JP5518058B2 - ボアホールにおいて音響エネルギービームを生成する装置及び方法並びにそれらの応用 - Google Patents
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Description
前記第1の音響波及び第2の音響波は前記ボアホール内のトランスデューサによって生成され、非線形混合プロセスによってコリメートビームを生成するために前記第1及び第2の音響波を音響的に非線形な媒質へ送信し、前記コリメートビームは、前記第1及び第2の音響波の初期の方向と同じ方向へ前記非線形な媒質中を伝搬するとともに第1の周波数と第2の周波数との差に等しい周波数を有し、前記非線形物質は、液体、固体、粒状物質、埋め込まれたミクロスフェア、又はエマルションの混合物の一又は複数を含み、岩石層内の掘削孔から離れる所定方向に前記コリメートビームを向ける。
は横ラプラス演算子であり、ρ0は流体の周囲密度である。
非線形性の係数は、β=1+B/2Aで定義される。ここで、B/Aは媒質の非線形性のパラメータである。式(1)右辺の第1項は、回折(集束)効果を示し、第2項は吸収を示し、第3項は減衰媒質の非線形性を示す。KZKモデルのさらに詳細な形や使用については、Y.-S. Leeの博士論文である「熱粘性流体中のパルス形有限振幅音響ビーム用KZK方程式の数値解法」(Numerical solution of the KZK equation for
pulsed finite amplitude sound beams in thermoviscous fluids)、テキサス大学オースティン校(1993年)に記載されている。この博士論文の内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
zone)、層位層形成(stratigraphic layering)(特に高い見かけ傾斜、すなわち比較的低傾斜の地層における高角度の坑井)を含む。受信機1440は、反射又は後方散乱された信号1455を受信するように構成され、当該信号は情報処理用電子機器1450によって処理される。
Claims (32)
- 掘削孔内に配置され、音響ビームを生成しボアホール周辺の岩石層へ向けるように構成された装置であって、
第1の周波数の第1の信号及び第2の周波数の第2の信号を生成するように構成された波源と、
生成された第1及び第2の信号を受信し、第1の周波数の音響波と前記第2の周波数の音響波とを生成するように構成されたトランスデューサと、
前記トランスデューサと連結され、第1の周波数と第2の周波数との差に等しい周波数を有するコリメートビームを非線形混合プロセスにより生成するように構成された非線形物質とを含み、
前記非線形物質が、液体、固体、粒状物質、埋め込まれたミクロスフェア、又はエマルションの混合物の一又は複数を含み、
前記コリメートビームが、20kHzから120kHzの間の周波数を有する、装置。 - 前記コリメートビームを所定方向にガイドするように構成された音響ビームガイドをさらに含む請求項1に記載の装置。
- 前記音響ビームガイドが、音響反射器、音響レンズ、又はその両方を含む請求項2に記載の装置。
- 前記コリメートビームが前記地層の不均質構造から反射又は後方散乱された後に前記コリメートビームを受信するように構成された受信機をさらに含む請求項1に記載の装置。
- 前記受信機が、前記ボアホール内において前記装置の軸方向に沿って配置された複数の受信機を含む請求項4に記載の装置。
- 前記受信機が別のボアホールに配置された複数の受信機を含む請求項4に記載の装置。
- 前記トランスデューサがアレイ配置された複数のトランスデューサを含む請求項1に記載の装置。
- 前記アレイが、線形、円形、充填された円形、又は、正方形の形状に配置されている請求項7に記載の装置。
- 前記トランスデューサ、前記非線形物質、及び前記音響ビームガイドを前記ボアホール内に収容するように構成されたハウジングをさらに含む請求項2に記載の装置。
- 前記第1及び第2の信号の一方への周波数チャーピング又は周波数スイープの一又は複数を含む時変成分を導入することにより、前記コリメートビームを時変符号で符号化するように構成されたエンコーダをさらに含む請求項1に記載の装置。
- 前記時変成分が振幅、周波数、及び/又は位相の変化を含む請求項10に記載の装置。
- 前記音響反射器が前記コリメートビームの前記伝搬方向を制御するように構成された請求項3に記載の装置。
- 前記音響レンズが前記コリメートビームを集束するように構成された請求項3に記載の装置。
- 前記コリメートビームがプロセッサによって解析され、前記ボアホール周辺の前記岩石層の画像が生成される請求項1に記載の装置。
