JPS62159083A - 時間領域誘導偏波ロギングの方法と装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は／９ｇ２年／／月り乙日付与のノーロルド・ジ
エー・ゲイネガ−他（Ｈａｒｏｌｄ　Ｊ−Ｖｉｎｓｇａ
ｒ　ａｎｄＭｏｎｒｏｅ　Ｈ，Ｗａｘｍａｎ　）による
米国特許第％３！；９．Ａｇり号に述べられているよう
な誘導偏波ロギング・システムに関するものである。こ
の特許では現場測定を使用する頁岩、砂、累層の単位孔
体績Ｑｖ当りの陽イオン交換容量、電解液導電率ＣＷ、
および水飽和率ＳＷを判定するための誘導偏波ロギング
のツールと方法について説明されている。特に、この特
許では電流電極および帰還電極をそなえた絶縁されたゾ
ンデ、ならびに同相導電率、直角導電率および位相推移
を判定するための手段を有するロギング・シールについ
て説明されている。このように説明された誘導偏波ロギ
ング・ツールにより、試錐孔の入った累層を評価する九
めの非常に改善された手段が得られる。

従来の技術 上記特許に説明されているシステムは「周波数領域」誘
導偏波システムである。すなわち交流（ＡＣ）信号が与
えられた周波数で連続的に累層に与えられる。（連続的
または密な間隔のサンプリングで行なわれた）測定の結
果はたとえば第２図に示すようなグラフによって表わす
ことができる。この表現では、データは楕円上の一連の
点に対応する。図示するように、楕円の中心の垂直オフ
セットは累層のセルフポテンシャル（ｓｐ）を表わし、
水平オフセットはオフセット・カレント（ＯＣ）を表わ
す。時々、種々の周波数を選択することができる。そし
てＡＣ信号入力の適正な制御によって、零電流オフセッ
トを達成することもできる。上記特許に説明されている
ように、楕円の半長軸および半焼軸によって同相および
直角の導電率を判定することができる。

周波数領域の誘導偏波ロギングが有力になっても、いく
つかの制限がある。たとえば、７つの制限は任意の時点
に測定が７つの離散的な周波数で行なわれるということ
である。もう１つの制限は刺激電圧が印加されるのと同
時に累層応答信号が読出されるということである。しか
し、信号の同相外部分は同相の信号部分に比べて大きさ
が数桁小さい。したがって通常は、信号の同相部分と同
相外部分の両方を同時に記録するため過負荷しないよう
に増幅器利得を希望値の／／１０００以下に設定しなけ
ればならないかも知れない。その結果、それから直角導
電率を判定する信号の同相外部分または直角部分に対す
る信号対雑音比が小さくなる欠点がある。第３の制限は
試錐孔をロギングし得る速度についての制約に関連して
いる。特に低周波での周波数領域のロギングでは、ＡＣ
電流／サイクルの間にツールはかなシの距離−多分もう
１つの累層の中にかなり入るところまで−動くことがあ
り得る。もう７つの累層抵抗率はかなり異なっているこ
とがあり、同相外電圧は同相電圧と同時に測定されるの
で、小さな同相外応答は新しい累層の抵抗率によってか
なり変る。

このように誘導偏波ロギングのための改良された方法お
よび装置はなお必要とされる。理想的には、このような
方法および装置は同相性応答信号を受けるためダイナミ
ック・レンジがかなり改良され、複数の周波数で累層応
答を同時に調べることができ、かなシ改良されたロギン
グ速度で連続的に試錐孔をロギングすることができるも
のとなる。

発明の目的 したがって、本発明の７つの目的は大地累層のパラメー
タを測定するための改良された誘導偏波ロギングの装置
および方法を提供することである。

発明の構成および利点 本発明による誘導偏波ロギング装置には、大地累層に対
してほぼ一定の電気刺激信号を印加した後、上記刺激信
号を除去することを交互に行なって時間領域の偏波応答
を誘導するための電流源手段、上記電流源手段によって
累層の中に誘起される時間領域の電圧および電流の振幅
および位相を測定するための測定手段、ほぼ上記電流源
手段のサイクリングで上記測定手段の増幅レベルを一時
的にゲーティングするための増幅制御手段が含まれてｂ
る。

本発明による誘導偏波ロギング方法には、大地系１に対
するほぼ一定の電気刺激信号の印加とその後の信号の除
去を交互に繰り返して累層の中に時間領域偏波応答を誘
導するステツｆ（工程）、このようにして累層内に誘導
される時間領域の電圧および電流の振幅および位相を測
定するステップ（工程）、ならびにほぼ上記刺激信号の
サイクリングで上記測定ステップの増幅レベルを一時的
にゲーティングするステップ（工程）が含まれている。

