JPH05134050A - Vertical-well type apparatus for seismic prospecting - Google Patents

Vertical-well type apparatus for seismic prospecting

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JPH05134050A
JPH05134050A JP21664091A JP21664091A JPH05134050A JP H05134050 A JPH05134050 A JP H05134050A JP 21664091 A JP21664091 A JP 21664091A JP 21664091 A JP21664091 A JP 21664091A JP H05134050 A JPH05134050 A JP H05134050A
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JP
Japan
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housing
wave
bender
seismic
earthquake
Prior art date
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Application number
JP21664091A
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Japanese (ja)
Inventor
Howelitt Donald
ドナルド・レイン・ハウリツト
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Texaco Development Corp
Original Assignee
Texaco Development Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To generate an earthquake wave having less noise by fixing an earthquake generation source in a bore hole or casing for suppressing occurrence of tube wave. CONSTITUTION: A generator 34 comprising a housing 40 is, through a connector 42, suspended with a multi-core wire cable 36, and lowered to a desired depth in an earthquake generation source shaft, and then press-contacted to a side wall 48 with expansion leg members 44 and 46. Bender assemblies 54 and 56 are fixed to a pair of horizontal beam members 50 and 51 in the housing 40, and a mass body 58 is connected so as to clamp the center area. The bender bar has a laminated structure wherein a ceramics piezoelectric crystal body is stuck on both sides of a thin metal plate. Under the condition, when a supply source is excited to deflex a bender assembly, the inertia of the mass body 58 resists a movement of the bender bars 54 and 56, and an occurring force is transferred underground through the housing 40, so that a pressure wave P which moves horizontally and an orthogonal shear wave S are generated. The earthquake wave is detected with a receiver placed is a sensing bore hole.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、立型井戸形地震探査を
実施するための装置、特に地震信号を発生するために圧
電手段と質量体とを用いた穴降下式地震発生源に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for carrying out vertical well seismic survey, and more particularly to a downhole seismic source using piezoelectric means and a mass body for generating seismic signals. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】地表から、また水面からでも地震探査を
実施するための方法及び装置は従来から多く知られてい
る。これらの公知の探査技術は基本的に、爆発、圧縮ガ
ス等の急激放出、または地面に大きい質量体を高速落下
させる毎に1つの信号を発生するようにして地震信号を
発生したり、あるいは一定範囲を連続的に掃引して発生
した信号を送る機械式バイブレータによって地震信号を
発生する第1地表面作業部と、第1作業部で発生して反
射された地震波を感知記録する少なくとも1つの聴音ま
たは受振装置を備えている第2作業部とを設けている。
この第2作業部は第1作業部から離して設けられてい
る。少なくとも1つの第2作業部から送られた記録デー
タを処理することによって、その地域の地質断面図が形
成される。これらの公知の方法及び装置はすべて広範に
使用されており、ある程度は効果的である。しかし、地
球の上表面層は長年に渡って風化作用を受けているの
で、地表面から発生した高周波信号を相当に減衰する作
用する。この減衰のため、信号が多くの油及びガス層の
深さに達した時、30メートルより小さい大きさの異常
に対する解像を得ることはほとんど不可能となる。この
ため、従来の地表形地震探査は非常に広範囲を探査でき
るが、解像度に限界がある。
2. Description of the Related Art Many methods and apparatuses for carrying out seismic surveys from the surface and also from the surface of the water are well known in the art. Basically, these known exploration techniques generate seismic signals by generating one signal each time an explosion, a sudden release of compressed gas, or a large mass object is dropped on the ground at high speed, or a constant seismic signal is generated. A first ground surface working unit that generates a seismic signal by a mechanical vibrator that sends a signal generated by continuously sweeping a range, and at least one listening sound that senses and records the seismic wave generated and reflected by the first working unit Alternatively, a second working unit including a vibration receiving device is provided.
The second working unit is provided separately from the first working unit. A geological profile of the area is formed by processing the recorded data sent from the at least one second work station. All of these known methods and devices are in widespread use and are to some extent effective. However, since the upper surface layer of the earth has been weathered for many years, it acts to considerably attenuate the high frequency signal generated from the ground surface. This attenuation makes it almost impossible to obtain resolution for anomalies of less than 30 meters when the signal reaches many oil and gas layer depths. Therefore, the conventional surface type seismic survey can search a very wide area, but its resolution is limited.

【0003】さく井検層として知られる技術では、地下
構造を非常に正確に測定することができるが、この装置
は、探査できる穴からの距離の点で制約がある。その距
離は一般的にわずかに数センチメートルであり、井戸が
数百メートルではないにしても、一般的に数十メートル
の間隔で掘られることを考えると、この形式の地震探査
が大部分の潜在価値を見落とすことは極めて明らかであ
る。
The technique known as Sakui logging enables very accurate measurements of underground structures, but this device is limited in the distance from the hole that can be explored. Given that the distance is typically only a few centimeters and wells are not tens of meters long, they are typically drilled at intervals of tens of meters, so this type of seismic exploration is the It is quite clear to overlook potential value.

