JPH09211142A

JPH09211142A - 音波検層方法及びシステム

Info

Publication number: JPH09211142A
Application number: JP1564596A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Fukuhara; 政文福原; Parashiosu Maurishio Ei Tehada; パラシオスマウリシオエイ．テハダ
Original assignee: Schlumberger Overseas SA
Current assignee: Schlumberger Overseas SA
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: EP0877960B1; CA2241545C; NO983498D0; NO319601B1; DE69723056D1; CN1174260C; AU720105B2; NO983498L; US6205087B1; EP0877960A1; WO1997028464A1; CN1210592A; JP3696318B2; DE69723056T2; RU2181494C2; CA2241545A1; AU1615497A

Abstract

(57)【要約】【課題】音波検層における検知速度及び信頼性を向上
させ且つテレメトリ通信の負担を軽減させる。【解決手段】音波検層用のダウンホールツール（１）
内にダウンホール処理装置（８）が設けられている。ダ
ウンホール処理装置は、音波検知信号をデジタル化する
ＡＤＣ変換器（１２ｃ）を有しており、プログラムメモ
リ（１３ｄ）内に格納されている音波検層プログラムに
従って、ＤＳＰ（１３ａ）がデジタル化したデジタル波
形をデータメモリ（１３ｅ）内に格納すると共に、格納
されたデジタル波形について音波検層処理を実施し、到
達時間及び／又は振幅を決定する。その様にして決定さ
れた結果をテレメトリ通信により検層ケーブル（２）を
介して地表処理装置（３）へ送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中の物理的性質
を計測する検層技術に関するものであって、更に詳細に
は、音波を使用して検層を行う方法及びシステムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】石油又は天然ガスなどの地下資源を探査
するために、地中にボアホール又は抗井と呼ばれる穿孔
を穿設し、そのボアホール内にダウンホールツール又は
ゾンデと呼ばれる測定器を昇降自在に配置させ、ダウン
ホールツールと検層ケーブルを介して接続された地表処
理装置によってダウンホールツールからの測定信号を処
理する検層技術が従来使用されている。そして、ダウン
ホールツールに音波発信器と受信器とを設け、地中を伝
播する音波の速度を求めて検層を行う音波検層も従来公
知である。例えば、ＪａｙＴｉｔｔａｍａｎ著「地球
物理検層（Geophysical Well Logging）」、アカデミッ
クプレス、インコーポレイテッド、及び「図解物理探
査」、１９８９、物理探査学会、の文献を参照すると良
い。

【０００３】音波検層においては、従来、音波発信器か
らパルス状の音波を地中へ発信し、受信器においてアナ
ログ波形として地中を伝播してきた音波を検知し、その
検知したアナログ波形を検層ケーブルを介して地表処理
装置へ送り、地表処理装置がこのアナログ波形を処理し
て音波の受信器への到達時間を決定していた。しかしな
がら、アナログ波形を長い検層ケーブルを介して伝送す
る上でのデータの信頼性から、最近では、ダウンホール
ツールにおいて、受信器で採取したアナログ信号をデジ
タル化してデジタル波形とし、このデジタル波形を検層
ケーブルを介して地表処理装置へ送り地表処理装置にお
いて処理を行うことが提案されている（例えば、Ａ．
Ｒ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ、Ｃ．Ｊ．Ｒａｎｄａｌｌ、Ｊ．
Ｂ．Ａｒｏｎ、Ｃ．Ｆ．Ｍｏｒｒｉｓ、Ａ．Ｈ．Ｗｉｇ
ｎａｌｌ、Ｒ．Ａ．Ｄｗｏｒａｋ、Ｌ．Ｌ．Ｒｕｔｌｅ
ｄｇｅ、Ｊ．Ｌ．Ｐｅｒｋｉｎｓ共著「圧縮及び剪断速
度及びそれらの岩石の機械的特性および地表地震データ
との関係の決定のためのボアホール単極及び双極源から
の音波波形の採取及び解析（Acquisition and Analysis
of Sonic Waveforms From a Borehole Monopole and D
ipole Source for theDetermination of Compressional
and Shear Speeds and Their Relation to Rock Mecha
nical Properties and Surface Seismic Data）」、Ｓ
ＰＥ２０５５７、１９９０、９月２３−２６日、ニュー
オーリンズ、ＳＰＥ６５回年次技術会議及びエギジビシ
ョ参照）。しかしながら、上記ＳＰＥ２０５５７の文献
においては、その図３．４に示されるように、単に、受
信器で採取した検知信号をアナログ・デジタル変換器で
デジタル波形とすると共にスレッシュホールドを越える
全ての点を求め、それらのデータ全てを地表処理装置へ
テレメトリー送信して、地表処理装置においてデータ解
析を行うものである。従って、膨大な量のデジタルデー
タを地表へ送ることが必要となりテレメトリー送信にお
いて大きな帯域が必要とされ、且つ音波検層の解析にお
いて必ずしも必要のないデータまで送信しているので作
業効率が悪いという問題を有している。更に、大量のデ
ジタルデータを長い検層ケーブルを介して伝送するの
で、途中でエラーが発生する可能性があるという問題も
存在している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、検層ケーブルを介して地表処理装置へ伝送
すべきデジタルデータの量を最小とすることを可能とし
た音波検層方法及びシステムを提供することを目的とす
る。更に、本発明の別の目的とするところは、検層ケー
ブルを介してのテレメトリ通信の帯域幅を減少させ且つ
低コストとすることを可能とした音波検層方法及びシス
テムを提供することを目的とする。本発明の更に別の目
的とするところは、エラーの発生の可能性を最小とし信
頼性を向上させた音波検層方法及びシステムを提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の１側面によれ
ば、地表処理装置と検層ケーブルを介して結合されてお
り、且つ互いに離隔されている少なくとも１個の音波発
生器と少なくとも１個の受信器とを具備すると共に、前
記発生器及び受信器と動作結合されており且つ前記地表
処理装置と前記検層ケーブルを介して動作結合されてい
るダウンホール処理装置を具備するダウンホールツール
を使用する音波検層方法において、（１）前記ダウンホ
ールツールを地中に穿設したボアホール内に昇降自在に
配置させ、（２）前記ダウンホールツールの音波発生器
から音波を発生させ且つ前記発生された音波を前記受信
器で受信し、（３）前記受信器からの検知信号を前記ダ
ウンホール処理装置で処理して前記音波の前記受信器へ
の到達時間を決定し、（４）前記決定した到達時間を前
記検層ケーブルを介して前記地表処理装置へ送信する、
上記各ステップを有することを特徴とする音波検層方法
が提供される。

【０００６】本発明の別の側面によれば、音波検層用の
ダウンホールツールにおいて、ダウンホール外部へ音波
を発信させることの可能な少なくとも１個の音波発信
器、地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信
することの可能な少なくとも１個の受信器、前記音波の
発信及び受信を制御する制御装置、を有しており、前記
制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサンプ
リング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル変換
器と、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第
１メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波
形を処理する処理手段と、有しており、前記処理手段は
前記第１メモリ内に格納されているデジタル波形を処理
して前記発信器から発信された音波の前記受信器への到
達時間を決定することを特徴とするダウンホールツール
が提供される。

