JPS62889A - 開放穿孔ならびにケ−シングを施した油井孔内に使用される常磁気検層効果測定用油井検層機 - 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】 本発明は新しい型の核磁気共鳴法と装置であって地質層
内に未知の油層の存在することを遠隔地より検知発見し
、また同時に該油層内に含まれる石油と水の量の重要な
部分を直接測定することを可能にするものに関する。

この新しい方法は常磁性検層効果（ＰＬＥ）と呼ばれる
新しい物理学的「効果」を測定することによって、地層
の天然の常磁性を直接測定するものである。

核磁気は最初は固体水素について非常に低い温度のもと
で測定された。（Ｇ、Ｐラザレフ、Ｌ。

Ｗシュープニコフ　ソビエト、１１、Ｐ、４４５．１９
３７）この実験においては温度周期間にサンプルの常磁
性が観察された。然しなから、通常の大きさの実験室用
サンプルを室温下で測定した場合、核磁気は異常なまで
に弱くなり測定困難になる。従って、全体的に核磁気共
鳴として知られている他の多くの実験手法が開発されて
個体液体中の核子の核磁気モーメントを観察するために
使用されている。

それら核磁気共鳴測定法は「連続波」と「パルス」手法
とに分類される。そのうち、核磁気共鳴の連続波の観察
は濃度、吸収測定法もしくは核誘導装置を使用して行わ
れる。ＧＥ、Ｒ，アンドリュー「核磁気共鳴」、ケンブ
リツチ大学出版局、ニューヨーク、Ｐ、３４．１９５５
年）パルス技法は自由歳差運動技法としても知られてお
り、近年開発されてきたものである。（Ｔ、Ｃ，ファラ
ール、Ｅ。

Ｄベラカー、「パルスならびにフーリエ変換ＮＭＲ１ア
カデミツク出版局ニューヨーク、Ｐ、１．これらの核磁
気共鳴手法のすべてに共通しているのは、サンプル中の
磁気モーメントの捕獲のためにラーマ−周波数で交流磁
界を附与するために種々の手段が使用されるという点で
ある。これらの技法はすべて時間的に動的に運動し最終
的には緩和現象によって壊変する試料を最初に干渉磁気
をつくりだすことに依存している。この最初、干渉磁気
は初めの静磁界の軸から複素運動を行う。

更に、このタイプの時変干渉磁化法はビ、ツタアップコ
イル内に大きな交流電圧を創り出すなど実験室環境内に
おいて大きな観察可能な影響をつくりだす。

使用される詳細な実験方法とは独立に発生した誘導交流
電圧の周波数は普通、現存の周囲静磁界に適当な磁化の
歳差運動周波数もしくはラーマ−周波数によって行なわ
れる。この干渉性磁化の存在の測定値がサンプルが共鳴
状態にあるということの証在であることはいうまでもな
い。

単一の核磁気モーメントが静磁界の周囲に歳差運動を行
うということがよく知られている。この場合、核磁気モ
ーメントが「不対」陽子、とも呼ばれ原子核を構成する
陽子、ニュートロンその他の素粒子の現実のベクトル和
（以下全体的に核子と呼ぶ）である原子核内の単一の陽
子によるものである。

交流磁界を附勢した中でかかる粒子が行う運動を論する
うえで、以上の幾つかの用語を交互に使用することがあ
る。通常の０．５ガウスの地球磁界においては、陽子の
磁気モーメントは、はぼ２．１キロ、ヘルツのラーマ−
周波数のもとで歳差運動を行う。磁気モーメントベクト
ルの先端は静磁界周囲の円錐形運動を描きだす。もし、
地球の磁界内に多数の磁気モーメントが置かれた場合、
同様の運動が起こる但し、磁気ベクトルの先端は同円錐
周囲に扇状に広がる。核磁気モーメントの若干が磁界方
向に沿う正味成分を有しているという事実のために、サ
ンプルの常磁気をひきおこすことになる。地層内の液体
を微細に説明すると何故、これらの液体が常磁気現象を
示すのかという理由がわかる。

炭化水素と水の中に化学的に結合された核子は、磁気モ
ーメントを有している。これらのモーメントは、地球の
磁界内に整列する傾向をもっている。

その結果地層内の炭化水素と水の附近の地球磁界は、そ
れらの存在することによって増加する。地層内の液体附
近の地球の磁界強度がこのように変化することが常磁気
現象に他ならない。逆に、もしこのように核子が地球磁
界内に整列している状態が何らかのメカニズムによって
消滅させられるとの、その場合には、地層の常磁気も同
時に消滅することになろう。それ故、核磁気共鳴の条件
が達せられると、サンプルの元素の常磁気が低下もしく
は消滅させられるということがこれまで理論的には覚知
されている。（Ｔ、Ｃ，ファラールおよびＥ、Ｄ、ベラ
カー同上Ｐ、１４）然しながらこの事実はサンプルが共
鳴状態に達したかどうかを実験的に実際に測定するため
には使用されてこなかった。その結果、共鳴状態がサン
プルの元素の常磁気の減少もしくは消滅によって測定さ
れるような新しい核磁気共鳴法が提案されている。更に
、この新しいタイプの核磁気共鳴法を使用して地層内の
未知の油層の存在を発見すると同時に油層内に含まれた
石油と水の量の重要部分を直接測定することを可能にす
ることが提案されている。

