戸ロギング装置を開示している。ＡＭＳサブ
は、井戸穴１２内に配置されるサブ本体１０を含み、こ
のサブ本体１０と井戸穴１２が突入している地層の壁１
６との間に環状空間１４を限定している。多重ピンコネ
クタヘッド１７（典型的には、 31 ピンヘッド）が本体
１０の頂部に接続され、別の多重ピンコネクタヘッド１
９が本体１０の底部に接続されている。コネクタヘッド
１７及び１９は図１のＡＭＳサブへ、及びＡＭＳサブか
ら電流を通じさせるようになっており、またＡＭＳサブ
の下方に配置されているツールへ信号及び電力を伝送す
るのにも使用される。泥の高い外圧に耐えなければなら
ないヘッド１７及び１９は各々製造が極めて高価であ
り、それぞれ約１万ドル程度もする。導電性の泥１８は
環状空間１４の中に位置している。サブ本体１０は、サ
ブ本体１０の外壁に対して内向きに配置されている凹み
２０を含む。１組の電極Ａ１、Ｍ１、Ｍ２及びＡ２が凹
み２０内に配置されている。電流放出電極と呼ぶ電極Ａ
１は電流を導電性の泥１８内へ電流を放出する。この電
流は泥１８を通って伝播し、電流受信電極と呼ぶ電極Ａ
２によって受信される。測定電極と呼ぶ電極Ｍ１及びＭ
２はＡ１電極とＡ２電極との間に配置され、１対の等電
位線２１によって囲まれている領域２３内に存在する電
圧電位降下を測定する。この領域２３は、井戸穴１２内
の導電性の泥１８と、井戸穴１２が突入している地層と
を含む。図１の領域２３内の電圧電位降下は、環状空間
１４内の導電性の泥１８だけの固有抵抗（Ｒｍ）を表す
ことを仮定している。

【００１２】しかしながら、ある問題が存在している。
即ち、図１の領域２３内の電圧電位降下は、実際には泥
１８の固有抵抗と、井戸穴１２が突入している地層の固
有抵抗の両方を表しているのである。この問題を回避す
るために、図１では電極Ａ１、Ｍ１、Ｍ２及びＡ２を凹
み２０内に配置できるようにＡＭＳサブに意図的に凹み
２０を設けてある。凹み２０を設ける理由は次の通りで
ある。サブ本体１０の外壁１０ａ上に電極を配置する
と、電流放出電極Ａ１から放出される電流は導電性の泥
１８と、井戸穴１２が突入している地層との間に存在す
る界面（壁１６）を横切り、それによって導電性の泥１
８の固有抵抗（Ｒｍ）の測定の精度に有害な影響を与え
る。電極Ａ１、Ｍ１、Ｍ２及びＡ２を凹み２０内に配置
すると、放出電極Ａ１から放出される電流の中の極めて
少ない量だけが泥１８と地層との界面を横切ることがで
きるようになる。従って領域２３内の電圧電位降下の中
の、井戸穴１２が突入している地層内を流れる電流によ
ってもたらされる部分が減少し、その結果、井戸穴１２
内の泥１８の固有抵抗（Ｒｍ）の測定に対する有害な影
響が減少する。しかしながら、それでも図１に示すよう
に放出電極Ａ１からの若干の電流２２（“横切り電流”
と呼ぶ）は界面１６を横切り、井戸穴が突入している地
層内を流れる。その結果、等電位線２１の対によって囲
まれ、測定電極Ｍ１及びＭ２によって測定される図１の
領域２３内の電圧電位降下は、それでも導電性の泥１８
の電位降下と、井戸穴１２が突入している地層内の電位
降下の両者を含むことになる。従って図１のＡＭＳサブ
を使用しても、未だに泥の固有抵抗（Ｒｍ）の測定に対
する横切り電流２２の有害な効果が存在し、その結果泥
の固有抵抗測定は望む通りに正確ではなくなる。また図
１のＡＭＳサブは、未だに極めて高価な多重ピンコネク
タヘッドを２つ、即ちコネクタヘッド１７及び１９を必
要とする。その結果、各々が１万ドルずつのコネクタヘ
ッドを２つ、合計で少なくとも２万ドルを必要とするの
で、ＡＭＳサブは極めて高価になり得る。

