JPS6059295A - 坑井内水位測定方法 - Google Patents
坑井内水位測定方法Info
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- JPS6059295A JPS6059295A JP58164569A JP16456983A JPS6059295A JP S6059295 A JPS6059295 A JP S6059295A JP 58164569 A JP58164569 A JP 58164569A JP 16456983 A JP16456983 A JP 16456983A JP S6059295 A JPS6059295 A JP S6059295A
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
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- G01F23/284—Electromagnetic waves
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、掘削中の地熱坑井あるいは掘削中の石油井そ
の他各種の坑井の水位を簡易かつ正確に測定する方法に
関するものである。
の他各種の坑井の水位を簡易かつ正確に測定する方法に
関するものである。
(従来技術)
地熱坑井や石油井等を掘削する場合、坑井内に泥水を注
入してドリルを回転させて掘削を行い、泥水は再び地上
に回収しているが、通常の状態では坑井内に泥水が充満
しておりその水位は地表におる。例えば地熱坑井の構造
は第1図に示すように内筒管1と外筒管2の二重管構造
から構成されており、そのうち内筒管1はドリルロッド
であ、す、先端に掘削用ビット7が取付けである。また
外筒管2はケーシングで、周囲をセメント3で固め掘削
治の崩壊の訪+l−および地下の高温地熱蒸気の地上へ
の漏出の防止を図っている。泥水は内筒管1の上端から
注入し、内筒管1と外筒管2との空隙6を経て外筒管2
の上部にあるブローアウトプレベンダー4から溢水させ
ている。従って泥水の水位5は地表にある。ところが掘
削用ビット7が地層の割れ目に当ると、注水された泥水
は割れ目に吸収され逸水状態となり、そのため水位5は
地下数百米まで下り、その上部が空間となることがある
。一方この割れ目は、ケーシング遮水する深度では坑井
内に残留した岩屑による掘管抑留防止のためセメンティ
ング施工する必要がある。また上記深度以深では割れ目
は蒸気産出個所であるだめの重要な情報である。従りて
割れ目を把握するだめに坑井内水位の測定が必要である
。また蒸気産出層の掘削は割れ目を保存するため高価な
泥水のロスを防ぐ目的で清水掘シに切替えて逸水状態の
1ま行うが、坑井内水位が低下し過ぎると熱水が沸騰を
始め、暴噴状態になるので、坑井内水位の監視は不可欠
の作業である。
入してドリルを回転させて掘削を行い、泥水は再び地上
に回収しているが、通常の状態では坑井内に泥水が充満
しておりその水位は地表におる。例えば地熱坑井の構造
は第1図に示すように内筒管1と外筒管2の二重管構造
から構成されており、そのうち内筒管1はドリルロッド
であ、す、先端に掘削用ビット7が取付けである。また
外筒管2はケーシングで、周囲をセメント3で固め掘削
治の崩壊の訪+l−および地下の高温地熱蒸気の地上へ
の漏出の防止を図っている。泥水は内筒管1の上端から
注入し、内筒管1と外筒管2との空隙6を経て外筒管2
の上部にあるブローアウトプレベンダー4から溢水させ
ている。従って泥水の水位5は地表にある。ところが掘
削用ビット7が地層の割れ目に当ると、注水された泥水
は割れ目に吸収され逸水状態となり、そのため水位5は
地下数百米まで下り、その上部が空間となることがある
。一方この割れ目は、ケーシング遮水する深度では坑井
内に残留した岩屑による掘管抑留防止のためセメンティ
ング施工する必要がある。また上記深度以深では割れ目
は蒸気産出個所であるだめの重要な情報である。従りて
割れ目を把握するだめに坑井内水位の測定が必要である
。また蒸気産出層の掘削は割れ目を保存するため高価な
泥水のロスを防ぐ目的で清水掘シに切替えて逸水状態の
1ま行うが、坑井内水位が低下し過ぎると熱水が沸騰を
始め、暴噴状態になるので、坑井内水位の監視は不可欠
の作業である。
このように掘削中の坑井内水位が測定できれば安全な掘
削を行うことができ、同時に蒸気産出層の情報をも得る
ことができる。しかしながら現在のところ掘削中に水位
を測定する・ための適当な技術は開発されておらず、従
って現状では掘削を停止してドリルを回収し、代シに検
層装置を坑井内に降下させ水位の測定を行っているが、
作業に非常な手1間を要するのみならず、掘削を停止し
た後の水位の変化によシ多くの情報を失ってしまうこと
にもなシ適切な測定手段とは云い難い。
削を行うことができ、同時に蒸気産出層の情報をも得る
