JPH04233491A - ボーリング穴用電気伝導性測定装置 - Google Patents

ボーリング穴用電気伝導性測定装置

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JPH04233491A
JPH04233491A JP3230510A JP23051091A JPH04233491A JP H04233491 A JPH04233491 A JP H04233491A JP 3230510 A JP3230510 A JP 3230510A JP 23051091 A JP23051091 A JP 23051091A JP H04233491 A JPH04233491 A JP H04233491A
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JP
Japan
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antenna
magnetic field
borehole
formation
support structure
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JP3230510A
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English (en)
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Louis H Rorden
ルイス　エイチ　ローダン
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Baker Hughes Holdings LLC
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Baker Hughes Inc
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
    • G01V3/28—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device using induction coils

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地下地質燃料及び化石
燃料の調査、特にボーリング穴に近接した地層の電気抵
抗を測定する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボーリング穴周囲の地層の電気抵抗は化
石燃料に関する地質学的研究及び調査にとって重要であ
る。ある地層を構成する物質はそれぞれ異なる電気抵抗
を有するため、電気抵抗を測定することによりその地層
を構成する成分を知ることができる。
【０００３】ボーリング穴周囲の電気抵抗を測定する方
法には大きく分けて二つの方法がある。一つは所謂”電
極”測定（ｌｏｇ）装置をボーリング穴の中に配置する
方法である。この装置はボーリング穴から外部地層を経
由して電流を流すことができ、そして種々の位置での電
圧を検出することによって、岩石層の構成と電流との関
係を測定するものである。このタイプの電極測定装置は
高電気抵抗の地層に対する測定にとくに有効であるとみ
なされてきたが、操作するためにしばしばボーリング穴
に電気伝導性流体を入れる必要がある。この装置はまた
、通常ドリルとドリル軸の主要部との間に設置される金
属ドリルカラーに測定電極を組み込むことにより、”せ
ん孔と同時に測定する装置”（ＭＷＤ）に採用されてき
た。この金属ドリルカラーは電気伝導性を有するため、
その測定電極はショート防止のため相互に絶縁する必要
があった。この目的で従来使われてきたドリルカラーに
配置された絶縁材は露出しているため、実際のドリル作
業中に著しい腐蝕を受けることになる。強制電流法を使
用する装置等は米国特許第２，９６３，６４０１号及び
４，４５１，７８９号に記載されている。
【０００４】第二の方法は誘導現象を利用するものであ
る。一つまたはそれ以上の（通常は配列させた）ソレノ
イドあるいはそれに類するコイルが、地層中に一次交流
磁場を発生させるため、ボーリング穴に配置される。こ
の方法は地層中に循環する電流を誘導し、その結果生じ
る二次磁場を測定することからなる。この方法は一般に
、石油貯留部を有する堆積盆地によく見られる型の低電
気抵抗の地層に有効である。誘導電極棒装置はまた、ボ
ーリング穴に高電気抵抗の流体を存在する場合にも有効
である。しかしながらこの方法では、突出部が損傷を受
けにくくするため、ドリルカラーの半径方向外側領域に
ほぼ環状の切欠きや溝を設ける必要があり、したがって
”せん孔と同時に測定する装置”（ＭＷＤ）には余り適
当ではない。これに関連して、アンテナが一次磁場を発
生する能力あるいは誘導された二次磁場を検知する能力
は当該アンテナの有する非電気伝導性の断面積の大きさ
に依存することを銘記する必要がある。金属ドリルカラ
ーの半径方向外側領域の深い切欠きはアンテナの検知能
力を弱めるのである。米国特許第２，９１９，３９６号
、同３，３８３，５８６号及び同４，６０９，８７３号
に誘導現象を利用する装置が記載されている。
【０００５】これらの両方法は測定される地層により惹
起されうるもの以外の如何なる電磁気的伝導性によって
も変わらない一次電磁場の形成に依存するものである。 これらの方法のどちらかを利用する装置および他の構成
は通常、１０〜２００ＫＨｚの範囲の周波数で運転され
るものである。その運転周波数は低周波数のノイズを除