【００１３】しかしながら、本発明による新規な測定プ
ローブは、この新規な測定プローブを使用した場合には
横切り電流が殆ど皆無になるので、横切り電流２２が泥
の固有抵抗（Ｒｍ）に与える上述した有害な効果を殆ど
完全に排除する。その結果、本発明の新規な測定プロー
ブによって行われる泥の固有抵抗の測定は、図１のＡＭ
Ｓサブによって行われる泥の固有抵抗の測定よりも遙か
に正確である。図２に、本発明の新規な測定プローブを
含む井戸ロギング装置を示す。図２に示すように、井戸
ロギング装置２４は井戸穴１２内に配置される。井戸ロ
ギング装置２４は、上記 Chandler らの米国特許第 5,1
57,605号に開示されている誘導井戸ロギング装置である
ことができる。本発明による新規な測定プローブ２６
は、井戸ロギング装置２４の底部２４ａに接続されてい
る。プローブ２６は、井戸穴１２内のプローブ２６の直
下に位置する導電性の泥１８の固有抵抗“Ｒｍ”を測定
するようになっている。図２のプローブ２６から得られ
る泥の固有抵抗測定は、図１のＡＭＳサブから得られる
泥の固有抵抗測定よりも遙かに正確である。それは、プ
ローブ２６がプローブ２６の絶対底部に接続されている
底部電極Ａ０を含んでいるからである。電流は、底部電
極Ａ０から放出される時には始めは、もしくは底部電極
Ａ０で受信される時には、井戸ロギング装置２４の長手
方向軸２４ｂにほぼ平行な方向に泥１８の中を伝播す
る。その結果、底部電極の直下に位置する導電性の泥１
８の領域内で発生する特定の電圧電位降下の殆どは泥１
８により生じたものであり、井戸穴１２が突入している
地層によるものではない。従って、この電圧電位降下を
近接する測定電極によって測定すれば、この特定電圧段
位降下の殆ど全てが井戸穴内の泥１８だけの中で発生す
る電位の降下を表し、井戸穴が突入している地層内で発
生したものではない。その結果、本発明の新規な測定プ
ローブ２６を使用した時の泥の固有抵抗の測定の精度
は、従来技術のＡＭＳサブによる泥の固有抵抗の測定に
対して極めて改善される。

【００１４】泥の固有抵抗測定の費用を低減させるため
に、プローブ２６は、図２に示すようなツールストリン
グの底部に配置しなければならない。プローブ２６は泥
の固有抵抗（Ｒｍ）を測定するのに４本の電線しか必要
としないので、プローブ２６は配線に高い費用を必要と
しない。前記 Chandler らの特許の誘導ロギング装置で
は、誘導ロギング装置ツールストリングの絶対底部に接
続されているリング電極（“ＳＰ電極”と呼んでいる）
が自発性電位（ＳＰ）を測定するようになっている。
“ブルノーズ”( bull nose ) もしくは“牛の鼻”と呼
ばれるゴムキャップが、普通はＳＰ電極の底部に取付け
られて輸送及びロギング中にＳＰ電極を保護する。従っ
て、このようなゴム製の“ブルノーズ”の部分として図
２の新規な測定プローブ２６を設計することが論理的で
あり、経済的である。地球累層の自発性電位の測定につ
いてのより詳細な情報に関しては、 1993 年 6月18日に
出願された特許出願、一連番号第 08/080,428 号“地球
累層の自発性電位を測定するために井戸穴装置の金属ハ
ウジングに接続された自発性電位測定装置”を参照され
たい。図３に、図２の新規な測定プローブ２６の第１
の、そして好ましい実施例を示す。