ことができる。しかしながら現在のところ掘削中に水位
を測定する・ための適当な技術は開発されておらず、従
って現状では掘削を停止してドリルを回収し、代シに検
層装置を坑井内に降下させ水位の測定を行っているが、
作業に非常な手1間を要するのみならず、掘削を停止し
た後の水位の変化によシ多くの情報を失ってしまうこと
にもなシ適切な測定手段とは云い難い。
(発明の目的)
本発明はこのような坑井内水位の測定を掘削中に極めて
簡便かつ正確に行うことができるようにした方法に関す
るものである。
簡便かつ正確に行うことができるようにした方法に関す
るものである。
(発明の構成・作用)
第2図は本発明方法を実施する装置の実例を示すもので
、8は内筒管1と外筒管2との空隙6に設置した送信用
ホーンアンテナ、9は同じく受信用ホーンアンテナであ
る。10は該アンテナに接続した送受信機で、周波数掃
引発振器11、方向性結合器12、増幅器13、ミ・キ
サ14から構成されている。15は該ミキサ14と接続
したスペクトラムアナライザ、16は記録計である。ま
た第3図において17はパルス発振器、18はシンクロ
スコープである。
、8は内筒管1と外筒管2との空隙6に設置した送信用
ホーンアンテナ、9は同じく受信用ホーンアンテナであ
る。10は該アンテナに接続した送受信機で、周波数掃
引発振器11、方向性結合器12、増幅器13、ミ・キ
サ14から構成されている。15は該ミキサ14と接続
したスペクトラムアナライザ、16は記録計である。ま
た第3図において17はパルス発振器、18はシンクロ
スコープである。
本発明方法によシ地熱坑井等の坑井の水位を測定するに
は、前記のように内筒管1と外筒管2との空隙に送信用
ホーンアンテナ8および受信用ホーンアンテナ9を設置
し、該アンテナ8および9と接続した送受信機10によ
シ周波数変調した電波を発生させ、送信用ホーンアンテ
ナ8がら空隙6に放射する。すなわち送受信機10では
周波数掃引発振器11で発生した電波の一部を方向性結
合器12で分岐し、ミキサ14に入力させるとともに、
残シを増幅器13により増幅した後送信用ホーンアンテ
ナ8へ供給し、該アンテナ8がら空隙6に放射する。放
射された電波は空隙6内を伝播し、水面5で反射して受
信用ホーンアンテナ9に受信され、送受信機10のミキ
サ14に入力する。このミキサ14においては受信波と
送信波との干渉をとる。すなわちアンテナから水面まで
の距離は干渉波の周波数に比例するので、干渉波をスペ
クトラムアナライザ15で解析し、記録計16に記録す
ることにより水位を計測することができる。
は、前記のように内筒管1と外筒管2との空隙に送信用
ホーンアンテナ8および受信用ホーンアンテナ9を設置
し、該アンテナ8および9と接続した送受信機10によ
シ周波数変調した電波を発生させ、送信用ホーンアンテ
ナ8がら空隙6に放射する。すなわち送受信機10では
周波数掃引発振器11で発生した電波の一部を方向性結
合器12で分岐し、ミキサ14に入力させるとともに、
残シを増幅器13により増幅した後送信用ホーンアンテ
ナ8へ供給し、該アンテナ8がら空隙6に放射する。放
射された電波は空隙6内を伝播し、水面5で反射して受
信用ホーンアンテナ9に受信され、送受信機10のミキ
サ14に入力する。このミキサ14においては受信波と
送信波との干渉をとる。すなわちアンテナから水面まで
の距離は干渉波の周波数に比例するので、干渉波をスペ
クトラムアナライザ15で解析し、記録計16に記録す
ることにより水位を計測することができる。
第3図は第2図とは異なる実施例を示すもので、第2図
における送受信機10、スペクトラムアナライザ15お
よび記録計16をパルス発振器17、シンクロスコープ
18に置き換えたものである。
における送受信機10、スペクトラムアナライザ15お
よび記録計16をパルス発振器17、シンクロスコープ
18に置き換えたものである。
すなわちパルス発振器17で発生した電波を送信用ホー
ンアンテナ8に供給し、空隙6内に放射し、水面5で反
射した電波を受信用ホーンアンテナ9で受信し、シンク
ロスコープ18で解析する。この場合、シンクロスコー
プ18をパルス発振器17に同期させるためにトリガー
信号TRをパルス発振器17からシンクロスコープ18
に供給すれば水面5で反射したパルスの往復時間がわか
シ、その時間から直接水面5の位置を測定することがで
きる。
ンアンテナ8に供給し、空隙6内に放射し、水面5で反
射した電波を受信用ホーンアンテナ9で受信し、シンク
ロスコープ18で解析する。この場合、シンクロスコー
プ18をパルス発振器17に同期させるためにトリガー
信号TRをパルス発振器17からシンクロスコープ18
に供給すれば水面5で反射したパルスの往復時間がわか
シ、その時間から直接水面5の位置を測定することがで
きる。
本発明において電波によシ水位を測定できる理由は、第
1図のような二重管構造は電波を伝送する円形同軸導波
管と類似しておシ、電波が空隙6を伝播するからである