けるという意味では充分高いが、地層中の電磁場に関す
る情報を取得するために解く必要がある方程式を簡単化
して静電容量に関連する電流項を無視できるという意味
ではど充分低いものである。最近、”電磁波抵抗”（Ｅ
ＷＲ）装置として知られる誘導式装置の変法が使用され
るようになった。この装置の名称は、静電容量に関連す
る電流が無視できない充分高い周波数（約２ＭＨｚ）で
運転されることに由来している。電磁波抵抗（ＥＷＲ）
装置の配置構成は一般に通常の誘導式装置に類似してい
るが、それが高周波数で運転されることにより切欠きを
より浅くできる結果、普通の”せん孔と同時に測定する
装置”（ＭＷＤ）のカラーと組み合わせて使用すること
ができる。しかしながら、電気伝導性の地層を伝播する
電磁波の減衰は周波数とともに増大する。その結果、”
電磁波抵抗”装置（ＥＷＲ）の低電気抵抗での調査深度
は一般に問題となる深度より浅くなる。減衰の一例を挙
げると、電気抵抗が０．２Ωーｍでは、その減衰が伝播
距離１インチ当たり１デシベルより大きくなる。この点
でも、”せん孔と同時に測定する装置”（ＭＷＤ）によ
る測定中は、誘導される一次電磁場がボーリング穴を循
環する流体（これは普通、せん孔泥と呼ばれる。）中を
伝播する必要がある点を銘記されなければならない。
【０００６】
【発明の構成】本発明は、ＭＷＤドリルカラーのような
電磁気的伝導性を有する物質とともに使用できるのみな
らず、その伝導性を利用する、改良された誘導式方法を
組み込んだ方法及び装置に関する。基本的には、本発明
の主要な観点は地層中に形成された変化する一次磁場成
分の零位点を利用し、そして一次磁場により地層中に誘
導される電流によって惹起される二次磁場から一次磁場
を識別しうる零位点に関して選択される特定の位置に検
知用アンテナを配置することにある。好ましくは、各検
知用アンテナは、受信用アンテナのバッキング（ｂｕｃ
ｋｉｎｇ）接続により一次磁場を消去する必要性を回避
して、一次磁場のパターンから直接分離されるように丁
度零位点に配置される。
【０００７】伝達用アンテナ及び検出用アンテナはドリ
ルカラーの周辺には配置されない。むしろ、これらのア
ンテナはドリルカラーの外表面に設けた対応する溝ある
いはそれに類するものの中に配置される。これに関連し
て、アンテナは一般に長くされ、また好ましくは磁心を
有する。上記したように、従来は、とくに使用されるア
ンテナ用の非電気伝導性の断面構造を与えるために、ド
リルカラーの半径方向外側領域に比較的深い切欠きや溝
を設ける必要があった。本発明は磁束を収束する磁心を
配置することができ、したがって上記したような断面構
造を少なくすることができるものである。
【０００８】本発明の他の特徴はアンテナ用の支持構造
物が電気伝導性を有し、また多数の電流検出器を支持構
造物とは絶縁させて設置することにある。各検出器は地
層から流れる電流を受信してそれを検出できるように配
置される。これに関連して、検出器は支持構造物の軸に
関して異なる径方向距離に配置され、それにより各検出
器は複数の異なる電流値を検出する。これらの電流はそ
れぞれ地層の連続的により深い層中を流れるであろう。 結局この測定装置はボーリング穴に直ぐ隣接した地層の
径方向の電気抵抗の様子を示すことができる。
【０００９】上記した電流測定技術が非軸対称の、即ち
ボーリング穴に関して軸心を外れた磁場源を使用する結
果であることは理解されるであろう。この軸心を外れた
一つまたはそれ以上のアンテナの関係により、堆積層深
さ（ｂｅｄｄｉｎｇ　　ｐｌａｎｅ　　ｄｉｐ）及び堆
積層の方向も決定することができる。本発明の他の特徴
は、もし多数の検出用アンテナが名目上の方向に関する
零位点に設置されるなら、各アンテナによって与えられ
るシグナルはある共通の特性を持つことである。この共
通の特性モードは実際の一次磁場に直接対応するから、
泥材の電気抵抗、カラーの温度、稼働振幅等の第一次の
影響を補償しなくてもよい。第二次の零位点残分を補償
するために、同じ位相及び求積共通モードの必要とされ
るレベルを主要な信号チャンネルに取り入れるようにす
るため、幾つかの手段が設置される。
【００１０】いかなる電気伝導性地層またはボーリング
穴用流体の不存在下で生じる磁場として定義される一次
磁場は、送信用アンテナによって生じる磁場からのみな
らず、電気伝導性のドリルカラーそれ自体中に誘導され
る電流による磁場によって構成される複合磁場である。 その一次磁場のパターンはいくつかの送信用アンテナを
同時に励起することによっても合成することができる。 これは零位点位置を、したがって検出用アンテナの配置
関係を変化させる。さらに、複数の零位点位置は検出用
アンテナをより広く分散できるように定められる。従来
の電極棒の場合と同様に相殺するよう多重要素からなる
適当な重りを使って、零位点位置に基づいて任意の場所
に付加的な検出用アンテナを設置することもできる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。図１及び図２は本発明の基本原理を示しており、
図３は本発明をさらによく理解するために示されててい
る。図１及び図２を参照すると、１１は金属ドリルカラ
ーを図式的に示している。既知のように、この様なドリ
ルカラーは、ボーリング中、ドリル軸またはドリルパイ
プとドリル歯との間に配置される。カラー１１は主軸線
１２を有しており、この主軸線１２は、装置がボーリン
グ穴内に位置する時、ボーリング穴の中心軸線、即ちボ
ーリング穴を通してその長さ方向に中心に引かれた直線
とほぼ一致することを意味する。カラー１１は、重量と
強度を与えるため、ドリルカラーに使用されている金属
であるのが普通である。
【００１２】ＭＷＤ（せん孔と同時に測定する方法）は