【０００７】本発明の更に別の側面によれば、音波検層
システムにおいて、地表処置装置、前記地表処理装置と
検層ケーブルを介して接続されており地中に穿設したボ
アホール内を昇降自在に移動可能なダウンホールツー
ル、を有しており、前記ダウンホールツールが、ダウン
ホール外部へ音波を発信させることの可能な少なくとも
１個の音波発信器と、地層又はケーシングを伝搬した後
に前記音波を受信することの可能な少なくとも１個の受
信器と、前記音波の発信及び受信を制御する制御装置
と、を有しており、前記制御装置が、前記受信器からの
検知信号を所定のサンプリング間隔でデジタル化させる
アナログ・デジタル変換器と、前記デジタル化されたデ
ジタル波形を格納する第１メモリと、前記第１メモリ内
に格納されたデジタル波形を処理する処理手段と、有し
ており、前記処理手段は前記第１メモリ内に格納されて
いるデジタル波形を処理して前記発信器から発信された
音波の前記受信器への到達時間を決定することを特徴と
する音波検層システム、が提供される。

【０００８】音波検層においては、通常、中心周波数が
１５ｋＨｚであり且つ長さが２．５ミリ秒の音波波形を
取り扱っているので、１０マイクロ秒のサンプリング間
隔で且つ１６ビット分解能である場合には、２５０×１
６ビット＝４キロビットである。従来のデジタル音波検
層においては、この量のデジタルデータを検層ケーブル
を介して地表処理装置へテレメトリ通信で伝送させ、地
表処理装置においてＰ（圧縮）波の到達時間及び振幅を
決定するための処理を行っていた。しかしながら、音波
検層において必要なものは、基本的には、Ｐ波の到達時
間及び振幅のみであって、その他のデジタル波形データ
の全てが必要とされることはあまりない。即ち、音波検
層においては、原則的には、到達時間と振幅のデータが
あれば通常の処理を行うことが可能である。従って、こ
の場合には、ダウンホールツールから地表処理装置へ長
い検層ケーブルを介してテレメトリ通信によって伝送す
ることが必要なデータは到達時間と振幅であるから、２
×１６ビット＝３２ビットのみとなる。即ち、この簡単
な例から理解されるように、ダウンホールツールにおい
てデジタル波形の処理を行い、その結果として到達時間
と振幅のみを地表処理装置へ送信することとすると、検
層ケーブルを介してテレメトリ通信によって伝送すべき
データの量は１００倍以上も減少させることが可能とな
る。その結果、伝送効率が著しく改善されると共にエラ
ーの発生は著しく減少され、更に、検層ケーブルは空き
時間が増え、検層ケーブルを他の用途に使用することも
可能となる。本発明は正にこの様な点に鑑みてなされた
ものである。

【０００９】尚、本発明においては、上述した例におけ
るように、ダウンホールツールにおいてデジタル波形を
処理して到達時間及び／又は振幅を決定し、それを検層
ケーブルを介して地表処理装置へ送信することを基本と
するものであるが、本発明においても、デジタル波形の
選択した少なくとも一部を地表処理装置へ送信すること
も可能なものである。このようなデジタル波形の選択的
送信は、地表処理装置においても再度処理を行ってデー
タの信頼性を再確認することを可能とするためである。
この場合においても、従来技術におけるように、デジタ
ル波形をそのまま地表処理装置へ送信するものではない
から、本発明における送信すべきデジタルデータ量は従
来技術と比較して著しく減少させることが可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１実施例に基づい
て構成された音波検層システムを示した概略図である。
図１に示したように、本音波検層システムは、地中に穿
設したボアホール（抗井ともいう）４内を昇降自在なダ
ウンホールツール（ゾンデともいう）１を有している。
ダウンホールツール１は細長形状をしており、そのハウ
ジングの外周面上には、音波発信器Ｔと、それらから垂
直上方向に所定距離離隔した位置に互いに所定距離垂直
方向に離隔されて一対の受信器Ｒ１及びＲ２とが設けら
れている。更に、ダウンホールツール１のハウジング内
部には、ダウンホール処理装置８が密封して設けられて
いる。ダウンホール処理装置８の具体的な構成の１例に
ついては、後に図３を参照して詳細に説明する。ダウン
ホール処理装置８は、内部配線（不図示）を介して音波
発信器Ｔと受信器Ｒ１及びＲ２とに接続されており、ダ
ウンホール処理装置８からの指示によって音波発信器Ｔ
からパルス状の音波が地層内へ発射される。そして、そ
の音波はボアホール４に沿って地層内を垂直上方へ伝播
し、受信器Ｒ１及びＲ２において夫々受信され、受信器
Ｒ１及びＲ２からの夫々の検知信号がダウンホール処理
装置８へ送られる。この様に、音波発信器Ｔからの音波
が地層を伝播して受信器Ｒ１及びＲ２においての夫々の
到達時間Ｔ１及びＴ２を検知し、それらの到達時間の差
ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２を取ることにより、一対の受信器Ｒ１
及びＲ２の間の垂直距離にわたって地層中を伝達した音
波の伝播時間を計算することが可能である。従って、こ
の垂直距離と伝搬時間とから地層中を伝搬した音波の速
度を計算することが可能である。そして、音波の伝播速
度は地層の構造と関係しているので、地層の構造を解析
することが可能である。

【００１１】尚、図１に示したボアホール４は所謂「裸
坑」であって、ボアホール４の壁は地層によって形成さ
れている。この場合には、上述した如く、ボアホールに
沿って地層内を伝播してきた音波を検知するので、主に
地層の構造を解析することが可能である。一方、ボアホ
ール４の壁面に沿って円筒状のケーシングを埋設したケ
ーシング付きのボアホールとすることも可能である。ケ
ーシングが設けられている場合には、音波はケーシング
に沿って伝播するので、受信器に最初に到達する音波は
ケーシングを伝達してきたものである。この場合には、
最初のＰ波の振幅を測定することによって、ケーシング
と地層とのセメンチング、即ち膠着度や、ケーシングの
セグメント間の接続状態等を評価することが可能であ
る。音波検層においては、特に、ダウンホールツール１
がボアホール４の中心に位置させることが所望されるの
で、図１に示した実施例においては、ダウンホールツー
ル１の上下の適宜の箇所にセンタリング部材１ａ，１ａ
が設けられている。尚、ダウンホールツール１をボアホ
ール４内を昇降動作させる場合には、センタリング部材
１ａを退避位置に退避させることが可能であることが望
ましい。

【００１２】ダウンホールツール１の頂部は検層ケーブ
ル２に接続しており、検層ケーブル２によって懸架され
た状態となっている。尚、検層ケーブル２は、ダウンホ
ールツール１を機械的に懸架状態に保持するのみなら
ず、ダウンホール処理装置８へ及びそれからの信号を電
気的又は光学的に伝送することが可能であるように伝送
線（不図示）を包含している。検層ケーブル２は、地表
５上に載置されているドラム６に巻着されており、その
中心軸において延長検層ケーブル２’へ接続されてい
る。そして、延長検層ケーブル２’は地表５上に載置さ
れている地表処理装置３に接続されている。地表処理装
置３は、典型的に、コンピュータシステムから構成され
る。

【００１３】図２は、本発明の別の実施例に基づいて構
成された幾つかのダウンホールツールの音波発信器及び
受信器の配置例を示している。即ち、図１の実施例にお
いては、１個の音波発信器Ｔと２個の受信機Ｒ１及びＲ
２とを有するものであったが、図２（１）のダウンホー
ルツール１’においては、一対の音波発信器ＵＴ及びＬ
Ｔと、一対の受信器Ｒ１及びＲ２とが設けられている。
この場合には、上側音波発信器ＵＴから発信された音波
は一対の受信器Ｒ１及びＲ２において到達時間ＴＴ１及
びＴＴ２において夫々到達し、一方下側音波発信器ＬＴ
から発信された音波は一対の受信器Ｒ１及びＲ２におい
て到達時間ＴＴ３及びＴＴ４において夫々到達する。一
方、図２（２）のダウンホールツール１”においては、
一対の音波発信器ＵＴとＬＴとの間に２対の受信器Ｒ１
とＲ３及びＲ２とＲ４を配設しており、上側音波発信器
ＵＴからの音波は、一対の受信器Ｒ２及びＲ４において
夫々到達時間ＴＴ２及びＴＴ１で到達し、下側音波発信
器ＬＴからの音波は、別の対の受信器Ｒ１及びＲ３にお
いて夫々到達時間ＴＴ３及びＴＴ４において到達する。
この様に、同一の地層位置において別々の音波発信器か
らの音波を検知する構成とすることにより、データの信
頼性を向上させることが可能であると共に、地層の細か
い解析を行うことが可能となる。