【００１５】図３に示す本発明の新規な測定プローブ２
６は、電流Ｉ₀ を泥１８内へ放出し、そして電流Ｉ₀ を
泥から受信するＳＰ電極（Ａ１）３４と、このＳＰ電極
３４の底部に一体に接続されている“ブルノーズ”とし
て知られる湾曲したディスク３０とを含む。湾曲ディス
ク３０の底部には３つの付加的な電極、即ち湾曲ディス
ク３０の底チップに配置されていて下向きの方向に泥１
８内へ電流Ｉ₀ を放出し、泥からの電流Ｉ₀ を受信する
小さいディスク状底部電極（Ａ０）３２と、底部電極
（Ａ０）３２とＳＰ電極（Ａ１）３４との間に配置され
ている１対の測定電極（Ｍ１及びＭ２）３６が取付けら
れている。底部電極（Ａ０）３２は泥１８内へ電流Ｉ₀
を放出するように機能し、泥内のこの電流Ｉ₀ はＳＰ電
極３４によって受信される。底部電極３２は泥１８から
電流Ｉ₀ を受信するようにも機能する。泥内のこの電流
はＳＰ電極３４から発せられたものである。電流Ｉ₀ が
底部電極３２から泥１８内へ放出される時には始めは、
もしくは底部電極３２によって泥１８から受信される時
には、この電流はプローブ２６の長手方向軸２４ｂにほ
ぼ平行な方向２４ｃに伝播される。測定電極３６、特定
的には測定電極Ｍ２は、底部電極３２の直近及び直下に
位置する領域（この領域は図９に最も良く示されてい
る）内に存在する特定の電圧電位降下を測定する。この
特定の電圧電位降下の殆どは、井戸穴１２が突入してい
る地層内ではなく、井戸穴内の泥１８内に存在する電位
降下によってもたらされたものである。その結果、測定
電極３６によって測定されるこの特定の電圧電位降下
は、図１及び２のＡＭＳサブによって生成されるよりも
正確な泥の固有抵抗測定を生成する。

【００１６】導電性の泥１８の固有抵抗は次の公式によ
って推定される。 Ｒｍ＝Ｋ（ＶＭ２−ＶＭ１）／Ｉ₀ 但し、Ｒｍは、導電性の泥１８の推定固有抵抗であり、
Ｋは、プローブ較正定数であり、ＶＭ１は、測定電極Ｍ
１において記録された電位であり、ＶＭ２は、測定電極
Ｍ２において記録された電位であり、そしてＩ₀ は、Ａ
０電極３２から放出された合計電流である。井戸穴１２
が突入している地層の固有抵抗に対して完全に不感にす
るために、図３の底部電極Ａ０ ３２を湾曲ディスク３
０の底に接続し、電流Ｉ₀ が底部電極３２から放出され
る時には始めは、もしくは底部電極３２において受信さ
れる時には、図３のプローブ２６の長手方向軸２４ｂに
ほぼ平行な方向に伝播しているようにする。電流Ｉ₀ が
底部電極３２から放出される場合には、この電流を導電
性の泥１８内を始めは下向きの方向２４ｃに伝播させ
る。底部電極３２から放出される、あるいは底部電極３
２において受信される電流Ｉ₀ はプローブ２６の長手方
向軸２４ｂにほぼ平行な方向２４ｃに伝播するから、電
流（Ｉ₀ ）の極めて少量部分だけが図１の横切り電流２
２のような横切り電流として機能する。底部電極３２か
ら放出される、あるいは底部電極３２において受信され
る電流（Ｉ₀ ）の殆ど全ては、導電性の泥１８と井戸穴
１２が突入している地層との間の界面１６を横切ること
はない。図１０を参照して後述するように、真の泥の固
有抵抗値と、本発明のプローブ２６によって測定された
泥の固有抵抗値との間の“最大誤差”は、ｘ軸上のＲｔ
／Ｒｍ全体にわたって、４インチ穴の場合には約８％で
あり、また８インチ穴の場合には１％以下である。この
１％誤差は、調査中の地層地層の固有抵抗が泥の固有抵
抗の 100倍大きい時に、その地層から到来する信号が測
定に及ぼす貢献度が、泥から到来する信号による貢献度
の 10000分の１でしかないことことを意味している。こ
れは次のように考えると理解し易い。

【００１７】泥の固有抵抗“Ｒｍ”は次のように表すこ
とができる。 Ｒｍ＝（１−Ｊ_F ）Ｒｍ真＋Ｊ_F Ｒｔ ここに、Ｒｍは、プローブによって測定される泥の固有
抵抗であり、Ｒｍ真は、泥の真の固有抵抗であり、Ｊ_F
は、泥の固有抵抗測定に対する地層の正規化された測定
貢献度（０＜Ｊ_F ＜１）であり、そしてＲｔは、地層の
固有抵抗である。測定誤差を％で表すと、 （Ｒｍ真−Ｒｍ）／Ｒｍ真＝Ｊ_F −Ｊ_F Ｒｔ／Ｒｍ真 ＝Ｊ_F （１−Ｒｔ／Ｒｍ真） しかしながら、Ｒｔ／Ｒｍ真は通常は、＞＞１であるか
ら、 （Ｒｍ真−Ｒｍ）／Ｒｍ真＝−Ｊ_F Ｒｔ／Ｒｍ真 となる。この負符号は、地層の固有抵抗の効果が、測定
の読みを本来の読みよりも高くすることを意味してい
る。