金属ドリルカラーと組合った装置を使用して実施される
。上記したように、従来ボーリング穴の周囲の地層の電
気抵抗を測定するのに使用されてきた二つの方法は、Ｍ
ＷＤ法に満足に適用できない。その一つの理由は、ドリ
ルカラーは通常電気伝導性を有するため、誘導式測定法
では、アンテナを収容するためのドリルカラーに比較的
深い環状溝を形成する必要があることである。
【００１３】本発明はドリルカラーの電気伝導性を利用
するものである。もし送信用アンテナがカラーの主軸線
から外れた位置、即ちボーリング穴の中心軸線から半径
方向にずれた位置にあれば、変動する一次磁場が形成さ
れ、その軸線方向の成分の最小値はカラー表面上にある
ことになる。即ち、アンテナの磁場と名目上同じ位相の
関係にある磁場の軸線方向成分の方向が逆転する位置を
有する“一次”磁場が形成される。この逆転の位置は、
ここでは“方向に関する零位点”という。送信用アンテ
ナの磁場はその金属カラーそれ自体に電流を誘起するか
ら、ここでいう一次磁場は実際には、送信用アンテナに
よって直接生起される磁場の重ね合わせによってつくら
れる複合磁場であり、二次磁場は電気伝導性のカラーに
誘起される電流によって生じるものである。
【００１４】最も好ましくは、送信用アンテナ１３は、
例えば例示された溝の中に配置するなどして、ドリルカ
ラーの表面上あるいはその近傍に設置される。図３に示
すように、この様な送信用アンテナ１３は、電気伝導性
の金属線１５により螺旋状に被覆された、長い円筒状あ
るいは棒状の高度の透磁性のコアー１４から構成されて
いる。この構成は、金属線１５中を流れる電流によって
形成されるアンテナそれ自体の磁束がコア１４により収
束されるため、最適の磁束伝達をもたらすであろう。
【００１５】１６で表示される方向に関する零位点は、
ドリルカラーの表面上、そのカラーの回りに環状に形成
されることがわかっている。本発明と関連させると、地
層中に誘起された電流によって形成される磁場を検出す
るための検出用アンテナは、二次磁場が一次磁場から識
別されうるこの様な零位点に関する位置に配置される。 さらに、ただ一つの検出用アンテナを使用して最大深の
調査を行うには、そのアンテナを送信用アンテナとは半
径方向反対側に設置することが好ましい。アンテナ１７
はこの様な検出用アンテナである。その構造は送信用ア
ンテナ１３に類似するものである。好ましくは、このア
ンテナは丁度零位点に位置する一次磁場から分離されて
いる。この様な検出用アンテナは長さが有限であるけれ
ども、また本明細書において検出用アンテナを零位点に
位置決めすることに関して検討する際には、検出用アン
テナを名目上のゼロ出力となるように位置決めすること
を意味することは想起されなければならない。
【００１６】完全な方向に関する零位点は理論的には存
在しうるが、それはカラーが完全電気伝導体であること
を仮定している。有限の電気伝導性を有する実際の場合
では、非常に小さい最小値となるが、適切に操作できる
ために補償されなければならない残留直角成分が有る。 磁力線１８は一次磁場の性状を明らかにするために図１
に付加されている。この磁場は、送信用アンテナによっ
てカラー外部に形成された磁場と、電気伝導性カラー中
に誘起された電流による二次磁場の前記磁場平面への投
影との合成である。図示したように、送信用アンテナ１
３を横に二分する平面内のカラー表面及びその外部の磁
場はすべて軸線方向を向いており、アンテナコア中の磁
場とは反対方向にある。方向に関する零位点位置は、実
際には、金属カラーを取り囲んでいることは理解されよ
う。さらに、カラーの主軸線１２に関してカラー１１に
軸対称な、送信用アンテナを二分する平面の回りに形成
される二つの零位点位置が存在するであろう。したがっ
て、同時電気抵抗測定は軸線方向に分離してなされる。 これらの測定は、異なる調査パターンを合成するための
配列要素として、あるいは見掛け上の層理面傾斜（ｂｅ
ｄｄｉｎｇ　　ｐｌａｎｅ　　ｄｉｐ）を測定するため
の補助として回転式カラー上で使用されうる。
【００１７】図４は本発明を理解し易くするために記載
されている。図４は通常のワイヤ線よりなる測定装置に
より形成された磁場が示されている。この装置は非電気
伝導性の、長い本体２２中に埋設された送信用コイル２
１を備えている。この本体２２は非電気伝導性であるた
め、送信用コイル２１によって形成された磁束パターン
はこの本体２２の存在によって歪められることはないで
あろう。しかしながら、簡単のため、磁束パターンは唯
二次元だけで示されており、示された磁束が回転した単
に軸線方向に対称な形をもつ三次元の磁束パターンが存
在することは理解されるであろう。
【００１８】図４に示した普通の構成では通常二つの受
信用コイルを有する。２３、２４で表示されるこれらの
コイルは、それらに誘起される電流が同じ位相となるよ
うに本体に配置される。一次磁場によって発生する電流
の振幅は、各電流の送信用コイル２１からの距離の３乗
にほぼ逆比例する。測定装置の出力の一次磁場バイアス
を除去するために、一次磁場の直接の連結が、これら二
つのコイル中に誘起される信号の差に適当に重みを付け
ることにより、消去される。言い換えれば、二つの受信
用コイルは一次磁場バイアスを除去させるようにするこ
とが必要となる。二つの受信用コイルは必ずしも本発明
の特徴ではないが、所望により、多重検出用（または送
信用）アンテナを異なる深度／分解能パターンを合成す
るために使用してもよい。さらに、本発明の構成により
、検出用及び送信用アンテナを互いにより近接させるこ
とができ、また普通の装置より出力をはるかに小さくす
ることもできる。
【００１９】図５及び図６は、相互に直径方向に対向し