簡単に述べると、本発明による誘導偏波ロギングの装置
および方法は時間領域で動作し、増幅器の利得は電流サ
イクルのオフ部分の間に切換えられる。本発明の好まし
い実施例では、印加電流はたとえば極性が交互に変り、
電流オン時間と電流オフ時間が独立に変えられる方形波
として断続的に累層に与えられる。このようなプロセス
では、印加信号と応答信号は時間的に分離されている。

これには同相外の信号測定の間にかなシ大きなダイナミ
ック・レンジが可能になるという著しい利点がある。す
なわち、刺激信号が除去されたとき、増幅器利得は累層
同相外応答信号の完全な読取ｐに適当なだけ上げること
ができる。ダイナミック・レンジが改良されたというこ
とは、孔の中のアナログ−ディジタル変換器に必要なビ
ット数が少なくて済むということを意味し、設計が簡単
になり安定度が増す。

時間領域ロギングのもう１つの利点は簡単なフーリエ解
析が示すように解析時の・ぐルス状励起信号が実際に複
数の周波数で構成されるということである。したがって
本発明の好ましい実施例では、数個の異なる周波数に対
する誘導偏波ロギングの結果はたとえばラプラス変換に
よって応答を解析する７つのパスで同時に得ることがで
きる。

時間領域誘導偏波ロギングには試錐孔のロギング速度の
向上という更にもう７つの利点がある。

すなわち、刺激信号がターンオフされたとき、累層から
測定される後続の応答は動いているツールではなく固定
した累層から到来することは理解し得る。したがって、
応答信号測定中に、高速で動くツールは実際に他の累層
の中に若干進んでもよく、測定が混乱することはない。

これは抵抗率すなわち同相応答（印加された刺激すなわ
ちチャージング）が偏波すなわち直角応答（減退）から
時間分離していることによって直接生じる。

実施例の説明 本発明の上記および上記以外の目的および利点は以下の
説明と図面によって明らかとなる。

以下、図面を参照して本発明による新しくかつ改良され
た時間領域誘導偏波ロギング装置およびそのための方法
について説明する。第１図は地表下の大地累層１０を調
査するため試錐孔／／の中に配置された誘導偏波ロギン
グのツールまたはゾンデ／３の代表的な実施例を示す。

当業界では普通に行なわれているように、試錐孔／／に
は導電性の穿孔流体または泥／２が入れられる。

ゾンデ／３は米国特許第弱３３９，６ｇ７号（上記）お
よび第１！、＆　ｇ　３．θダ乙号に述べられているよ
うなものと類似しており、その開示内容は参考のためこ
こに含まれている。第１図の利得切換可能増幅器１１０
を除くと、この回路は米国特許第４　ｓ　ｇ　、？、　
ｏ　ｑ６号に述べられているものとほぼ同じであるので
、ここでは詳細に説明しない。

ゾンデの動作に使用される種々の電気回路を収容した凡
用電子ユニット／４！を囲むゾンデ・Ｉ・ウジングが多
導体グープル／！によって地表から吊下げられている。

地表では、通常のウィンチとドラムの機構（図示しない
）によってクープル１５が試錐孔に繰入れたシ繰出され
たりする。ツール制御、データ処理と計算、および記録
が地表のクロックで制御された電流源／７、電子回路／
ｇ。

および記録器／９Ｖｃよって通常の方法で行なわれる。

しかし、従来技術の誘導偏波ロギングのシステムおよび
方法と異なり、本発明では固定した単一周波数のＡＣ電
流が累層に印加されない。そのかわりに、第３図（実際
の時間領域の誘導偏波ロギング波形のプロット）に示す
ように、ほぼ一定の電流信号が大地累層に印加された後
除去されるという動作が交互に繰返される。印加される
信号または刺激は電流線２５（第３図）によって表わさ
れ、その結果として生じる累層１０の誘導時間領域偏波
応答（１００倍に増幅したもの）が線３０で表わされて
いる（第３図）。（線３０によって表わされる電圧は実
際には電流オン時間の間のスケールになっており、した
がって崩壊電圧だけが示されている。）図でわかるよう
に好ましい実施例では印加される電流の極性が交互に変
る。第３図からも明らかなように、電流が累層に印加さ
れる期間３３は必らずしも「休止」期間すなわち電流オ
フ期間３１Ｉと同じ継続時間ではない。