以上の方法を今日使用することが可能なのは、油層内に
含まれた液体量が真人であるということによるものであ
るという点が強調されなければならない。

標準的な核磁気共鳴技法を現　で大きな油層全体につい
て使用する試みが従来から存在している。

（例えば）米国特許第３．０１９．３８３号（１９６２
年）において、ラッセル、Ｈ，ヴアリアンはパルス形式
の自由歳差運動核磁気共鳴技法を使用して石油の存在を
示すことを提案している。米国特許第３、０６０．３７
１号（１９６２年）においては、ジョナサン、タウンゼ
ントは不対電子モーメントについて共鳴実験を行い、油
層を突きとめる方法を提案している。米国特許第３．３
９８．３５５号においては、航空気に飛ばして油層を突
きとめるパルス形式の核磁気共鳴実験が提案されている
０以上の方法はすべて共鳴に適当な状態が得られた後に
コヒーレントな磁化の歳差運動を行う原理によっている
。更に、以上の方法はすべて相対的に大きな磁界を必要
とするため実用的ではない。

その他の技法でラーマ−周波数での放射が吸収される様
子を監視することによって大きな油層を遠隔検知するも
のも提案されている。以上の方法の例は、米国特許第３
．４１１．０７０号（１９６８年）と、米国特許第３．
４３７，９１４号（１９６９年）に示されている。この
場合にも、また、多数の理論的ならびに実験上の欠陥が
、これらの方法を非実験的なものにしている。穿孔に直
ぐ近接油層の性質を測定するためには、今日、標準的な
核磁気共鳴法が使用されてる。

例えば、米国特許第４．０３５．７１８号（１９７７年
）同第３．６６７．０３５号（１９７２年）、同第３．
６５７．７３０号（１９７２年）、同第３．６１７，８
６７号（１９７１年）、同第３、５０８．４３８号（１
９７０年）、同第３．４８３．４６５号（１９６５年）
、同第３　、４３９　、２６０号（１９６９年）、同第
３．３９５．３３７号（１９６８年）等を見られたい。

以上の方法は全体として、分離歳差運動法として述べら
れている。（その場合）石油を担う地層に強力な磁界を
附与して現存の核モーメントを干渉性、磁気に分極させ
るのが普通である。その場合、強力な磁界は、急速に消
滅することになる。その結果、地球の磁界内の自由に歳
差運動をする核モーメントはラーマ−周波数で誘導コイ
ル内に誘導される交流電圧を検知することによって測定
される。更に米国特許第３，３６０．７１７号（１９６
７年）にはＡ、Ｌ。

ブルーム氏が・自由に歳差運動　核モーメントからの交
流信号の　路線を使用して現存流体の長手方向緩和時間
を測定して以上の分極歳差運動法にもとすいて石油と水
を識別する方法を提案している。

以上の代表的手法が穿孔の直近で使用されるのは従来使
用されてきた標準的磁気共鳴法が比較的強力な磁界を附
与することを必要とするためである。以上の方法は、有
益な測定法であるけれども、それらは大容量の含油地層
にわたって得られる液体石油量を直接測定することはで
きない。

以上の分極歳差運動検層技術の今日の状況は、「核磁気
検層システムの改善ならびに地層評価に対するその応用
Ｊ　（Ｒ，Ｈ，ヘリツタ、Ｓ、Ｈ。

クチュリエ、Ｄ、Ｌ、ベスト著、ＡＩＭＥ石油技石油技
師協会第５火 ベカス、ネヴアダ州１９７９年９月２３〜２６日）と題
する論文に十分説明されている通りである。これらの積
層手法は核磁気検層法とも呼ばれている。これらの手法
の場合、穿孔直近の地層でほんの幾つかの穿孔径の横方
向深さについて流体含有量を測定する。然しなから構成
成分の横断方向緩和時間が非常に短い場合、存在する石
油と水の流体飽和率を測定することは不可能である。更
に、かかる流体の飽和測定は構成成分の横断方向緩和時
間について典型的に見られる不正確な評価に極端に依存
している。穿孔泥からの信号が結果をあいまいにするこ
とを防ぐためには穿孔泥に添加剤を加えることが必要と
されるのが常である。

該手法は、分極磁界が急速に消滅し、その結果連続的な
測定を妨げるために、同時に、過　電圧も惹起させるこ
とになる。穿孔の幾何学的不規則性は流体飽和度の測定
に有害な影響を及ぼし、重要な誤差を生じさせる虞れが
ある。穿孔ケーシングの如き物体によって生ずる地球磁
界内の局部勾配が、これらの手法の失敗をもたらす。同
時にまた、磁気層が標準的分極−歳差運動手法の失敗を
ひきおこす。これらの手法は、その分極コイルを付勢さ
せるために、大きな電力源を必要とする。