【００１４】図３は、ダウンホールツール１内のダウン
ホール処理装置８の１実施例の詳細な構成を示したブロ
ック図である。図３において、ダウンホール処理装置８
は、下部コネクタ１０を有しており、この下部コネクタ
１０はダウンホールツール１の音波発信器Ｔ及び受信器
Ｒ１及びＲ２に電気的に接続される。図１の実施例にお
いては、ダウンホールツール１は２個の受信器Ｒ１及び
Ｒ２を有しているので、これらが下部コネクタ１０へ接
続され、プレアンプ部１１における夫々の対応するプレ
アンプ、即ち前置増幅器１１ａに接続される。更に、音
波発信器Ｔもこの下部コネクタ１０へ接続され、音波発
信器Ｔを励起させて音波を発射されるための発射制御信
号が音波発信器Ｔへ供給される共に、電源部１４内の高
電圧電源１４ｂから音波発射用の高電圧が音波発信器Ｔ
へ供給される。更に、音波発射時刻Ｔ₀の検知信号が音
波発信器Ｔから供給される。プレアンプ部１１内には、
更に、信号レベル変換器１１ｂが夫々のプレアンプ１１
ａと接続して設けられている。この信号レベル変換器１
１ｂはダウンホールツール１が２チャンネルである場合
に、ゲイン調整として使用することが可能である。

【００１５】プレアンプ部１１はアクジション、即ちデ
ータ採取部１２とバス接続されており、データ採取部１
２は、各々がマルチプレクサ１２ａと、増幅器（アンチ
エイリアシングフィルタ内蔵）１２ｂと、アナログ・デ
ジタル変換器１２ｃとからなる２つの並列経路を有して
いる。次いで、データ採取部１２は、制御部１３へバス
接続されている。制御部１３は、デジタルシグナルプロ
セサ（ＤＳＰ）１３ａと、デジタルコントロールインタ
ーフェース１３ｂと、テレメトリインターフェース１３
ｃと、プログラムメモリ１３ｄと、データメモリ１３ｅ
とを有しており、これらはＤＳＰ１３ａを中心に互いに
バス接続されている。本実施例においては、ＤＳＰ１３
ａとして、特に、アナログデバイシーズインコーポレイ
テッドから市販されているＡＤＳＰ−２１０１を使用し
たが、本発明はこのような特定のプロセサの使用に制限
されるべきものではなく、その他の汎用のマイクロプロ
セサや、マイクロコントローラ等を使用することが可能
であることは勿論である。プログラムメモリ１３ｄは、
ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の１個
又はそれ以上の通常の不揮発性メモリから構成すること
が可能である。特に注意すべきことであるが、このプロ
グラムメモリ１３ｄ内には、後に詳述する本発明の種々
の独特の音波検層機能を実現するための音波検層ルーチ
ン（例えば、デジタルファーストアライバルデテクショ
ン即ち初到達検知（ＤｉｇｉｔａｌＦｉｒｓｔＡｒｒ
ｉｖａｌＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）、ＤＦＡＤと略称）が
格納されているということである。即ち、アナログ・デ
ジタル変換器１２ｃによって、受信器Ｒ１及びＲ２から
の検知信号がデジタル化されて、データメモリ１３ｅ内
にデジタル波形として格納され、そのデジタル波形に対
して、ＤＳＰ１３ａがプログラムメモリ１３ｄ内に格納
されている音波検層プログラムに従ってデータメモリ１
３ｅ内に格納されているデジタル波形を処理し、最初の
Ｐ波の到達時間及び振幅等を決定することが可能であ
る。尚、データメモリ１３ｅは、ＲＡＭから構成されて
おり、作業用のデータを格納するために使用される。
又、デジタルコントロールインターフェース１３ｂは、
特にタイミングを司るものであり、プレアンプ部１１、
データ採取部１２、及び音波発信器Ｔ等の動作タイミン
グを制御する。更に、注意すべきことであるが、本発明
の別の実施形態としては、マイクロプロセサを使用する
代わりに、プロセサ１３ａ及びプログラムメモリ１３ｄ
を論理ゲート等のファームウエア構成とすることも可能
である。

【００１６】制御部１３は、バスを介して上部コネクタ
１５へ接続されており、上部コネクタ１５は、検層ケー
ブル２の一端に接続されているテレメトリカートリッジ
（不図示）へ接続されている。従って、ＤＳＰ１３ａ
は、検層ケーブル２を介してテレメトリ通信によってデ
ータを地表処理装置３へ送信したり又は地表処理装置３
からデータを受信したりすることが可能である。更に、
電源部１４内には低電圧電源１４ａが設けられており、
プレアンプ部１１、データ採取部１２、及び制御部１３
へ夫々電源電圧を供給している。

【００１７】次に、図４乃至１１を参照して、本発明の
独特のダウンホール音波検層機能及び方法について詳細
に説明する。図４は、図３に示したプログラムメモリ１
３ｄ内に格納されている本発明の音波検層プログラムの
内のダウンホールにおいて到達時間及び振幅を決定する
ためのＤＦＡＤ（デジタル初到達検知）プログラムのフ
ローチャートを示している。図４に示したＤＦＡＤルー
チンは、本発明の音波検層における一部のルーチンであ
るに過ぎないことに注意すべきである。即ち、本発明の
ダウンホール音波検層シーケンスは、基本的に以下の４
つのルーチンからなるシーケンスを有している。

【００１８】（１）音波発信器の起動ルーチン（２）データ採取及びデジタル化ルーチン（３）ＤＦＡＤルーチン（４）ＤＦＡＤ結果を地表処理装置へテレメトリ送信即ち、本発明のダウンホール音波検層シーケンスでは、
先ず、ルーチン（１）において、プログラムメモリ１３
ｄ内に格納されている音波検層プログラムに従って、Ｄ
ＳＰ１３ａが音波発信器Ｔへ音波を発信すべきコマンド
を与える。次いで、ルーチン（２）において、ＤＳＰ１
３ａは、音波発射時刻Ｔ₀を検知し、受信器Ｒ１及びＲ
２からの検知信号を一定のサンプリング間隔（例えば、
１０マイクロ秒）で取り込み、アナログ・デジタル変換
器１２ｃによってデジタル化させる。その結果得られる
デジタル波形をデータメモリ１３ｅ内に格納する。尚、
これらのルーチン（１）及び（２）においてもＤＦＡＤ
ルーチンが随時コールされてＤＦＡＤ内に格納されてい
るデータを使用する。次いで、ＤＦＡＤルーチン（図
４）のフローへ入り、データメモリ１３ｅ内に格納され
ているデジタル波形について処理が行われ、デジタル波
形における最初のＰ波に関しての到達時間及び／又は振
幅の決定が行われる。そして、ルーチン（４）に入り、
決定された到達時間及び／又は振幅をテレメトリフレー
ム内に配置される。そして、このテレメトリフレームを
テレメトリインターフェース１３ｃを介して地表処理装
置３へ送信するか、又はテレメトリフレームが満杯とま
るまで待機状態とされる。以上のダウンホール音波検層
シーケンスは、ダウンホールツール１をボアホール４の
深さ方向に適宜移動させながら異なる深さにおいて順次
音波検層動作を繰り返し行いボアホール４の長手方向に
沿ってのログ、即ち柱状図を得る。