【0004】新しく開発されている技術は立井戸形地震
探査として知られており、主井戸内に地震発生源を設置
し、第1井戸のすぐ近くの少なくとも1つの補助井戸内
に受振器を配置する。補助井戸で記録されたデータを処
理することによって、井戸の間の領域全体の高解像度像
を形成することができた。立井戸形地震探査では、地震
発生源及び受振器の両方を地中に降ろせば、高周波地震
信号を通過させる能力が、特に地震発生源を井戸の壁に
固定した時には大幅に向上する。立井戸形地震探査では
3メートル程度の解像が得られる。
The newly developed technique is known as vertical well seismic survey, in which the seismic source is installed in the main well and the geophone is placed in at least one auxiliary well near the first well. To do. By processing the data recorded in the auxiliary wells, high resolution images of the entire area between the wells could be formed. In vertical well seismic exploration, if both the seismic source and the geophone are lowered into the ground, the ability to pass high frequency seismic signals is significantly improved, especially when the seismic source is fixed to the well wall. A vertical well seismic survey can provide a resolution of about 3 meters.

【0005】せん孔地震発生源及びせん孔受振器アセン
ブリは共にさく井検層工具と同じ環境で作動するので、
それらは同じ物理的特徴を共有しているに違いない。こ
のため、おのおのは容器に密封してケーブルまたはワイ
ヤで懸垂し、一般的に流体が充満しているせん孔内へ、
温度及び圧力の極値が現れる相当な深さまで降ろすこと
ができることが必要である。多心ケーブルによる孔内工
具と地表面との間の連通能力にも限界がある。メモリに
命令を記憶した孔内コンピュータによって地震発生源を
制御し、受振器アセンブリに対して孔内記録能力を持た
せることが望ましい。
Since both the borehole seismic source and borehole geophone assembly operate in the same environment as a well logging tool,
They must share the same physical characteristics. Therefore, each is sealed in a container and suspended by a cable or wire, generally into a fluid-filled borehole,
It is necessary to be able to lower to a considerable depth where temperature and pressure extremes appear. There is also a limit to the ability of the multicore cable to communicate between the tool in the hole and the ground surface. It is desirable to control the seismic source by a borehole computer with instructions stored in memory and to provide the geophone assembly with borehole recording capabilities.

【0006】現時点では、市販されているせん孔地震発
生源はわずかである。その1つは、コイル管を介して地
表面から供給される油圧力によって作動するせん孔バイ
ブレータである。この工具は長さがほぼ37メートルで
あって、せん孔内の流体に強力な正弦波信号を発生させ
る。この信号の周波数は20〜120ヘルツで変動す
る。別のせん孔地震発生源は、公知の水中空気銃とほと
んど同じ空気銃である。それは、ゴムホースを含むアン
ビリカルケーブルを介して地表面から供給される圧縮空
気を動力源としている。この装置は、せん孔内の流体へ
高圧で局部的な空気噴出を行う。
At the present time, there are only a few drilling earthquake sources on the market. One of them is a perforation vibrator operated by hydraulic pressure supplied from the ground surface through a coil tube. The tool is approximately 37 meters long and produces a strong sinusoidal signal in the fluid in the borehole. The frequency of this signal varies from 20 to 120 Hertz. Another piercing seismic source is an air gun, much like the known underwater air gun. It is powered by compressed air supplied from the ground surface via an umbilical cable containing rubber hoses. This device provides a high pressure, localized air jet to the fluid in the borehole.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、地中に優れ
た地震信号を発生して管波の発生を大幅に抑えることに
よって、工業用標準形多心ワイヤケーブルで懸垂して空
気または液体のいずれが入った孔内でも作動させること
ができる振動形地震発生源を提供することを課題とする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an excellent seismic signal in the ground to significantly suppress the generation of tube waves, and is suspended by an industrial standard multi-core wire cable for air or liquid. It is an object of the present invention to provide a vibrating seismic source that can be operated in a hole containing any of the above.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、電子機構であ
る点で、上記した従来形機械装置とは異なっている。本
発明は、高出力増幅器によって地表面から励起できる少
なくとも1つの圧電ベンダーバーアセンブリを備えてい
る。この装置は、海軍用ソナー変換器に幾分類似してお
り、標準形の多心ワイヤケーブルで作動することができ
る。例えば、ベンダーバーアセンブリは、薄い金属板の
両側にセラミック圧電結晶体セットを付着させて構成で
き、一般的に幅7.6cm、長さ61cmである。両セ
ットの結晶体は、反対極性の高圧を加えることによって
同時に励起されることによって、一方の結晶体が膨張す
る一方、他方の結晶体が収縮する。その結果、バーは両
端部で固定されているので、アセンブリは中央部分で湾
曲する。共振点は幾つかあるが、ベンダーバーの動きは
ほぼ印加電気信号の波形に従う。
The present invention differs from the above-described conventional mechanical devices in that it is an electronic mechanism. The present invention comprises at least one piezoelectric bender bar assembly that can be excited from the ground by a high power amplifier. This device is somewhat similar to a Navy sonar transducer and can operate with standard multi-wire cable. For example, a bender bar assembly can be constructed with a set of ceramic piezoelectric crystals attached to both sides of a thin metal plate, which is typically 7.6 cm wide and 61 cm long. The crystals of both sets are simultaneously excited by the application of high pressure of opposite polarity, whereby one crystal expands while the other crystal contracts. As a result, the bar is fixed at both ends so that the assembly bends in the central part. Although there are several resonance points, the movement of the bender bar almost follows the waveform of the applied electric signal.