更に、これらの手法は、油層の特性寸法に関して何らの
情報も与えてくれない。事実、自由流体指数、流体の長
手方向緩和時間粘度、間隙率、水飽和度、油飽和度の如
き性質の全てとこれらの測定値から行う透磁率の評価は
地層を貫通する穿孔に直かに散穿孔径だけ隣接した附近
の領域にのみあてはまるにすぎない。従って、本発明の
目的は、石油油層の遠隔発見とその直接的容積測定を行
うための新規で、実用的な核磁気共鳴法を提供すること
である。

本発明のもう一つの目的は、油層を遠隔測定し、その容
量を直接測定するための新規で実際的な核磁気共鳴装置
を提供することである。

更に、本発明の目的は、地層中の未知の油層の存在を遠
隔検出するための新規で実際的な核磁気共鳴法を提供す
ることである。

本発明の更にもう一つの目的は、含油地層内に含まれた
石油と水の量の重要部分を直接容量測定することを可能
とする新規で実際的な核磁気共鳴法を提供することであ
る。更に、本発明の目的は、含油地層の石油と水の含有
量を少なくとも１０フイート、かつ穿孔から１０００フ
イートに及ぶ横方向の距離に測定する新規核磁気共鳴方
法ならびに装置を提供することである。

更にまた、本発明の目的は、短、緩和時間、殊に、短い
横断方向緩和時間を備えた化学成分を含む油層の遠隔検
出し、容量測定を行うための新規な核磁気共鳴法と装置
を提供することである。

本発明の目的は、更に石油と水の成分の横断方向の緩和
時間の測定の必要がなく存在する石油と水の液体飽和率
を計算することのできる新規な核磁気共鳴方法と装置を
提供することである更にまた、本発明の目的は、泥水に
化学的添加剤を加える必要がなく、正確な結果を得るこ
とのできる新規な核磁気共鳴法と装置を提供することで
ある。

更に本発明の目的は、時間的に連続した測定を行うこと
のできる新規な核磁気共鳴法と装置を提供することであ
る。

更にまた、本発明の目的は、穿孔かたと幾何学的不規則
性を備えていても石油と水の流体飽和率を測定すること
のできる新規な核磁気共鳴法と装置を提供することであ
る。

更に、本発明の目的は、穿孔ケーシングによって惹き起
こされるような大きな局部磁界勾配が存在するもとで作
業することのできる新規な核磁気共鳴法ならびに装置を
提供することである。

更に、本発明の目的は、磁気内で作業する新規な核磁気
共鳴を提供することである。

更に、本発明の目的は、動力を殆ど消費しない殊に、含
油層を最初に分極化する必要のない新規な核磁気共鳴法
と装置を提供することである。

更に、本発明の目的は、油層を特徴づける寸法を測定す
る油層の遠隔測定と容量測定を行うための新規な核磁気
共鳴法と装置を提供することである。

更に、本発明のもう一つの目的は、開放穿孔の附近で自
由流体指数、成分流体の長手方向緩和時間、石油の粘度
、間隙率、水飽和塵、石油飽和度および含油層を多数の
穿孔径だけ貫く距離にわたる透磁率の評価値の如き流体
変数を測定することを可能とする新規な核磁気共鳴法と
装置を提供することである。

更に、本発明の目的は、自由流体指数、成分流体の長手
方向、緩和時間、石油の粘度、間隙率、水飽和塵、石油
飽和度、ならびに、含油層を多数の穿孔径だけ貫く距離
にわたっての透磁率の評価値の如き、流体変数を囲い穿
孔附近で測定することを可能にする新規な核磁気共鳴法
と装置を提供することである。

第１図は、油層を遠隔検知し、容積測定を行うための装
置の実施例である。この特定の実施例は広範な穿孔が油
田にすでに生じている場合に適当である。地球表面１４
から二個の穿孔１０．１２がそれぞれ穿たれたところで
ある。図の通り、上記穿孔は含油層１６を貫いて穿たれ
ている。標準周擁数掃引発振器１８は交流電力増幅器２
２を駆動させる出力部を備えている。この周波数掃引発
振器（ＦＳＳ、Ｏ）は、はぼ２．１ＫＨｚ周辺に緩慢に
周波数を掃引することができなければならない。

また電力増幅器（Ｐ、Ａ）は２．ＩＫＭＺの周波数附近
で大きな交流電流を供給可能でなければならない。電力
増幅器の出力部の一つは穿孔１０内に下降されたケーブ
ルに取付けられ、電流を地層２６内に導く手段に接続さ
れる。電力増幅器は穿孔１２内に下降されたケーブル２
８に取付けられ電流を地層３０へ導く手段に接続される
。

それ故、交流電流は、第１図に参照番号３２で全体を示
した通路内の含油地層を導通する。含油層を通過する交
流電流全体は、含油層全体に交流磁界をつくりだす。例
えば、°地層内の３４地点には、交流磁界が存在するが
、そのベクトルは主として図面外である。

