JPH0556830B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、大略、長尺ケーシングの状態を診断
する装置に関するものであつて、特に、金属パイ
プの如き長尺ケーシングの電気的状態を診断し且
つ検査する診断装置に関するものである。更に詳
細には、本発明は、陰極保護（cathodic
protection）を評価し且つケーシングの腐食速度
測定を行う為に、地中内に延在する穿孔内に嵌入
されている長尺の穿孔ケーシング内に挿入可能な
穿孔ケーシング診断装置に関するものである。

従来技術 金属パイプ又はケーシングが穿孔内に嵌入され
る場合、その穿孔内に存在する流体が腐食性のも
のであると、その金属は腐食しがちとなる。地下
には幾つかの異なつた地層が存在しているので、
ケーシングの異なつた部分の間に大規模電気化学
セルが形成されることがあり、或る領域において
は、正味電流が地層からケーシング内に流れ込
み、一方その他の領域では、正味電流がケーシン
グから流れ出し地層に流れ込む。その場合、金属
イオンがケーシングから離脱する箇所では、ケー
シングは次第に腐食することとなる。この様な腐
食の速度はmm／年のオーダであり、それはμA／
cm²の単位での流出電流に比例すると言われてい
る。この電気化学腐食はケーシングから流出する
電流から発生するので、ケーシングの全長に渡つ
て正味電流がケーシングに流入する様な電位にケ
ーシングを維持することによつて腐食を防止する
ことが可能である。この為に、屡々、陰極保護が
使用される。陰極保護は従来公知であり、これは
電気化学セルを陰極とさせることによつて金属を
電気化学腐食から保護する技術である。陰極保護
は地中内に延在する穿孔内に嵌入された金属ケー
シングに対して従来も今も使用されている。

この様な陰極保護が必要とされているかを決定
するか又は特定のケーシングに適用されている陰
極保護を評価し及び／又は最適化する為に、ケー
シングの長手方向に沿つてのケーシング電位分布
を測定する。この場合、典型的に、複数個の電極
を具備したダウンホール装置を、地表上に位置さ
れている測定ユニツト乃至は装置へ接続されてい
る長いケーブルに懸架されてケーシング内に挿入
させ、該ダウンホール装置をケーシングに沿つて
移動させる地表にある測定装置によつて測定を行
う。この場合、ケーシングに接触している電極の
何れか２つの間の電位差情報は、ダウンホール装
置を地表の測定装置へ接続させている長いケーブ
ルを介して地表にある測定装置へ伝達されねばな
らないので、該情報はノイズを拾つたりクロスト
ーク等の種々の理由によつて劣化される傾向とな
る。更に、該情報は、又、長尺ケーブルに沿つて
の及びダウンホール装置内の接続や地表での熱起
電力即ち熱EMFによつて悪影響を受ける。ケー
ブルの影響、特に熱起電力効果の影響、を可及的
に取り除く為に、ここに引用によつて本明細書に
導入する1985年11月１日に出願された特許出願第
60−244217号に記載されている如く、ケーブルの
影響を差し引く為にダウンホール装置内にリレー
スイツチを設けることが提案されている。この提
案された技術は収集されたデータの品質を著しく
改善することを可能とするものであるが、測定装
置は地表に位置されているので、依然として長尺
のケーブルを介して測定を行うことが必要であ
る。測定が地表で行われる限り、長尺ケーブルを
介しての遠隔測定の場合に発生するクロストーク
やノイズの問題の為にデータを平均化したり積分
したりすることが必要となり、その為に測定時間
が長くなる。

上述した如く、ケーシングの長手軸に沿つて電
位差測定を行う為に、典型的に、ダウンホール装
置にはダウンホール装置の長手軸方向に沿つて互
いに離隔して複数個の電極が設けられている。従
つて、通常、円周方向には顕著な電位差又は電流
が存在しないと仮定されるか、又はそれは単に無
視されている。1965年９月21日にMarsh etal.に
発行された米国特許第3207891号は、円周方向に
配設した複数個の電極を具備するダウンホール装
置を開示している。然し乍ら、この特許は、複数
個の電極を同一の単一円周で複数個の電極を配設
することを示唆しているに過ぎず、それは長手軸
方向における電位差又は電流成分を無視してい
る。更に詳説すると、この特許はパイプの厚さ及
び金属損失領域の識別に関するものであつて、そ
れは他の電極から電流を注入して電位差を測定し
円周方向の抵抗測定又は２つの抵抗測定の比較を
与えるだけのものである。この特許では、それ自
身の価値ある特性として、又は自然電流又は外部
的に印加した電流を測定する目的の為に電位差を
測定するものではない。

従つて、電位差又は電流は長手軸方向と円周方
向の両方の成分を持つ場合があるにも拘らず、何
れの従来技術も長手軸方向のみ又は円周方向のみ
の何れかにおいて測定を行うのみであるから、採
取された電気的特性データの信頼性を充分に保証
することは不可能である。

目 的 従つて、本発明の主要な目的とするところは、
上述した如き従来技術の欠点を解消し、穿孔ケー
シング等のケーシングを診断する改良した装置を
提供することである。

本発明の別の目的とするところは、穿孔ケーシ
ング等のケーシング内に挿入させることが可能で
あり且つその中に配設された測定装置を具備する
改良したケーシング診断装置を提供し、局所的且
つ直接的にダウンホール測定を行うことを可能と
することである。

本発明の更に別の目的とするところは、ケーシ
ングの長手軸方向のみならずその円周方向におい
ても本診断装置を挿入させたケーシングの所定の
電気的特性の測定を行うことが可能な改良したケ
ーシング診断装置を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、局所的
腐食速度を高精度で且つ高速度で決定することの
可能な改良したケーシング診断ダウンホール装置
を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、ブライ
ン、即ち塩分濃度の高い水等の比較的導電性が高
い井戸液体内に浸漬させて測定を行うことを可能
とする改良したケーシング診断ダウンホール装置
を提供することである。

構 成 本発明の１側面に拠れば、大略魚雷の形状をし
たケーシング診断ダウンホール装置が提供され、
それは、長尺のケーシング内に挿入することが可
能であり且つケーシング上の２つの点の間の電気
的インピーダンスや、電位差や、ケーシング抵抗
等のケーシングの所定の電気的特性を直接測定す
るものである。この様な直接的測定を可能とする
為に、本ケーシング診断ダウンホール装置は、そ
の内に内蔵して測定装置を具備しており、該測定
装置は、典型的に、増幅器回路とアナログ−デジ
タル変換器とを具備している。本ダウンホール装
置は、又、複数個の電極を有しており、それらは
電極がハウジング内の所定の空間内に受納される
後退位置と電極がケーシングと強制的にい接触さ
れる前進位置との間をハウジングに対して移動自
在である様にハウジングに装着されている。本ダ
ウンホール装置内の測定装置は、スイツチによつ
て電極に接続され、ケーシングに接触している任
意の選択した２つの電極の間の少なくとも１つの
所定の電気的特性を測定し、且つ、測定値をデジ
タルデータへ変換した後に、測定装置はそのデジ
タルデータをコンピユータを具備する地上の処理
システムへケーブルを介して伝送する。

この様に、本発明のこの側面に拠れば、ケーシ
ング上の２つの点の間の所望の局所的な電気的特
性の測定は直接的且つ局所的に行われ且つ測定デ
ータはデジタルデータの形態で長尺のケーブルを
介して地表の処理装置へ伝送されるので、測定中
のクロストークの問題は完全に解消されている。
長尺のケーブルは測定装置用の相互接続線として
ではなくデータ伝送線として使用されているの
で、ケーブルに沿つての熱起電力が迅速にドリフ
トしたり又は変動したとしても測定が悪影響を受
けることは無い。更に、たとえケーブルに沿つて
の電位差が測定すべき信号、即ちケーシング上の
２つの選択した点の間の電位差と比較して大きく
とも、測定が悪影響を受けることはない。本発明
の好適実施例においては、ダウンホール装置と地
表処理装置との間のデータ伝送はデジタル的に行
うことが可能であり、且つ耐ノイズ特性は著しく
向上される。上述した如く、本発明においてはク
ロストークは最早問題ではないので、２対以上の
電極が与えられる場合には測定を並列して行うこ
とが可能である。本発明に拠れば、ケーブルノイ
ズ及びドリフトは問題ではないので、個々の測定
をより少ない平均化ステツプ又は積分ステツプで
より短時間に行うことが可能である。このこと
は、クロストーク問題がより厳しいケーシング抵
抗測定ステツプの場合に特に言えることである。