【0009】圧電結晶体のベンダーバーアセンブリをせ
ん孔地震発生源として使用する場合、アセンブリは油を
充填した可撓管内に封入することが好ましい。ベンダー
バーの移動によって発生した圧力波は、可撓管を介し
て、さらにせん孔流体を介して伝達される。エネルギー
の一部は、せん孔流体から金属井戸ケーシングを介して
地中に伝達される。せん孔から放射される地震信号は、
水平方向に移動する圧力すなわちP波である。十分には
理解されていないが、地中での放射パターンは、井戸の
孔の軸線を中心に名目対照的あると考えられる。
When a piezoelectric crystal bender bar assembly is used as the source of a perforation earthquake, the assembly is preferably encapsulated within an oil filled flexible tube. The pressure wave generated by the movement of the bender bar is transmitted through the flexible tube and further through the drilling fluid. Part of the energy is transferred from the drilling fluid to the ground through the metal well casing. The seismic signal emitted from the borehole is
It is the pressure or P wave that moves in the horizontal direction. Although not fully understood, radiation patterns in the ground are believed to be nominally symmetrical about the axis of the well bore.

【0010】本発明によって発生する地震波は、圧力
(P)波及びせん断(S)波成分を有している。S波の
移動速度はP波のおよそ半分にすぎないので、P波が受
振器に最初に到着する。S波は岩構造体の影響だけを受
けて、液体接触の影響を受けないのに対して、P波は液
体接触の影響を受ける。S波に対するP波の比を利用し
て、波が通過する岩の多孔度を予想することができる。
従来形装置では460メートル離れた化粧仕上げ井戸間
の石灰岩を介して3,000ヘルツまでの地震信号を伝
達できることが報告されている。
The seismic wave generated by the present invention has pressure (P) wave and shear (S) wave components. Since the traveling speed of the S wave is only about half that of the P wave, the P wave arrives at the geophone first. S waves are affected only by the rock structure and are not affected by liquid contact, whereas P waves are affected by liquid contact. The ratio of P waves to S waves can be used to predict the porosity of the rock through which the waves pass.
It has been reported that conventional devices can transmit seismic signals up to 3,000 Hertz through limestone between decorative wells 460 meters apart.

【0011】せん孔流体を加圧することによってエネル
ギーを地中に伝達する地震発生源の場合、エネルギーの
大部分(90〜95%)が管波の形でせん孔流体の内部
に捕捉されたまま残り、この管波は流体充填ケーシング
の長さに沿って上下方向に垂直移動する圧力波である。
これは効率が悪いだけでなく、管波は暗雑音の形の望ま
しくない信号を生じる中心的原因である。管波は孔の底
部及び液面の上部から強力に反射されて、また程度は少
ないがケーシング内の異常によっても反射される。これ
らの点の各々は、管波エネルギーの一部分を地中へ伝達
させ、それは機能的に別の地震発生源の点となる。本発
明の地震発生源は、さく井検層工具に用いられているも
のに類似した液密形スチールハウジング内に封入された
少なくとも1つのベンダーバーアセンブリを設けてい
る。ベンダーバーアセンブリの両端部はハウジングの内
部に固着されており、工具ハウジングすなわちゾンデを
井戸のケーシングまたは壁に固定するため、伸縮式アー
ム、ピストンまたは電磁石等の手段が設けられている。
好ましくは、質量体をベンダーバーアセンブリの中心に
連結することによって、質量体の慣性がベンダーバーア
センブリの移動に抵抗を加えるようにする。このように
して発生した力は工具ハウジングを介して井戸の壁に、
さらに地中へ伝達される。第2井戸内に降下されている
少なくとも1つの受振器がその地震信号を受け取って記
録し、続いて分析する。
In the case of an earthquake source that transmits energy to the ground by pressurizing the drilling fluid, most of the energy (90-95%) remains trapped inside the drilling fluid in the form of a tube wave, This tube wave is a pressure wave that vertically moves vertically along the length of the fluid-filled casing.
Not only is this inefficient, but tube waves are a central cause of unwanted signals in the form of background noise. The tube wave is strongly reflected from the bottom of the hole and the top of the liquid surface, and to a lesser extent also due to anomalies in the casing. Each of these points transfers a portion of the tube wave energy into the ground, which is functionally another point of seismic origin. The seismic source of the present invention includes at least one bender bar assembly enclosed within a liquid tight steel housing similar to that used in well logging tools. Both ends of the bender bar assembly are secured within the housing and provided with means such as telescopic arms, pistons or electromagnets to secure the tool housing or sonde to the well casing or wall.
Preferably, the mass is coupled to the center of the bender bar assembly so that the inertia of the mass adds resistance to movement of the bender bar assembly. The force generated in this way is applied to the well wall through the tool housing,
Further transmitted to the ground. At least one geophone down in the second well receives and records the seismic signal for subsequent analysis.