た二つの送信用アンテナ１３’、並びに相互に直径方向
に対向しているが送信用アンテナの平面に直向する平面
内にある二つの受信用アンテナ１７’を使用する配列を
示している。この配列のための最も簡単な構成は、各ア
ンテナ対が並列あるいは直列のいずれかに接続され、そ
れにより単一の送信用チャンネル及び単一の受信用チャ
ンネルを構成するものである。この構成は、図１及び図
２に示した非対称構成に比べて、地層の電気抵抗の不均
一性に対する感度が低い。さらにそれは薄い堆積層の分
解能が若干優れている。例えば、装置に組み込まれた指
向性センサーからのデータを使って、二つの受信用アン
テナからのシグナルを別々に検出しかつ回転式せん孔中
の回転と相関づけるこの簡単な手段によれば、層理面傾
斜及び地層の走行が解明される。
【００２０】軸線に関して対称でない送信用アンテナを
使用することにより、別の電気抵抗測定法を実施できる
。図７はこの方法を分かり易くするために示した。図７
には、断面として示されたドリルカラー内の送信用アン
テナ１３”の中心面近傍の一次磁場によって誘起された
電場を示す線を描いている。これらの電場を示す線はボ
ーリング穴内のドリルカラー近傍で異なってくる半径方
向電気抵抗帯域に重ね合わされている。これらの帯域間
の境界条件による歪みを除いて、導電流はこれらの電場
線に沿って流れる傾向がある。図示したように、複合電
流路は、カラーにその高い電気伝導性に必須の直角入射
して該でカラーによって遮られている。これは閉じた導
電流路を作り上げる。本発明と関連させると、電極３１
の配列はこれらの電流を遮るように位置決めされており
、その電流は各々連続して深くなる地層中を流れること
になる。この配列は図８及び図９に最もよく示されてい
る。これらの電極はそれぞれカラー表面から絶縁されて
いるが、カラーの電位に保たれていることが理解されよ
う。これらの電流により生じる電圧についての一連の測
定は、地層中への各カラーの深さに対する半径方向電気
抵抗性の推定を可能にする。電極の配列は送信用アンテ
ナに関してカラー表面上の特定の位置に示されているが
、カラーが遮ぎるべき電流に依存して、カラー表面上の
電極の他の位置も選択できることは留意されなければな
らない。
【００２１】図７に示された複合電流路は半径方向に十
分に平行化されており、これにより優れた堆積層分解能
をもたらすことに留意すべきである。この測定法は、比
較的浅い調査を行なうものであるが、侵入深さがまだ浅
い岩石学にとって有用である。また、複合分布は構成の
誘導法によるより深い調査のボーリング流体補正を行な
うにも有用である。さらに、その半径方向の分解は、特
に予め形成されたボーリング穴を測定し直すときに、浸
入行程を追跡することによって地層の透磁率を算出する
のを補助するであろう。
【００２２】図１０乃至１２は磁気検出と本発明の電流
検出法とを組み合わせた好ましい装置を示している。送
信用アンテナは１３’’’で表示されている。多数の検
出用アンテナ１７’’’が、送信用アンテナの反対側に
形成される環状の二つの方向に関する零位点の位置で、
ドリルカラーの回りに円状に配置されている。さらに、
多数の検出器３１’が電流を検出するため配置される。
【００２３】本発明の独特な構成により、磁気検出を、
半径方向及び軸線方向に非常に高い分解能を有するよう
に構成されうる電流検出とともに使用することができる
。比較的浅い調査に限定されているが、この方法は浸入
断面を解明し、ボーリング穴の影響を補償し、また新た
にせん孔された穴における薄い地層を解明するのに使用
することができる。磁気検出を誘導電流検出と組み合わ
せることにより、浅い調査と深い調査とを可能とする装
置をもたらすことができる。
【００２４】本発明の他の特徴は、名目上の方向に関す
る零位点に対する残留一次磁場の応答を抑制するために
使用しうる各受信用アンテナからの共通モードの信号が
存在することである。この共通モードは実際の一次磁場
との直接の応答であるから、泥の電気抵抗、カラー温度
、運転振幅等の第一次の影響に対する補償はなされない
。その代わり、マイクロプロセッサーを設置して、試験
測定の結果に基づいてモデルに従って、第二次及びより
高次の零位点残留分を補償し、必要レベルの位相の一致
及び求積共通モードを組み込むことができる。言い換え
れば、検出用アンテナは、一次磁場によって生じる信号
特性を補償するため、当該アンテナに誘起される電流に
対して信号の不変特性を付与するための制御器を有する
ことができる。
【００２５】図１３は受信用チャンネルを図式的に示す
。一次磁場によって誘起される電流は受信用アンテナの
長さ全体にわたって信号値を有する。しかしながら、好
ましい態様においては、受信用アンテナは方向に関する
零位点にまたがっている。４１で表示されるこの様なア
ンテナは、中央で結線された一次捲線を有する変圧器４
３を介して主信号プリアンプ４２に接続される。一次磁
場によって誘起された電流はアンテナ中央近傍で極性が
逆転するから、アンテナと変圧器中央の結線部との間の
共通モード電圧はアンテナの一次磁場の半分に対する応
答の大きさの和に比例するであろう。これらは第一次ま
で消去される。同時に、関心のある二次信号は、信号プ
リアンプ４２に伝達される微分信号を生じて、アンテナ
の長さにわたって同じ位相にある。共通モードプリアン
プ４４が、図示したように、検出用アンテナの中央結線
部間に接続されている。プリアンプ４４は二次応答を消
去して、複製された一次磁場を増幅する。この増幅器は
マイクロプロセッサーで制御される一組の減衰器４６、
４７を動作させる（マイクロプロセッサーは４８で示さ
れている）。図示したように、減衰器４７は４９で表示
される位相シフター回路を介してプリアンプ４４により