。また電波を第1図に示すような二重管中を伝播させる
場合、二重管の直径に比較して電波の波長が十分大きけ
れば電磁波のモードは唯一っ(TEMモード;電場が管
径方向、磁場が管周方向)に決まるが波長が短くなるに
つれてさまざまな伝播モードが現われる。例えば内筒外
径114箭φ、外筒内径319朔φの場合、450M
Hz以下の電波はTEMモードしか伝播しないが、周波
数がそれ以上になると多モードになる。特に1、6 G
Hz以上になると電場が管周方向、磁場が管径方向であ
るTEo、モードが存在し得る。電波が二重管構造を伝
播する場合、必ず管表面の高周波抵抗によって電波の減
衰が生じるが、深い水位を測定するときには、この減衰
をできる限シ小さくし、かつ内筒管の継目からの不用反
射の小さいモードを使用することが望ましく、このため
にはTEo+ モードが好適である。内筒管の外径と外
筒管の内径が前記寸法で、しかもがなり錆びておシ減衰
が大きくなると考えられる場合ですらTE、。
1図のような二重管構造は電波を伝送する円形同軸導波
管と類似しておシ、電波が空隙6を伝播するからである
。また電波を第1図に示すような二重管中を伝播させる
場合、二重管の直径に比較して電波の波長が十分大きけ
れば電磁波のモードは唯一っ(TEMモード;電場が管
径方向、磁場が管周方向)に決まるが波長が短くなるに
つれてさまざまな伝播モードが現われる。例えば内筒外
径114箭φ、外筒内径319朔φの場合、450M
Hz以下の電波はTEMモードしか伝播しないが、周波
数がそれ以上になると多モードになる。特に1、6 G
Hz以上になると電場が管周方向、磁場が管径方向であ
るTEo、モードが存在し得る。電波が二重管構造を伝
播する場合、必ず管表面の高周波抵抗によって電波の減
衰が生じるが、深い水位を測定するときには、この減衰
をできる限シ小さくし、かつ内筒管の継目からの不用反
射の小さいモードを使用することが望ましく、このため
にはTEo+ モードが好適である。内筒管の外径と外
筒管の内径が前記寸法で、しかもがなり錆びておシ減衰
が大きくなると考えられる場合ですらTE、。
モードでは−0,5dB/m程度であったがTEMモー
ドでは一13d]37mもの減衰となった。またTEM
モードでは内筒継目からの反射が著しがったのに対しT
E、1モードでは内筒継目からの反射はなかった。従っ
てT E o tモードの電波を効率良く送受信するた
めには、送信用ホーンアンテナ8および受信用ホーンア
ンテナ9を電場が管周方向を向くように配置すれば良い
。
ドでは一13d]37mもの減衰となった。またTEM
モードでは内筒継目からの反射が著しがったのに対しT
E、1モードでは内筒継目からの反射はなかった。従っ
てT E o tモードの電波を効率良く送受信するた
めには、送信用ホーンアンテナ8および受信用ホーンア
ンテナ9を電場が管周方向を向くように配置すれば良い
。
第4図にTEMモード(a)およびT E o 1%
)” (b)の電磁界を示し、第5図にホーンアンテナ
の電磁界を示す。これらの図で実線は電界、点線は磁界
を示す。電波を効率良く送受信するためには、空隙6の
全面を利用することが望ましいので、送受信ホーンアン
テナの形状は第6図に示すような構成にすることが適当
である。すなわちホーンアンテナを空隙6の形状に合わ
せ、円錐半割シ状に形成し、かつその縁部19,20の
曲率半径が内筒管および外筒管の半径とはぼ等しく形成
し、寸だ中心に形成される溝21の傾斜を緩やかに形成
する。
)” (b)の電磁界を示し、第5図にホーンアンテナ
の電磁界を示す。これらの図で実線は電界、点線は磁界
を示す。電波を効率良く送受信するためには、空隙6の
全面を利用することが望ましいので、送受信ホーンアン
テナの形状は第6図に示すような構成にすることが適当
である。すなわちホーンアンテナを空隙6の形状に合わ
せ、円錐半割シ状に形成し、かつその縁部19,20の
曲率半径が内筒管および外筒管の半径とはぼ等しく形成
し、寸だ中心に形成される溝21の傾斜を緩やかに形成
する。
(実施例)
次に本発明により坑井内の水位を測定した実例を示す。
内径265簡φの外筒管の中に外径85闘φの内筒管を
配置し、外筒管と内筒管の隙間に送受信アンテナを設置
し、実験のため外筒管と内筒管との隙間に存在する水の
水位を変化させつつ水面に向けて周波数変調した1 0
GHzの電波を放射し、水面で反射する電波と混合し
た混合波の干渉周波数を測定したところ送受信アンテナ
と水面との距離に比例した干渉周波数の信号が得られた
。またこの場合二重管内での電波のモードを変えると内
筒管継手部分からの反射を小さくシ、電波の減衰を小さ
くすることができる。第7図はその結果を示すもので、
同軸導波管のTEMモードに対応する(a)では、ホー
ンアンテナから反射する電波に比べて水面から反射する
電波は減衰が大きく、しかも内筒管継手からの反射も現
われているが、TEo1モードに対応する(b)では水