【００１８】もし泥の固有抵抗誤差（Ｒｍ真−Ｒｍ）／
Ｒｍ真を１％即ち 10 ^-2以下に制限するためには、地層
と泥の固有抵抗の比Ｒｔ／Ｒｍ真が 100であれば、地層
の正規化された測定貢献度はＪ_F ＜ 10 ^-4、即ち 10000
の１でなければならない。従って、図３において、電流
Ｉ₀ の殆どは横切り電流として機能することはできず、
地層の固有抵抗と導電性の泥１８の固有抵抗との間の比
もしくは差が図３に示す本発明の新規な測定プローブに
よる泥の固有抵抗測定の精度に有害な効果を及ぼすこと
はできない。図４及び５に、図２の井戸ロギング装置２
４に取付けられた図３の泥の固有抵抗測定プローブ２６
を再度示す。このプローブ２６は、絶縁材料によって分
離されているＡ０電極３２、測定電極（Ｍ２及びＭ１）
３６、及びＡ１電極３４を含んでいる。図６−８は、図
２の新規な測定プローブ２６の第２の実施例であり、こ
の実施例は主として数学的モデリングもしくはシミュレ
ーションの目的に使用されるものである。図６は、本発
明の新規な測定プローブ２６の側面図である。図６に示
す新規な測定プローブ２６はＡ１電極４２に短絡されて
いる自発性電位（ＳＰ）電極４０を備えている。

【００１９】図７は、図６の新規な測定プローブ２６の
７−７矢視底面図であり、図３の湾曲ディスク３０は平
らなディスクに変えられ、この平らなディスク上に４つ
の同心リングが配置されている。図７の平らなディスク
内の４つの同心リングは次の電極を含む。（１）図６の
ＳＰ電極４０に短絡回路４３を通して一体に接続されて
いるＡ１電極４２、（２）電流Ｉ₀ を泥１８内に放出
し、電流Ｉ₀ を泥１８から受信する底部（Ａ₀ ）電極４
４、（３）Ａ０電極４４とＡ１電極４２との間に挿入さ
れているＭ１測定電極４６、及び（４）底部（Ａ０）電
極４４とＡ１電極４２との間に挿入されているＭ２測定
電極４８。測定電極４６及び４８は、底部電極４４の直
下に位置する導電性の泥１８の領域内の電圧降下を測定
する。この電圧降下は、次式を使用して井戸穴内の導電
性の泥１８の固有抵抗を計算するために使用される。 Ｒｍ＝Ｋ（ＶＭ１−ＶＭ２）Ｉ₀ 図８は、図７の新規な測定プローブ２６の８−８矢視断
面図である。図８において、Ａ１電極４２、２つの測定
電極４８及び４６、及び底部電極４４が配置されている
平らなディスクは、ＳＰ電極４０に短絡されている。図
８のプローブ２６を通して電流を流すと電流Ｉ₀ が底部
電極４４から泥１８内へ放出され、この電流Ｉ₀ は泥１
８から底部電極４４内へ受信される。

【００２０】一方電流Ｉ₀ が図８のＡ１電極４２から泥
１８内へ放出されると、電流Ｉ₀ は最終的には図８の新
規な測定プローブ２６の長手方向軸２４ｂにほぼ平行な
方向に泥１８を通って流れる。この電流は底部電極４４
において受信される。例えば図８において、電流Ｉ₀ が
底部電極４４から泥１８内へ放出されると、電流Ｉ₀ は
先ず底部電極４４から長手方向軸２４ｂにほぼ平行な下
向きの方向に導電性の泥内へ放出される。電流Ｉ₀ が泥
１８内を伝播するにつれて、図８に示すように、電流は
Ａ１電極４２によって受信されるまで徐々に曲がって行
く。電流Ｉ₀ の最初の方向は図８のプローブの長手方向
軸２４ｂにほぼ平行な下向き方向であるから、電流Ｉ₀
の殆どは、図１の横切り電流２２に似た横切り電流とし
て機能することはない。即ち、電流Ｉ₀ の極めて少量だ
けは界面１６を横切るが、電流Ｉ₀ の殆ど全ては導電性
の泥１８と井戸穴１２が突入している地層との界面１６
を横切らない。電流Ｉ₀ は図８のプローブの長手方向軸
２４ｂにほぼ平行な方向に流れるから、電流の流れのあ
る点において電流Ｉ₀ の殆ど全ては底部電極４４の直下
に位置する泥１８の領域４５内を流れる。測定電極４６
及び４８はこの領域４５の直近に配置されているから、
測定電極４６及び４８による電位の測定は主として底部
電極４４の直下の泥内に位置する領域４５内に存在する
電位降下によって制御され、地層内の電位によっては制
御されない。