解析的には、記録器／ヲおよび電子回路／ｇによって記
録される時間領域波形は電流波形と受信器および累層の
時間応答関数の畳込みである。

Ｖ（ｔ）＝　ρ（ｔ）　＊ｉ　（ｔ）＊ｒ　（ｔ）＊（
Ｇｖ／Ｋ　）　　　　（１）ここでＶ（りは電圧波形、
ρ（１）は累層の複素抵抗率の時間応答、ｉ　（ｔ）は
電流波形、ｒ　（ｔ）は受信器システムの時間応答、勾
は受信器増幅器の電圧利得、Ｋはツールの幾何学的係数
であり、星印は畳込みを表わす。

Ｖ（ｔ）をフーリエ変換すると次式が得られる。

ＶＶ）＝ｐＶ）、　Ｉ（Ａ−Ｒ（ｆ）−（Ｇ、／Ｋ）　
　　　（２）ここでＶＶ）は電圧波形のスペクトル、ρ
σ）は累層の伝達応答、■（イ）は印加電流のスペクト
ル、Ｒ（Ａは受信器システムの伝達応答である。

累層の複素抵抗率応答を分離するために、伝送される電
流波形は較正用の非誘導性の孔電流抵抗ＲＯを介して記
録される。次にこの波形のフーリエ変換によって電流較
正関数Ｃ（ｆ）が得られる。

Ｃ（ｆ）＝　Ｒｏ　−Ｉ　Ｃｆ）　−Ｒ（ｆ）−Ｇｅ（
３）ここでＧは受信器内の電流増幅器の利得を表わす。

ｖ（ｆ）をＣＶ）で正規化すれば、 もちろん、ラグラス変換を使って同様の結果を得ること
ができる。

累層応答が線形であれば、時間領域モードと周波数領域
モードで同一の結果が得られる。しかし、時間領域動作
の主な利点は電流がオフである時間の間に誘導偏波減退
電圧が測定されるということである。すなわち、測定さ
れた信号は印加された信号から時間的に分離されている
。したがって、ツールが別の累層に移るときのような抵
抗率の変化が時間領域の測定に及ぼす影響はかなり小さ
い。

これにより確度を損なわずにａギング速度がかなり大き
くなる。更に、時間領域波形のチャージング部と減退部
を測定するため利得の異なる別々の増幅器を使うことが
できる（単にチャージング期間の間により敏感な減退監
視増幅器が飽和できるようにする）。あるいは対応する
異なる利得に対して正しく時間ゲーティングされた７つ
の増幅器を同様に使うことができる。更にもう７つの実
施例はダイナミック・レンジが数桁の７つの対数増幅器
を使うものであシ、このような増幅器は自動的な時間に
よる増幅利得ゲーティングを有効に行なうが、外部クロ
ックと制御論理の接続を行なう必要はない。このような
対数増幅器は米国特許第Ｚ５０に３’ｌ−６号に述べら
れている増幅器コ３のかわりとなり、ＤＣ結合された高
入力インピーダンス対数増幅器で構成される。したがっ
て、誘導偏波測定のダイナミック・・レンジは周波数領
域の測定と同様に抵抗率の同時測定の必要性によって制
限されない。むしろ、増幅レベルは電流源のサイクリン
グに応答して、またはそれと協同して、好みに応じて能
動的または受動的に時間ゲーティング（すなわち変化と
制御）ｔ−行なうことができる。

第を図乃至第６図は増幅レベルに対して時間ゲーティン
グされた変更を行なうための代表的な回路を示す。各図
は利得切換可能な電圧増幅器ｌＩＯであり、その動作は
図から容易に明らかとなる筈である。第を図では図面を
わかりやすくするため第１図からのクロックおよび制御
論理（ＣＣＬ）が再び示されている。第１図ではスイッ
チ弘０はツールの電流オン・サイクルと電流オフφサイ
クルに同期して低レベル増幅器（利得＝／　）’Ｉｇと
高利得増幅器（利得＝ｉｏｏｏ＞ｐヲとの間を行ったり
来たシする。

第３図は第を図の回路に類似した回路を示す。

異なる点は単独の増幅器タコが使用されていること、お
よびその利得がツールのクロック−制御論理ＣＣＬの制
御のもとに利得スイッチ５Ｆによって切換えられること
である。利得スイッチ、５−４は増幅器５ユの帰還ルー
プの適当な抵抗のスイッチングを行なう。

第６図は更にもう７つの適当な利得切換可能な電圧増幅
器を示しており、第３図の３グに類似した利得スイッチ
Ｓｑ′が設けられている。利得スイッチ、！−１Ｉ’は
レベル検出器３７によって制御される。