動作される。減衰器４６、４７はモデル化された第二次
の一次磁場についての方向に関する零位点をもつ。 信号は５１、５２で表示される主信号プリアンプからの
出力と加算される。その出力信号は共通モード信号が除
去された所望の検出信号である。
【００２６】プリアンプ４２、４４は電圧ではなく、む
しろ電流を検出するのが好ましい。これは、短絡電流は
、温度及び応力により変化するコアの透磁率には本質的
に依存しないからである。このシステムはまた、広い範
囲の周波数で、例えば２〜２００ＫＨｚの範囲で、運転
するのが好ましい。より高い周波数は高い電気抵抗を有
する地層の調査に適する感度を有するが、もし単独で使
用されると、低い電気抵抗において過度の伝播損失と歪
みを生じることになる。入手可能なマイクロプロセッサ
ー４８を使うと、表層の影響に対する補正を最小にして
十分な感度と一貫した調査深度を維持するように、周波
数を調節することができる。そのための好ましい方法は
、多重濾波器や多相電流検出を使うことを要せず、それ
により帯域外のノイズによって乱されることなく信号の
振幅と位相とを保持できるように、広帯域信号を調節す
る電子技術を活用することである。内容を損なわずに広
い周波数範囲で運転できることに加えて、この方法は、
高調波成分に富む波形を伝達することによって、複数の
周波数において同時に解析することができる。例えば、
方形波作動装置、及びそれぞれ１サイクルの１６分の１
の長さを有する連続する時間区分で信号を採取する走査
型同期検出器配列を使って、基本波、三次、五次及び七
次の高調波すべてが測定できる。利用できるよく知られ
た技術は高速フーリエ変換法であろう。その応答はまた
、それを最初周波数領域に変換するよりむしろ、時間領
域での過渡事象として、この検出法を使用することによ
り、解析することもできる。
【００２７】上記のことから、本発明はＭＷＤ法用カラ
ー中でそれを弱めることなく使用することができる電気
抵抗測定の新しい解決法のための装置と方法に関するこ
とが明らかであろう。その生じる新規な磁場パターンの
ゆえに、その検出要素は、従来の誘導型あるいは電気的
方法よりはるかに磁場発生源に近接して配置することが
できる。これにより、磁石コアを備えたアンテナの効率
が高く、また調査信号の伝達路も短くなり、したがって
組み立て時間が短縮され、従来のＭＷＤ電気抵抗測定用
電極棒の１／２〜１／４の長さとなり、また電力消費量
も少なくなる。
【００２８】調査パターンは軸対称ではないので、浸漬
床測定（ｄｉｐｐｉｎｇｂｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｓ）に見られるように、アンテナを電気抵抗の周辺の不
均一性を解析するように工夫された装置に設置すること
もできることが明らかであろう。チャンネルに異なる重
みをつけることにより、種々の解析パターン及び調査深
度を同時に得ることができる。
【００２９】本発明の非対称なアンテナ配列を使用する
ことにより、装置軸と平行あるいはそれに対して傾斜し
た堆積層の解析が可能となる。この特性はとくに、ある
境界から一定の距離でせん孔することがしばしば望まし
い場合の水平ボーリングに有効である。本発明のある構
成によりもたらされる受信用アンテナの調和のとれた配
置は、コンピュウター制御された零位点補償を促進して
、一次磁場への高度の共通モード応答をもたらす。走査
型同期検出器配列は複数の周波数での同時解析あるいは
その時間領域における解析を可能とする。
【００３０】本発明は好ましい実施態様と関連させて説
明されてきたが、種々の変更及び変法を行なうことがで
き、また本発明の原理は多くの電気抵抗測定装置に適用
することができることは、当業者には明らかであろう。 例えば本発明は、アンダーカットソレノイドをそれぞれ
本発明の種々の磁石コア軸アンテナを含有するカラーで
置き換え、それを溝中に配置することにより、従来の誘
導型電極棒或いはＥＷＲ装置に使用することができる。 この様な装置は実質上本発明の装置と同様の応答を持つ
であろうし、またカラーを全長にわたるものとでき、か
つ絶縁材を腐蝕環境に露出させることが最小となる利点
をもつことになろう。
【００３１】一次磁場のパターンは幾つかの構成要素を
同時に作動させることにより形成させうることが知られ
よう。この方法は零位点の位置及び受信用アンテナの配
置を変更させるであろう。さらに従来の電極棒と同様に
、受信用アンテナは零位点の位置とは無関係な位置に設
置することができ、またシグナル成分を消去するために
多重構成要素に適当な重みをつけることができる。した
がって本発明は、その技術的範囲が特許請求の範囲並び
にその均等手段によってのみ限定されるべきものである
。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドリルカラーの図式的な破断側面図で
ある。
【図２】図１の面２ー２における断面図である。
【図３】本発明に使用する型のアンテナの図式的な側面
図である。
【図４】従来の電気抵抗測定用の金属線誘導装置の側面
図である。
【図５】他のアンテナ配置を有する、図１と同様の破断
側面図である。
【図６】図５の面６ー６における、図２と同様の断面図
である。
【図７】ボーリング穴近傍の岩石層中の電場を示す、本
発明による装置の図式的な断面図である。
【図８】本発明の電流検出装置と組み合わされたアンテ
ナ配置を示す、図１と同様の破断側面図である。
【図９】図８の面９ー９における、図２と同様の破断側
面図である。
【図１０】対称に配置された方向に関する零位点に位置
する複数の磁場検出器及び複数の電流検出器を示す、図
１と同様の他の図式的な破断側面図である。
【図１１】図１０の面１１Ａー１１Ａにおける、図１と