交流磁界の大きさは地層内の位置に依有するが周波数は
依存しない。２．１　ＫＨｚの周波数は０．５ガウスの
地球の公称磁界強度における陽子のラーマ−周波数であ
る。それ故、含油層の重要部分が地球磁界において陽子
のラーマ−周波数で交流磁界にさらされるようにする手
段が施される。更に、極磁気共鳴状態によって、含油層
の重要部分が掃引されるようにした手段が設けられる。

交流磁界が附与された含油層の重要部分は地層の「励起
地帯」とも呼ばれる。後に厳密に定義するように本部分
は磁気モーメントの運動が交流磁界の附与によって相当
な影響を受けるようになるような地帯のことである。励
起地帯は事実上、交流磁界の附与によって、その内部に
含まれた流体の常磁気が消滅するか、もしくは、少なく
ともその大きさが相当小さくなるような地層内の区域の
ことである。

第１図に参照番号３６で示した穿孔磁力計組成体は穿孔
１２内に含油層中心より上部の距離Ｚのところに下降さ
せられる。この特定実施例の場合、穿孔磁力計は、多数
の磁気コイル材料４０°を巻いたものから成っており、
それは今度は、増幅器４２に接続される。この増幅器は
安定的で高利得、極端に低いノイズ、狭帯域幅、優れた
低周波数応答性を備えていなければならない。この目的
のために、非常に適した比較的新しい集積回路は、０Ｐ
−２７Ａ／ＥＣブリシジヨン・モノリシック社製１５０
０、スペース・パーク・ドライブ、サンタクララ、ＣＡ
９５０５０）である。この演算増幅器は１０ヘルツの周
波数のもとで平方根ヘルツにつき、５ナノボルトの非、
常に低い入力ノイズ電圧密度を備えている。必要とされ
る低ノイズと高利得は標準的な電子設計原理（Ｅ　Ｄ　
Ｐ）を幾つかの０Ｐ−２７Ａ／Ｅ集積回路を使用して得
られる。この増幅器の出力部は穿孔を去る遮へいケーブ
ル４４に接続され標準信号平均器４６の入力部に接続さ
れる。

信号平均器（Ｓ、Ａ）は周波数掃引発振器の同期パルス
出力部に接続されるケーブル４８を介してその基準同期
パルスを得る。その結果、地球の磁界における低周波数
変動や振幅変調度を測定する手段が設けられてｈた。

種々の位置Ｚにおける測定値は励磁地帯附近で、地球磁
界の変化を測定することのできるような手段を与える。

以上、手短かに述べたように核磁気共鳴状態にわたって
物質が掃引されるために、サンプルの初めの常磁性は一
定の状況のもとて減少もしくは消滅することが予期され
る。本発明のこの実施例の場合、あるいは地層の「励磁
地帯」とも呼ばれる含油層の重要部分を核磁気共鳴状態
によって、掃引する手段が設けられてきた。ラーマ−周
波数で交流磁界を附与すると最初、地球の磁界内に整合
し、今度は、地層の最初の「励起プロセス」と呼ばれる
ものをひきおこす核磁気モーメントの方向のランダム化
もしくは「スフラングリング」をひきおこし、地層の「
励起地帯」内で発生する。それ故、地層の励起区域内が
共鳴によって掃引されることにつれて地層内の石油の常
磁気はこの区域内で減少ないし消滅する。油層の励起区
域の常磁気は磁気計によって測定される全磁界に寄与す
る。

従って、油層の励起区域が核磁気共鳴状態もしくは、共
鳴状態によって掃引されるため、励起区域附近において
、地球磁界が僅かに減少する現象が観察される。磁界強
度のこの減少は、地層内の励起区域と規定された容積内
に含まれる液体石油と水の量に直接関連している。それ
故、要するに、地層内における未知の石油層の存在を検
出する二つの段階を有する方法が提案される。第一の段
階はラーマ−周波数附近もしくは、それを含む周波数で
交流磁界を励起地層区域と規定された含油地層部分に対
して附与することによって励起地層区域を核磁気共鳴状
態に置くことから成る。この核磁気共鳴状態は、今度は
励起区域内の地層の天然核磁気を変化させ、そのことは
今度は、地層の励起区域附近の地磁気磁界の変化をもた
らす。

第二の方法は、地層の励起区域を核磁気共鳴状態にお（
一方で励磁区域の天然抜書磁気の変化による励磁区域附
近の地磁気磁界の変化を検出する測定を同時に行い地層
の励磁区域内の石油や水の如きその他の流体の存在もし
くは、欠如を表示することである。