面から反射する電波の載置に+ I+ 7−、f> I
ff 、1、−!/%h tJ!<−A、? n)E
a+ i 工EI +れず効率良く測定することができ
る。なおこの図で○印はホーンアンテナからの反射、X
印は継ぎ目からの反射、マ印は水面からの反射を示し、
Pは偏波面を示す。また外筒管の内径318.5 ta
nφ、内筒管の外径114.3 ++noφの二重管か
らなる坑井の水位を変化させながら干渉波スペクトラム
のピーク周波数を測定したところ第8図に示すような結
果を得だ。この結果から誤差1%以内の精度で測定でき
ることが確認された。また測定範囲は本実施例の場合、
反射波の減衰を−0,5dB/m程度とすれば200r
rt程度の距離の水位の測定を行うことができる。但し
本実施例ではtOGHzの周波数の電波を用いたが、1
戊波の減衰は周波数の平方根に比例しているので、周波
数を下げることによって測定範囲を広げることが可能で
ある。因みに周波数を2GHzにすると測定範囲は45
0m程度になる。
配置し、外筒管と内筒管の隙間に送受信アンテナを設置
し、実験のため外筒管と内筒管との隙間に存在する水の
水位を変化させつつ水面に向けて周波数変調した1 0
GHzの電波を放射し、水面で反射する電波と混合し
た混合波の干渉周波数を測定したところ送受信アンテナ
と水面との距離に比例した干渉周波数の信号が得られた
。またこの場合二重管内での電波のモードを変えると内
筒管継手部分からの反射を小さくシ、電波の減衰を小さ
くすることができる。第7図はその結果を示すもので、
同軸導波管のTEMモードに対応する(a)では、ホー
ンアンテナから反射する電波に比べて水面から反射する
電波は減衰が大きく、しかも内筒管継手からの反射も現
われているが、TEo1モードに対応する(b)では水
面から反射する電波の載置に+ I+ 7−、f> I
ff 、1、−!/%h tJ!<−A、? n)E
a+ i 工EI +れず効率良く測定することができ
る。なおこの図で○印はホーンアンテナからの反射、X
印は継ぎ目からの反射、マ印は水面からの反射を示し、
Pは偏波面を示す。また外筒管の内径318.5 ta
nφ、内筒管の外径114.3 ++noφの二重管か
らなる坑井の水位を変化させながら干渉波スペクトラム
のピーク周波数を測定したところ第8図に示すような結
果を得だ。この結果から誤差1%以内の精度で測定でき
ることが確認された。また測定範囲は本実施例の場合、
反射波の減衰を−0,5dB/m程度とすれば200r
rt程度の距離の水位の測定を行うことができる。但し
本実施例ではtOGHzの周波数の電波を用いたが、1
戊波の減衰は周波数の平方根に比例しているので、周波
数を下げることによって測定範囲を広げることが可能で
ある。因みに周波数を2GHzにすると測定範囲は45
0m程度になる。
(発明の効果)
以上説明したように本発明によれば地熱坑井あるいは石
油井その他の坑井のケーシング内に存在スル水ノ水位の
測定を正確かつ簡便に行らとム充でき、その効果は極め
て大きい。
油井その他の坑井のケーシング内に存在スル水ノ水位の
測定を正確かつ簡便に行らとム充でき、その効果は極め
て大きい。
第1図は地熱坑井の構造を示す説明図、第2図は本発明
方法の実例を示す説明図、第3図は本発明の第2図とは
異る実例を示す説明図、第4図(a)は本発明における
電波のTEMモードの電磁界を示す説明図、(1))は
同じ(TEotモードの電磁界を示す説明図、第5図は
ホーンアンテナの電磁界を示す説明図、第6図は本発明
における送受信アンテナの形状を示す説明図、第7図は
本発明における電波の載設状態を示す説明図、第8図は
干渉波のスペクトラムのピーク周波数と水面までの距離
との関係を示すグラフである。 1:内筒管 2:外筒管 3:セメント 4ニブローア
ウドプレベンダー 5:水位 6:空隙7:掘削用ビッ
ト 8:送信用ホーンアンテナ9:受信用ホーンアンテ
ナ 10:送受信機11:周波数掃引発振器ゝ 12二
方向性結合器13:増幅器 14:ミキサー 15ニス
ペクトラムアナライザー 16:記録計 17:パルス
発振器 18ニシンクロスコープ 19,20:縁部
21:溝 出願人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 第1図 第3図 第4図 (a) (1)) 8(9) 第(5’IXI 第7図 (a)(b) 第8図 IF ピーク 同 シ皮 臥
方法の実例を示す説明図、第3図は本発明の第2図とは
異る実例を示す説明図、第4図(a)は本発明における
電波のTEMモードの電磁界を示す説明図、(1))は
同じ(TEotモードの電磁界を示す説明図、第5図は
ホーンアンテナの電磁界を示す説明図、第6図は本発明
における送受信アンテナの形状を示す説明図、第7図は
本発明における電波の載設状態を示す説明図、第8図は
干渉波のスペクトラムのピーク周波数と水面までの距離
との関係を示すグラフである。 1:内筒管 2:外筒管 3:セメント 4ニブローア