【００１９】次に、図４のフローチャートに沿って、Ｄ
ＦＡＤルーチンにおいてデジタル波形から最初のＰ波の
到達時間及び振幅を決定する個々のルーチンについて詳
細に説明する。

【００２０】上述した如く、音波を発射した後に、一定
のゲインで且つ一定のサンプリング間隔（例えば１０マ
イクロ秒）で採取し且つデジタル化されたデジタル波形
（例えば、各サンプルは１６ビット符号付き整数値）を
データメモリ１３ｅ内に格納すると、ＤＳＰ１３ａは、
図４のステップ２０において、プログラムメモリ１３ｄ
内に格納されているＤＦＡＤルーチンを呼び出す。

【００２１】尚、図４のフローチャートには示されてい
ないが、本実施例においては、ＤＦＡＤのスタート時に
おいて、先ず、ボアホール４の種類に応じてデジタル波
形を反転させるか否かを判断する。即ち、前述したよう
に、ボアホール４は、図１に示したような裸抗、即ちケ
ーシングがないオープン型のものと、ボアホール４の壁
面を円筒状のケーシングで被覆した被覆型の２種類があ
り、ボアホール４がいずれのタイプであるかによって、
検知信号の波形パターンが異なり且つその処理も異な
る。開放型ボアホールの場合には、主に、夫々の受信器
で受信したボアホールに沿って地層を伝播してきた最初
のＰ波の到達時間を測定し、それらの到達時間を元に地
層内での音波の伝播速度又はその逆数でありスローネス
を計算する。音波の伝播速度及びスローネス等のパラメ
ータは地層の構造に関係しており、これらのパラメータ
をボアホールの長手軸方向にマップすることにより地層
構造（例えば、石油の存在等）を解析することが可能で
ある。一方、ケーシング型ボアホールの場合には、主
に、ケーシングを伝播してきた最初のＰ波の振幅を測定
し、その振幅の大きさからケーシングと地層との間の結
合強度（ボンドインデックス）又は膠着度（セメンチン
グ）を評価する。即ち、ケーシングと周囲の地層との結
合強度が高ければ、それだけ音波エネルギは周囲の地層
へ逃げることとなるので、受信器Ｒにおいて検知される
音波の最初のＰ波の振幅は小さくなる。

【００２２】ところで、図５（ａ）に示したように、開
放型ボアホールの検層においては、Ｐ波の１番目のピー
クＥ１ではなく２番目のピークＥ２を使用して到達時間
Ｔを決定することが行われているので、検知されたデジ
タル波形は極性が反転されている。尚、図５において、
デジタル波形は実際には、サンプリング間隔毎の個別的
に離散したデータ値を有するものであるが、説明の便宜
上、滑らかな連続的な曲線として示してある。又、Ｔ₀
は音波発射時刻である。一方、図５（ｂ）に示したよう
に、ケーシング型ボアホールにおいては、１番目のピー
クＥ１を使用して振幅Ａを測定することが行われている
ので、この場合にはデジタル波形の極性は反転されてい
ない。ところで、２番目のピークＥ２は１番目のピーク
Ｅ１と反対の極性を有しているので、開放型ボアホール
とケーシング型ボアホールの両方に本ＤＦＡＤルーチン
を使用する場合には、２番目のピークＥ２を使用して到
達時間Ｔを決定する場合にデジタル波形のデータの極性
を反転させることが必要となる。そして、この様に、デ
ジタル波形のデータの極性を反転させてＤＦＡＤルーチ
ンにより処理を行った場合には、ＤＦＡＤルーチン処理
後に再度デジタル波形のデータを反転させて元の状態に
復帰させることが必要である。尚、本実施例において
は、開放型ボアホールの検層において第２ピークＥ２を
使用して到達時間Ｔを決定することとしたので、デジタ
ル波形の極性反転を行うことが必要であるが、開放型ボ
アホールにおいても第１ピークＥ１を使用して到達時間
Ｔを決定することとした場合には、デジタル波形の極性
反転を行うことは必要ではないことは勿論である。

【００２３】次に、図４のステップ２１に示されるよう
に、ＤＣオフセット測定が行われる。このステップは、
波形のベースラインのゼロレベル、即ち検知器Ｒに未だ
音波が到達していない状態における検知レベルを設定す
るためのものである。本発明においては、ダウンホール
ツール１内において検知信号をアナログ・デジタル変換
器１２ｃによってデジタル化させてデジタル波形を得て
いるが、このデジタル波形のベースラインはアナログ・
デジタル変換器１２ｃの出力におけるゼロレベルと必ず
しも正確に一致するものではない。特に、本実施例にお
いては、アナログ・デジタル変換器１２ｃとして１６ビ
ットＡＤＣを使用しているが、その場合には特にこの様
な差異が顕著である。従って、アナログ・デジタル変換
器１２ｃの出力におけるゼロレベルとデジタル波形のベ
ースラインにおけるゼロレベルとの差異を考慮に入れる
ためにはそれらの差異をＤＣオフセットとして測定して
おくことが必要である。ＤＣオフセット測定期間Ｔ_OFF
は図７（ａ）に示したように、デジタル波形のベースラ
イン部分における任意の部分に設定することが可能であ
るが、到達時間検知期間のスタート前に設定されねばな
らない。図７（ａ）に示した例においては、ＤＣオフセ
ット測定期間Ｔ_OFFが１００マイクロ秒に設定されてお
り、サンプリング間隔は１０マイクロ秒であるから、１
１個のサンプリングされたデータ点が示されており、こ
れらのデータ点の平均を算出することによってＤＣオフ
セットが決定される。尚、この様にして得られたＤＣオ
フセットは、後述するように、到達時間Ｔｔを決定する
場合に使用するスレッシュホールドの位置を調節するた
めに使用されると共に、ピークの振幅測定値を補正する
ためにも使用される。

【００２４】次に、図４のステップ２２においてノイズ
測定が行われる。このノイズ測定では、到達時間検知期
間のスタートまでのデジタル波形のベースラインにおい
ての最大の正のノイズピークの振幅を決定する。この様
にして決定された最大ノイズ振幅は、後に決定される最
初のＰ波の振幅のノイズレベルを設定するために使用さ
れ、決定されたＰ波の振幅の評価に使用される。尚、好
適には、例えば、中間ノイズスレッシュホールド及び高
ノイズスレッシュホールドを設定しておき、決定された
最大ノイズ振幅が低ノイズレベルであるか、中間ノイズ
レベルであるか、又は高ノイズレベルであるかに種類分
けし、ルーチンの最後の評価ステップ３０においてこの
ルーチンによって得られた結果の評価を行うために使用
すると良い。ノイズ測定は、図７（ｂ）に示した実施例
においては、ノイズ検知期間Ｔ_NOISEが到達時間検知期
間のスタート時に終了するように設定されており、１０
マイクロ秒でのサンプリング点が１１個存在しているの
で、１００マイクロ秒に設定されている。そして、ノイ
ズ測定においては、このノイズ検知期間における最大の
正のピークＮＬＰを決定する。尚、この場合に、ノイズ
のピークは、前後の隣接するサンプル点の振幅が両方と
も小さいもので且つ最大の正の振幅を見つけだすことに
よって決定される。尚、ノイズ検知期間は、到達時間検
知期間のスタート前であれば、種々の条件に応じて、任
意のベースライン位置において任意の期間に設定するこ
とが可能である。