【0012】[0012]

【実施例】典型的な地表形地震探査装置が図1に示され
ており、地震発生源10で発生した信号12は地下の異
常部14で反射し、それぞれ記録手段20に接続されて
いる一連の聴音装置またはセンサ18で反射波16が検
出される。この方法は一般的に許容レベルで使用されて
きているが、いくつかの大きな問題点がある。1つの問
題点は、ここでは22で示されている最上層が風化によ
って相当に破壊された地層であるため、それが地震発生
源10で発生した高周波地震信号を減衰させることであ
る。また本来的に、この形式の探査では30メートルよ
りも小さい大きさの異常部は一般的に検出できない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A typical ground-based seismic survey system is shown in FIG. 1, in which a signal 12 generated by an earthquake source 10 is reflected by an anomalous portion 14 under the ground and connected to a recording means 20, respectively. The reflected wave 16 is detected by the listening device or sensor 18. Although this method has generally been used at an acceptable level, it has some major drawbacks. One problem is that it damps the high frequency seismic signals generated by the seismic source 10, since the topmost layer, here designated 22 is a formation that has been substantially destroyed by weathering. Also, by nature, this type of exploration generally cannot detect anomalies smaller than 30 meters.

【0013】図2は、さく井検層工具すなわちゾンデ2
4が多心ワイヤ電線28によって井戸26内へ降ろされ
ている典型的なさく井検層装置を示している。この形式
の工具は、様々な方法の中の1つを用いて、井戸が通過
している地中の構造を検査するものである。この構造に
伴う大きな問題点は、典型的なさく井検層工具24が検
出できる井戸からの距離が非常に限られており、点線3
0で示されているように一般的にはセンチメートル台、
せいぜいデシメートル台であり、上記の地表形地震探査
がなければ、隣接の井戸間の大きな領域が探査されない
まま残ってしまうことである。この場合、検層では異常
部14は検出すらされないであろう。
FIG. 2 shows a drill well logging tool or sonde 2.
4 shows a typical well logging device being lowered into a well 26 by a multi-conductor wire 28. This type of tool uses one of a variety of methods to inspect underground structures through which a well passes. A major problem with this structure is that the typical well logging tool 24 can detect only a very limited distance from the well, and the dotted line 3
Generally in the centimeter range, as indicated by 0,
It is a decimeter level at most, and without the above-mentioned ground-based seismic survey, a large area between adjacent wells will remain unexplored. In this case, the logging 14 would not even detect the abnormal portion 14.

【0014】図3及び4は、一般的な現場で使用された
本発明の装置を示している。現場には、複数のせん孔2
6、32が予め掘削されている。せん孔26は主または
地震発生源せん孔と呼び、他方のせん孔32は補助また
は感知せん孔と呼ぶ。地震発生源34がワイヤ電線36
によって地震発生源井戸26内の第1深さまで降ろされ
て、せん孔の側部に固定される。次に、少なくとも1つ
の受振センサ38が各受振井戸32内へ第1所定深さま
で降ろされ、地震探査が開始される。各探査後、センサ
38の深さが変えられ、次の探査が実行される。地震発
生源34の深さを変更し、受振器38も同じ深さへ移動
させながら、この段階が繰り返される。例えば図4に示
されているように、地震発生源井戸及び補助井戸の選択
は本発明の作用に決定的なものではないが、探査しよう
とする地域の点からは重要であることに注意されたい。
3 and 4 show the device of the present invention as used in a typical field. Multiple perforations 2 on site
6, 32 have been excavated beforehand. The holes 26 are called main or earthquake source holes and the other holes 32 are called auxiliary or sensing holes. Earthquake source 34 is wire and wire 36
Is lowered to the first depth in the earthquake source well 26 and fixed to the side of the drill hole. Next, at least one vibration sensor 38 is lowered into each vibration well 32 to a first predetermined depth, and seismic survey is started. After each probe, the depth of the sensor 38 is changed and the next probe is performed. This step is repeated while changing the depth of the earthquake source 34 and moving the geophone 38 to the same depth. For example, as shown in FIG. 4, it should be noted that the choice of seismic source wells and auxiliary wells is not critical to the operation of the invention, but is important in terms of the area to be explored. I want to.

