JP5799088B2 - ボアホールにおいて音響エネルギーの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
ボアホールにおいて音響エネルギーのビームを生成する装置及び方法並びにそれらの応用 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2008年7月2日に出願され、係属中の米国特許出願第12/166,842号の一部継続出願である。この内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、米国エネルギー省によって認められた共同研究開発契約(Cooperative Research And Development
Agreement(CRADA))の契約番号DE-AC52-06NA25396に基づく米国政府の支援を得てなされた。米国政府は本発明について所定の権利を有する。
本発明は、ボアホール周辺の岩石層の音響探査に関し、特に、音響ビームを生成する非線形物質と結合された音響源の組み合わせをボアホールからの探査ツールとして使用し、ボアホール周辺の岩石層及び物質の特性を調査することに関する。この音響源は、掘削孔内の単一のトランスデューサ又はトランスデューサアレイを含む。
foam board)物質である。この種のフォームは、典型的には、コンピューター数値制御された(以下、「CNC」という。)マシンで用いられる。CNCフォームは、0.48g/cm3の密度を有し、その音速は1200m/sである。
Silicon Oilの280から一般的な液体の数千までの範囲である。幾つかの実施形態において、Qは、少なくとも30であってよい。
ここで、t’=t−z/c0は遅延時間変数であり、tは時間、c0は微小信号の音速、r=(x2+y2)1/2はz軸から(すなわち、ビームの中心から)の半径方向距離である。
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 ビームs 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。
Claims (28)
- ボアホールにおいて音響エネルギーのビームを生成する方法であって、
第1の周波数である第1の音響波を生成する工程と、
前記第1の周波数と異なる第2の周波数である第2の音響波を生成する工程と、
当該第1及び第2の音響波を音響的に非線形な媒質へ送信する工程と、
前記ボアホール内に配置される発散音響レンズを通じてコリメートビームを送信し、前記ボアホールの曲率による屈折効果を補う工程と、備え、
前記第1の音響波及び前記第2の音響波は、前記ボアホールに配置されるツールによって運搬される少なくとも1つのトランスデューサによって生成され、
前記非線形な媒質の構造は、前記第1及び第2の音響波の非線形混合によって、コリメートビームを生成し、
前記コリメートビームは、前記第1の周波数と前記第2の周波数の差に基づく周波数を有する、
方法。 - 移動可能な音響ミラーによって前記コリメートビームを反射及びガイドする工程をさらに備える、
請求項1記載の方法。 - 前記非線形な媒質は、液体の混合物、固体、粒状物質、埋め込まれたミクロスフェア、エマルション及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される、
請求項1記載の方法。 - 前記コリメートビームは周波数範囲を有する、
請求項1記載の方法。 - 前記コリメートビームの前記周波数範囲は、15kHz〜120kHzである、
請求項4記載の方法。 - 前記第1の音響波は、周波数範囲を有する、
請求項1記載の方法。 - 前記第2の音響波は、周波数範囲を有する、
請求項1記載の方法。 - 前記コリメートビームを前記ボアホールの周囲の物質に送信する工程をさらに備える、
請求項1記載の方法。 - 前記物質は、岩石層、セメント、ケーシング、又はそれらの組み合わせである、
請求項8記載の方法。 - 前記発散音響レンズは、ミラーである、
請求項1記載の方法。 - 前記発散音響レンズは、透過性を有する、
請求項1記載の方法。 - 前記発散音響レンズと前記非線形な媒質との間の送信路に沿って配置された第2の音響レンズを通じて、前記コリメートビームを送信する工程をさらに備える、
請求項1記載の方法。 - 前記第2の音響レンズは、収束レンズである、
請求項12記載の方法。 - 前記非線形な媒質は、100m/s〜800m/sの音速を有する、
請求項1記載の方法。 - ボアホール内に配置可能で、ワイヤー線又はパイプで運搬される探査ツールであって、
ハウジングと、
前記ハウジングによって運搬され、第1の周波数である第1の音響波と前記第1の周波数と異なる第2の周波数である第2の音響波を生成するように構成された少なくとも1つのトランスデューサと、
前記ハウジングによって運搬される非線形な媒質と、
コリメートビームを送信し、ボアホールの曲率による屈折効果を補うように構成され、前記ボアホール内に配置される発散音響レンズと、を備え、
前記非線形な媒質は、前記第1及び第2の音響波の非線形混合により、前記コリメートビームを生成するように構成され、
前記コリメートビームは、前記第1の周波数と前記第2の周波数の差に基づく周波数を有する、
探査ツール。 - 前記コリメートビームを所定の方向に反射及びガイドするように構成された音響ミラーをさらに備える、
請求項15に記載の探査ツール。 - 前記非線形な媒質は、液体の混合物、固体、粒状物質、埋め込まれたミクロスフェア、エマルション及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される、
請求項15に記載の探査ツール。 - 前記コリメートビームは周波数範囲を有する、
請求項15に記載の探査ツール。 - 前記コリメートビームの前記周波数範囲は、15kHz〜120kHzである、
請求項18記載の探査ツール。 - 前記第1の音響波は、周波数範囲を有する、
請求項15記載の探査ツール。 - 前記第2の音響波は、周波数範囲を有する、
請求項15記載の探査ツール。 - 前記発散音響レンズは、前記コリメートビームを前記ボアホールの周囲の物質に送信するように構成される、
請求項15記載の探査ツール。 - 前記物質は、岩石層、セメント、ケーシング、又はそれらの組み合わせである、
請求項22記載の探査ツール。 - 前記発散音響レンズは、ミラーである、
請求項15記載の探査ツール。 - 前記発散音響レンズは、透過性を有する、
請求項15記載の探査ツール。 - 前記発散音響レンズと前記非線形な媒質との間の送信路に沿って配置された第2の音響レンズをさらに備える、
請求項15記載の探査ツール。 - 前記第2の音響レンズは、収束レンズである、
請求項26記載の探査ツール。 - 前記非線形な媒質は、100m/s〜800m/sの音速を有する、
請求項15記載の探査ツール。
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