本発明の好適実施例においては、ダウンホール
装置内に設けられる測定装置の増幅器回路は２段
構成を持つており、各段は、主D.C.増幅器と該主
D.C.増幅器の大きな増幅器オフセツト電圧を自動
的に相殺させる為の負のフイードバツクループと
を具備するリセツト安定化演算増幅器（reset
stabilized operational amplifier）を有してい
る。該フイードバツクループは、該主D.C.増幅器
のオフセツト電圧をサンプルするサンプル手段
と、そのようにサンプルされたオフセツト電圧を
一時的に保持する保持手段とを有しており、該オ
フセツト電圧は次いで減算を行う為に該主D.C.増
幅器への入力として供給される。好適には、該保
持手段は、フイードバツクループと基準電圧（通
常は接地）との間に接続されているコンデンサを
有しており、該サンプル手段はスイツチ及び該主
D.C.増幅器の出力と保持用コンデンサとの間のフ
イードバツクループ内に直列接続されているA.
C.オフセツト増幅器を有している。該A.C.増幅器
は、D.C.増幅器に２つのコンデンサを直列接続し
て構成されている。好適には、該測定装置は、更
に選択した電極間に所定の電流を供給する為の少
なくとも１個の電流源を有しており、それにより
電極とケーシングとの間の接続抵抗を測定するこ
とを可能としている。接触抵抗の情報は採取した
データの品質制御（quality control）として好
適に使用することが可能である。

本発明の別の側面に拠れば、ダウンホール装置
の長手軸方向に互いに離隔してハウジングに設け
られた複数個のアーム組立体を有するケーシング
診断ダウンホール装置が提供される。各アーム組
立体は、半径方向へ回動自在な複数個のアームを
有しており、その各々のアームはその上に電極を
担持している。この場合に、複数個の電極は異な
つた軸方向高さで且つ１つの軸方向高さにおいて
異なつた円周位置に配設されている。この様な軸
方向及び円周方向に配設されたマルチ電極システ
ムは高信頼性のデータとさせ且つ記録精度を高め
ることを可能とさせる。

注意すべきことであるが、或る１つの深さ即ち
ダウンホール装置に沿つての同一の軸方向位置に
おいて複数個の電極を設けることにより、円周方
向の電位差測定を行うことを可能とする。この様
な円周方向測定は、ケーシングを回る電流の流れ
を示しており、その際に局所化された腐食を識別
する。４個以上の電極を同一の軸方向位置に配設
した場合に可能となる円周方向の抵抗測定と一緒
にした場合には、これらの円周方向の電流を計算
することが可能である。これはそれ自身で有用な
情報であり、即ち腐食を可及的に局所化させると
共に定量化させ、且つ軸方向測定から派生される
腐食速度に対しての品質制御として有用である。

更に注意すべきことであるが、本発明の電極は
又異なつた複数個の軸方向間隔で配設されている
ということである。種々の軸方向間隔を有するこ
とによつて異なつた分解能が与えられる。例え
ば、ケーシング内の電流が大きい場合には、小さ
な間隔での測定は高分解能を与える。ケーシング
内の電流が小さい場合には、大きな間隔での測定
は、小さな間隔に対しての信号レベルが低すぎる
場合には許容可能な精度を与える。更に、電極を
軸方向のみならず円周方向にも異なつた位置に配
設させることによつて、充分な数の電極を設ける
ことによつて、ケーシング上の任意の２点間の電
位差及びケーシング内を任意の方向へ流れる電流
を測定することが可能である。更に、このマルチ
電極配列によつて２つ以上のデータを同時的に採
取することが可能である。例えば、同じ軸方向間
隔での２つ以上の電極に対して行つた並列測定を
品質制御として使用することが可能である。その
上、異なつた円周位置であるが同一の軸方向位置
においての同一の間隔での異なつた軸方向測定の
間の差異は局所的腐食の指標として使用すること
が可能である。

マルチ電極測定の別の利点は、電極の接触状態
が不良である場合に有効なデータ記録の確立が向
上されるということである。４つの電極を持つた
ダウンホール装置の場合、単一の電極が良好な接
触をなす確立をＰとすると、有効な測定値を記録
する確立はP⁴である。各々の組が同一の軸方向
位置において円周方向に配列されている３個の電
極を具備している４組の電極を４つの異なつた軸
方向位置に設けたダウンホール装置の場合に、上
部と下部レベルの各々の３個の電極を互いに短絡
させた場合で２つの中間レベルの各々の３個の電
極を互いに電気的に分離させた場合において、３
つの測定の１つが有効である確立は（１−（１−
Ｐ）³）²（１−（１−P²）³）である。勿論、２つの中
間レベルの各々の３個の電極の全てを短絡させる
と、単一の測定が有効である確立は一層高く、即
ち（１−（１−Ｐ）³）⁴である。

本発明の更に別の側面によれば、電極が前進位
置へ移動された時にケーシングと接触される所定
の部分を除いて各々が電気的絶縁物質で包囲され
ている複数個の電極を具備するケーシング診断ダ
ウンホール装置が提供される。この様な包囲型構
造は、導電性又は絶縁性の何れの種類の流体中に
浸漬されている場合においても、本装置を使用す
ることを可能としている。ケーシングは、屡々、
ブラインの如き比較的導電性の流体で充填されて
いる。この場合であつても、包囲型構造の電極を
持つた本装置は何等問題無く好適に使用すること
が可能である。この電気的に絶縁性の物質は、各
電極上にコーテイングの形態又はモールデイング
の形態で設けることが可能である。一方、又は、
付加的に、この絶縁物質は、対応する電極を被覆
しスリツトを持つた別体のパツカー乃至は被覆体
の形態で形成することが可能である。

注意すべきことであるが、各電極は好適には単
一体要素として構成される。この単体とする特徴
は電極内に接触電位を何等発生することが無いと
いう利点を提供する。更に好適には各電極を単一
金属から構成することであり、何故ならばこれも
又いずれの導電性流体が電極と接触したとしても
電極内に何等ガルバニツクセルが形成される可能
性を除去するからである。更に、各電極をその電
極が接触されるケーシングの物質と類似又は同一
の物質で構成することが好適であり、そうするこ
とによつて、何等かの導電性流体が電極に接触し
たとしてもケーシングと電極との間にカルバニツ
クセルが形成されることが防止される。

次に、添付の図面を参考に、本発明を実施例に
即して詳細に説明する。

第１ａ図及び第１ｂ図を参照すると、本発明の
１実施例に基づいて構成されたケーシング診断ダ
ウンホール装置１が概略示されている。図示した
如く、穿孔ケーシング３が地中２内に延在してお
り、大略魚雷形状をしたダウンホール装置１がケ
ーブル４によつて懸架されてケーシング３内に挿
入されている。理解すべきことであるが、ケーブ
ル４は各々が絶縁物質で被覆されている複数個の
導体及び高強度ワイヤを有する複合ケーブルであ
る。図示していないが、ケーブル４は上方向へ延
在しており、地表に位置されている地表処理装置
（不図示）に接続されている。第１ｂ図の右側に
示した如く、ダウンホール装置１はその長手軸に
沿つて複数個の部分を有している。即ち、ダウン
ホール装置１は、その頭部にヘツド５を有してお
り、それにケーブル４が機械的に接続されてい
る。更に、分離アダプタ６が設けられており、そ
れはダウンホール装置１をケーブル４から電気的
に分離させており、その際にダウンホール装置１
とケーブル４との間、又ケーブル４がケーシング
３に接触する場合にはダウンホール装置１とケー
シング３との間に何等かのガルバニツク結合が形
成されることを防止している。

ダウンホール装置１は又分離アダプタ６の次に
遠隔測定通信カートリツジ７を有している。遠隔
測定通信カートリツジ７は、ダンウンホール装置
１と地表装置との間の通信を行う為にケーブルを
介して地表にある地表装置（不図示）に電気的に
接続されている。ダウンホール装置１は又エレク
トロニクスカートリツジ８と前置増幅器モジユー
ル９を有しており、これらは後に詳述する如く、
所望の電気的特性を直接的に測定する測定装置を
画定する種々のエレクトロニクス及び電気要素を
包含している。ここでは、測定されたアナログデ
ータが処理され且つデジタルデータに変換され
て、そのデジタルデータはケーブル４を介して遠
隔測定通信カートリツジ７から地表装置（不図
示）へ上方向へ伝送される、ということを注記す
るだけで充分である。