【００２５】次に、図４のステップ２３において自動利
得（ゲイン）制御ルーチンが行われる。自動利得制御ル
ーチンでは、例えば、図５（ａ）に示したように、最初
のＰ波の到達時間Ｔｔの検知を行う場合に、最初のＰ波
の正のピークＥ２へ向かう場合に所定のスレッシュホー
ルドを交差した点を見つけ出し、音波発射時刻Ｔ₀から
そのスレッシュホールドの交差点までの時間をもって到
達時間としている。この様に、デジタル波形のベースラ
イン、即ちゼロレベルにおけるゼロクロスではなく、別
途選択したスレッシュホールドを交差する点をもって到
達時間を決める理由は、前述したように、デジタル波形
のベースラインにはノイズが存在しており且つＤＣオフ
セットも存在しているので、デジタル波形のベースライ
ンのゼロクロスを使用するとするとエラーが発生する可
能性があるからである。従って、検知されたノイズやＤ
Ｃオフセットを考慮して、スレッシュホールドレベルを
決定し、このスレッシュホールドとの交差点を検知する
ことによって到達時間Ｔｔを決定することとしている。
即ち、この様なスレッシュホールドは、最初のＰ波のピ
ークＥ２の振幅に対する所定の割合として決定してい
る。この様に、到達時間Ｔｔを決定する場合に使用する
スレッシュホールドレベルをピークＥ２の所定の割合と
して定義することとすると、次のデジタル波形のピーク
Ｅ２の振幅値が前のデジタル波形のピークＥ２の振幅値
と異なる場合には、次のデジタル波形に対して到達時間
Ｔｔを決定する場合に前のデジタル波形のピークＥ２に
対して使用したスレッシュホールドレベルを調節するこ
とが必要となる。自動利得制御は、このために検知処理
に使用される検知利得を決定し、その検知利得を使用し
て夫々のデジタル波形に対するスレッシュホールドレベ
ルの調節を行い、常にピークＥ２にたいして一定の割合
で決定されたスレッシュホールドレベルにより到達時間
Ｔｔを決定することを確保するものである。

【００２６】以上の点を図６（ａ）及び（ｂ）を参照し
て更に詳細に説明する。図６（ａ）は従来のアナログ音
波検層におけるスレッシュホールドレベルを使用して到
達時間Ｔｔを決定する状態を示している。この場合に
は、ダウンホールツールにおいて音波を検知するとその
検知信号は地表処理装置へテレメトリ通信により送信さ
れ地表処理装置において到達時間の決定を行うものであ
り、図６（ａ）に示されている波形は連続的なアナログ
波形である。尚、Ｔｄは今回の到達時間検知のための検
知開始時刻であり且つＴｐは前回の到達時間検知処理に
よって決定された到達時間である。ＴｐからＴｄへ向か
った矢印が示されているのは、前回の処理によって決定
された到達時間Ｔｐを基礎にして予め選択されているか
又は所定の処理を行うことによって決定された時間分だ
け前に今回の検知期間の開始時刻Ｔｄを設定することを
示している。そして、Ｔｔは今回の処理によって決定さ
れた到達時間である。

【００２７】図６（ａ）においては、アナログ検知シス
テムにおける可変利得制御によってピークＥ２に対して
振幅を５，０００ｍＶに維持するように利得制御が行わ
れる場合を示している。そして、高スレッシュホールド
１，０００ｍＶと低スレッシュホールド２５０ｍＶの二
つのスレッシュホールドが設定されていることが示され
ている。従って、次の波形のピークＥ２が前の波形のピ
ークＥ２と振幅値が異なる場合であっても、一度設定さ
れたスレッシュホールドレベルは変化せず、従って検知
される到達時間及びピークＥ２の振幅値は異なる値であ
る。

【００２８】一方、図６（ｂ）は、本発明の１実施例に
基づく検知原理を示している。図６（ｂ）においては、
説明の便宜上、検知信号を連続的な線で示してあるが、
それはデジタル波形であるから、この線は実際には離散
的なサンプル点の集合であることに注意すべきである。
図６（ｂ）において、ＡｄはピークＥ２の所望のピーク
振幅であり、ＨＴは高スレッシュホールド、ＬＴは低ス
レッシュホールドである。尚、所望のピーク振幅Ａｄ
は、自動利得制御がピークであることを望む振幅であっ
て、次の検知に対する検知利得は、現在の検知利得と、
前のＡｄ及び前の振幅の比とに基づいて調節される。そ
の他のパラメータは図６（ａ）におけるものと同一の意
味を有している。本発明においては、ダウンホールツー
ル内において処理を行うものであるからオペレータが増
幅器の利得を制御することは不可能である。更に、ダウ
ンホール処理装置８においては、一定の利得でデジタル
波形を採取している。従って、この場合には、スレッシ
ュホールドレベルを一定のレベルに固定すると夫々の波
形のピークＥ２の振幅Ａｄに対しての割合が変化するこ
ととなる。そこで、夫々のデジタル波形に対してピーク
Ｅ２に対するスレッシュホールドＨＴ及びＬＴのレベル
を一定の割合に維持するために、検知されたＥ２の振幅
に基づいて夫々のデジタル波形に対して検知利得を算出
する。そして、その様にして算出された検知利得に基づ
いて当該波形に対してのスレッシュホールドレベルＨＴ
及びＬＴを設定する。

【００２９】この様に、検知利得を決定する理由は、先
ずデジタル波形を処理する場合は、その前のデジタル波
形について決定されたか又は最初の処理の場合にはユー
ザが選択した検知利得を使用して到達時間及びピークＥ
２の振幅値の決定を行い、次いで、これらの値に基づい
て検知利得を当該波形用に修正する。そして、この様に
して修正された検知利得を使用して再度当該波形を処理
して、リファインされた到達時間及びピークＥ２の振幅
値の決定を行う。この様な２回の繰り返しプロセスを行
うことによって当該波形の検知利得に基づいた到達時間
及びピークＥ２の振幅値を決定することが可能となる。
以上説明したように、上述した実施例においては、スレ
ッシュホールドＨＴ及びＬＴを夫々の波形についてピー
クＥ２の所定の割合として決定するために、その波形に
ついての検知利得を決定することが必要であり、そのた
めに自動利得制御ルーチンにおいては、デジタル波形を
処理してその波形の検知利得を決定するものである。
尚、好適実施例においては、自動利得制御ルーチンにお
いて、使用条件に応じて最大検知利得と最小検知利得と
を設定しておき、算出された検知利得がこの利得範囲内
に入る場合にのみ有効な検知利得であることを判定して
いる。

【００３０】次に、図４のステップ２４において、上述
した如くに計算された検知利得を使用して高及び低スレ
ッシュホールドＨＴ及びＬＴを包含する種々のスレッシ
ュホールドレベルが計算される。例えば、１実施例にお
いては、（１）所望の振幅（１００％）、（２）低スレ
ッシュホールド（５％）、（３）高スレッシュホールド
（２０％）、（４）中間ノイズスレッシュホールド（４
％）、（５）高ノイズスレッシュホールド（４０％）が
計算される。

