JPH09501504A - さく井における即時音響検層法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 音響源として、ボーリング装置一式（１２）の先端に配置され、さく井（１８）のなかで回転するボーリングドリル（１６）を使用する、石油ボーリングに使用可能な即時音響検層方法において、ボーリング装置一式（１２）の上端（２２）で、回転するボーリングドリル（１６）によってボーリング装置一式のなかで発生する振動を測定するステップと、ドリル（１６）から離れた地上（２８）の少なくとも一ヶ所（２４、２６）で、ドリル（１６）によって発信される音響信号を捕捉するステップと、さく井（１８）を取り囲む岩石（３２、３４、３６）に関するデータを得るためにこれらの信号を処理するステップとを含む方法であって、ドリル（１６）から発信されたパイロット信号の性質を推測するためにボーリング装置一式（１２）の上端（２２）で測定される振動を処理する追加の予備ステップを含み、さく井を取り囲む岩石に関するデータが地上（２８）で捕捉された音響信号とドリル（１６）によって発信されるパイロット信号を比較することによって得られることを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】 さく井における即時音響検層法 本発明は、さく井における即時音響検層、より一般的にはさく井を取り囲む地 下層の音響特性の連続測定法に関するものである。 ボーリング作業の最中に、地下層に対して検層と呼ばれるいくつかの物理的測 定が行われる。 これらの検層のなかにはいわゆるボーリング作業中に行われるものがあり、こ れが即時検層である。それに対して、他の検層はボーリング作業を中断して行わ れ、遅延検層といわれる。 このようにして行われる検層によって、横断する地層についてさらに良く知る ことができ、このことからボーリングをより良く監督できると同時に、炭化水素 やその他の鉱層の探査に直接役立てることができる。 即時検層については、振動源として、特定の音響発信機ではなく、ボーリング ドリルそのものを使用することがすでに提案されている。たとえばサーキュラバ イト型のボーリングドリルは、衝撃によってさく井の切羽面に働きかけ、この衝 撃が音響信号を発生する。 フランス特許ＦＲ−Ａ−２，５６４，９８０号は、音響信号源としてボーリン グドリルを使用し、ボーリングロッド列のなか及びさく井が通る地下で振動を発 生させるバイトの歯による岩石の磨耗または破壊を利用する即時音響検層法につ いて述べている。これらの音響振動は、ボーリングロッド列の上端に配置された 受信器及びさく井から離れた地点において地上に配置された受信器によって同時 に捕捉される。これらの信号の処理は、それらの信号を比較することによって、 音響検層またはさく井のなかの地震型測定で供給されるのと同類のさく井を取り 囲む岩石に関する情報を得ることを可能にする。 しかしながら、フランス特許ＦＲ−Ａ−２，５６４，９８０号は、ドリルから 地表に向って伝播するときにそれぞれ変形された２つの信号を比較しながら解釈 が行われる限りにおいては不都合を生じる。つまり、片方の信号は密度の異なる 数多くの岩石層を通り、もう一方の信号はボーリングロッド列に沿って通る。 このタイプの方法によって得られたさく井を取り囲む岩石に関する情報は、地 上に配置された受信器によって捕捉された信号を、ロッド列の上端で捕捉された 信号ではなくて、パイロッ ト信号と呼ばれるボーリングドリルによって発信される信号と比較できれば、よ り的確またより正確なものとなるであろう。というのも、ロッド列の上端で捕捉 された信号はパイロット信号に対して変形しているからである。 したがって、本発明は、ロッド列の上端で採取された測定値に基づいて、パイ ロット信号を地表で捕捉された信号と比較することができるように、ボーリング ドリルによって発信されるパイロット信号の性質を決定することができるような 即時音響検層方法を対象とする。 このため、本発明は、音響源として、ボーリング装置一式の先端に配置され、 さく井のなかで回転するボーリングドリルを使用する即時音響検層法を提案する が、この方法は、ボーリング装置一式の上端で、回転しているボーリングロッド によって装置一式のなかで生じる振動を測定し、ドリルから離れた地上の少なく とも一ヶ所で、ドリルによって発信される音響信号を捕捉し、さらにさく井を取 り囲む岩石に関するデータを得るためにこれらの信号を処理するというステップ を有し、さらにこの方法は、さく井を取り囲む岩石に関するデータが、地上で捕 捉された音響信号をドリルによって発信されるパイロット信号 と比較することによって得られるので、ドリルから発信されるパイロット信号の 性質を推測できるように、ボーリング装置一式の上端で測定された振動の処理と いう追加ステップを備えていることを特徴とする。 このような方法は、さく井を取り囲む岩石に関する情報の的確さと正確さを著 しく増大させるという利点を有する。 本発明の他の特徴及び利点は、以下に説明を、限定的でなく例示的なものとし て示す添付の図面を参照しながら読めば明らかになるであろう。 第１図は、本発明による方法において使用される手段と地下の断面を示す図で ある。 第２図は、地表で記録された力と加速度の２本の曲線を表す図である。 第３図は、本発明によって決定された力と加速度の２本の曲線を表す図である 。 第４図は、さく井の底部で記録された力と加速度の２本の曲線を表す図である 。 第１図に示されているようにボーリング用の櫓１０は、ロッド列１４とボーリ ングドリル１６を備えており、一般に１２で 示されたボーリング装置一式を支えている。地下のさく井１８中に伸びているボ ーリング装置一式１２は、櫓１０の低部に配置された回転テーブル２０によって 回転する。 ボーリング装置一式１２はその上端に、センサアセンブリ２２を備えているが 、このアセンブリは回転テーブル２０の上方に配置されていることが望ましい。 