ダウンホール装置１にはアーム作動部１０が設
けられており、それは互いに距離Ｌだけ等間隔で
離隔して４つの異なつた軸方向位置に配設されて
いる同一構造の４個のアーム組立体１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄを有している。これらのアー
ム組立体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは構造
が同一であるので、上部アーム組立体１２ａに関
してのみ説明をし、異なつた英小文字を有する同
一の番号は異なつたレベル即ち高さを表してい
る。好適実施例においては、距離Ｌは約２フイー
ト（0.6ｍ）に設定してあるが、本発明はこの特
定の距離に制限されるべきものではない。注意す
べきことであるが、図示例においては、各アーム
組立体、例えば１２ａ、は３個のアーム副組立体
１２a₁，１２a₂，１２a₃を有しており、それらは
同一の軸方向位置において円周方向に配列されて
おり、且つそれらは、該アーム副組立体、例えば
１２a₁，１２a₂，１２a₃、が、第１ａ図に示した
如くダウンホール装置１のハウジングに画定した
夫々の凹所内に挿入される後退位置と、第１ｂ図
に示した如くアーム副組立体、例えば１２a₁，１
２a₂，１２a₃、が半径方向外側へ位置されてそれ
らの上に担持されている対応する電極Ａ１，Ａ
２，Ａ３がケーシング３の内側周面と押圧接触さ
れる前進位置との間を半径方向へ回動することが
可能である。従つて、第１ａ図は閉止状態を示し
ており、全ての電極Ａ乃至Ｄがダウンホール装置
１に近接してそこに画定された夫々の凹所内に収
納される後退位置に位置されており、ダウンホー
ル装置１はケーシング３に沿つて垂直に移動させ
ることが可能である。一方、第１ｂ図は、開放状
態を示しており、全ての電極Ａ乃至Ｄは半径方向
外側へ移動されてケーシング３の内側周表面に対
して押圧される前進位置に位置されている。図面
の簡単化の為に第１ａ図及び第１ｂ図には示して
いないが、注意すべきことは、本発明の好適実施
例においては、各アーム組立体１２ａ，１２ｂ，
１２ｃ，１２ｄはスプリング手段を有しており、
それは、後述する如く、前進位置を取る傾向を与
える様に関連するアーム組立体を通常バイアスさ
せている。更に注意すべきことであるが、ダウン
ホール装置１を第１ｂ図に示した如く開放状態に
設定したとしても、ダウンホール装置１は、所望
により、電極Ａ乃至Ｄをケーシング３の内側表面
に沿つて摺動させてケーシング３に沿つて垂直方
向へ移動させることが可能である。

アーム作動部１０は又４本の駆動シヤフト１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有しており、これ
らは油圧ジヤツキ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３
ｄに夫々操作結合されている。後に更に詳述する
如く、これらの油圧ジヤツキ１３ａ乃至１３ｄ
は、油圧発生部１１からアーム作動部１０に沿つ
て延在する油圧配管を介してダンウンホール装置
１の底部に設けられている油圧発生部１１内に配
設されておりモータやポンプ等を具備する油圧制
御装置に油圧接続されている。注意すべきことで
あるが、油圧発生部１１は又エレクトロニクスカ
ートリツジ８とも動作接続されており、従つて油
圧の作動及び不作動はケーブル４を介して地表に
ある地表装置から供給される制御信号に従つて制
御される。従つて、理解すべきことであるが、ア
ーム組立体１２ａ乃至１２ｄが、通常、開放位置
へ向けてスプリング付勢されている場合におい
て、油圧発生部１１が不作動されると、アーム組
立体１２ａ乃至１２ｄは半径方向外側へ移動され
て第１ｂ図に示した如く開放位置を取る。一方、
油圧発生部１１が作動されると、アーム組立体１
２ａ乃至１２ｄは半径方向内側へ移動されて第１
ａ図に示した如く後退位置を取る。

次に、第２図乃至第４図及び第５ａ図乃至第５
ｃ図を参照して、アーム組立体１２ａ乃至１２ｄ
特に１２ａの構成に付いて以下詳細に説明する。
第５ａ図乃至第５ｃ図から最も良く理解される如
く、注意すべきことは、アーム組立体１２ａは３
個の同一のアーム副組立体１２a₁，１２a₂，１２
a₃を有しており、それらはダウンホール装置１の
長手軸方向中心線の回りに等角度間隔、即ち120゜
間隔で円周方向に配列されている。アーム副組立
体１２a₁，１２a₂，１２a₃は構成が同一であるか
ら、以下アーム副組立体１２a₁のみに付いて詳細
に説明する。他の２個のアーム副組立体１２a₂及
び１２a₃の対応する要素は、夫々、「２」及び
「３」の脚字を付して表してある。アーム副組立
体１２a₁は、一対の長寸従動アーム２０a₁，２０
a₁を有しており、それらは夫々枢支点２１a₁，２
１a₁でダウンホール装置１のハウジング乃至は本
体１ａに枢支されている。更に、アーム副組立体
１２a₁は、短寸従動アーム２２a₁と短寸駆動アー
ム２２a₁′とを有しており、これらは、夫々、枢
支点２３a₁，２３a₁でハウジング１ａに枢支され
ている。更に、アーム副組立体１２a₁は電極支持
プレート２４a₁を有しており、それは、夫々、枢
支点２５a₁，２６a₁，２６a₁において従動及び駆
動アーム２０a₁，２２a₁，２２a₁′の前方端部に
回動自在に接続されている。枢支点２１a₁，２３
a₁，２５a₁，２６a₁は一緒となつて平行四辺形を
画定しているので、電極支持プレート２４a₁は、
従動及び駆動アーム２０a₁，２２a₁，２２a₁′が
枢支点２１a₁，２３a₁回りを連動して回動したと
しても、ダウンホール装置１の長手軸と常に平行
に支持される。後に更に詳述する如く、電極支持
プレート２４a₁は、半径方向外側へ突出する様に
対応する電極Ａ１を支持しており、且つ支持プレ
ート２４a₁によつて支持されている電極Ａ１の上
表面は、アーム組立体１２ａがその前進位置に設
定された時にケーシング３の内側周面と接触す
る。

更に注意すべきことであるが、従動アーム２０
a₁及び２２a₁は単に伸長した形状であるが、駆動
アーム２２a₁′は、大略、Ｌ字形状をしておりそ
れはその角度を付けた部分でダウンホール装置１
の本体１ａに枢支されている。上述した如く、Ｌ
字形状をした駆動アーム２２a₁′の前方端部は電
極支持プレート２４a₁に回動自在に接続されてい
るが、他方の前方端部は駆動シヤフト１４ａ上に
一体的に形成されている円周突起１５ａと係合し
ている。前述した如く、油圧ジヤツキ１３ａはハ
ウジング１ａに固着されており、該ハウジング１
ａはその中に部分的に駆動シヤフト１４ａを受納
しており、駆動シヤフト１４ａの前方端部はハウ
ジング１ａ内に画定されているガイド孔１６ａ内
に摺動自在に受納されている。従つて、油圧がジ
ヤツキ１３ａにかけられると、駆動シヤフト１４
ａが外側へ突出し、従つて駆動アーム２２a₁は第
２図中において枢支点２３a₁の回りを時計方向へ
強制的に回動され、その際にアーム副組立体１２
a₁従つて電極Ａ１を第３図に示した後退位置へ移
動させる。一方、アーム副組立体１２a₁は又複合
板バネ２７a₁を有しており、その基端部は固着手
段２８a₁によつてハウジング１ａに固着されてお
り又その前方端部は、ローラ３０a₁が回転自在に
装着されているコネクタ２９a₁を介して電極支持
プレート２４a₁へ回動自在に接続されている。従
つて、アーム副組立体１２a₁は、通常、バネ２７
a₁の力の下で第２図に示した如くその前進位置へ
向かつて移動すべくバイアスされている。従つ
て、ジヤツキ１３ａにかけられている油圧が解除
されると、アーム副組立体１２a₁は半径方向外側
へ強制的に移動されて第２図に示した前進位置を
とる。従つて、理解される如く、第１ｂ図は、ス
プリング力によつてアーム組立体１２ａ乃至１２
ｄの全てが強制的に半径方向外側へ移動して電極
Ａ乃至Ｄの全てがケーシング３の内側周表面に対
して押圧されている状態を示している。

図示例においては、ダウンホール装置１のハウ
ジング１ａには関連するアーム副組立体、例えば
１２a₁，１２a₂，１２a₃と位置が対応して等角度
間隔で円周方向に配列されている３個の凹所が設
けられており、第３図及び第４図に示した如く後
退位置にセツトされると、該アーム副組立体は
夫々の凹所内に受納させることが可能である。ア
ーム副組立体が全て後退位置にセツトされると、
全ての電極Ａ乃至Ｄはハウジング１ａの最も外側
の周辺点に関して半径方向内側に位置され、従つ
て電極Ａ乃至Ｄは不所望の物体と不用意に係合す
ることが防止される。更に注意すべきことである
が、長寸アーム２０a₁は短寸アーム２２a₁の内側
に位置されており、従つてそれらは互いに回動運
動を干渉することが防止されている。第４図及び
第５ａ図乃至第５ｃ図に示した如く、ハウジング
１ａには一対の孔１ｂ，１ｂが形成されており、
その中にはピボツト２１a₁，２１a₁が嵌合されて
おり、又一対の孔１ｃ，１ｃも形成されていて、
その中にはピボツト２３a₁，２３a₁が嵌合されて
いる。

第７図は、アーム作動部１０と油圧発生部１１
との間の油圧接続をブロツク図で示してある。図
示した如く、油圧発生部１１は、油等の作動流体
を所定量貯留する貯留器４０と、該貯留器４０に
接続されている安全弁４１とを有している。油圧
発生部１１には更に貯留器４０と流体連結してポ
ンプモータ４２と、安全弁４４と、ソレノイド弁
４５と、制御弁４６と、圧力スイツチ４７とが設
けられている。逆止弁４３もポンプモータ１２の
出口に接続して設けられている。従つて、ポンプ
モータ４２が作動されると、貯留器４０内の油は
圧力下においてアーム作動部１０内のジヤツク１
３ａ乃至１３ｄの各々へ供給され、従つてアーム
組立体１２ａ乃至１２ｄは前述した如く閉止状態
に設定される。一方、ポンプモータ４２を停止し
た後、ソレノイド弁４５を開放、即ち油圧発生部
１１を不作動とさせると、バネ２７の復帰力の下
で油はアーム作動部１０から貯留器４０へ帰還さ
れる。然し乍ら、注意すべきことであるが、図示
例においては、アーム組立体１２ａ乃至１２ｄの
動作は油圧によつて行われているが、それは当業
者等にとつて自明な如く、機械的、電気的、又は
磁気的な方法で行うことも可能である。