【００３１】次に、図４のステップ２５において、デジ
タル波形において到達時間Ｔｔの検知を行うための到達
時間検知期間が設定される。到達時間検知期間は、デジ
タル波形の内でどの部分を到達時間Ｔｔの検知のために
使用するかを定めるものである。この様な検知期間は夫
々の波形に対して可変的に設定することも又固定的に設
定することも可能である。到達時間Ｔｔの検知処理を迅
速に且つ効率的に実施するためには、到達時間Ｔｔの存
在しそうな箇所、即ちスレッシュホールドとの交差点近
傍のすぐ直前から検知期間が開始するように設定するこ
とが望ましい。例えば、前のデジタル波形の処理結果を
基に、今回の次のデジタル波形の処理に対する検知期間
を設定するが、今回のデジタル波形に対する到達時間は
前回のデジタル波形に対する到達時間とそれほど急激に
変化することはあまりないので、前回のデジタル波形に
対する到達時間を基にそこから所定の時間さかのぼって
検知期間のスタートを決定することが良い。特に、開放
型ボアホールの場合には、地層内を伝播する音波を検知
するものであるから、検知期間を夫々のデジタル波形に
対して可変的に設定することが効果的である。一方、ケ
ーシング型ボアホールの場合には、与えられたケーシン
グ寸法に対しての到達時間は一定であるから、固定した
検知期間を使用することが可能である。

【００３２】尚、図８において、Ｔｄは到達時間検知期
間の開始時刻を示しており、それは前の処理において決
定された到達時間Ｔｐから所定の時間遡って設定されて
おり、且つデジタル波形が最初に高スレッシュホールド
ＨＴを正方向に交差した点において到達時間Ｔｔが決定
され検知期間が終了していることを示している。尚、到
達時間Ｔｔの決定と共に図４のステップ２９におけるピ
ークＥ２に対する振幅測定期間が開始し、予め設定した
時間Ｔａにおいて振幅測定期間が終了している。更に、
図９は、デジタル波形が最初はアナログ・デジタル変換
器の出力ゼロレベルＡ₀にあり、最初の正のピークＥ２
へ変化している状態が示されている。そして、デジタル
波形が最初に低スレッシュホールドＬＴと交差した時点
をＴ_LTとして示してあり、又最初に高スレッシュホール
ドＨＴと交差した時点をＴ_HTとして示してある。このＴ
_HTはこの波形に対して決定された到達時間Ｔｔとなる。
更に、ピークＥ２の振幅値はＡｄとして示してある。

【００３３】次いで、図４のステップ２６〜２８の低及
び高スレッシュホールド検知ルーチンが行われる。この
ルーチンは基本的には二つの段階に分けて考えることが
可能である。即ち、（１）採取された波形データを使用
しての低及び高スレッシュホールド検知と、（２）波形
データの内挿（インタポレーション）による最終的な高
スレッシュホールド検知である。即ち、第１段階におい
ては、図１０（ａ）に示したように、先ず最初に、１０
マイクロ秒で採取されたデジタル波形サンプル点を上述
した如くに設定された検知期間においてスキャンして、
低及び高スレッシュホールドＬＴ及びＨＴを正方向に交
差した最初のサンプルデータを見つけだす。即ち、この
場合には、サンプル点Ｔ_LTが低スレッシュホールドＬＴ
を最初に正方向に交差したサンプル点であり、且つサン
プル点Ｔ_HTが高スレッシュホールドＨＴを最初に正方向
に交差したサンプル点である。従って、第１段階での処
理によって、サンプル点Ｔ_HTが暫定的に到達時間Ｔｔと
して決定される。何故ならば、この実施例においては、
到達時間は、最初のＰ波が高スレッシュホールドＨＴと
最初に正方向に交差するものとして定義されているから
である。従って、到達時間を別の定義によれば、到達時
間の具体的な決定方法は異なるものとなることがある。
この様にして、本ルーチンの第１段階においては、サン
プル点Ｔ_HTがこのデジタル波形の到達時間Ｔｔであると
して暫定的に決定されたが、図１０（ａ）から明らかな
ように、サンプル点Ｔ_HTは実際には高スレッシュホール
ドＨＴからかなり離れている場合がある。これは、夫々
のサンプル点はデータ採取におけるサンプリング間隔で
ある１０マイクロ秒離隔されているからである。従っ
て、サンプリング間隔が十分に精細であるか、又はサン
プリング間隔が比較的粗いものであったとしても第１段
階で決定されたサンプル点Ｔ_HTが十分な精度で高スレッ
シュホールドと交差したものであれば、このルーチンは
第１段階のみで終了することも可能である。

【００３４】そこで、本ルーチンにおいては、第２段階
において内挿処理を行って本デジタル波形が高スレッシ
ュホールドＨＴと交差すべき位置をより正確に推測する
ことによって高精度で到達時間を決定することを可能と
している。この第２段階は、図４におけるステップ２８
へのループに対応している。本実施例においては、この
内挿処理も２段階で実施している。即ち、先ず最初に、
図１０（ｂ）に示したバンドリミテッド内挿（補間）を
行い、次いで図１０（ｃ）に示した直線内挿（一次補
間）を行っている。図１０（ｂ）に示した如く、暫定的
に到達時間Ｔｔとして決定されたサンプル点Ｔ_HTから１
個前のサンプル点（この場合にはサンプル点Ｔ_LT）から
バンドリミテッド内挿を適用して、デジタル波形におけ
る１０マイクロ秒のサンプル点の間に２．５マイクロ秒
の間隔で新たな内挿点を見つけだす。この場合には、デ
ジタル波形におけるサンプリング間隔は１０マイクロ秒
であるから、２個の連続するサンプリング点の間には３
個の内挿点が見つけ出される。これらの内挿点と共にサ
ンプル点に対して再度高スレッシュホールドＨＴを正方
向に最初に交差する点（サンプル点か又は内挿点）を見
つけだす処理を行う。この場合には、内挿点Ｔ_HT’がそ
の点として発見され、暫定的にリファインされた到達時
間Ｔｔとされる。次いで、図１０（ｃ）に示した如く、
高スレッシュホールドＨＴを交差する前後の二つの点
（この場合には、サンプル点Ｔ_LTと内挿点Ｔ_HT’）を見
つけだし、これらの二つの点に対して直線内挿を実施し
て、高スレッシュホールドＨＴとの交差点Ｔ_HT”を計算
し、それが最終的な到達時間Ｔｔとして決定される。以
上のように、本実施例においては、内挿（補間）処理を
バンドリミテッド内挿及び直線内挿の２段階で行ってい
るが、適用条件に応じて、バンドリミテッド内挿のみ、
又は直線内挿のみを実施する構成とすることも可能であ
ることは勿論である。

【００３５】ところで、上述したバンドリミテッド内
挿、即ち帯域制限内挿とは、最初にデジタル化したサン
プルよりも一層高い分解能でデジタル波形を「再サンプ
ル」即ちサンプル間の内挿点を求める手法として公知で
あり、例えばＡ．Ｖ．Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍ及びＲ．Ｗ．
Ｓｃｈａｆｅｒ「そのサンプルからのバンドリミテッド
信号の再生（Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａ
ＢａｎｄｌｉｍｉｔｅｄＳｉｇｎａｌｆｒｏｍ
ｉｔｓＳａｍｐｌｅｓ）」、離散時間信号処理（Ｄｉ
ｓｃｒｅｔｅＴｉｍｅＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓ
ｓｉｎｇ）、イングルウッドクリフス、ニュウージャー
ジイ、ＵＳＡ、プレンティスホール、１９８９、の文献
に記載されている。バンドリミテッド内挿では、サンプ
ル点間において波形信号を再生させるために波形サンプ
ル点自身を使用する。即ち、時間ｔにおける波形におけ
る与えられた点の内挿された振幅ｙ（ｔ）は以下のバン
ドリミテッド内挿式によって計算することが可能であ
る。