【００２１】その結果、本発明の新規な測定プローブ２
６は、泥１８の固有抵抗だけを測定することになる。井
戸穴１２が突入している地層の固有抵抗は、図３及び８
に示す本発明の新規な測定プローブ２６による泥の固有
抵抗の測定精度に有害な影響を与えることはない。以下
に図９を参照して本発明の動作を機能的に説明する。図
９には、新規な測定プローブ２６が井戸穴１２内の井戸
ロギング装置２４に接続されているように示されてい
る。井戸ロギング装置２４はプローブ２６を付勢し、そ
の結果電流Ｉ₀ が底部電極３２とＡ１電極３１との間の
導電性の泥１８内を流れ始める。電流Ｉ₀ は底部電極３
２から放出され、底部電極３２において受信されるよう
に示されており、電流Ｉ₀ は複数の等電位線５０に直角
な方向に流れる。電流Ｉ₀ が底部電極３２から泥１８内
に放出されると、電流は始めはロギング装置２４の長手
方向軸２４ｂにほぼ平行な方向に流れ始める。一方、電
流Ｉ₀ が底部電極３２から放出される時と、底部電極３
２において受信される時には、電流の流れの殆ど全て
は、底部電極３２の直下に位置し、そして第１の等電位
線５０ａと第２の等電位線５０ｂとの間に位置する領域
３７内に集中する。

【００２２】図９の等電位線５０によってシミュレート
される複数の電圧電位は、井戸穴１２内の導電性の泥１
８内から得られる。従って、等電位線５０ａと５０ｂと
の間の領域３７内の電圧電位降下は、泥１８内を流れる
電流Ｉ₀ だけの結果である。換言すれば、領域３７内の
電圧電位降下は、井戸穴１２が突入している地層内を流
れるどのような電流の結果でもない。測定電極３６は、
等電位線５０ａ及び５０ｂ上に配置され、泥内の領域３
７を囲んでいる。測定電極３６は泥１８内の電圧電位を
測定するように設計されており、泥１８の電圧電位は次
式を使用して泥の固有抵抗を計算するのに使用すること
ができる。 Ｒｍ＝Ｋ（ＶＭ１−ＶＭ２）／Ｉ₀ 測定電極３６は等電位線５０ａ及び５０ｂ上に配置され
ていて泥内の領域３７を囲んでいるから、測定電極３６
による電圧電位の測定は底部電極３２の直下に位置する
泥の領域３７内の電圧電位だけによって制御される。測
定電極３６による測定は、井戸穴が突入している地層内
の電圧電位によって制御もしくは影響されることはな
い。その結果、本発明の泥の固有抵抗測定プローブ２６
による泥の固有抵抗測定の精度は、図１のＡＭＳサブに
よる精度よりも遙かに改善される。