第６ａ図乃至第６ｄ図は、上述したダウンホー
ル装置１に好適に適用することの可能な電極組立
体を示している。図示した如く、電極組立体は包
囲構造を持つており、それは、例えばスチール製
で大略プレート形状をしておりその上部中央部分
を凹設した基体３１を有している。好適には
PEEK（Poly−Ether−Ether−Ketone）からなる
底部絶縁体３４が基体３１の上表面上に配置され
ており、三角形状の表面３２ａを持つた斧形状の
電極３２が底部絶縁体３４上に載置されており、
従つて電極３５はスチールの基体３１から電気的
に分離されている。注意すべきことであるが、電
極３５は他の図面に示した電極Ａ乃至Ｄの任意の
１つに対応している。好適実施例においては、電
極３５は好適にはビトン（Viton）からなる電気
的絶縁物質で被覆されている。電極３２と一体的
にソケツトコネクタが設けられており、その上に
はゴムブーツ３３が嵌合されている。従つて、電
極３２は、ソケツトコネクタ及び相互接続線（不
図示）を介してエレクトロニクスカートリツジ及
び前置増幅基エレクトロニスクス８及び９内に形
成されている電気回路へ電気的に接続されてい
る。更に、好適にはビトンからなるパツカー３５
が設けられており、それは斧形状の電極３２を包
囲している。パツカー３５は切頭ピラミツド形状
をしており、それには上部平坦面にスリツト３５
ａが形成されており、従つて電極３２が前進位置
に位置されてケーシング３に対して押圧された場
合に、斧形状をした電極３２の頂部表面３２ａは
スリツト３５ａを介してケーシング３の内側周面
と接触することが可能である。

好適にはPEEKかなる一対のカバー３７及び３
６が、図示した如く、コネクタ及び電極部分上に
位置されており、これらのカバー３７及び３６
は、底部絶縁体３４内に形成された孔３４ａを介
して基体３１内に形成した螺設孔（不図示）内に
螺着されている螺子３８によつて基体３１に固定
されている。従つて、明らかな如く、電極３２
は、所定の部分、即ち図示例においては頂部表面
３２ａを除いて、電気的絶縁性物質で包囲されて
おり、該頂部表面３２ａは電極３２がケーシング
３に対して押圧されるとスリツト３５ａを介して
露出され得る。上述した実施例においては、電極
３２は絶縁性物質で被覆されており且つパツカー
３５内に包囲されている。然し乍ら、注意すべき
ことであるが、パツカー３５はコーテイングの有
無に拘らず電極３５上にモールド成形させること
が可能である。別法として、所望により、電極３
５はコーテイング無しで単にパツカー３５内に設
けることも可能である。電極３２をコーテイング
する場合、その頂部表面３２ａもコーテイングさ
れたままとすることが可能であり、何故ならば、
電極３２を最初にケーシング３に対して押圧させ
た時に頂部表面３２ａ上のコーテイングは除去さ
れるからである。然し乍ら、頂部表面３２ａ上に
はコーテイングを設けないことが望ましい。

次に、第８図を参照して、ケーシング診断ダウ
ンホール装置１の電気的構成に付いて説明する。
第８図において、８個の電極Ａ，Ｂ１−Ｂ３，Ｃ
１−Ｃ３，Ｄが示されている。理解される如く、
Ａは最上段であり、Ｂは２番目に高い段であり、
Ｃは３番目に高い段であり、Ｄは最下位段であ
る。上述した如く、本実施例は、各段において円
周方向に配設して３個の電極、即ちＡ１−Ａ３，
Ｂ１−Ｂ３，Ｃ１−Ｃ３，Ｄ１−Ｄ３を有してい
る。然し乍ら、本実施例においては、最上段及び
最下位段の各々の３個の電極、即ちＡ１−Ａ３及
びＤ１−Ｄ３は、夫々、全て互いに短絡されてい
る。従つて、第８図において、最上段及び最下位
段に対しては唯だ１つの電極Ａ及びＤのみを示し
てある。第８図に示した電気的構成は、４個の同
一の増幅器回路５１，５２，５３，５４を有して
おり、それらの２つの入力端子は、夫々、対をな
す電極Ｂ１−Ｃ１，Ｂ２−Ｃ２，Ｂ３−Ｃ３，Ａ
−Ｄに接続されている。後に明らかにされる如
く、同一の増幅器回路５１乃至５４の各々は、基
本的に同一の構成である前置増幅器と主増幅器か
ら構成される２段構造を持つており、且つ後に詳
説するリセツト安定化演算増幅器を有している。
増幅器回路５１乃至５４の各々の最初の半分であ
る前置増幅器部分は前置増幅器エレクトロニクス
部９内に位置されており、他の半分はエレクトロ
ニクスカートリツジ部８内に位置されている。増
幅器回路５１乃至５４の各々は対応する対の電極
に接続されているので、ケーシング３に対して押
圧された時に対応する対の電極間に存在する電位
差は増幅器回路５１乃至５４によつて直接的に測
定することが可能である。

４個の増幅器回路５１乃至５４の全ては、それ
らの出力端子をマルチプレクサ５７へ接続させて
いる。エレクトロニクスカートリツジ部８内には
更に別の増幅器回路５５も設けられているが、こ
れには高精度は必要ではないので従来の構成を有
している。増幅器回路５５は２個の入力端子を持
つており、その間には抵抗Ｒが設けられている。
又、その出力端子はマルチプレクサ５７に接続さ
れている。電流源５６が設けられており、それは
抵抗Ｒの一端に接続されており、これは電極とケ
ーシングとの間の接触抵抗又はケーシング抵抗を
測定する時に選択した対の電極へ既知の電流を供
給する。マルチプレクサ５７の出力端子は自動利
得レンジヤー５８を介してアナログ・デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器５９へ接続されている。該レン
ジヤー５８は測定サイクルの各ステツプにおける
異なつた測定モードに起因して非常に異なつたレ
ベルの信号を信号レベルに応じて与えられた利得
に対して同一の回路によつてデジタル化させるこ
とを可能としている。Ａ／Ｄ変換器５９はバスを
介してダウンホール装置バスインターフエース
（DTB Ｉ／Ｆ）６０に接続されており、該イン
ターフエース６０は更に制御論理６１へ接続され
ている。更に、DTB Ｉ／Ｆ６０は遠隔測定通信
カートリツジ７に接続されており、それは又エレ
クトロニクスカートリツジ部８内の電源回路６２
に接続されると共に、ケーブル４を介して典型的
にコンピユータを具備しており地表に設けられて
いる地表処理装置５０へ接続されている。

この様な電気的構成を有しているので、地表装
置５０内のコンピユータはケーブル４及び遠隔測
定システムを介してエレクトロニクスカートリツ
ジ部８内の制御論理６１へ命令を送り、該論理６
１は次いで種々の制御信号をエレクトロニクスカ
ートリツジ部８内の種々の要素へ供給して測定サ
イクルにおける種々のステツプを制御する。種々
のエレクトロニスク要素を動作させるのに必要な
電力は電源回路６２を介して地表装置５０から供
給される。例えば、電位差測定を実施する場合、
ケーシング３と接触している２対の電極間に存在
する電位差が直接的にアナログ信号の形態で測定
され、且つ対応する増幅器回路５１，５２，５３
又は５４によつて増幅され、この信号はデジタル
データに変換され、その後ケーブル４を介して地
表装置５０へ伝送される。この様に、本発明のこ
の側面に従えば、所望の電気的特性は長尺のケー
ブル４を介して地表装置５０へ伝送される前に局
所的に直接的に測定され且つデジタル化されるの
で、測定は測定されるべき電気的特性が比較的大
きさが小さくとも、高Ｓ／Ｎ比及び高精度測定を
行うことが可能である。

注意すべきことであるが、穿孔ケーシングの診
断の場合には、測定は高温度、例えば最大約200
℃で行わねばならず、又温度は深さに応じて変化
する。従つて、何れの増幅器のオフセツト電圧も
大きく且つ診断作業の間に著しく変化する。従つ
て、このオフセツトを相殺させることが必要であ
る。たとえ相殺したとしても、信号がオフセツト
と比較して小さい場合、Ａ／Ｄ変換器５９のダイ
ナミツクレンジは信号ではなくオフセツトをカバ
ーしてしまうので測定は低精度のものとなる。後
に明らかにされる如く、フイードバツクループを
持つたリセツト安定化増幅器を設けることによつ
て、信号が増幅器のダイナミツクレンジをカバー
する様になり高精度で信号をデジタル化すること
が可能となり、その際にＡ／Ｄ変換器５９によつ
て与えられるべきビツト数を有効に使用すること
を可能としている。即ち、温度変化に起因する増
幅器のオフセツトは以下に説明するリセツト安定
化増幅器構成によつて効果的に取り除くことが可
能である。