【００３６】

【数１】

【００３７】尚、ｙ_i：ｉ番目波形サンプルの振幅ｔ_i：ｉ番目波形サンプルの時刻Ｔ：サンプリング間隔ｎ：波形サンプル数しかしながら、上のバンドリミテッド内挿式は、全ての
波形サンプルを使用すること、及び波形と同じ長さのフ
ィルタを適用することを必要とする。この様な膨大な計
算量を回避するために、本発明の好適実施例において
は、短いフィルタ長さを使用し、且つ内挿される点を中
心としたその周りの少数の波形サンプルを使用すること
が可能な修正型バンドリミテッド内挿を使用している。
即ち、この修正型バンドリミテッド内挿式は以下の通り
である。

【００３８】

【数２】

【００３９】尚、ｉ_t：ｔに最も近い時間インデックスｆ：サンプル数においてのフィルタ長、奇数従って、本発明の好適実施例においては、この修正型バ
ンドリミテッド内挿式を使用して計算上の拘束条件を緩
和させ処理速度を高速化させている。

【００４０】次いで、図４のステップ２９において振幅
測定処理を行う。振幅測定処理においては、最初に到着
したピークの振幅Ａｐの測定を行う。この振幅測定は高
スレッシュホールド検知の後に行われる。測定された振
幅は自動利得制御ルーチンにおいて使用され、該ルーチ
ンは前述したように高及び低スレッシュホールドＨＴ及
びＬＴを決定する。本発明の好適実施例においては、こ
のピーク振幅は、データ採取時のサンプリング間隔より
も精細なサンプリング間隔で内挿した波形内挿点から決
定する。更に、特に、ケーシング型ボアホールの場合に
は、最終的な振幅決定を行う場合に、放物線で近似させ
る二次内挿式を使用する。

【００４１】ピーク振幅測定期間は、到達時間検知期間
が設定される場合に、検知の前に設定される。ピーク振
幅測定期間は図８においてＴｄからＴａまでの期間であ
る。ピーク振幅測定は、低及び高スレッシュホールド検
知とは独立的に且つ同時的に実施することが可能であ
り、従って低及び高スレッシュホールド検知が行われな
い場合においても、ピーク振幅検知を行うことが可能で
ある。一方、時間Ｔｔにおいて高スレッシュホールドが
検知された場合には、時間Ｔａを変化させることにより
ピーク振幅測定期間が時間Ｔｔの後所定の時間の後に終
了するように調節される。ピーク振幅測定期間内のデジ
タル波形サンプルをスキャンして最大のピークを探し出
す。隣接する前後（図面中においては左右）の両方のサ
ンプルの振幅がより小さい波形サンプルはピークとして
抽出し、その中で最大の振幅を有するものがピーク振幅
Ａｐとなる。振幅測定はＤＣオフセットＡ₀に対して調
節される。尚、高スレッシュホールド交差が検知された
場合には、最初のＰ波に続く後続のＰ波を検知しないよ
うに終了時間Ｔａを設定することが重要である。又、高
スレッシュホールド交差が検知された場合には、採取し
たデータサンプルのスキャニングを停止させ、データサ
ンプル間の内挿点のスキャニングを開始させることが可
能である。

【００４２】即ち、振幅測定を行うための本発明の好適
実施例によれば、図１０（ａ）に示したデジタル波形サ
ンプルを使用した高スレッシュホールド検知及び図１０
（ｂ）に示したバンドリミテッド内挿による高スレッシ
ュホールド検知を行って内挿点Ｔ_HT’を探し出した後
に、その内挿点から２５マイクロ秒後をピーク振幅測定
期間の終了時点Ｔａとして設定する。そして、ピーク振
幅測定期間内における２．５マイクロ秒毎のサンプル点
及び内挿点の中から最大振幅のものをピーク振幅Ａｐと
して決定する。尚、高及び低スレッシュホールド検知に
続いてピーク振幅検知を行う場合には、図１０（ｂ）の
データを使用してピーク振幅検知処理を行うことが可能
であることは勿論である。又、特に、ケーシング型ボア
ホールの場合には、図１１に示したように、ピーク近傍
の三つのデータを使用して放物線近似による二次補間を
実施してよりリファインされた最終的なピーク振幅Ａｐ
を決定することが可能である。自動利得制御ルーチンに
対しては、二次補間を行わない振幅測定で通常十分であ
るから、通常はケーシング型ボアホールの場合にのみ二
次補間を使用してピーク振幅を決定する。しかしなが
ら、自動利得制御ルーチンにおいても精度が要求される
場合には、二次補間を使用してピーク振幅の決定を行う
ことが可能であることは勿論である。

【００４３】次に、図４のステップ３０であるサイクル
スキップリカバリロジックと呼ばれるエラーチェックル
ーチンについて説明する。このステップにおいては、高
スレッシュホールド検知処理によって到達時間Ｔｔが決
定された後に、到達時間として出力すべきか否かを決定
する。このエラーチェックルーチンは、高スレッシュホ
ールド検知処理が不正確な到達時間の値を発生したか否
かを判断する。不正確な値を発生したと判断した場合に
は、その前の検知処理によって得られた到達時間を再度
出力させる。更に、このエラーチェックルーチンは、検
知処理が正しいものと思われない場合に、自動利得制御
ルーチン及び検知期間制御ルーチンをオーバーライドす
ることが必要であるか否かを判断する。

【００４４】本発明の好適実施例によれば、前述した如
く、デジタル波形のベースラインにおけるノイズ検知に
おいて検知されたノイズを低、中間、高ノイズの３種類
に類分けしている場合には、そのノイズが低ノイズであ
り且つ低及び高スレッシュホールド検知により検知結果
が一貫性がある場合には、このエラーチェックルーチン
によって検知結果が合格であることが判断される。一
方、低及び高スレッシュホールド検知による検知結果に
一貫性がないか、又はノイズレベルが中間又は高ノイズ
レベルである場合には、このエラーチェックルーチンが
この検知結果は不合格であると判断する。尚、上述した
実施例においては、高スレッシュホールド検知の場合に
おいて内挿処理を行い、低スレッシュホールド検知にお
いては内挿処理を行っていないが、通常は、低スレッシ
ュホールド検知においては１０マイクロ秒の分解能で十
分だからである。しかしながら、低スレッシュホールド
検知においても高分解能が必要とされる場合には、低ス
レッシュホールド検知においても同様の内挿処理を行う
ことが可能であることは勿論である。

【００４５】次に、図４に示した如く、エラーチェック
ステップ３０を終了すると、図４に示した全検知シーケ
ンスを同一のデジタル波形に対して複数回実施し、最低
でも同一のデジタル波形に対して２回検知シーケンスを
繰り返し実施する。何故ならば、特定のデジタル波形に
対して最初に図４の検知シーケンスを実施する場合に
は、ユーザが設定した値か又は前回の検知シーケンスに
よって得られた値を使用して検知シーケンスを実施して
おり、２回目に検知シーケンスを実施する場合には、１
回目の検知シーケンスの実施によってそのデジタル波形
に対して得られたピーク振幅に対して設定されたスレッ
シュホールドを使用して処理することが可能となるから
である。従って、同一のデジタル波形に対して全検知シ
ーケンスを２回繰り返して実施することは得られる結果
の精度を著しく向上させることになるが、３回以上繰り
返し実施することは計算時間を増加するという観点から
は必ずしも得策とはいえない。しかしながら、繰り返し
回数を増加すれば信頼性を増加させることにはなる。

【００４６】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明はこれら具体例ののみ限定さ
れるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱する
ことなしに種々の変形が可能であることは勿論である。

【００４７】

【効果】本発明によれば、ダウンホールにおいてデジタ
ル処理を行い、必要最小限のデータのみをテレメトリ通
信によって地表処理装置へ送信することが必要であるに
すぎないので、エラー発生の可能性が最小とされてい
る。更に、テレメトリ通信の帯域幅が緩和されるので、
テレメトリ通信における条件が緩和され、低コスト化が
可能である。又、テレメトリ通信時間が最小となるの
で、音波検層動作が高速化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に基づいて構成した音波検
層システムを示した概略図。