同様の断面図である。
【図１２】図１０の面１１Ｂー１１Ｂにおける、他の断
面図である。
【図１３】本発明の好ましい受信用チャンネルの図式的
なブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１１　　　　　　　　金属ドリルカラー１２　　　　　
　　　主軸 １３　　　　　　　　送信用アンテナ １３’　　　　　　送信用アンテナ １３’’　　　　送信用アンテナ １３’’’　　送信用アンテナ １４　　　　　　　　コア １５　　　　　　　　金属線 １６　　　　　　　　方向に関する零位点１７　　　　
　　　　検出用アンテナ １７’　　　　　　受信用アンテナ １７’’’　　検出用アンテナ １８　　　　　　　　磁力線 ２１　　　　　　　　送信用アンテナ ２２　　　　　　　　構成要素 ２３　　　　　　　　受信用アンテナ ２４　　　　　　　　受信用アンテナ ３１　　　　　　　　電極 ３１’　　　　　　検出器 ４１　　　　　　　　受信用アンテナ ４２　　　　　　　　信号プリアンプ ４３　　　　　　　　変圧器 ４４　　　　　　　　共通モードプリアンプ４６　　　
　　　　　減衰器 ４７　　　　　　　　減衰器 ４８　　　　　　　　マイクロプロセッサー４９　　　
　　　　　位相シフター回路５１　　　　　　　　信号
プリアンプ ５２　　　　　　　　信号プリアンプ

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　中心軸線を有するボーリング穴を取り
    巻く地層の電気抵抗を測定する装置において、（ａ）前
    記地層内に変化する磁場を形成するための軸線に関して
    非対称な第一のアンテナ、 （ｂ）前記ボーリング穴内に配置される前記アンテナの
    ための支持構造物であって、前記ボーリング穴内にある
    とき前記ボーリング穴の中心軸線とほぼ一致する主軸線
    を有する前記支持構造物、 （ｃ）前記一次磁場内の零位点の位置に配置された、前
    記地層中に誘起された電流により生じる二次磁場を検出
    するための第二の検出用アンテナを包含することを特徴
    とする地層電気抵抗測定装置。
  2. 【請求項２】　　前記支持構造物が電気伝導性を有し、
    前記第一のアンテナはその内部に電流を誘起し、前記変
    化する磁場が前記アンテナからの送信によって前記地層
    中に形成される磁場と前記第一のアンテナからの送信に
    よって前記支持構造物内に誘起される電流による磁場と
    の複合磁場である、請求項１の装置。
  3. 【請求項３】　　前記検出用アンテナがほぼ前記一次磁
    場から分離している、請求項２の装置。
  4. 【請求項４】　　一組の検出用アンテナを有し、それら
    の各々は前記ボーリング穴の中心軸線に関して他のアン
    テナとほぼ対向している、請求項２の装置。
  5. 【請求項５】　　前記第一のアンテナが前記主軸線から
    半径方向にずれた位置において前記支持構造物により支
    持されている、請求項１の装置。
  6. 【請求項６】　　前記第二のアンテナも前記支持構造物
    の主軸線から半径方向にずれた位置において前記支持構
    造物によって支持されている、請求項５の装置。
  7. 【請求項７】　　前記支持構造物がほぼ円筒形であり、
    そして前記第一及び第二のアンテナが支持構造物の外表
    面の対応する溝に配置された、請求項６の装置。
  8. 【請求項８】　　前記第一のアンテナが複数の零位点を
    有する変化する磁場を形成するようにされ、そして複数
    の前記検出用アンテナを備え、それらのアンテナの各々
    が、前記第二の磁場を前記第一の磁場から識別できるよ
    うに、各零位点に対して選択された位置に配置されてい
    る、請求項２の装置。
  9. 【請求項９】　　前記検出用アンテナが前記支持構造物
    の前記主軸線の方向において前記送信用アンテナに関し
    て対称的に配置されている、請求項８の装置。
  10. 【請求項１０】　　前記第一のアンテナから異なる距離
    を置いて配置された複数の前記検出用アンテナをさらに
    含む、請求項１の装置。
  11. 【請求項１１】　　前記二次磁場の検出時に内部に誘起
    される電流に応答する前記検出用アンテナに接続された
    手段を備え、前記手段は、前記一次磁場により生じる信
    号特性を補償するため、前記誘起された電流に対して信
    号の不変特性を付与するための制御器を含む、請求項１
    の装置。
  12. 【請求項１２】　　それぞれ異なる距離を置いて前記地
    層中に誘起される複数の異なる電流値を前記ボーリング
    穴から測定するための、前記主軸線から半径方向にずれ
    た手段をさらに含む、請求項１の装置。
  13. 【請求項１３】　　前記電流測定手段が、前記第一のア
    ンテナから異なる距離を置いて前記支持構造物により前
    記ボーリング穴内部に支持された複数の電極からなる、
    請求項１２の装置。
  14. 【請求項１４】　　ボーリング穴がドリルにより形成さ
    れる際に、そしてその穴にせん孔用の流体が存在する間
    に、ボーリング穴を取り巻く地層の電気抵抗を測定する
    方法において、前記ボーリング穴は中心軸線を有し、（
    ａ）電磁気的エネルギーを送信する第一のアンテナを用
    いて、方向に関する零位点を有する変化する一次磁場を
    前記地層中に形成させる段階、 （ｂ）前記地層中に誘起された電流により生じる磁気エ
    ネルギーを検出するため、第二のアンテナを、前記磁気