次に、第１０図及び第１１図を参照して、増幅
器回路５１乃至５４の各々に使用されているリセ
ツト安定化演算増幅器の構成及び動作特性を以下
に詳細に説明する。第１図は、２段増幅器回路５
１乃至５４の各々の最初の段として使用された場
合のリセツト安定化演算増幅器を示しており、そ
れは主D.C.増幅器Ａ１を有しており、該増幅器Ａ
１は一対の第１入力端子と、第２入力端子と、出
力端子とを有している。増幅器Ａ１の一対の第１
入力端子は、点線で示した如く一緒にオン／オフ
制御される一対の入力スイツチSW１を介して、
対応する一対の電極Ｘ及びＹ（図示例においては、
Ｘ−ＹはＢ１−Ｃ１，Ｂ２−Ｃ２，Ｂ３−Ｃ３，
Ａ−Ｄの任意の対に対応している）に接続されて
いる。増幅器Ａ１の一対の第１入力端子は又これ
らも一緒に動作される別の対のリセツトスイツチ
SW２を介して通常接地である基準電圧へ接続さ
れている。増幅器Ａ１はその出力をその出力端子
へ供給し、該出力端子は第２段の主D.C.増幅器の
入力端子（即ち非反転入力端子）へ接続されてお
り且つそれは更に、第１０図に示した如く、負帰
還ループを介して増幅器Ａ１の第２入力端子へ接
続されている。

このフイードバツクループは、増幅器Ａ１の出
力端子から増幅器Ａ１の第２入力端子へ直列接続
されているサンプリングスイツチSW３を有して
おり、該サンプリングスイツチSW３は主D.C.増
幅器Ａ１によつてその出力端子に発生されるオフ
セツト電圧をサンプルする。更に、該フイードバ
ツクループは、サンプリングスイツチSW３によ
つてサンプルされたオフセツト電圧を検知すると
共に増幅する増幅器Ａ２と、保持用スイツチSW
４と、保持用増幅器Ａ３とを有している。更に、
２個のコンデンサC₁とC₂が設けられており且つ
夫々増幅器Ａ２の入力端子と出力端子に直列接続
されている。これらのコンデンサは、増幅器Ａ２
のオフセツト電圧を取り除く為に必要である。
C₁とC₂とＡ２とは一体となつてA.C.オフセツト
増幅器を構成している。更に、保持用増幅器Ａ３
の入力端子と接地との間に接続して保持用コンデ
ンサCHが設けられている。この保持用コンデン
サCHは、保持用スイツチSW４のオン／オフ動
作の間の帰還にC₁，C₂，Ａ２から構成されるA.
C.オフセツト増幅器によつて増幅された後に、主
D.C.増幅器Ａ１からのオフセツト電圧を一時的に
保持する。保持用コンデンサCH内に一時的にス
トアされるオフセツト電圧は、この電圧に対して
バツフアとして機能する保持用増幅器Ａ３を介し
て主D.C.増幅器Ａ１の第２入力端子へ印加され
る。従つて、ケーシング３によつての一対の電極
Ｘ及びＹ間で測定される電気的特性は主D.C.増幅
器Ａ１で増幅することが可能であり、且つその増
幅器オフセツト電圧を有すること無しにその出力
として供給される。何故ならば、そのオフセツト
電圧は増幅器Ａ１において効果的に相殺されてい
るからである。

次に、特に第１１図を参照して、第１０図に示
したリセツト安定化演算増幅器が如何にして動作
して、主D.C.増幅器Ａ１のオフセツト電圧によつ
て悪影響を受けること無しにケーシング３によつ
て一対の電極Ｘ及びＹ間に存在する所望の電気的
特性を測定するかに付いて説明する。第１１図に
示したタイミングチヤートにおいて、左側欄に示
した記号は第１０図の回路内の同一の参照番号を
持つた要素と対応している。最初に、スイツチ
SW１，SW３，SW４は全てオフであり、スイツ
チSW２はオンである。従つて、増幅器Ａ１の一
対の第１端子は接地されている。その状態におい
て、第１１図に示した如く、主D.C.増幅器Ａ１は
その出力端子にオフセツト電圧h₁を供給する。次
いで、サンプリングスイツチSW３がオンされる
と、このオフセツト電圧h₁はサンプルされ、且つ
増幅器Ａ２によつて増幅されて、且つすぐその後
に、保持用スイツチSW４がオンされ且つ保持用
コンデンサCHが増幅されたオフセツト電圧によ
つて充電される。同時に、このオフセツト電圧は
増幅器Ａ３を介して増幅器Ａ１の第２入力端子へ
フイードバツクされる。このフイードバツクされ
るオフセツト電圧は負方向に増幅器Ａ１の第２入
力端子へ印加されるので、元のオフセツト電圧h₁
は減少される。次いで、所定の時間経過後、保持
用スイツチSW４がオフされ、従つて増幅器Ａ３
は保持用スイツチSW４が次にオンされる迄の期
間に渡つて保持用コンデンサCH内にストアされ
ているオフセツト電圧を印加し続ける。引き続
き、サンプリングスイツチSW３がオフされる。
これは第１１図に示したオフセツト期間を要約す
るものである。その後、一対の入力スイツチSW
１がオンされ、且つ一対のリセツトスイツチSW
２がオフされる。従つて、増幅器Ａ１はケーシン
グ３に沿つて一対の電極Ｘ及びＹ間に存在する電
位差を取り込み、それは次いで増幅され且つ出力
される。これは測定期間に対応しており、その間
にケーシング３に沿つて電極Ｘ及びＹ間に存在す
る所望の電位差の測定が行われる。次いで、一対
の入力スイツチSW１は再度オフされ、且つ同時
に、一対のリセツトスイツチSW２がオンされて
増幅器Ａ１の一対の第１入力端子を接地させ、従
つてこれによりその出力端子に別のオフセツト電
圧h₂が供給される。この一連のステツプは何度も
繰り返し行われ、増幅器Ａ１からのオフセツト電
圧出力のレベルは次第に減少し、且つ究極的に非
常に小さなh₁／増幅器Ａ２の利得へ減少される。

第９図は、本ダウンホール装置１の電気的構成
を示しており、それは基本的に第８図のものと同
じであるが、特に電流源５６の構造に関して詳細
に示してある。第９図に示した如く、第８図の電
流源５６は、実際には、４個の電流源I₁乃至I₄を
有している。更に、複数個の関連したスイツチＳ
１乃至Ｓ４及びＳ６乃至Ｓ１５が設けられてい
る。更に、第９図には、地表に位置したデジタル
化装置６３がケーブル４を介してダウンホール装
置１に接続して示されている。図示例において
は、電流源I₁乃至I₃は同一であり且つこれらは１
ｍＡの電流を供給する。一方、電流源I₄はより大
きな0.5Aの電流を供給する。電流の正確な値は
重要ではなく、本装置の機能に影響を与えること
無しに変化させることが可能である。重要なこと
は、一方が他方よりも相対的に小さいということ
である。

電流源I₁は、接続する点線で示した如く一緒に
動作される一対のスイツチＳ１，Ｓ１が閉成され
且つスイツチＳ１３が閉成されると、ケーシング
３に沿つての一対の電極Ｂ１及びＣ１間に１ｍＡ
の小さな電流を供給する。これは、長手軸方向に
配設した２個の電極Ｂ１とＣ１との間にケーシン
グ３に沿つて小さな軸方向電流を注入することに
対応する。注意すべきことであるが、スイツチＳ
１２とＳ１３とは点線で結んであるから動作上関
連しており、従つてスイツチＳ１３が閉成される
と、スイツチＳ１２は開成し、且つスイツチＳ１
３が開成すると、スイツチＳ１２は閉成する。従
つて、一対のスイツチＳ１，Ｓ１が閉成している
場合に、スイツチＳ１３が開で従つてスイツチＳ
１２が閉であると、電流源I₁はケーシング３に沿
つて一対の電極Ｂ１とＢ２との間に１ｍＡの電流
を供給する。これは、電極Ｂ１とＢ２とが同一の
軸方向位置に位置されているので、ケーシング３
上の円周方向における小さな電流の注入に対応す
る。一方、スイツチＳ１２が開であつて一対のス
イツチＳ２が閉成すると、電流源I₂はケーシング
３に沿つて一対の電極Ｂ２とＣ２との間に１ｍＡ
の電流を供給する。更に、スイツチＳ１４とＳ１
５とはその一方が開で他方が閉である様に同時的
に動作され、従つて、一対のスイツチＳ３，Ｓ３
が閉成された場合に、スイツチＳ１４が開で従つ
てスイツチＳ１５が閉であると、電流源I₃はケー
シング３に沿つてその長手軸に電極Ｂ３とＣ３と
の間に１ｍＡの電流を供給する。一方、スイツチ
Ｓ３，Ｓ３が閉成される場合に、スイツチＳ１４
が閉であり従つてスイツチＳ１５が開であると、
電流源I₃によつて供給される電流はケーシング３
に沿つて２個の電極Ｃ２とＣ３との間を円周方向
へ流れる。