【００２３】図１０は、本発明の新規な測定プローブを
使用して得られた実際の結果を示している。詳述すれ
ば、図１０は泥の真の固有抵抗を本発明の新規な測定プ
ローブ２６によって測定した時に生ずる極めて小さい％
誤差（泥の真の固有抵抗と、新規な測定プローブによっ
て測定した泥の固有抵抗との間の誤差をＲｔ／Ｒｍ及び
井戸穴の寸法の関数として表す）を示している。図１０
のｙ軸上には、泥の真の固有抵抗値と本発明のプローブ
２６によって測定した泥の固有抵抗値との誤差が％で表
されている。ｘ軸上には、 0.1乃至 10000の範囲の地層
と泥の固有抵抗比Ｒｔ／Ｒｍがプロットされている。直
径が４、６、８、12、及び 16 インチの異なる井戸穴に
対応する５本の曲線が示されている。これらの結果は、
プローブ２６を井戸穴１２の内側に中心決めして得られ
たものである。図１０において４インチ穴の場合の最大
誤差は約８％であり、標準の８インチの場合にはｘ軸上
のＲｔ／Ｒｍの全範囲にわたって１％以下である。井戸
穴が 16 インチになると、プローブは実際的に地層には
不感になる。従って、修正が重要であるような大きい穴
においても極めて正確なＲｍ測定を得ることができる。
地層対泥の固有抵抗比を 10000対１として８インチ穴の
ツールの離心効果をシミュレートしたが、目立った効果
は見出されなかった。これは、８インチ穴に対する４イ
ンチ穴の先の結果を考えれば驚くには当たらない。従っ
て、予測されたように、Ｒｍプローブ２６は主としてプ
ローブ２６に極めて接近して位置する泥の塊を感知可能
である。

【００２４】研究室において、無限比のＲｔ／Ｒｍをシ
ミュレートするプラスチック容器内で、図３に示すよう
な形態のプローブ２６を使用して実験を行った。プロー
ブの位置が容器の内側の何処にあっても（プローブ２６
を完全に離心させ、プラスチック容器と接触させた場合
をも含む）５％以下の精度で泥の固有抵抗を推定するこ
とができた。Ｒｍログも試験井戸で行い、泥の固有抵抗
測定の質及び正確さを確認した。本発明のプローブ２６
により測定された泥の固有抵抗（Ｒｍ）と、 Minerboら
の米国特許第 5,041,975号に開示されている井戸穴修正
アルゴリズムによって推定したＲｍ値とは極めて良く一
致した。要約すれば、本発明の新規な測定プローブ２６
は、地層の固有抵抗もしくは井戸穴内のツールストリン
グの位置によって影響を受けることなく、井戸穴内の泥
の固有抵抗を測定する。更に、プローブ２６はツールス
トリングの端において井戸穴内の泥の固有抵抗を測定す
る。プローブ２６は、図３のブルノーズ３０上に配置さ
れて井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。プローブ２６
は、側面ではなく、見下ろしながら井戸穴内の泥の固有
抵抗を測定し、測定精度に及ぼす地層の固有抵抗の影響
を最小にする。最後に、プローブ２６は、フィードスル
ー能力を必要としない極めて低価格のプローブであり、
使い捨て物品と考えることが可能である。

【００２５】以上に本発明を説明したが、本発明は多く
の方法で変化させることができることは明白である。こ
のような変化は本発明の思想及び範囲から逸脱している
のではなく、これらの全ての変更は特許請求の範囲に含
まれるものであることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のＡＭＳサブの構造を示す図である。

【図２】井戸穴内に配置された井戸ロギング装置と、こ
の井戸ロギング装置のツールストリングの底部に接続さ
れた本発明の新規な測定プローブを示す図である。

【図３】図２の新規な測定プローブの好ましい実施例の
側面図である。

【図４】図２の測定プローブの好ましい実施例の断面図
である。

【図５】図２の測定プローブの好ましい実施例の斜視図
である。

【図６】数学的モデリングに適した図２の新規な測定プ
ローブの第２の実施例の詳細構造を示す側面図である。

【図７】図６の測定プローブの底面図である。

【図８】図７の８−８矢視断面図である。

【図９】図３乃至５に示す本発明の新規な測定プローブ
の機能的動作を示す図である。

【図１０】本発明の新規な測定プローブを使用して得た
実際の結果を示す図であり、本発明の新規な測定プロー
ブによって泥の固有抵抗を測定した時に得られる極めて
小さい％誤差を示しており、この％誤差は（Ｒｍ真−Ｒ
ｍ）／（Ｒｍ真）で表され、この式は泥の固有抵抗比
（Ｒｔ／Ｒｍ）及び穴の寸法の関数として泥の真の固有
抵抗（Ｒｍ真）と新規な測定プローブによって測定され
た泥の固有抵抗（Ｒｍ）との差を表している。