【0015】本発明による地震発生器34が図5及び6
に詳細に示されている。発生器34は、せん孔工具やゾ
ンデには一般的である細長いほぼ円筒形のハウジング4
0を有し、その一端部がコネクタ42によって多心ワイ
ヤケーブル36に取り付けられている。このケーブルは
従来から使用されていたもので、これで工具を支えて地
表との信号の伝達を行う。この従来形ハウジング40の
外部には、工具ハウジング40をせん孔またはケーシン
グ(図示せず)の側壁48に密着させるための手段4
4、46が設けられている。このように工具を固定する
ことは、多くの公知の手段の1つで、例えば図示の伸縮
式脚部材44、46によって達成できる。本発明の精神
すなわち本質的特徴の範囲内において電気機械式、電磁
式、空気圧または油圧式装置によって図示の脚部材また
は他の図示されていない固定手段を作動させることがで
きる。適当な固定手段は、米国特許第4,757,873号に記
載されており、その開示内容は本説明に引例として含ま
れる。
The earthquake generator 34 according to the present invention is shown in FIGS.
In detail. The generator 34 is an elongated, generally cylindrical housing 4 that is typical of drilling tools and sondes.
0, one end of which is attached to the multi-core wire cable 36 by a connector 42. This cable, which has been used for a long time, supports a tool and transmits a signal to the ground. On the outside of this conventional housing 40, means 4 for fitting the tool housing 40 to the side wall 48 of a hole or casing (not shown).
4, 46 are provided. Securing the tool in this manner can be accomplished by one of many known means, such as the telescopic leg members 44, 46 shown. Electromechanical, electromagnetic, pneumatic or hydraulic devices may actuate the illustrated leg members or other fastening means not shown within the spirit or essential characteristics of the invention. Suitable fastening means are described in US Pat. No. 4,757,873, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

【0016】次に図6を参照しながら説明すると、地震
発生器34がハウジング40を通る縦断面図で示されて
おり、1対の横梁部材50、52が互いに離して平行に
設けられている。1対のベンダーバーアセンブリ54、
56がそれぞれの端部で横梁部材50、52に固定され
ており、ベンダーバーアセンブリ54、56の中心付近
で挟むようにして質量体58が連結されている。代表的
なベンダーバーアセンブリの詳細な断面が図7に示され
ている。好ましくは、各ベンダーバーアセンブリは、お
よそ幅7.6cm、長さ61cmの薄い金属板60の両
側にセラミック圧電結晶体62、64を付着させた積層
構造体である。質量体58は便宜上ブロックとして示さ
れている。質量体は、ベンダーバーアセンブリを取り囲
むようにして設けるか、またはバーの間の密封弾性容器
(図示せず)に入った重い、すなわち高密度の液体、例
えば水銀にすることができる。1対のベンダーバーアセ
ンブリが図示されているが、1つのベンダーバーアセン
ブリだけでも機能できることに注意されたい。
Referring now to FIG. 6, the seismic generator 34 is shown in a vertical cross-section through the housing 40, with a pair of transverse beam members 50, 52 being spaced apart and parallel to each other. .. A pair of bender bar assemblies 54,
56 is fixed to the cross beam members 50 and 52 at each end, and the mass body 58 is connected so as to be sandwiched near the centers of the bender bar assemblies 54 and 56. A detailed cross section of an exemplary bender bar assembly is shown in FIG. Preferably, each bender bar assembly is a laminated structure having ceramic piezoelectric crystals 62, 64 attached to opposite sides of a thin metal plate 60 approximately 7.6 cm wide and 61 cm long. The mass 58 is shown as a block for convenience. The mass may be provided around the bender bar assembly or may be a heavy or dense liquid, such as mercury, in a sealed elastic container (not shown) between the bars. Note that although a pair of bender bar assemblies is shown, only one bender bar assembly can work.

【0017】受振器アセンブリ38(図3)について
は、適当な装置が市販されているので詳細な説明を行わ
ない。例えば、ハリバートン(Haliburton)物理装置(Geo
physical Systems)SWC30形受振器は、ハウジング
内に3つのジオホンを備えており、その中の2つのジオ
ホンは水平方向受振ができる向きに、1つのジオホンは
垂直方向受振ができる向きになっている。別のジオホン
として、本発明の地震発生源と同様にしてせん孔の壁に
固定できる加速度計も使用できる。受振器としてハイド
ロホンを使用することもできる。1つまたは複数のハイ
ドロホンを補助井戸の流体内に懸垂して、管波を感知で
きるようにする。それらは本来的には全方向形である
が、せん断波の移動速度が圧力波の速度の約半分である
ことから、それらの到着時間によって圧力波とせん断波
とを区別することができる。
The geophone assembly 38 (FIG. 3) will not be described in detail as suitable equipment is commercially available. For example, the Haliburton physical unit (Geo
The physical systems) SWC30 type geophone has three geophones in the housing, two geophones in the geophone are oriented in the horizontal direction, and one geophone is oriented in the vertical direction. As another geophone, an accelerometer that can be fixed to the wall of the hole in the same manner as the earthquake source of the present invention can be used. A hydrophone can also be used as a geophone. One or more hydrophones are suspended in the fluid of the auxiliary well to allow tube waves to be sensed. Although they are omnidirectional in nature, since the moving speed of the shear wave is about half that of the pressure wave, it is possible to distinguish between the pressure wave and the shear wave by their arrival time.