増幅器回路５１は、上述した如く２段のリセツ
ト安定化演算増幅器を有しており、その反転入力
端子を２番目に高い軸方向位置にある電極Ｂ１へ
接続しており、且つその非反転入力端子をスイツ
チＳ９へ接続している。従つて、スイツチＳ９が
オフとなると、それは増幅器５１の非反転入力端
子を３番目の高さの軸方向位置における電極Ｃ１
へ接続しており、一方、スイツチＳ９がオンする
と、増幅器５１の非反転入力端子は２番目の高さ
の軸方向位置における電極Ｂ２へ接続される。ス
イツチＳ１０はスイツチＳ９と動作的に関連して
おり、第３増幅器回路５３の反転入力端子は、ス
イツチＳ１０がオフの時は電極Ｂ３へまたスイツ
チＳ１０がオンの時は電極Ｃ２へ接続され、一方
増幅器回路５３の非反転入力端子は常に電極Ｃ３
へ接続されている。第２増幅器回路５２はその非
反転入力端子及び反転入力端子を、夫々、一対の
スイツチＳ１１，Ｓ１１がオンかオフかに従つ
て、夫々の電極Ｂ２及びＣ２へ接続したりそれか
ら切断されたりする。

第４増幅器回路５４は、その反転入力端子を３
個の電極Ａ１乃至Ａ３を共に短絡した組合せの電
極Ａへ接続しており、更にスイツチＳ６及びケー
ブル４を介して地表デジタル化装置６３へ接続し
ている。第４増幅器回路５４の非反転入力端子は
電極Ｄへ接続されており、該電極Ｄも３個の電極
Ｄ１乃至Ｄ３を共に短絡したものである。電流源
I₄は大きな電流0.5Aを供給するものであり、それ
は抵抗Ｒと直列に接続されており、且つ一対のス
イツチＳ４，Ｓ４が閉成されている場合に、ケー
シング３によつて上部電極Ａと下部電極Ｄとの間
に0.5Aの電流を供給する。第９図に示した如く、
地表装置はデジタル化装置６３を有しており、
夫々は一対の入力端子を持つていて、その１つは
基準電位源REF１へ接続され他方の入力端子は
ケーブル４を介してＳ６へ接続されている。注意
すべきであるが、地表装置は更に遠隔測定通信モ
ジユール５０ａを有しており、それはダウンホー
ル装置１の遠隔測定カートリツジ７と通信する為
に地表装置５０内に装着されている。更に理解す
べきことであるが、全てのスイツチＳ１乃至Ｓ
４，Ｓ６，Ｓ９乃至Ｓ１５は制御論理６１から供
給される制御信号によつて動作され、該制御論理
６１へはケーブル４を介して地表装置５０から命
令が供給される。

次に、上述した構成を持つたケーシング診断ダ
ウンホール装置１の動作を第１２図、第１３図、
第１４ａ図乃至第１４ｆ図、及び第１５図を参照
して説明する。図示例においては、ケーシング３
上の２点間の軸方向及び円周方向の電位差、ケー
シング３上の２点間の軸方向のケーシング抵抗、
及び電極Ｂ，Ｃとケーシング３との間の接触抵抗
を選択した電気的特性として６ステツプ測定サイ
クルで測定する。この６ステツプサイクルは、第
１２図及び第１３図、更に詳細には第１４ａ図乃
至第１４ｆ図に示した如くSTEP0乃至STEP5を
有している。一方、第１５図は測定動作における
全体的なステツプのシーケンスを示している。

測定動作は、地表にある地表装置５０内のコン
ピユータシステム（不図示）にストアされている
ソフトウエアによつてトリガされ且つ制御され
る。ダウンホール装置１がケーシング３内に下降
され且つそれが移動している間は、データは記録
されず、ソフトウエアは連続して深さをチエツク
する。ソフトウエアが所定の期間を越えて一定の
深さを検知すると、それは６ステツプ測定サイク
ルの開始をトリガする。測定サイクルが完了する
と、ソフトウエアはベルを鳴動させて６ステツプ
測定サイクルが完了したこと及びダウンホール装
置１を別の深さへ移動させることが可能であるこ
とを表示する。特に図示していないが、地表装置
５０は更にプリンタを有しており、それは６ステ
ツプ測定サイクルが完了する毎に測定結果をプリ
ントアウトし、更にプリンタは測定動作の前にオ
ペレータによつて選択的に決定されている上限に
基づいて接触抵抗測定に対しての良好／不良電極
接触状態をプリントアウトする。この様な上限は
次に採取したデータに基づいて改善させることが
可能である。従つて、地表におけるオペレータ
は、ベルが鳴動することによつて、何時ダウンホ
ール装置１を別の深さへ移動することが可能であ
るかを判別でき、又オペレータは接触抵抗情報に
従つてデータが良好であるか又は不良であるかの
表示が直ぐ得られる。ソフトウエアがデータ収集
を完了し、計算を行い、ベルを鳴動させ、且つ結
果をプリントアウトすると、ソフトウエアは再度
深さパルスのチエツクを開始する。深さの変化を
検知すると、深さチエツクルーチンに入り、ダウ
ンホール装置１が別の深さに位置されたことを表
す深さパルスの終了が発生することを待つ。

注意すべきことであるが、種々の制御不能の理
由から、収集したデータにはオフセツト又は不正
確性が存在することがある。従つて、本発明の好
適実施態様においては、収集したデータを電極と
ケーシングとの間の接触抵抗データに基づいてス
クリーニングし、その結果、接触抵抗データが派
生された基準値と等しいか又はそれよりも小さい
ことが判明したデータをデータ処理に使用する有
効なデータとして抽出する。即ち、金属ケーシン
グが腐食していると、通常、ケーシングの表面上
には少なくとも部分的に腐食層が形成されてい
る。従つて、たとえ電極をケーシングに対して押
圧させたとしても、比較的厚い腐食層の為に電極
がケーシング自身と適切に電気的接触状態とされ
ない場合がある。この様な場合、電極とケーシン
グとの間の接触抵抗は比較的高く、従つてケーシ
ング上の２点間の電位差等の所望の電気的特性を
正確に測定することが阻害される。

この点に関して、腐食層を横断して著しい電位
差が存在することとなる接触抵抗の上限が存在す
ることを示すことが可能である。この上限はケー
シング内側の流体の種類に依存する。ケーシング
内側の流体が空気やデーゼルオイル等の比較的絶
縁性である場合、接触抵抗の上限は数十オームで
ある。ケーシングが水やブライン等の導電性又は
極性の流体で充填されている場合には、接触抵抗
の上限は百分の数オームであるに過ぎない。従つ
て、接触抵抗がこの上限よりも低いと、接触抵抗
を介しての電圧降下は無視可能なものと考えるこ
とが可能であり、従つてケーシングに押圧される
２つの電極間で測定される電位差は対応する２点
間のケーシングに沿つて存在する実際の電位差と
実質的に同じである。従つて、採取したデータの
品質制御（quality control）として接触抵抗を
測定すること、及びオペレータに対して良好／不
良接触状態を表示することは重要である。この点
に関しての更に詳細な説明は前掲の特許出願第60
−244217号に記載されている。

次に、第１２図、第１３図、及び第１４ａ図乃
至第１４ｆ図を参照して、６ステツプ測定サイク
ルを以下に詳細に説明する。第１４ａ図乃至第１
４ｆ図は６ステツプ測定サイクルの夫々のステツ
プに対応しており、以下のステツプを有してい
る。

(1) ステツプ０：増幅器オフセツト測定 (2) ステツプ１：軸方向電位差測定 (3) ステツプ２：ケーシング抵抗測定 (4) ステツプ３：軸方向接触抵抗測定 (5) ステツプ４：円周方向接触抵抗測定 (6) ステツプ５：円周方向電位差測定 第１４ａ図に示した如く、本ダウンホール装置
１は、４つの異なつた軸方向レベル乃至は高さに
おいて３個の円周方向に配列させた電極を有して
いる。然し流ら、本例においては、最上レベルの
電極Ａ１乃至Ａ３は常に短絡されており且つ電極
Ｄ１乃至Ｄ３も常に短絡されているので、実際に
は互いに電気的に分離されている８個の電極が存
在している。注意すべきことであるが、全ての電
極Ａ乃至Ｄは、第１４ａ図乃至第１４ｆ図におい
て、ケーシング３の内側周表面と接触している。
第１２図において、６つのステツプSTEP0乃至
STEP5の各々において第１９図に示したスイツ
チＳ１乃至Ｓ４，Ｓ６，Ｓ９乃至Ｓ１５の各々の
オン／オフ状態を各欄毎に示してあり、各ステツ
プにおいて測定される電気的特性も各欄に示して
ある。一方、第１３図は、６つのステツプ
STEP0乃至STEP5の各々においてケーブル４を
介してＡ／Ｄ変換器５９から究極的に地表装置５
０へ送られるデータ列を示している。