地層が最初に励磁した後、核子は長手方向緩和時間と呼
ばれる特徴的な時間と共に地球磁界方向に沿って再び緩
和する。地層内に存在する水は、特徴的な長手方向緩和
時間（もしくは時間範囲）を備えており、また地層内に
存在する石油も特徴的な長手方向緩和時間（もしくは時
間範囲）を備えている。この緩和プロセスは、励磁区域
附近に地磁気磁界を生じさせ地層が励磁する前に、その
以前の値に復帰する。単一の励磁緩和プロセスは、地磁
気磁界に単一の変化を生じさせる。地磁気磁界の変化は
地磁気磁界が最初、減少し、その後、共鳴による一回の
掃引によって惹起されて増加する現象であると定義され
る。それ故、要するに地層の励磁区域に附与された交流
磁界の周波数ラーマ−周波数以下の周波数から以下の励
磁地帯内の陽子その他の核子のラーマ−周波数を超える
周波数に掃引される方法が提案される。上記、励磁地帯
は、ラーマ−周波数による掃引後、地球磁界方向と整合
し汚染され終った陽子とその他の核子が励磁緩和プロセ
スが励磁地帯内の石油の存在もしくは、欠如を表示する
ために同時に測定される地球磁界の変化をもたらすよう
な特徴的な長手方向緩和時間と共に地球磁界方向に沿っ
て逆緩和するような地帯である。

この励磁緩和プロセスは掃引発振器の反復速度を適当に
調節することによって何度も反復させることができる掃
引発振器は核磁気共鳴状態によって地層の励磁地帯を繰
り返し掃引することによって、地層の常磁気を何度も振
幅変調する。この励磁緩和プロセスは、地層励磁地帯附
近で地球磁界の振幅変調をひきおこす地球磁界の反復的
変化をひきおこす。

励磁地帯附近の地球磁界の振幅変調度は誘導コイル磁力
計によって測定される。共鳴によって、地層が繰り返し
掃引されるために、信号平均器を使用して標準的実験的
手法を使用して信号を大きくし、ノイズを小さくする。

それ故、要するに励磁地帯内の地球磁界内の陽子その他
の核子の配向を実質的に崩壊させるように、地層の励磁
地帯に附与された交流磁界の周波数をラーマ−周波数を
下廻る周波数からラーマ−周波数を超える周波数に下記
の如き適当な掃引速度で繰返し掃引する方法が提示され
る。上記掃引速度は励磁地帯内の陽子その他の核子が励
磁地帯内の地球磁界における陽子その他の核子の配向を
実質上混乱させるような速度である。ラーマ−周波数に
よる掃引後、地球の静磁界と整合して崩壊したばかりの
陽子その他の核子は特徴的な長手方向緩和時間と共に地
球の磁界に沿って、再び緩和する励磁緩和プロセスが適
当な反復速度で繰返されることによって地層の励磁地帯
の天然抜書磁気の振幅変調をもたらし、それが地層の励
磁地帯附近の地球磁界の振幅変調をもたらし、同時に地
球磁界の振幅変調を検出し、地層の励磁地帯内の石油や
水の如きその他の流体の存在や欠如を表示する。かかる
測定は、究極的には、自由流体指数、成分流体の長手方
向緩和時間、石油の粘度、地層間隙率、水と石油の飽和
度、含油層を多数穿孔径貫徹する距離に及ぶ地層の透磁
率の評価を提供する。

さて、今度は共鳴状態中、常磁気の減少をもたらす条件
を正確に明らかにする必要がある。そのためには物理学
について壬子説明する必要がある。

以下の記述においては−まとまりの油層の物理的性質に
依有する周波数掃引速度と交流磁界の双方に対する必要
条件が存在するということが示される。以下の物理学は
、また本発明が共鳴によって油層を掃引するための実際
的手段を提供し、更に地球磁界において生じる変化を測
定する実際的手段を提供するものであるという点を証明
するためにも必要である。然しなから、本発明は以下の
理論に限定されるものではないということを理解された
い。

核磁界モーメントの捕集運動を第２図の座標枠組につい
て説明する。地球の磁界はＢ、で座標枠組のＺ軸に沿っ
て存在する。個々の磁気モーメントＵは他の磁界が存在
しない場合、Ｂ０方向周囲を円錐形に歳差運動する。

磁気モーメントは、ベクトル角運動１１　（ｄＬ　／ｄ
ｔ）の変化時速度が第１図に示した磁気モーメント（Ｕ
ＸＢＩＩ　）上のベクトルトルクに等しくならなければ
ならないからこの運動形式を行う。

ｄ　Ｌ　／　ｄ　ｔ　＝　Ｕ　Ｘ　Ｂ　ｏ　　・・・・
・・・・・・・・・・・方程式ｌこの形式の運動は、第
２図のＸ軸については、磁気モーメントＵの先端の角度
位置を突きとめることによって描かれる。この角位置は
第２図の角度θによって構成される。角度の変化時速度
は歳差運動角周波数Ｗ０と呼ばれる。この角周波数は地
球の磁界に関連し、以下の方程式によって、陽子Ｙの磁
気回転化に関連する。