【符号の説明】

１０ ＡＭＳサブ １２ 井戸穴 １４ 環状空間 １６ 地層の壁 １７、１９ コネクタヘッド １８ 泥 ２０ 凹み ２１ 等電位線 ２２ 横切り電流 ２３ 等電位線によって囲まれた領域 ２４ 井戸ロギング装置 ２６ 測定プローブ ３０ 湾曲ディスク（ブルノーズ） ３２ 底部電極 ３４ ＳＰ電極 ３６ 測定電極 ３７ 底部電極の直近領域 ４０ ＳＰ電極 ４２ Ａ１電極 ４３ 短絡回路 ４４ 底部（Ａ０）電極 ４５ 底部（Ａ０）電極の直下領域 ４６ Ｍ１測定電極 ４８ Ｍ２測定電極 ５０ 等電位線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレ オーバン アメリカ合衆国 テキサス州 77478 シュガー ランド チェヴィー チェイ ス 631 (56)参考文献 特開 昭55−90853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−66856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−49284（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−95866（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346017（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 27/02 G01R 27/22 G01V 3/20 E21B 47/01

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 井戸穴内のツールストリングの底部に接
   続され、上記井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する装置に
   おいて、 底部電極と、第２の電極と、少なくとも１つの測定電極
   とを備え、 上記底部電極は、上記装置が上記井戸穴内に配置された
   時に上記装置の底部に接続され、そして上記装置が上記
   井戸穴内に配置された時に上記底部電極の直下に上記泥
   の領域を配置させ、 上記底部電極は上記泥の上記領域内に第１の電流を放出
   するようになっており、上記第２の電極は上記泥の上記
   領域から上記第１の電流を受信するようになっており、
   そして上記第１の電流は上記底電極から上記第１の電流
   が放出される時には始めは上記装置の長手方向軸にほば
   平行な方向に伝播し、 上記第２の電極は上記泥の上記領域内に第２の電流を放
   出するようになっており、上記底部電極は上記泥の上記
   領域から上記第２の電流を受信するようになっており、
   そして上記第２の電流は上記底部電極において上記第２
   の電流が受信される時には上記装置の長手方向軸にほば
   平行な方向に伝播し、 上記測定電極は、上記底部電極と上記泥の上記領域に接
   して配置されていて上記領域内の電圧電位を測定し、上
   記領域内の上記電圧電位は上記領域内を流れる上記電流
   によって制御されるようになっていることを特徴とする
   装置。
2. 【請求項２】 上記１つの測定電極に接して配置され、
   上記領域内の上記電圧電位を測定するようになっている
   第２の測定電極をも備えている請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 上記ツールストリングの上記底部に接続
   されている湾曲ディスクをも備え、 上記底部電極は上記湾曲ディスクの頂上に取付けられ、
   上記第２の電極及び上記１つの測定電極は上記湾曲ディ
   スクの残余の部分上に取付けられている請求項１に記載
   の装置。
4. 【請求項４】 上記湾曲ディスクの上記残余の部分上に
   取付けられ、そして上記湾曲ディスク上の上記１つの測
   定電極に接して配置され、上記泥の上記領域内の上記電
   圧電位を測定するようになっている第２の測定電極をも
   備えている請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 上記ツールストリングの上記底部に接続
   されている平らなディスクをも備え、 上記底部電極は上記平らなディスクの中心に取付けら
   れ、上記第２の電極及び上記１つの測定電極は上記平ら
   なディスクの残余の部分上に取付けられている請求項１
   に記載の装置。
6. 【請求項６】 上記平らなディスクの上記残余の部分上
   に取付けられ、そして上記平らなディスク上の上記１つ
   の測定電極に接して配置され、上記泥の上記領域内の上
   記電圧電位を測定するようになっている第２の測定電極
   をも備えている請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する方法
   において、 第２の電極と、測定プローブが上記井戸穴内に配置され
   た時に上記測定プローブの底部に位置する底部電極とを