ステツプ０において、５個の増幅器回路５１乃
至５４の各々の反転入力端子と非反転入力端子と
は短絡されており共通に接地接続されている。こ
れは、第１０図の回路において、スイツチSW
１，SW１がオフされ且つスイツチSW２，SW２
がオンされている状態に対応する。従つて、増幅
器回路５１乃至５４はそれらのオフセツト値
OUT1乃至OUT5を供給し、これらのオフセツト
値は次いでＡ／Ｄ変換器５９によつてデジタル化
された後にケーブルを介して地表装置５０へ供給
される。

ステツプ１において、第１２図のSTEP1欄に
示した如くスイツチＳ１乃至Ｓ４、Ｓ６乃至Ｓ１
５が設定され、従つて第１増幅器回路５１が電極
Ｂ１とＣ１との間の電位差を測定し、第２増幅器
回路５２が電極Ｂ２とＣ２との間の電位差を測定
し、第３増幅器回路５３が電極Ｂ３とＣ３との間
の電位差を測定し、且つ第４増幅器回路５４が電
極ＡとＤとの間の電位差を測定する様に電気的接
続が確立される。第１４ｂ図において、軸方向電
位差が測定される２つの電極には丸印を付してあ
り且つそれらを点線で接続してある。従つて、４
つの電位差データが採取され、Ａ／Ｄ変換器５９
でデジタル化され、且つ第１３図にSTEP1で示
したデータ列の形態で地表装置５０へ伝送され
る。

ステツプ２において、第９図におけるスイツチ
Ｓ４がオンされ、従つて既知の電流I₀、本例にお
いては0.5A、が電流源I₄によつて上部電極Ａと下
部電極Ｄとの間に印加される。第１４ｃ図におい
て、この電流I₀の注入は電極Ａ１に指向されてい
る矢印で示してある。この電流がケーシング３の
軸方向へ流れるので、３対の垂直方向に配向され
ている電極Ｂ１−Ｃ１，Ｂ２−Ｃ２，Ｂ３−Ｃ３
間の電位差が測定され、３つのケーシング抵抗を
計算することを可能とする。更に、0.5Aの既知
の電流が上部電極Ａと下部電極Ｄとの間に注入さ
れるので、電極Ａ及びＤとケーシング３との間の
接触抵抗を決定することが可能である。第１３図
において、ケーシング抵抗の計算に使用する為に
測定される電位差は単一ダツシユを付して示して
あり、又接触抵抗の計算に使用する為に測定され
る電位差は二重ダツシユを付して示してある。

ステツプ３において、第９図に示したスイツチ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は全てオンとされ、従つて電流
源I₁乃至I₃は、夫々の対の電極Ｂ１−Ｃ１，Ｂ２
−Ｃ２，Ｂ３−Ｃ３へ小さな既知の電流１ｍＡを
供給する。これらの小さな電流の注入は第１４ｄ
図において矢印で示してある。これらの小さな電
流を夫々の対の電極間に注入することによつて、
夫々の電極間の電位差が測定され、それらはデジ
タル化され且つ地表装置５０へ送られて、そこで
データが処理されて接触抵抗が計算される。この
ステツプにおいては、スイツチＳ６がオンされ且
つ電極Ａと地表基準電位との電位差が地上のデジ
タル化装置によつて測定される。

ステツプ４では、第９図において、スイツチＳ
９とＳ１０がオンされ且つスイツチＳ１１がオフ
されスイツチＳ１とＳ３とがオンされるので、第
１増幅器回路５１は、同一の２番目の高さの円周
上にある２つの電極Ｂ１とＢ２との間の電位差を
測定すべく接続され、又第３増幅器回路５３は同
一で３番目の高さの円周上にある２つの電極Ｃ２
とＣ３との間の電位差を測定すべく接続される。
従つて、第１４ｅ図に示した如く、１ｍＡの小さ
な電流が注入されてケーシング３上の２つの円周
経路に沿つて流れる。この電流注入によつて、円
周方向の電位差が電極Ｂ１とＢ２との間及びＣ２
とＣ３との間で測定され、且つ測定結果はデジタ
ル化されて地表装置５０へ伝送され、そこで計算
が行われてケーシング３と電極Ｂ１−Ｂ２との間
及びケーシング３と電極Ｃ２−Ｃ３との間の接触
抵抗が得られる。第１４ｄ図に示したステツプと
同様に、第１４ｅ図に示した本ステツプにおいて
注入される電流I₅、実際にはI₁及びI₃、は本例に
おいては１ｍＡである。

ステツプ５において、第９図に示したスイツチ
Ｓ１及びＳ３はオフされて小さな電流の注入を終
了し、且つ、第１４ｆ図に示した如く、電極Ｂ１
とＢ２及び電極Ｃ２とＣ３との間の電位差を測定
すべく第１及び第３増幅器回路５１及び５３を接
続させる。従つて、電位差測定がＢ１とＢ２との
間及びＣ２とＣ３との間において行われ、測定結
果をデジタル化して、地表装置５０へ伝送し、こ
れにより６ステツプ測定サイクルを完了する。

上述した如く、本発明に拠れば、複数個の電極
を異なつた軸方向位置のみならず異なつた円周方
向位置に配列させているので、ケーシング３上の
異なつた円周方向位置において２つ以上の軸方向
電位差測定を同時的に行うことが可能であり、こ
れにより腐食位置に関するより詳細な情報が与え
られる。更に、電位差測定は円周方向のみならず
軸方向にも行われるので、局所的腐食の位置を軸
方向のみならず円周方向においても決定すること
が可能である。本発明のこの側面の重要性は第１
６図を参照するとより良く理解することが可能で
ある。即ち、第１６図はケーシング３の一部を示
しており、陰極区域３ａと陽極区域３ｂとが局所
的に形成されている。３個の２番目の高さの電極
Ｂ１乃至Ｂ３と３番目の高さの電極Ｃ１乃至Ｃ３
による接触点は×印で示してある。電極Ｂ２は陽
極区域３ｂ内に位置しており、他の電極は陰極区
域３ａにも陽極区域３ｂの何れにも位置していな
いことが示されている。陰極区域３ａから陽極区
域３ｂへケーシング３の金属内を流れる局所電流
の方向を白抜き矢印で示してある。従つて、正味
電流は陽極区域３ｂから周囲の地層へ向けてケー
シング３から流出する。

ケーシング上にたとえこの様な局所的な腐食が
存在していても、本発明によれば、Ｂ２−Ｃ２間
の軸方向電位差がＢ１−Ｃ１とＢ３−Ｃ３間のも
のと異なり、且つＢ２−Ｂ１又はＢ２−Ｂ３間の
円周方向電位差がＣ２−Ｃ１，Ｃ２−Ｃ３又はＣ
１−Ｃ３間の何れのものとも異なるので、腐食位
置を正確に求めることが可能である。勿論、設け
る電極数を増加させれば軸方向及び円周方向の分
解能が向上される。更に、軸方向又は円周方向に
４個以上の電極を設けた場合には、その様な構成
においては、２つの外側の電極に既知の電流を注
入して２つの内側の電極間でケーシング抵抗を測
定することが可能である。

効 果 以上詳説した如く、本発明に拠れば、ダウンホ
ール装置を配置箇所において直接的に所望の電気
的特性を測定する様に構成される場合には、測定
を高精度で行うことが可能である。測定は局所的
に行われ且つ測定結果はデジタル化されてケーブ
ルを介して所望の箇所へ伝送されるので、ケーブ
ルがどれほど長くとも測定に悪影響を与えること
は無い。ダウンホール装置が軸方向のみならず円
周方向にも配列された複数個の電極を有する構成
とされる場合には、ケーシング３の局所的な２次
元調査を同時的に行うことが可能であり、それに
より高分解能及び高速で腐食位置を一層正確に決
定することが可能となる。