Ｗ、＝ｒＢ、　　　　−・・・・・・・・・・・・・・
方程式２多くの初等物理学教科書に示されているように
方程式Ｚは、方程式１の帰結である０円すいのまわりに
第２図に示したように異なる角度θで多くの独立の磁気
モーメントが扇状に広がることはいうまでもない。然し
なから、その多数磁気モーメントがＺ軸に沿う成分を有
しているという事実のためにＺ軸方向に沿って正味磁化
Ｍｚ力１つくりだされる。この効果が石油の抜書磁気を
つくりだすことはいうまでもない。歳差運動磁気モーメ
ントに対しては、第２図に示されるように外部磁界Ｂ１
が附与される。

簡略のために、Ｂ、はＸ−Ｙ平面に閉じ込められ、一定
の大きさをもち、時間とともに第２図に規定された角度
θを通って回転する。一般的にいってＢ、は以下の分析
を有効に行うためにＢｏに対して非平行成分のみを有し
ていなければならない。（Ｂ、はＢ。に対して非角を成
していなければならない。）中角の経時変化率をＷ値で
あると定義すると Ｗ＝Ｗ、　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・方程式３のときに磁気共鳴状態が発生するということ
がよく知られている。共鳴の物理学的意味はエネルギー
がＢ、界から歳差運動磁気モーメント内へ結合されるこ
とによってその運動を変化させるということである。も
し附与された磁界Ｗの周波数が共鳴によって緩慢に掃引
される場合には、サンプルのベクトル磁化運動に対する
解が「ブロッホ方程式」に対する定常状態解によって与
えられる。

これらの方程式とこれらの条件のもとにおけるそれらの
解は前記文献、Ｅ、　Ｒ，アンドリュー、Ｐ。

２８に示されている。

この分析においてサンプルの常磁気は共鳴によって相当
減少するか、消滅するということが示される。この現象
は「飽和」と呼ばれる。この状態でＺ方向の磁化Ｍ、は
減少するかもしくは、消滅する。上記参考文献において
は、もし以下の数学的条件が守られるならば飽和現象が
発生するということが示されている。

ｒ　”　Ｂ　Ｈｔ’ｒＩ　Ｔｚ≧１　・・・・・・・・
・・・・・・・方程式４本方程式中は、ｒとＢ、はすで
に定義した通りである。値Ｔ１は長手方向緩和時間であ
り、Ｔ２は横断方向緩和時間である。これらの緩和時間
は、重要でありこれらの時間が、磁気モーメントの捕獲
運動に対して有する物理学意義はＴ、Ｃファラール氏と
Ｅ、Ｄベラカー氏による上掲文献７−１５頁によく説明
されている通りである。手短かにいえば、この場合、Ｔ
１は方向が狂った磁気モーメントが熱平行状態を得て飽
和状態が達成され終った後にＺ軸に沿って再び整合する
のに要する時間である。それ故、Ｔ１は熱緩和時間と呼
ばれスピン格子緩和時間ともよばれている。

Ｔ２は、第２図のＸ−Ｙ平面上の単一方向に最初整列し
た仮説的磁気モーメント群が方向を狂わせてそのベクト
ルが扇状に広がり出て、そのＸ−Ｙ平面上で無作為に指
向するようになるのに要する時間である。Ｔｔは、１２
ビン−スピン緩和時間とも呼ばれている。

もし、第１図の実施例が実際的でなければならないとし
たら、方程式４に規定された交流磁界Ｂ、（励磁磁界）
の大きさは非実際的に大きなものであってはならない。

地層内の石油の熱緩和時間Ｔ１の規定値は、大抵以下の
時間範囲内に納まることが知られている。

（Ｔ、Ｄ、　ロビンソン他Ｊ、　　Ｐｅｔ、　Ｔｅｃｈ
　％　Ｐ。

２２６．１９７４年） ０、１秒≦Ｔ１≦５秒　　　・・・・・・・・・・・・
・・・方程式５米国特許３，３９５．３３７号（１９６
８年）においては、ＲｏＨ，ヴアリアン氏はＴ２につい
ての以下の制約を測定している。

１０−Ｓ秒≦Ｔ２≦６０秒　　・・・・・・・・・・・
・・・・方程式６Ｔ１とＴ２において規定されるような
最小限時間に相当する最悪のケースにおいては、磁気モ
ーメントのランダム化を実現するために必要とされる最
小磁界強度Ｂ、は、はぼ３７ミリガウスとなる。従って
、もし３７ミリガウスの交流磁界がラーマ−周波数で含
油層に附与されると、飽和現象が発生することになろう
。、更に、飽和時間はたいてい１０−４秒よりも長いと
いうことが良く知られている。（方程式６参照）それ故
、このために飽和現象を達成するためには、１１．７ミ
リガウスだけの最小交流磁界強度が必要とされることに
なろう。従って、油層の緩和特性に関連する飽和現象を
つくりだすに必要とされる最小限交流磁界強度が存在す
るということが示されている。