【0018】次に作用を説明すると、地震発生源34を
地震発生源井戸26内の所望深さまで降ろして、せん孔
の壁に固定する。次に、供給源(図示せず)を励起し
て、ベンダーアームアセンブリをたわませる。質量体5
8の慣性がベーンダーバー54、56の移動に抵抗す
る。この移動によって生じた力は工具ハウジング40
(及び図示されていない井戸ケーシング)を介して地中
に伝達される。結果として生じる地震波は、ベンダーバ
ーの曲がりの軸線に沿って水平方向に(両方向に)移動
する圧力波(P)である。水平方向に偏極したせん断波
(S)がP波に直交する方向で水平に移動することは、
図8に概略的に示されている通りであり、この図面では
P波が実線で示され、S波が点線で示されている。ベン
ダーバーはこの図面の紙面の左右に移動するものとす
る。
In operation, the seismic source 34 is lowered to a desired depth in the seismic source well 26 and fixed to the wall of the hole. Next, a source (not shown) is excited to flex the bender arm assembly. Mass 5
An inertia of 8 resists the movement of vane bar 54, 56. The force generated by this movement is the tool housing 40
(And a well casing (not shown)). The resulting seismic waves are pressure waves (P) that move horizontally (in both directions) along the bender bar axis. The horizontally polarized shear wave (S) moves horizontally in the direction orthogonal to the P wave,
As schematically shown in FIG. 8, the P wave is shown by the solid line and the S wave is shown by the dotted line in this figure. The vendor bar shall be moved to the left and right of the drawing sheet.

【0019】本発明は、地震発生源及び受振器が直面す
る温度及び圧力状態に耐えることができる限り、液体充
満せん孔または乾燥せん孔のいずれでも問題なく作動で
きる。本発明では、せん孔に液体が充満していても、地
震発生源がケーシングに固定されているので、多くの管
波を発生することはない。一部の従来装置では、管波に
よって発生する雑音が問題であった。
The present invention can operate without problems with either liquid-filled or dry holes as long as it can withstand the temperature and pressure conditions faced by the seismic source and geophone. In the present invention, even if the hole is filled with the liquid, since the earthquake source is fixed to the casing, many pipe waves are not generated. In some conventional devices, noise generated by tube waves was a problem.

【0020】本発明と同一の譲受人に譲渡されており、
開示内容が引例として本説明に含まれる「地震発生源の
コード化」と題して1989年9月20日に提出された
米国特許出願第07/409、907号によって教示されている本
発明の地震発生源をコード形にパルス化することもでき
る。本発明の地震発生源のパルス化には、ベンダーバー
アセンブリの出力が低エネルギーであるため、バイブロ
シス(vibroseis) に使用されているような掃引形信号を
利用する必要があろう。これらの信号には様々な種類が
あるが、すべての中心的特性は、比較的長時間に渡って
継続的に加えられる低出力信号である点である。受振器
信号は、掃引と相互相関して、エネルギーを1つのパル
スに変化させる効果を生じる。優れた自動相関のある掃
引は、コード化パルス列または連続関数によって形成で
きることに注意されたい。
Assigned to the same assignee as the present invention,
The earthquakes of the present invention taught by US patent application Ser. No. 07 / 409,907, filed Sep. 20, 1989, the disclosure of which is incorporated herein by reference and entitled "Coding of Earthquake Sources". The source can also be pulsed in code form. The seismic source pulsing of the present invention may require the use of a swept signal as used in vibroseis due to the low energy output of the bender bar assembly. There are many different types of these signals, but the central feature of all is that they are low power signals that are continuously applied over a relatively long period of time. The geophone signal has the effect of cross-correlating with the sweep, changing the energy into one pulse. Note that a sweep with good autocorrelation can be formed by a coded pulse train or continuous function.

【0021】せん孔地震データを収集する際の重大な問
題の1つは、補助井戸の様々な深さに受振器を設置し直
さなければならないことである。同じワイヤ電線から多
数の受振器を同時に設ければ、生産性を高めることがで
きる。これを実施する際の実際上の問題の1つは、多量
のデータを標準形7心ワイヤ電線で地表面へ送ることで
ある。別の問題は、劣悪な環境に配置しなければならな
い電子機器の量である。しかし、これらはいずれも市販
のさく井検層工具で克服できないほどのものではない。
One of the major problems in collecting drilling seismic data is the need to reposition geophones at various depths in the auxiliary well. If a number of geophones are simultaneously provided from the same wire and wire, productivity can be improved. One of the practical problems in doing this is sending large amounts of data to the ground surface over standard 7-core wire. Another issue is the amount of electronics that must be placed in a poor environment. However, none of these are insurmountable with commercially available well logging tools.

【0022】地表形地震データに使用されている「符号
ビット」方法は、本発明によって発生したせん孔データ
を記録するために使用できる方法となる。立井戸形地震
データ用の現在の処理技術は、主にP波及びS波の最初
に到着した波形のみを使用している。地表形地震データ
とは異なって、現在では全体の波形は使用されない。こ
のため符号ビット技術が地表データよりもせん孔データ
に適したものになる。せん孔地震データは付近の発生作
業からの不規則雑音で汚染されることが多い。この種の
問題は、完全精密装置よりも符号ビット技術の方がうま
く処理できる。
The "sign bit" method used for surface seismic data provides a method that can be used to record the drilling data generated by the present invention. Current processing techniques for well-well seismic data mainly use only the first-arriving waveforms of P and S waves. Unlike surface seismic data, the entire waveform is no longer used. This makes the sign bit technique more suitable for drilling data than surface data. Drilling seismic data is often contaminated with random noise from nearby generation work. This type of problem can be better handled with sign bit technology than with full precision equipment.