   含む測定プローブを上記井戸穴内へ降下させる段階と、 上記底部電極から上記泥内へ電流を放出する段階と、 上記電流を上記泥から上記第２の電極内へ受信する段階
   と、 上記電流を上記第２の電極から上記泥内へ放出する段階
   と、 上記電流を上記泥から上記底部電極内へ受信する段階と
   を備え、 上記電流は、上記底部電極から上記泥内に上記電流が放
   出される時には始めは、及び上記電流が上記泥から上記
   底部電極内へ受信される時には、上記プローブの長手方
   向軸にほぼ平行な方向に上記泥内を流れることを特徴と
   する方法。
8. 【請求項８】 井戸穴内のツールストリングの底部に接
   続され、上記井戸穴内の導電性の泥の固有抵抗を測定す
   るようになっている測定プローブにおいて、 上記プローブが上記井戸穴内の上記ツールストリングの
   上記底部に接続されている時に上記プローブの底部に接
   続されるようになっており、上記泥内に電流を放出する
   ようになっている電流放出電極を備え、 上記電流は、上記電流放出電極から上記井戸穴内の上記
   導電性の泥内へ始めは下向きの方向に放出され、上記電
   流放出電極から放出される電流の上記始めは下向きの方
   向は上記測定プローブの長手方向軸にほぼ平行であるこ
   とを特徴とする測定プローブ。
9. 【請求項９】 井戸穴内の導電性の泥の固有抵抗を測定
   する方法において、 測定プローブの底部に接続されている電流放出電極と、
   電流受信電極と、１対の測定電極とを含む測定プローブ
   を上記導電性の泥を含む上記井戸穴内に配置する段階
   と、 上記電流放出電極から上記井戸穴内の上記泥内へ電流を
   放出し、上記電流は上記井戸穴内の上記泥内へ始めは下
   向きの方向に上記電流放出電極から放出され、上記電流
   放出電極から放出される電流の上記始めは下向きの方向
   が上記プローブの長手方向軸にほぼ平行であるようにす
   る段階と、 上記電流受信電極において上記電流を受信する段階と、 上記井戸穴内の上記導電性の泥の上記固有抵抗を表して
   いる上記測定電極にまたがる電位の降下を測定する段階
   とを備えていることを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 ツールストリングと、上記ツールスト
    リングの端に接続されている測定装置とを含み、泥が充
    満している井戸穴内に配置されて上記井戸穴内の上記泥
    の固有抵抗を測定するるようになっているロギング装置
    において、 電流放出電極と、電流受信電極とを備え、 上記電流放出電極は上記測定装置の端に接続され、上記
    ロギング装置が上記井戸穴内に配置された時に上記ロギ
    ング装置の底部に位置するようになっており、上記電流
    放出電極は上記ロギング装置が上記井戸穴内に配置され
    た時に電流を上記井戸穴内の上記泥内へ始めは下向きの
    方向に放出し、上記電流放出電極から放出される電流の
    上記始めは下向きの方向は上記ロギング装置が上記井戸
    穴内に配置された時の上記ロギング装置の長手方向軸に
    ほぼ平行であり、 上記電流受信電極は、上記泥内を伝播する上記電流を受
    信するようになっていることを特徴とするロギング装
    置。
11. 【請求項１１】 泥が充満している井戸穴内のツールス
    トリングの端に接続され、上記泥が充満している井戸穴
    内の上記泥の固有抵抗を測定するようになっている測定
    装置において、 戻り電極と、 上記泥内へ電流を放出し、上記泥内の電位降下を測定す
    る電極手段とを備え、上記電極手段は、 上記電極手段の中心に位置し、上記測定装置が上記井戸
    穴内に配置された時に上記測定装置の底部に配置される
    電流放出電極を含み、上記測定装置が上記井戸穴内に配
    置された時に上記電流を上記井戸穴内の上記泥内へ始め
    は下向きの方向に放出し、上記電流放出電極から放出さ
    れる電流の上記始めは下向きの方向は上記測定装置の長
    手方向軸にほぼ平行であり、 上記電流は上記電流放出電極から上記泥内へ伝播し、上
    記電流は上記泥から上記戻り電極において受信され、上
    記電極手段は上記泥内の上記電位降下を測定し、上記電
    位降下は上記井戸穴内の上記泥の上記固有抵抗を表して
    いることを特徴とする測定装置。
12. 【請求項１２】 泥が充満している井戸穴内の泥の固有
    抵抗を測定する方法において、 測定装置を上記泥が充満している井戸穴内に降下させる
    段階と、 上記測定装置の底部から電流を放出し、上記電流は上記
    井戸穴内の上記泥内へ始めは下向きの方向に放出され、
    上記放出される電流の上記始めは下向きの方向が上記測
    定装置の長手方向軸にほぼ平行であるようにする段階
    と、 上記電流を上記測定装置内へ受信する段階と、 上記電流が上記泥内へ放出された時に電位の降下を測定
    し、上記泥が充満している井戸穴内の上記泥の上記固有
    抵抗を上記電位の降下によって知る段階とを備えている
    ことを特徴とする方法。