レベル検出器Ｓ７は電流増幅器２１１（第１図）の報告
する電流の変化を検出する。

前に説明したように、本発明は数個の異なる周波数、す
なわち印加された方形波刺激信号に存在する周波数で累
層誘導偏波応答を実際に測定する。

次にこれらの周波数は応答波形の公知技術のフーリエ解
析で明らかとされる。印加電流の除去に続いて電流源手
段によって累層に誘導される時間領域の電圧および電流
の振幅および位相がこのよ５に測定され、やはシ前述し
たように測定値とそれらの解析はフーリエ変換によって
容易に行なうことができる。このように累層の直角の抵
抗率が容易に判定される。大地の累層の抵抗率は定電流
刺激信号が印加されている期間中に素早くかつ安定して
到達する累層の定常状態の導電率から容易に判定される
。更に、累層の瞬時電位は単に累層応答のフーリエ変換
で得られるＤＣ項である。

このように本発明は信号応答のダイナミック・レンジが
大幅に改良され、複数の周波数で累層応答を同時に調べ
ることができ、かつ大幅に改善されたロギング速度で連
続的に試錐孔をロギングすることができる誘導偏波ロギ
ングのための大幅に改善された方法および装置を提供す
る。したがって、本発明は高感度であるだけでなく、多
様な累層解析の状況での広範囲な用途に適している。た
とえば、試錐孔で使えるようにできるだけでなく、本発
明は地表に持ってきた累層サンプルの詳細な解析に使用
することもできる。また主として累層に印加される制御
された電流で構成される刺激信号について本発明の説明
を行なったが、そのかわりに所定の電圧信号を印加でき
ることは明らかである。この場合、累層への流入電流が
監視される。