【0023】ほとんどの地震装置は、瞬時浮動少数点増
幅器及び16ビットアナログ/ディジタル変換器によっ
てアナログ地震信号を高精度にディジタル化するが、符
号ビット方法は信号を1ビット(符号ビット)正確度だ
けで測定する。これによって、必要な電子機器の量及び
送られるビット数を相当に減少させることができる。
Most seismic devices digitize analog seismic signals with high precision by means of instantaneous floating point amplifiers and 16-bit analog-to-digital converters, but the sign bit method only signals signals with 1 bit (sign bit) accuracy. To measure. This can significantly reduce the amount of electronics required and the number of bits sent.

【0024】ダイナマイト等の信号雑音比が高い強力な
衝撃発生源を使用する場合には、符号ビット方は有効で
はない。符号ビット技術は、比較的低い発生源エネルギ
ーが長時間に渡って広がり、(相関前の)信号雑音比が
低いビブロシス形発生源に使用されるだけである。信号
雑音比及び解像度のビット数は相関後に大幅に向上す
る。
The sign bit method is not effective when a strong shock source having a high signal-to-noise ratio such as dynamite is used. The sign bit technique is only used for vibrosis sources where the relatively low source energy is spread over time and the signal noise ratio (before correlation) is low. The signal to noise ratio and the number of bits of resolution are significantly improved after correlation.

【0025】信号雑音比が1以下(相関前)の場合、符
号ビット技術は完全精密装置に匹敵することは証明でき
る。信号雑音比が1以上に向上すると、精度のビット数
を増加させるのに有利である。不規則雑音を処理するに
は符号ビット方法が非常に有効である。それは、文化的
雑音に一般的な高振幅の過渡バーストが存在する場合に
は完全精密装置よりも優れていることが多い。それは高
干渉性雑音にはうまく機能しない。
If the signal-to-noise ratio is less than 1 (before correlation), the sign bit technique can prove to be comparable to a perfect precision device. When the signal-noise ratio is improved to 1 or more, it is advantageous to increase the number of precision bits. The sign bit method is very effective for processing random noise. It is often superior to full precision instruments in the presence of high amplitude transient bursts that are typical of cultural noise. It does not work well with high coherent noise.

【0026】本発明の変更例として、圧力波またはせん
断波のいずれかを所定方向に発生できれば好都合であ
る。これは、2つの独立的な本発明による地震発生源ア
センブリを互いに直角向きに、同一ハウジング内にでき
るだけ接近させて取り付けることによって達成される。
この例が図9に示されており、発生源アセンブリ66、
68がハウジング40内に近接状態で積み重ねられてい
る。各発生源アセンブリは専用の電源(図示せず)から
電力を受け取り、取り付け手段70、72、74、76
と、少なくとも1つのベンダーアームアセンブリ78、
80、82と、質量体84、86とを備えている。2つ
のアセンブリに加えられる信号の相対位相を適当に移動
させることによって、井戸孔の軸線を中心にして放射波
の方向を効果的に回転させることができる。本発明の地
震発生源によって発生する波の方向は、本発明のハウジ
ング内に公知のゾンデ方向決め装置のいずれかを組み込
むことによって決定される。
As a modification of the invention, it would be advantageous if either a pressure wave or a shear wave could be generated in a given direction. This is achieved by mounting two independent seismic source assemblies according to the invention at right angles to each other and in the same housing as close as possible.
An example of this is shown in FIG. 9 where the source assembly 66,
68 are stacked in close proximity within the housing 40. Each source assembly receives power from a dedicated power supply (not shown) and has mounting means 70, 72, 74, 76.
And at least one bender arm assembly 78,
80, 82 and mass bodies 84, 86 are provided. By appropriately shifting the relative phase of the signals applied to the two assemblies, the direction of the radiated wave can be effectively rotated about the well bore axis. The direction of the waves generated by the seismic source of the present invention is determined by incorporating any of the known sonde directing devices within the housing of the present invention.

【0027】さらなる変更例として、コード化掃引信号
を用いることによって、多数のせん孔発生源を非干渉的
に同時使用することができる。これによってデータの収
集率を大幅に増加させ、コストを減少させることができ
る。同時に独立的に作動させることができるコード化発
生源の数に対する理論的制限はない。本発明のさらなる
変更例として、互いに離して設けられた一連の聴音また
は受振器を各受振用井戸に降ろすことによって、発生源
から発生させなければならない信号の数を減らすことが
できる。
As a further modification, multiple perforation sources can be used non-interferentially simultaneously by using coded sweep signals. This can significantly increase the data collection rate and reduce costs. There is no theoretical limit on the number of coded sources that can be operated independently at the same time. As a further modification of the present invention, the number of signals that must be generated from the sources can be reduced by lowering a series of acoustic or geophones spaced apart from each other into each receiving well.