飽和現象を観察するためのもう一つ別の条件は、周波数
が「緩慢」に掃引されなければならないという点である
。これは「断熱経路」として知られている。断熱経路に
おいては単位時間あたりの角度掃引速度（ｄｕ／ｄｔ）
の変化は、以下の条件を満たさなければならない。（Ａ
、アグラガム、「核磁気原理」クラレントン出版、オッ
クスフォード、１９６１年６５頁） （ｄｗ／ｄ　ｔ）＜ｒ’　Ｂ、”・・・・・・・・・・
・・方程式７この方程式は、Ｂｌが１１．７ミリガウス
の大きさを備える場合、最大周波数掃引速度は、はぼ１
００Ｈｚ秒となることを示す。最大掃引速度は、Ｂｌに
依存し、この値自身は、油層の緩和特性に依有する。そ
の結果断熱経路の条件のもとで、所′与の含油層に適用
可能な最大許容周波数掃引速度が存在することになる。

上記、掃引速度を超えると「高速経路」のタイプとして
分類される他の現象が発生する。これらの場合には、サ
ンプルの磁化は正味磁界に従うことができず、断熱経路
に適用できる条件は、いずれも満たされないことになる
。然しながら、又、方向の磁化Ｍｚは、もし以下の方程
式が満たされるならば、現実に事実上減少もしくは消滅
することになる。（Ｔ、Ｃ，ファラール、Ｅ、Ｄ、ベラ
カー同上、１０−１５頁） １≦ｒＢ、Δｔ≦ｒＢＩＴＩ　　・・・・旧・・方程式
８方程式８において、共鳴Δｔによる走行時間は、長手
方向緩和時間Ｔ、よりも小さくなければならないのは確
かである。

方程式５より長手方向最小緩和時間は０．１秒であるた
め方程式８はこの最悪のケースにおいて、励磁を惹き起
こすのに必要な交流磁界の大きさは、はぼ０．３７ミリ
ガウスとなることを明示している。

これは、非常に小さな磁界である。例えば、もし、１０
アンペアの（ピークピーク）交流電流を油層の局部領域
に通過させるとこの電流によってつくり出された交流磁
界は５４メートルの半径内部で０．３７ミリガウス（ピ
ークピーク）超えることになろう。それ故、穿孔から横
方向に少なくとも１０フイートの深さに多分ｔｏｏｏフ
ィートに及ぶまで有効な測定を行うことができよう。従
って、本発明は、磁気共鳴状態によって含油層の重要部
分を掃引する実際的な手段を提供することができる。（
この場合）望ましい実施例が、比較的小さな交流磁界し
か必要としない共鳴励磁過程を備えているために分極歳
差運動検層具の場合のように、分極化の段階が必要とさ
れないという点を多分強調しておくべきであろう。

事実、地層に附与されたラーマ−周波数で交流磁界を生
じさせる交流電流の如何なる分布についても方程式８は
地層の常磁性がこのように附与された交流磁界によって
崩壊する励磁地帯の配置を間接的に明らかにするもので
ある。更に、励起地帯の大きさは、地層に加えられる交
流電流の振幅を地層に取付けられた電流、送甲電　の配
置を単に変更するだけで、随意変更させることができる
。

励磁地帯の大きな体積を随意変更させることができるか
ら、専ら穿孔流体から到来する如何なる信号も隔離でき
るため、穿孔信号を抑圧するために泥水に何ら化学的添
加剤を加える必要はないわけである。

同様な理由から不規則な形の穿孔から来る信号も分離さ
れるために地層内の流体飽和の評価に影響を及ぼすこと
がない。最後に本方法によって与えられる深い変化する
貫徹度も上面と下面、石油と水の境界、および横方向総
軍規則性のある種類の如き、油層を特徴づける寸法を組
織的に固定することを可能にする。

本発明は飽和と高速経路現象の影響を検出する実際的方
法を提供するものである。油層の常磁性は油層δＢ　（
Ｚ）上部の磁界に小さな増加を生じさせる。専ら節単に
するために、共鳴が「不対陽子」（「水素状」あるいは
「不結合」陽子とも呼ばれる）だけによるものと仮定し
よう。典型的な状態と重要な典型的励磁地帯における油
層附近では、 δＢ　（Ｚ＝Ｏ）＝ＵＯＰＵ”　Ｂｏ　／３ＫＴ＝１ｘ
　ｌ　Ｑ−Ｉｌｌガウス　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・方程式９このＭ、に、Ｓ方程式に使用され
る数値は、以下のものから成る。

ＵＯ（空間透磁率）：Ｐ（不対陽子／　Ｍ　３の数）二
８０　（地球磁界）：Ｋ（ポルツマン係数）Ｔ（絶対温
度）方程式９は（Ｃ，キラチル「固体物理学序説」第４
版ジョンウィリー＆サンズ、ニューヨーク　１９７１年
５０３頁）から取ったものである。

理論的には、方程式９で触れた小さな磁界変化が共鳴に
よる掃引中に零にまで駆り立てられる。

その結果、励磁緩和過程は、励磁地帯附近で、はぼＩ　
Ｈｚの周波数で地球磁界にほぼＩ　Ｘ　１０−ＩＯガウ
ス振幅変調をつくり出すことになる。かかる測定を行う
ことのできる高感度誘導コイル磁力計を構成するために
、必要とされる工学上の必要条件が理解されよう。それ
以上の知識を得たければ、。