ウドプレベンダー 5:水位 6:空隙7:掘削用ビッ
ト 8:送信用ホーンアンテナ9:受信用ホーンアンテ
ナ 10:送受信機11:周波数掃引発振器ゝ 12二
方向性結合器13:増幅器 14:ミキサー 15ニス
ペクトラムアナライザー 16:記録計 17:パルス
発振器 18ニシンクロスコープ 19,20:縁部
21:溝 出願人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 第1図 第3図 第4図 (a) (1)) 8(9) 第(5’IXI 第7図 (a)(b) 第8図 IF ピーク 同 シ皮 臥
Claims (4)
- (1)坑井において、ボーリングロッドとケーシングパ
イプの空隙に電波を放射し、ケーシングパイプ内の水の
表面で反射した電波を受信することによシ反射位置を検
出することを特徴とする坑井内水位測定方法。 - (2)放射する電波を周波数変調して、反射する電波と
混合し、混合波の干渉周波数を測定することによ)反射
波の往復時間を計測し、反射位置を検出することを特徴
とする特許請求の範囲第(1)項記載の坑井内水位測定
方法。 - (3)パルス変調した電波を放射して、反射する電波の
時間遅れを測定することにより反射位置を検出すること
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の坑井内水
位測定方法。 - (4)放射する電波のモードを、ボーリングロッドのお
よびケーシングパイプ表面を流れる高周波電流による電
波の減衰の少いものにするととを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載の坑井内水位測定方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58164569A JPS6059295A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | 坑井内水位測定方法 |
NZ209403A NZ209403A (en) | 1983-09-07 | 1984-08-31 | Radar measures water level in well during drilling |
US06/647,181 US4621264A (en) | 1983-09-07 | 1984-09-04 | Method and apparatus for measuring water level in a well |
IT22545/84A IT1176661B (it) | 1983-09-07 | 1984-09-06 | Metodo ed apparecchiatura per misurare il livello dell'acqua in un pozzo |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58164569A JPS6059295A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | 坑井内水位測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6059295A true JPS6059295A (ja) | 1985-04-05 |
JPH0157237B2 JPH0157237B2 (ja) | 1989-12-05 |
Family
ID=15795655
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JPS6059295A (ja) |
IT (1) | IT1176661B (ja) |
NZ (1) | NZ209403A (ja) |
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-
1984
- 1984-08-31 NZ NZ209403A patent/NZ209403A/xx unknown
- 1984-09-04 US US06/647,181 patent/US4621264A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-09-06 IT IT22545/84A patent/IT1176661B/it active
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IT1176661B (it) | 1987-08-18 |
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IT8422545A0 (it) | 1984-09-06 |
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