【0028】以上に記載した装置は小型、軽量であり、
可動部材が非常に少ないことから、非常に実用的で、現
場で直面すると予想される乱暴な扱いにも耐えることが
できる。本発明には、その精神または本質的特徴から逸
脱しない範囲において様々な変更を加えることができ
る。以上の説明は説明的なものであって、本発明の範囲
を制限するものではない。
The device described above is small and lightweight,
The very small number of moving parts makes it very practical and able to withstand the rough handling that one might expect to encounter in the field. Various changes can be made to the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. The above description is illustrative and does not limit the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】典型的な従来の地表形地震探査装置の概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a typical conventional surface-type seismic survey device.

【図2】典型的な従来形検層装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a typical conventional logging device.

【図3】本発明の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the present invention.

【図4】典型的な現場に設けられたせん孔の平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view of a typical field drilled hole.

【図5】井戸内に配置された本発明の側面図である。FIG. 5 is a side view of the present invention placed in a well.

【図6】本発明の工具の実施例の縦断面図である。FIG. 6 is a vertical sectional view of an embodiment of the tool of the present invention.

【図7】本発明によるベンダーバーの実施例の拡大詳細
長手方向断面図である。
FIG. 7 is an enlarged detailed longitudinal cross-sectional view of an embodiment of a bender bar according to the present invention.

【図8】本発明によって発生する地震波パターンの概略
的平面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view of a seismic wave pattern generated by the present invention.

【図9】本発明の変更実施例の縦断面図である。FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of a modified embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40 工具ハウジング 44、46 伸縮式脚部材 54、56 ベンダーアームアセンブリ 58 質量体 62、64 圧電セラミック結晶体 40 Tool Housing 44, 46 Telescopic Leg Member 54, 56 Bender Arm Assembly 58 Mass 62, 64 Piezoelectric Ceramic Crystal

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 地震波を発生する装置であって、 せん孔内へ降下させる閉鎖形ハウジング(40)と、 前記ハウジングを前記せん孔の壁に固定する固定手段(4
4、46)と、 前記ハウジング内に設けられてそれに取り付けられてい
る支持手段(50、52)と、 第1及び第2圧電セラミック
結晶体(62、64)でアームを形成し、前記アームの中間位
置に質量体(58)を取り付けて構成され、前記支持手段に
取り付けられた少なくとも第1のベンダーアームアセン
ブリ(54、56)と、 前記結晶体を励起して前記アームを曲げることによっ
て、ハウジングが壁に固定されている時に前記せん孔の
周囲の地層内に伝播させる地震波を発生できるように接
続されている駆動手段とを有していることを特徴とする
装置。
1. A device for generating seismic waves, comprising a closed housing (40) for lowering into a hole, and fixing means (4) for fixing the housing to the wall of the hole.
4, 46), supporting means (50, 52) provided in the housing and attached thereto, and first and second piezoelectric ceramic crystal bodies (62, 64) to form an arm. At least a first bender arm assembly (54, 56) configured to attach a mass body (58) in an intermediate position and attached to the supporting means, and a housing by exciting the crystal body to bend the arm Drive means connected so as to generate seismic waves that propagate into the formation around the perforation when secured to the wall.
【請求項2】 地震波を発生する装置であって、 せん孔内へ降下させる閉鎖形ハウジング(40)と、 前記ハウジングを前記せん孔の壁に固定する固定手段(4
4、46)と、 前記ハウジング内に設けられてそれに取り付けられてい
る支持手段(70、72、74、76)と、 第1及び第2圧電セラミック結晶体(62、64)で形成さ
れ、互いに離して平行に設けられた1対のアームと、前
記アームの中間位置に取り付けられた質量体(84;86)と
でそれぞれ構成されており、それぞれの質量体(84;86)
の直線移動経路が互いにほぼ直交するようにした、前記
支持手段に取り付けられた第1及び第2ベンダーアーム
アセンブリ(78、80;82)と、 それぞれ前記第1及び第2ベンダーアームアセンブリ(7
8、80;82)に接続されており、前記結晶体を所定の位相関
係及び順序で励起して前記アームを曲げることによっ
て、ハウジングが壁に固定されている時に前記せん孔の
周囲の地層内に所定の向きで伝播させる地震波を発生す
る駆動手段とを有していることを特徴とする装置。
2. A device for generating seismic waves, comprising a closed housing (40) for lowering into a hole, and fixing means (4) for fixing the housing to the wall of the hole.
4, 46), supporting means (70, 72, 74, 76) provided in and attached to the housing, and first and second piezoelectric ceramic crystal bodies (62, 64), It is composed of a pair of arms that are spaced apart in parallel and a mass body (84; 86) attached to an intermediate position of the arms, and each mass body (84; 86)
First and second bender arm assemblies (78, 80; 82) attached to the support means, the linear movement paths of which are substantially orthogonal to each other, and the first and second bender arm assemblies (7, 7), respectively.
8, 80; 82), and by bending the arms by exciting the crystal in a predetermined phase relationship and sequence, in the formation around the perforations when the housing is fixed to the wall. And a drive means for generating seismic waves propagated in a predetermined direction.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100769683B1 (en) * 2006-05-26 2007-10-23 한국해양연구원 Method for testing insert of an in-hole type elastic wave cone

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