    エネルギーを前記一次磁場から識別できる位置において
    前記方向に関する位置に対する位置に配置する段階、を
    包含することを特徴とする地層電気抵抗測定方法。
  15. 【請求項１５】　　前記配置段階が、前記第二のアンテ
    ナを前記一次電磁場から分離されるように前記方向に関
    する零位点に関連して配置することを含む、請求項１４
    の方法。
  16. 【請求項１６】　　前記ボーリング穴内部に配置された
    円筒形電気伝導性支持構造物の外表面の溝内に少なくと
    も一つの前記アンテナを支持する段階をさらに含む、請
    求項１４の方法。
  17. 【請求項１７】　　前記配置段階が、前記ボーリング穴
    内に前記アンテナの両方を配置することをさらに含む、
    請求項１４または請求項１６の方法。
  18. 【請求項１８】　　前記配置段階が、一組の検出用アン
    テナを前記中心軸線に関して対向する位置に配置するこ
    とを含む、請求項１４の方法。
  19. 【請求項１９】　　前記配置段階が、前記アンテナの少
    なくとも一つを前記中心軸線から半径方向にずれた位置
    で前記ボーリング穴内に配置することを含む、請求項１
    ４の方法。
  20. 【請求項２０】　　前記変化する磁場を形成する段階が
    複数の方向に関する零位点を有する前記地層内部に磁場
    を形成することを含み、かつ前記第二のアンテナを配置
    する段階が複数の前記第二の検出用アンテナの各々を、
    前記磁気エネルギーを前記一次磁場から識別できる位置
    において、対応する零位点に関連して選択された位置に
    配置することを含む、請求項１４の方法。
  21. 【請求項２１】　　前記第二の検出用アンテナを配置す
    る段階が、該アンテナを前記中心軸線の方向において前
    記送信用アンテナに関して対称的に配置することを含む
    、請求項２０の方法。
  22. 【請求項２２】　　前記配置段階が、複数の前記第二の
    アンテナを前記送信用アンテナから異なる距離を置いて
    配置することを含む、請求項１４の方法。
  23. 【請求項２３】　　前記配置段階が、前記検出用アンテ
    ナを前記中心軸から半径方向にずれた位置に配置するこ
    とを含む、請求項１４の方法。
  24. 【請求項２４】　　前記配置段階が前記検出器の両方を
    前記中心軸線から半径方向にずれた位置に設置すること
    を含む、請求項２３の方法。
  25. 【請求項２５】　　前記送信用アンテナが前記中心軸か
    ら半径方向にずれており、そしてさらに、前記中心軸線
    に関して円周方向の各々異なった位置において前記地層
    内部に誘起された複数の異なる電流値を測定する段階を
    含む、請求項１４の方法。
  26. 【請求項２６】　　前記地層中に誘起された電流による
    磁気エネルギーを検出する前記第二のアンテナを配置す
    る段階が、前記一次磁場によって前記第二のアンテナに
    生じる信号特性を補償するため、前記第二のアンテナ中
    に誘起された電流に対して信号の少なくとも一つの不変
    特性を付与することを含む、請求項１４の方法。
  27. 【請求項２７】　　中心軸線を有するボーリング穴を取
    り巻く地層の電気抵抗を測定する装置において、（ａ）
    前記地層と相互作用する電磁気的エネルギーのための第
    一のアンテナ、 （ｂ）前記ボーリング穴内に配置される前記アンテナの
    ための支持構造物であって、前記ボーリング穴内にある
    ときその中心軸線とほぼ一致する主軸線を有する前記支
    持構造物、 （ｃ）前記主軸線から半径方向にずれた位置にある前記
    支持構造物に関連する、前記第一のアンテナの配置を包
    含することを特徴とする地層電気抵抗測定装置。
  28. 【請求項２８】　　前記第一のアンテナが、前記地層中
    に電流を誘起するために変化する磁気エネルギーを送信
    し、そしてさらに、前記伝達軸線から円周方向にずれた
    位置にあり、かつそれぞれ異なる距離において前記岩石
    層内部に誘起された複数の異なる電流値を前記ボーリン
    グ穴から測定するための手段を含む、請求項２７の装置
    。
  29. 【請求項２９】　　前記電流測定手段が、前記主軸線か
    ら異なる距離を置いて前記支持構造物により前記ボーリ
    ング穴内に支持された複数の電極からなる、請求項２８
    の装置。
  30. 【請求項３０】　　前記支持構造物がほぼ円筒形であり
    、また前記第一のアンテナが支持構造物の外表面上の溝
    内に配置されている、請求項２７の装置。
  31. 【請求項３１】　　前記第一のアンテナが長く、かつ前
    記支持構造物上に前記主軸線にほぼ平行に配置されてい
    る、請求項２７の装置。
  32. 【請求項３２】　　前記第一のアンテナが電気伝導性の
    物質からなるコイルによって巻かれた磁性体からなるコ
    アを含む、請求項３１の装置。
  33. 【請求項３３】　　前記支持構造物が電磁気的特性を有
    し、さらに前記測定装置の一部をなす第二のアンテナを
    備えており、前記アンテナの一つは、方向に関する零位
    点をもつ一次磁場をその内部に形成しかつ前記構造物中
    に電流を誘起するために、変化する磁気エネルギーを前
    記地層中に伝達するためのアンテナであり、さらに他の
    前記アンテナは、前記一次磁場により前記地層中に誘起
    された電流によって生じる二次磁場を検出するための、
    前記二次磁場を前記一次磁場から識別しうる位置におい