【図２】（１）及び（２）は本発明の音波検層用ダウ
ンホールツールにおける音波発信器及び受信器の配列例
を示した各概略図。

【図３】本発明の音波検層用ダウンホールツール内に
設けられたダウンホール処理装置の１実施例を示した概
略ブロック図。

【図４】本発明の音波検層方法の１実施例に基づいた
検知ルーチンを示したフローチャート図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、夫々、開放型ボアホー
ル及びケーシング型ボアホールに対してのデジタル波形
を示した各説明図。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は、夫々、アナログ音波検
層及びデジタル音波検層におけるスレッシュホールド検
知方法を示した各説明図。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は、夫々、ＤＣオフセット
測定期間及びノイズ測定期間を示した各説明図。

【図８】到達時間検知期間開始時点及びピーク振幅測
定期間を示した説明図。

【図９】低及び高スレッシュホールド検知及びピーク
振幅検知の関係を示した説明図。

【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）は内挿処理を利用
して高スレッシュホールド検知を行うプロセスを示した
各説明図。

【図１１】放物線を使用した二次補間を行ってピーク
振幅を決定する状態を示した説明図。

【符号の説明】

１：ダウンホールツール２：検層ケーブル３：地表処理装置４：ボアホール８：ダウンホール処理装置１２ｃ：ＡＤＣ変換器１３ａ：デジタルシグナルプロセサ１３ｃ：テレメトリインターフェース１３ｄ：プログラムメモリＴｔ：到達時間Ｔ₀：音波発射時刻Ｔｄ：検知開始時刻Ｔｐ：前回の到達時間Ｔ_HT：高スレッシュホールド到達時間Ｔ_LT：低スレッシュホールド到達時間Ｅ１：第１ピークＥ２：第２ピーク

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｈ 5/00 Ｇ０１Ｖ 1/28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地表処理装置と検層ケーブルを介して結
合されており、且つ互いに離隔されている少なくとも１
個の音波発生器と少なくとも１個の受信器とを具備する
と共に、前記発生器及び受信器と動作結合されており且
つ前記地表処理装置と前記検層ケーブルを介して動作結
合されているダウンホール処理装置を具備するダウンホ
ールツールを使用する音波検層方法において、（１）前記ダウンホールツールを地中に穿設したボアホ
ール内に昇降自在に配置させ、（２）前記ダウンホールツールの音波発生器から音波を
発生させ且つ前記発生された音波を前記受信器で受信
し、（３）前記受信器からの検知信号を前記ダウンホール処
理装置で処理して前記音波の前記受信器への到達時間を
決定し、（４）前記決定した到達時間を前記検層ケーブルを介し
て前記地表処理装置へ送信する、上記各ステップを有す
ることを特徴とする音波検層方法。
【請求項２】請求項１において、前記ダウンホール処
理装置が前記音波の振幅も決定し、前記到達時間と共に
前記検層ケーブルを介して前記地表処理装置へ送信する
ことを特徴とする音波検層方法。
【請求項３】請求項１又は２において、前記ダウンホ
ール処理装置が、前記検知信号を一定のサンプリング間
隔でサンプリングし且つアナログ・デジタル変換器によ
ってデジタル波形へ変換し、前記デジタル波形をメモリ
内に格納させ、前記メモリに格納されたデジタル波形を
所定のプログラムに従ってプロセサで処理して前記到達
時間を決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項４】請求項３において、前記デジタル波形を
処理する場合に、到達時間検知期間を設定し、前記デジ
タル波形が前記到達時間検知期間において最初に予め選
択されているスレッシュホールドレベルを越える点を決
定することにより前記到達時間を決定することを特徴と
する音波検層方法。
【請求項５】請求項４において、前記到達時間検知期
間の前にオフセット検知期間を設定し、前記オフセット
検知期間中に前記デジタル波形のベースラインにおける
ＤＣオフセットを検知し、検知したＤＣオフセットに基
づいて前記デジタル波形のゼロレベルを決定することを
特徴とする音波検層方法。
【請求項６】請求項３又は４において、前記到達時間
検知期間の前にノイズ検知期間を設定し、前記ノイズ検
知期間中に前記デジタル波形のベースラインにおけるノ
イズを検知し、検知したノイズに基づいて前記決定され
た到達時間の良否を判定することを特徴とする音波検層
方法。
【請求項７】請求項４において、前記到達時間の決定
に続いて、前記決定された到達時間に続く前記デジタル
波形における波の最大振幅を決定し、前記決定された最
大振幅の所定の割合となるように前記スレッシュホール
ドレベルを調節することを特徴とする音波検層方法。
【請求項８】請求項７において、前記調節されたスレ
ッシュホールドを使用して再度前記デジタル波形を処理
して前記調節されたスレッシュホールドを最初に越える
点を決定することにより前記デジタル波形に基づいて前
記到達時間を決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項９】請求項４において、前記スレッシュホー
ルドを越える点を決定する場合に、先ず最初に、前記サ
ンプリング間隔で採取したサンプル点の内で前記スレッ
シュホールドを越えた最初のサンプル点を決定し、次い
で、前記最初のサンプル点とその前のサンプル点との間
において少なくとも１回内挿を行ったサンプリング間隔
よりも小さな時間間隔で前記スレッシュホールドレベル
を越える点を前記到達時間として決定することを特徴と
する音波検層方法。
【請求項１０】音波検層用のダウンホールツールにお
いて、ダウンホール外部へ音波を発信させることの可能な少な
くとも１個の音波発信器、地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信する
ことの可能な少なくとも１個の受信器、前記音波の発信及び受信を制御する制御装置、を有して
おり、前記制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサ
ンプリング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル
変換器と、前記デジタル化されたデジタル波形を処理す
る処理手段と、有しており、前記処理手段は前記第１メ
モリ内に格納されているデジタル波形を処理して前記発
信器から発信された音波の前記受信器への到達時間を決
定することを特徴とするダウンホールツール。
【請求項１１】請求項１０において、前記処理手段
が、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第１
メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形
を処理する所定のプログラムを格納した第２メモリと、
前記第２メモリ内に格納されているプログラムを実行す
ることの可能なマイクロプロセサとを有することを特徴
とするダウンホールツール。
【請求項１２】請求項１０において、前記処理手段が
前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を所定の論
理に従って処理する論理回路を有することを特徴とする
ダウンホールツール。
【請求項１３】音波検層システムにおいて、地表処置装置、前記地表処理装置と検層ケーブルを介して接続されてお
り地中に穿設したボアホール内を昇降自在に移動可能な
ダウンホールツール、を有しており、前記ダウンホールツールが、ダウンホール外部へ音波を
発信させることの可能な少なくとも１個の音波発信器
と、地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信
することの可能な少なくとも１個の受信器と、前記音波
の発信及び受信を制御する制御装置と、を有しており、
前記制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサ
ンプリング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル
変換器と、前記デジタル化されたデジタル波形を処理す
る処理手段と、有しており、前記処理手段は前記第１メ
モリ内に格納されているデジタル波形を処理して前記発
信器から発信された音波の前記受信器への到達時間を決
定することを特徴とする音波検層システム。
【請求項１４】請求項１３において、前記処理手段
が、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第１
メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形
を処理する所定のプログラムを格納した第２メモリと、
前記第２メモリ内に格納されているプログラムを実行す
ることの可能なマイクロプロセサとを有することを特徴
とする音波検層システム。
【請求項１５】請求項１３において、前記処理手段が
前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を所定の論
理に従って処理する論理回路を有することを特徴とする
音波検層システム。