地中聴音器のようなセンサ２４、２６はさく井１８から等距離となるように地表 ２８に配置されている。センサアセンブリ２２と地中聴音器２４、２６は、ケー ブルあるいは遠隔測定によって以下に詳しく述べる処理センター３０に結びつい ている。 ここで示されている実施例ではバイトタイプのボーリングドリル１６の回転・ 衝撃は、２本の主要経路に沿って、継続的に伝播する波を生じる。 第一の経路はボーリング装置一式１２によって構成され、振動波はセンサアセ ンブリ２２によって捕捉される。第二の経路は、ドリル１６と地表２８との間に 位置し、掘削される一つまたは複数の地層によって構成される。ここで示されて いる実施例では、地下は、反射面Ｒ₁とＲ₂を規定する３つの地下累層３２、３４ 、３６に分割される。 地震源とみなすことができるボーリングドリル１６によって地中聴音器２６に 伝達される振動エネルギーは、複数の異なる音響経路をたどる。第一の音響経路 ３８は直接的であり、地中聴音器２６への第一の到達に対応している。第二の音 響経路４０は、反射面Ｒ₁とＲ₂における連続反射後にその地中聴音器２６に達す る。音響経路３８、４０のうちのいずれかに沿って伝播される弾性波によって生 じる信号が記録される瞬間は、介在する反射の数にしたがって多少なりとも時間 的にずれるであろう。 一方、ボーリング装置一式１２によって伝播されるボーリングドリル１６によ って生じた振動波は、センサアセンブリ２２によって捕捉される。地中聴音器２ ４、２６によって受信された信号とセンサアセンブリ２２によって受信された信 号の比較から、さく井１８の周囲にあるさまざまな地層の性質を決定することが できる。 本発明によれば、方法の精度を改良するために、パイロット信号と地中聴音器 ２４、２６によって捕捉された信号を比較する前に、ボーリングドリル１６によ って発信されたパイロット信号の正確な性質を決定するために、センサ２２によ ってボーリング装置一式１２の上端で捕捉された信号をあらかじめ処理する。 地表で受信された信号は特に、その発信源として、ドリルによって発生した低 周波数を有しているが、これはドリルの形状または回転速度もしくはその両方に よって異なる。 パイロット信号の決定は２つのステップで行われる。第一ステップでは、ドリ ルによって発信される信号の伝達の質をチェックする。これはまた、ドリルによ って発生する低周波数成分が、地表で測定された信号のエネルギーのかなりの部 分、たとえばおよそ５０％を占めていることをチェックしながら行われる。 信号の品質が確認されたら、センサ２２によってボーリング装置一式１２の上 端で採取された力と加速度の測定値からパイロット信号を決定する。このために 、ボーリング装置一式は、それぞれが基本的伝達機能Ｍ_rodによって表される一 列のロッドで構成されるとみなすことができる。ボーリング装置一式の総合的伝 達機能Ｍ_boringは基本的伝達機能の積を求めることで得られる。 パイロット信号の力（Ｆ_pilot）と加速度（Ａ_pilot）の決 定は、総合的伝達行列によって対応する地表信号（Ｆ_surfaceまたはＡ_surface） を乗ずることによって行われる。 基本的な各伝達行列Ｍ_rodは、以下のように表される。 ただし 上式で Ｌ：ロッドの長さ ａ：ロッド内の振動伝播速度 ｓ：ロッドの断面積 ｃ：ロッド内の振動の減衰 ρ：ロッドの密度 ｊ：複素数（ｊ²＝−１） このように、地表で測定された力と加速度の信号にこの伝達行列を適用するこ とによって、ドリルによって発信される力と加速度の値を決定することができる 。続いてこれらの値は、地中聴音器によって採取された測定値と比較される。 第２図は、時間に対する地表で測定された力と加速度の変化を示す２本の曲線 を有している。第３図は、本発明による方法に基づいて決定される力と加速度を 表す同類の２本の曲線を有している。さらに、第４図は、実験的にボーリングド リルの真上に置かれた測定器具によって記録された力と加速度の測定値を表す第 ３図と同類の２本の曲線を有している。見るとわかるように、本発明の方法によ って決定された値は、さく井の底部で記録された測定値に十分対応している。 本発明による方法は、ボーリングドリルを超えて地震範囲を改善するという利 点をさらに有している。 センサ２２は、ボーリング装置一式１２の力学的軸方向力と軸方向加速度を測 定するための軸方向センサであってもよいし、ねじれのトルクと加速度を測定す るためのねじれセンサであってもよい。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０１Ｖ 1/28

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．音響源として、ボーリング装置一式の先端に配置され、さく井のなかで回転 するボーリングドリルを使用する即時音響検層方法において、ボーリング装置一 式の上端で、回転するボーリングドリルによってボーリング装置一式のなかで発 生する振動を測定するステップと、ドリルから離れた地上の少なくとも一ヶ所で 、ドリルによって発信される音響信号を捕捉するステップと、さく井を取り囲む 岩石に関するデータを得るためにこれらの信号を処理するステップとを含む方法 であって、ドリルから発信されるパイロット信号の性質を推測するためにボーリ ング装置一式の上端で測定される振動を処理するという追加の予備ステップを有 し、さく井を取り囲む岩石に関するデータが地上で捕捉された音響信号とドリル によって発信されるパイロット信号を比較することによって得られることを特徴 とする方法。 ２．ボーリング装置一式の上端で測定される振動の処理が、使用されるボーリン グ装置一式の代表的な伝達機能を適用することによって行われることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載 の方法。 ３．ボーリング装置一式のなかで発生する振動を測定できるように、軸方向セン サまたはねじれセンサを使用することを特徴とする請求の範囲第１項または第２ 項に記載の方法。