本発明を実施例に関して詳細に説明したが、本
発明はこれらの特定の実施例にのみ限定されるべ
きものではなく、本発明の精神及び技術的範囲を
逸脱すること無しに種々の変形を容易に行うこと
が可能なものである。例えば、上述した実施例は
穿孔（ボアホール）ケーシングに適用した場合に
関して説明したが、本発明は、埋設されているか
否かに拘らず、パイプやダクト等の種々の管状要
素の診断に適用することが可能である。更に、上
述した実施例においては、静止型電極を使用して
いるが、当業者等にとつて周知の如くローラ型電
極を使用することも可能である。更に注意すべき
ことであるが、軸方向及び円周方向に配列される
べき電極数は所望により適用条件に応じて決定す
ることが可能である。更に、本発明は、ケーブル
４を介して増幅したデータをアナログ形態で地表
へ伝送すべく構成することも可能である。この場
合には、Ａ／Ｄ変換器５９を除去することが可能
である。更に、本発明は、又、増幅の前にマルチ
プレクス動作が行われる様に構成することも可能
である。この場合には、増幅器は１個のみで良
い。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は穿孔ケーシングの診断を行う為に適
用した本発明の１実施例に基づいて構成されたケ
ーシング診断ダウンホール装置１であつて該ダウ
ンホール装置１のアーム組立体１２が後退位置に
セツトされた状態を示す概略図、第１ｂ図は電極
Ａ乃至Ｄをケーシング３と接触状態に維持させる
為にアーム組立体１２を前進位置とさせたダウン
ホール装置１を示す概略図、第２図はアーム組立
体を前進位置とさせているダウンホール装置１の
アーム作動部１０の詳細な構成を拡大して且つ第
５ａ図中の−線に大略沿つての概略図、第３
図はアーム組立体１２を後退位置とさせたダウン
ホール装置１アーム作動部１０の一部を示した概
略図、第４図は平面図でアーム組立体１２を示し
た概略図、第５ａ図乃至第５ｃ図は第３図中に示
した線、、に沿つて取つた各概略断面図、
第６ａ図乃至第６ｄ図は本ダウンホール装置１に
好適に適用可能な電極組立体を示した概略図、第
７図はアーム作動部内の種々の要素とダウンホー
ル装置１の油圧発生部１０及び１１との間の油圧
接続を示したブロツク図、第８図は本ダウンホー
ル装置１の全体的な電気的構成を示したブロツク
図、第９図は本ダウンホール装置１の電気的構成
を更に詳細に示した部分的ブロツク回路図、第１
０図は本ダウンホール装置１の電気的構成へ好適
に適用されているリセツト安定化オフセツト演算
増幅器を示した回路図、第１１図は第１０図に示
したリセツト安定化演算増幅器の動作を説明する
のに有用なタイミングチヤート図、第１２図、第
１３図及び第１４ａ図乃至第１４ｆ図は本ダウン
ホール装置１によつて行われる６ステツプ測定サ
イクルを説明するのに有用な各概略図、第１５図
は本ダウンホール装置１によつて行うことの可能
な動作の全体的なシーケンスを示したフローチヤ
ート図、第１６図は本ダウンホール装置のマルチ
電極構成によつて局所化腐食の位置を決定する為
の２次元調査を如何にして実施することが可能で
あるかを示した概略図、である。 （符号の説明）、１：ケーシング診断ダウンホ
ール装置、１２：アーム組立体、Ａ−Ｄ：電極、
５０：地表処理装置、５１−５５：リセツト安定
化演算増幅器、５９：アナログ・デジタル変換
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長尺金属ケーシングの診断装置において、ケ
   ーブルに接続されており且つ前記ケーシング内に
   挿入可能なハウジング、複数個の電極、前記ハウ
   ジングに設けられており前記複数個の電極が前記
   ケーシングと接触する前進位置と前記複数個の電
   極を前記ハウジングへ近接して保持した後退位置
   とに前記複数個の電極を選択的に位置決めさせる
   位置決め手段、前記ハウジング内に設けられてお
   り且つ前記複数個の電極が前記ケーシングと接触
   する位置における前記ケーシングの少なくとも１
   個の所定の電気的特性を測定する測定手段、前記
   ハウジング内に設けられており前記位置決め手段
   及び前記測定手段の動作を制御する制御手段、を
   有しており、前記測定手段によつて測定された前
   記ケーシングの前記少なくとも１個の所定の電気
   的特性の情報が前記ケーブルを介して所望の位置
   へ送信されることを特徴とする装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記位置決
   め手段は、前記ハウジングの長手軸に沿つて互い
   に離隔して前記ハウジングに装着された少なくと
   も４個のアーム組立体及び前記アーム組立体を作
   動させる為の作動手段を有しており、前記各アー
   ム組立体は、前記前進位置と後退位置とを選択的
   に取る為に前記ハウジングに回動自在に支持され
   ており且つ前記複数個の電極の少なくとも１個を
   担持する少なくとも１個のアームを具備している
   ことを特徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記作動手
   段は、前記アーム組立体が前記前進位置と後退位
   置の選択した一方を通常取る様に付勢するスプリ
   ング手段及び前記前進位置と後退位置の他方を取
   る様に前記アーム組立体を駆動する駆動手段を具
   備していることを特徴とする装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記測定手
   段は、前記複数個の電極の選択したものへ接続可
   能な一対の入力端子と１個の出力端子とを持つた
   少なくとも１個の増幅器回路、及び前記増幅器回
   路の前記出力端子から供給される出力信号を前記
   ケーブルへ供給する前にデジタルデータへ変換さ
   せるＡ／Ｄ変換器を具備していることを特徴とす
   る装置。 ５ 特許請求の範囲第４項において、前記増幅器
   回路は、夫々一対の第１スイツチを介して前記増
   幅器回路の前記一対の入力端子へ接続可能であり
   且つ夫々一対の第２スイツチを介して基準電位へ
   も接続可能な一対の第１入力端子と、第２入力端
   子と、出力端子とを持つた第１演算増幅器を具備
   しており、前記増幅器回路は更に前記第１演算増
   幅器の該出力端子を前記第１演算増幅器の前記第
   ２入力端子へ接続させておりその際に前記第１演
   算増幅器のオフセツト電圧を取り除くことを可能
   とするフイードバツクループを具備していること
   を特徴とする装置。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記フイー
   ドバツクループは、第３スイツチ、及び前記第１
   演算増幅器の出力端子におけるオフセツト電圧を
   一時的に保持する為に前記第３スイツチと前記第
   １演算増幅器の前記第２入力端子との間に接続さ
   れている保持手段を具備することを特徴とする装
   置。 ７ 特許請求の範囲第６項において、前記保持手
   段が前記フイードバツクループと基準電圧との間
   に接続されている第１コンデンサを具備している
   ことを特徴とする装置。 ８ 特許請求の範囲第７項において、前記フイー
   バツクループは、更に、前記第１演算増幅器の前
   記出力端子と前記第３スイツチとの間に直列に接
   続した第４スイツチと、第２コンデンサと、第２
   演算増幅器とを具備することを特徴とする装置。 ９ 特許請求の範囲第８項において、前記フイー
   ドバツクループは、更に、前記第１コンデンサと
   前記第１演算増幅器の前記第２入力端子との間に
   接続されている第３演算増幅器を具備しているこ
   とを特徴とする装置。 １０ 特許請求の範囲第１項乃至第９項の内の何
   れか１項において、前記測定手段が前記複数個の
   電極の選択した２つの間に所定の電流を印加する
   ことの可能な少なくとも１個の電流源を具備して
   いることを特徴とする装置。 １１ 特許請求の範囲第１項乃至第１０項の内の
   何れか１項において、前記複数個の電極の各々
   は、前記電極が前記前進位置へ移動される場合に
   前記ケーシングと接触する所定の部分を除いて電
   気的絶縁性物質で包囲されていることを特徴とす
   る装置。 １２ 特許請求の範囲第１項乃至第１１項の内の
   何れか１項において、前記ケーシングは金属から
   構成されており且つ地中に延在する穿孔内に嵌入
   された穿孔ケーシングであることを特徴とする装
   置。 １３ 長尺ケーシングの診断装置において、ケー
   ブルに接続されており且つ前記ケーシング内に挿
   入可能なハウジングが設けられており、複数個の
   電極が前進位置と後退位置との間を前記ハウジン
   グに対して移動自在である様に前記ハウジングに
   装着されており、前記複数個の電極は少なくとも
   互いに円周方向へ離隔して前記ハウジングの第１
   軸方向位置に位置されている第１組の電極と互い
   に円周方向へ離隔して前記第１軸方向位置とは異
   なつた前記ハウジングの第２軸方向位置に位置さ
   れている第２組の電極とを具備しており、前記複
   数個の電極が前記ケーシングと接触する前記前進
   位置と前記複数個の電極が前記ケーシングと接触
   しない前記後退位置とに選択的に前記複数個の電
   極を位置決めさせる位置決め手段が設けられてお
   り、前記複数個の電極と前記ケーブルとの間に電
   気的インターフエース手段が設けられており、前
   記位置決め手段と前記電気的インタフエース手段
   の動作を制御する制御手段が設けられていること
   を特徴とする装置。 １４ 特許請求の範囲第１３項において、前記第
   １組及び第２組の電極は等角度間隔で配設されて
   いることを特徴とする装置。 １５ 特許請求の範囲第１３項又は第１４項にお
   いて、前記電気的インターフエース手段は、前記
   複数個の電極を前記ケーブルへ接続させたりそれ
   から遮断させたりする為のスイツチ手段を具備し
   ていることを特徴とする装置。 １６ 特許請求の範囲第１３項乃至第１５項の内
   の何れか１項において、前記電気的インターフエ
   ース手段は、前記複数個の電極が前記前進位置に
   あつて前記ケーシングと接触している場合に前記
   ケーシングの所定の電気的特性を測定する測定装
   置を具備していることを特徴とする装置。 １７ 特許請求の範囲第１３項乃至第１６項の内
   の何れか１項において、前記各電極は、前記複数
   個の電極が前記前進位置に位置されている場合に
   前記ケーシングと接触される所定の部分を除いて
   電気的絶縁物質で包囲されていることを特徴とす
   る装置。 １８ 特許請求の範囲第１３項乃至第１７項の内
   の何れか１項において、前記ケーシングは、金属
   から構成されており且つ地中内に延在する穿孔内
   に嵌入されている穿孔ケーシングであることを特
   徴とする装置。