- 前記画像が3次元画像である請求項14に記載の装置。
- 前記第1及び第2の信号の周波数が300kHzから2MHzの間にある請求項1に記載の装置。
- 前記非線形物質の長さが5cmから2mの間にある請求項1に記載の装置。
- ボアホールによって貫かれる岩石層において音響エネルギービームを生成する方法であって、
第1の周波数の第1の音響波を生成し、
前記第1の周波数とは異なる第2の周波数の第2の音響波を生成し、
前記第1の音響波及び第2の音響波は前記ボアホール内のトランスデューサによって生成され、
非線形混合プロセスによってコリメートビームを生成するために前記第1及び第2の音響波を音響的に非線形な媒質へ送信し、
前記コリメートビームは、前記第1及び第2の音響波の初期の方向と同じ方向へ前記非線形な媒質中を伝搬するとともに第1の周波数と第2の周波数との差に等しい20kHzから120kHzの間の周波数を有し、前記非線形物質は、液体、固体、粒状物質、埋め込まれたミクロスフェア、又はエマルションの混合物の一又は複数を含み、
岩石層内の掘削孔から離れる所定方向に前記コリメートビームを向ける方法。 - 前記コリメートビームが前記地層、前記ボアホール近傍の物質、又はその両方の不均質構造から反射又は後方散乱された後に前記コリメートビームを単数又は複数の受信機で受信する請求項18に記載の方法。
- 前記単数又は複数の受信機が前記ボアホール内に配置された請求項18に記載の方法。
- 前記単数又は複数の受信機が別のボアホールに配置された請求項18に記載の方法。
- 前記トランスデューサがアレイ配置された複数のトランスデューサを含む請求項18に記載の方法。
- 前記コリメートビームが、音響反射器、音響レンズ、又はその両方を含む集束装置によって方向付けられる請求項19に記載の方法。
- 前記トランスデューサ、前記音響的に非線形な媒質、前記集束装置、及び前記受信機が、筐体内に配置された請求項23に記載の方法。
- 前記コリメートビームが前記地層の不均質構造から反射又は後方散乱された後に前記コリメートビームを解析し、前記ボアホール周辺の前記岩石層、前記ボアホール近傍の物質、又はその両方の画像を生成する請求項20に記載の方法。
- 前記第1及び第2の音響信号の一方へのチャーピング又は周波数スイープの一又は複数を含む時変成分を導入することにより時変符号で前記コリメートビームを符号化し、前記解析は、前記符号化を用いて前記コリメートビームの飛行時間を測定することを含む請求項25に記載の方法。
- 前記時変成分が振幅、周波数、及び/又は位相の変化を含む請求項26に記載の方法。
- 前記コリメートビームが前記地層の不均質構造から反射又は後方散乱された後に前記コリメートビームを解析して、前記ボアホール間にある前記岩石層の画像を生成するとともに、前記ボアホール周辺の前記岩石層及び流体含有物の線形及び非線形の特性を示す情報を生成する請求項21に記載の方法。
- 前記第1及び第2の音響信号の一方へのチャーピング又は周波数スイープの一又は複数を含む時変成分を導入することにより時変符号で前記コリメートビームを符号化し、前記解析は、前記符号化を用いて前記コリメートビームの飛行時間を測定することを含む請求項28に記載の方法。
- 前記時変成分が振幅、周波数、及び/又は位相の変化を含む請求項29に記載の方法。
- 前記コリメートビームが前記地層及び前記ボアホール周辺の物質の不均質構造から反射又は後方散乱された後に前記コリメートビームを解析して、インベージョン領域、セメントボンド、損傷領域、破壊領域、層位層形成、及び、散乱源の画像を生成する請求項21に記載の方法。
- ボアホールによって貫かれる岩石層において音響エネルギービームを生成する方法であって、
第1の周波数の第1の音響波を生成し、
前記第1の周波数とは異なる第2の周波数の第2の音響波を生成し、
前記第1の音響波及び第2の音響波は前記ボアホール内のトランスデューサによって生成され、
非線形混合プロセスによって20kHzから120kHzの間の周波数を有するコリメートビームを生成するために前記第1及び第2の音響波を音響的に非線形な媒質へ送信し、
前記非線形物質は、液体、固体、粒状物質、埋め込まれたミクロスフェア、又はエマルションの混合物の一又は複数を含み、
前記岩石層内の所定方向に前記コリメートビームを向け、
単数又は複数の受信機において、前記コリメートビームが、前記地層、前記ボアホール近傍の物質、又はその両方における不均質構造で反射又は後方散乱された後に、前記コリメートビームを受信する方法。
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