    て前記零位点に対する位置に配置された検出用アンテナ
    である、請求項２７の装置。
  34. 【請求項３４】　　前記検出用アンテナが、前記一次磁
    場から一般に分離されるように前記零位点に対する配置
    されている、請求項３３の装置。
  35. 【請求項３５】　　ボーリング穴がドリルにより形成さ
    れる際に、そしてその穴にせん孔用の電気伝導性の冷却
    流体が存在する間に、ボーリング穴を取り巻く地層の電
    気抵抗を測定する方法において、前記ボーリング穴は中
    心軸線を有し、 （ａ）第一の送信用アンテナを用いて、変化する磁場を
    前記地層中に形成させる段階、 （ｂ）第二のアンテナを使用して前記地層中に誘起され
    た電流により生じる磁気エネルギーを検出する段階、（
    ｃ）前記中心軸線から半径方向にずれた位置で前記ボー
    リング穴内に前記アンテナの少なくとも一つを配置する
    段階を包含することを特徴とする地層電気抵抗測定方法
    。
  36. 【請求項３６】　　前記第一の送信用アンテナが前記中
    心軸線から半径方向にずれており、そしてさらに、前記
    中心軸線に関してそれぞれ異なる位置において前記地層
    中に誘起された複数の異なる電流値を測定する段階を含
    む、請求項３５の方法。
  37. 【請求項３７】　　前記ボーリング穴内部に配置された
    円筒形の透磁性の支持構造物の外表面上の溝内に前記ア
    ンテナの少なくとも一つを支持する段階をさらに含む、
    請求項３５の方法。
  38. 【請求項３８】　　前記地層中に変化する磁場を発生さ
    せる前記段階が、その内部に方向に関する零位点を有す
    る前記地層中に変化する磁場を発生させることを含み、
    かつ少なくとも一つの前記アンテナを前記中心軸線から
    ずれた位置に配置する段階が、前記磁気エネルギーが前
    記変化する磁場の磁気エネルギーから識別することがで
    きる前記零位点に対する位置に前記アンテナを配置する
    ことを含む、請求項３５の方法。
  39. 【請求項３９】　　前記配置段階が、前記アンテナが前
    記変化する磁場からほぼ分離される前記零位点に対する
    位置に前記アンテナを配置することをさらに含む、請求
    項３８の方法。
  40. 【請求項４０】　　中心軸線を有するボーリング穴を取
    り巻く地層の電気抵抗を測定する装置において、（ａ）
    前記地層と相互作用する電磁気的エネルギーのための第
    一のアンテナ、 （ｂ）前記ボーリング穴内に配置される前記アンテナの
    ための支持構造物であって、前記ボーリング穴内にある
    とき前記ボーリング穴の中心軸線とほぼ一致する主軸を
    有する前記支持構造物、 （ｃ）電気伝導性コイルにより取り巻かれた強磁性体の
    中心コアを含む前記第一のアンテナを包含することを特
    徴とする地層電気抵抗測定装置。
  41. 【請求項４１】　　中心軸線を有するボーリング穴を取
    り巻く地層の電気抵抗を測定する装置において、（ａ）
    前記岩石層中に方向に関する零位点を有する変化する一
    次磁場を形成する手段、 （ｂ）前記岩石層中に誘起された電流により生じた二次
    磁場を検出するための検出用アンテナであって、前記二
    次磁場が前記一次磁場から識別することができる前記零
    位点に対する位置に配置された検出用アンテナ、（ｃ）
    前記二次磁場を検出する際に内部に誘起された電流に応
    答する前記検出用アンテナに接続する手段であって、前
    記一次磁場による信号特性を補償するため、前記誘起さ
    れた電流に対して定常特性を付与する制御器を含む手段
    を包含することを特徴とする地層電気抵抗測定装置。
  42. 【請求項４２】　　中心軸線を有するボーリング穴を取
    り巻く地層の電気抵抗を測定する装置において、（ａ）
    前記地層中に電流を発生させるための手段、（ｂ）前記
    ボーリング穴内に設置される電気伝導性の支持構造物で
    あって、それが前記ボーリング穴内にあるとき前記ボー
    リング穴の中心軸線とほぼ一致する主軸を有する支持構
    造物、 （ｃ）前記電気伝導性の支持構造物にそれとは絶縁状態
    で担持された複数の電流検出器であって、前記検出器の
    各々は前記地層からの電流の値を検出するように配置さ
    れており、かつ前記検出器のそれぞれは前記主軸線に関
    して異なる円周方向の位置にあり、それにより各検出器
    は複数の異なる電流値を検出する電流検出器を包含する
    ことを特徴とする地層電気抵抗測定装置。
  43. 【請求項４３】　　前記支持構造物はまた透磁性を有し
    、前記手段が、前記地層中に変化する一次磁場を発生さ
    せるため前記構造物により支持された第一のアンテナで
    ある、請求項４２の装置。
  44. 【請求項４４】　　前記第一のアンテナが方向に関する
    零位点を有する変化する磁場を形成し、またさらに前記
    地層中に生じた電流により惹起された二次磁場を検出す
    るための第二の検出用アンテナを含み、前記第二のアン
    テナは、前記二次磁場を前記一次磁場から識別すること
    ができる前記零位点に対する位置に配置されている、請
    求項４３の装置。
JP3230510A 1990-09-10 1991-09-10 ボーリング穴用電気伝導性測定装置 Pending JPH04233491A (ja)

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