したがって、ここで述べた方法および装置形式は本発明
の好ましい実施例を構成するが、本発明はこれらの詳細
な方法および装置形式に限定されるものでないこと、お
よび発明の範囲を逸脱することなく変更を加え得ること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は数個の大地累層を貫く試錐孔およびその中に配
置された本発明による誘導偏波ロギング・ツールの横断
面図である。第２図は周波数領域のロギング・ツールで
得られる従来技術の測定信号のプロットである。第３図
は時間領域誘導偏波ロギング波形のプロットであり１時
間は右から左へと経過する。第１図は第１図に示すロギ
ング・ツールで使用可能で、利得の異なる２個の増幅器
をそなえた１個の利得切換え可能な電圧増幅器を更に詳
しく示している。第３図は増幅器利得を変えるための調
整可能な帰還をそなえた単一増幅器を有するもう７つの
適当な利得切換可能な電圧増幅器を示す。第６図は電流
オン時間および電流オフ時間を検出して利得レベルを変
えるため電流増幅器に結合された更にもう７つの利得切
換可能な電圧増幅器を示す。第１図は電流オン期間と電
流オフ期間に対応する増幅器利得Ｇの代表的な図である
。 符号の説明 ／ｌ・・・電子ユニット、／！・・・多導体ケーブル、
／り・・・制御された電流源、７ｇ・・・電子回路、／
？・・・記録器、ｑｇ、弘ヲ・・・低レベル増幅器と高
利得増幅器、！２・・・単独の増幅器、Ｓ弘・・・利得
スイッチ、５７・・・レベル検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）大地累層のパラメータを測定するための時間領域
   誘導偏波ロギング装置に於いて： （ａ）大地累層にほぼ一定の電気刺激信号を印加した後
   、上記刺激信号を除去する動作を交互に行なって大地累
   層内に時間領域偏波応答を誘導する電流源手段、 （ｂ）上記電流源手段により累層内に誘導される時間領
   域の電圧および電流の振幅および位相を測定するための
   測定手段、および （ｃ）ほぼ上記電流源手段のサイクリングで上記測定手
   段の増幅レベルを時間的にゲーテイングするための増幅
   制御手段、 を含む事を特徴とする時間領域誘導偏波ロギング装置。 （２）上記電流源手段に更に、第１の所定時間の間、上
   記刺激信号を印加した後、上記第１の所定時間と異なる
   第２の所定時間の間、上記刺激信号を除去する動作を交
   互に行なう手段も含まれている特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 （３）上記電流源手段は更に、極性が交互に変る刺激信
   号を印加するための手段を含む特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 （４）上記測定手段は更に、累層の瞬時電位を判定する
   ための手段を含む特許請求の範囲第３項記載の装置。 （５）累層の瞬時電位を判定するための上記手段は更に
   、上記累層応答のフーリエ変換で得られるＤＣ項の関数
   として瞬時電位を判定するための手段を含む特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 （６）上記測定手段は更に、上記刺激信号から時間的に
   分離された信号として累層応答信号を測定することによ
   って、上記測定を行なう手段を含む特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 （７）上記増幅器制御手段は更に、ほぼ連続的に動作す
   る少なくとも２個の増幅器を含んでおり、一方の増幅器
   は、上記電流源手段が上記刺激信号を大地累層に印加し
   ている間に第１の所定利得レベルで上記測定を行なうた
   めのものであり、他方の増幅器は、上記電流源手段が上
   記印加刺激信号を除去した期間の間に上記第１の利得レ
   ベルより大きい第２の所定利得レベルで上記測定を行な
   うためのものである特許請求の範囲第１項記載の装置。 （８）上記増幅器制御手段は更に、ほぼ連続的に動作し
   且つ少なくとも２つのゲーテイングされた所定の利得レ
   ベルを有する単一の増幅器を含み、上記レベルの一方は
   、上記電流源手段が上記刺激信号を大地累層に印加して
   いる間に第１の所定レベルで上記測定を行なうためのも
   のであり、上記レベルの他方は、上記電流源手段が上記
   印加刺激信号を除去している期間に上記第１の利得レベ
   ルより大きい第２の所定のレベルで上記測定を行なうた
   めのものである特許請求の範囲第１項記載の装置。 （９）上記増幅器制御手段に更に、ダイナミック・レン
   ジが数桁の単一の対数増幅器が含まれる事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 （１０）大地累層のパラメータを測定するための時間領
   域誘導偏波ロギング方法に於いて； （１）大地累層にほぼ一定の電気刺激信号を印加した後
   、上記刺激信号を除去する動作を交互に行なつて、大地
   累層内に時間領域偏波応答を誘導する工程、 （ｂ）このように累層の中に誘導される時間領域の電圧
   および電流の振幅および位相を測定する工程、および （ｃ）ほぼ上記刺激信号のサイクリングで上記測定工程
   の増幅レベルを時間的にゲーテイングする工程、 を含む事を特徴とする時間領域誘導偏波ロギング方法。 （１１）第１の所定時間の間に刺激信号を印加した後、
   上記第１の時間と異なる第２の所定時間の間に刺激信号
   を除去する動作を交互に行なう工程を更に含む特許請求
   の範囲第１０項記載の方法。 （１２）極性が交互に変る刺激信号を印加する工程、お
   よび累層応答のフーリエ変換で得られるＤＣ項の関数と
   して累層の瞬時電位を判定する工程を含む特許請求の範
   囲第１０項記載の方法。 （１３）刺激信号から空間的に隔てられた信号として累
   層応答信号を測定することにより測定を行なう工程を更
   に含む特許請求の範囲第１０項記載の方法。 （１４）フーリエ変換によつて数個の異なる周波数でほ
   ぼ同時に測定を行なう工程を更に含む特許請求の範囲第
   １０項記載の方法。 （１５）増幅レベルを時間的にゲーテイングする上記工
   程は更に、ほぼ連続的に動作する少なくとも２個の増幅
   器で累層内に誘導される電圧および電流の振幅および位
   相を測定する工程を含み、一方の増幅器は、刺激信号が
   大地累層に印加されている間に第１の所定利得レベルで
   測定を行なうためのものであり、他方の増幅器は、印加
   刺激信号が除去された時間の間に第１の利得レベルより
   大きい第２の所定利得レベルで測定を行なうためのもの
   である特許請求の範囲第１０項記載の方法。 （１６）増幅レベルを時間的にゲーテイングする上記工
   程は更に、ほぼ連続的に動作し少なくとも２つのゲーテ
   イングされた所定の利得レベルを有する単一の増幅器で
   累層の中に誘導される電圧および電流の振幅および位相
   を測定する工程を含み、一方のレベルは、刺激信号が大
   地累層に印加されている間に第１の所定レベルで測定を
   行なうためのものであり、他方のレベルは、印加刺激信
   号が除去されている時間の間に第１の利得レベルより大
   きい第２の所定レベルで測定を行なうためのものである
   特許請求の範囲第１０項記載の方法。 （１７）増幅レベルを時間的にゲーテイングする上記工
   程は更に、ダイナミック・レンジが数桁の単一の対数増
   幅器で累層内に誘導される電圧および電流の振幅および
   位相を測定する工程を含む特許請求の範囲第１０項記載
   の方法。 （１８）ほぼ定常状態の導電率の関数として大地累層の
   抵抗率を判定する工程を更に含む特許請求の範囲第１０
   項記載の方法。 （１９）累層の少なくとも直角の導電率を判定する工程
   を更に含む特許請求の範囲第１０項記載の方法。