１　　：′ 以下の文献を参照されたむ゛・　　　　　　　　　２（
１、（１１Ｇ、Ｖ、ケラ−１Ｆ、Ｃ，フリツシュクネッ
ト「物理探査における電気的方法」、パーガモン出版、
ニューヨーク　２３７頁、１９６６年）（２）Ｌ、に、
ヒル、Ｆ、Ｘ、ボスティック、ジュニア、「積１ｉＭｕ
ｎｔａｌコアを備えた微小脈動センサ」、電気工学調査
研究所、テキサス大学、テキサス州オースチン市、報告
第１２６号１９６２年５月２５日） ＋３）　　Ｒ，カルマン、「磁気技術用誘導コイル磁力
計のＳ／Ｎ比最適化」ブラウンシュヴアイク寄贈、カロ
ーローウイルヘルミナエ科大学学術論文、１９７５年） （４）、Ｗ、Ｄ、スタンレー、Ｒ，Ｄ、ティンクラ−「
磁気学用実用的低ノイズコイル方式」と題するＵ、Ｓ、
ＧＳＳ公開提出報告書Ｕ、Ｓ、Ｇ、Ｓコロラド州デンバ
ー、 最後の文献はＩ　Ｈｚで４　Ｘ　１０−”ガウスのノイ
ズレベルをもった誘導コイルの構成方法が引用されてい
る。平行ＲＬＣ回路に対して共鳴コンデンサを適当に選
択することによって、ｌ　ｌｌｚのもとてこの誘導コイ
ルを共振させると相当性能が改善される。更に、重いゲ
ージワイヤからなるもつと多くの巻線を有する若干長い
誘導コイルを構成すると、より感度の高い誘導コイルも
得ることができよう。

そのため、含油層の励磁地帯の飽和によって誘起された
電圧が公知の工学手法と適当な長さのデータ統合時間を
使用することによって、現有する固有ノイズについて検
出することができる。

しかしながら、その他のタイプの暗騒音は追加的な困難
をひきおこす虞れがある。穿孔の深みでＩ　Ｈｚで附近
の地球磁界の正規の変動が観察できることが予測される
。

信号平均器を使用して長時間にわたる結果で平均化する
だけで、それらの影響をそのうち零ルまでならすことが
できよう。この平均化のための長い時間が不都合であれ
ばその場合には、第１図の誘導コイル３６下方の距離に
第二の誘導コイルを附加することによって、勾配計、組
成体を得ることができる。微分装置に使用される勾配計
は地学における磁気測定分野の標準的慣行を用いて地球
磁界の変動を相殺するだろう。第１図の誘導コイル３６
の揺動運動を防ぐようにも注意しなければならない。と
いうのは、かかる運動は、誘導コイル内に偽信号をひき
おこすことになるからである。

最後に誘導コイル３６内の高速磁速コア４０は極度にマ
イクロッオニツクであることが知られているため、スト
ップ・アンド・ホールド法を用いて感知可能データを取
り出すことができる。もし、ストップ・アンド・ホール
ド法を使用してデータを取り出す場合には、工具を穿孔
内の所定位置にロックする機構が相当役立つであろう。

わかりやすくするために、文献中にはｇ　ｒａｄｉｏｍ
ｅｔｏｒが微分磁力計とも呼ばれている。

第３図、第４図、第５図は、第１図に具体化されている
装置から予期される実験信号の時間依存性を示すもので
ある。第３図は、交流磁界の周波数Ｆが低周波数Ｆ、か
ら共振ラーマ−周波数Ｆ０を経て、高周波数Ｆｇへ含油
層内に測定される石油と水流体の長手方向緩和時間より
少ない時間で掃引されるということを示している。

時間Ｔ０において、地層は核磁気共鳴状態にある。第４
図は、Ｔ０時における地球磁界Ｂ、が相当減少する状態
と後続する増加状態を示したものである。この事象は地
球磁界の変動であることが明らである。誘導コイル■を
横切って現われる電圧が第５図に示されている。励磁緩
和過程は反復でき核磁気共鳴状態によって地層が繰返し
掃引されるために地球の磁界の変化は周期的に繰返され
誘導コイル内に誘起された電圧もまた変動を繰返す。

第５図の信号の正確な形は、掃引時間等の他の変動の中
で励起地帯内に存在する石油と水の種の長手方向と横断
方向の時間Ｔ、とＴ２に依有する。

然しなから、地球磁界の変動の振幅は、存在する流体の
長手方向緩和時間に第一に依存し、現有する流体の横断
方向緩和時間に殆ど依存しない。一般的にいって、任意
の単−穿孔内における石油と水の相は石油と水との間の
分化を考慮に入れた異なるＴ時間（もしくは時間範囲）
を有している。

この分化は地層が磁気共鳴状態によって反復的に掃引さ
れる速度を変化させることによってな行われる。例えば
、もし水の種が石油の長手方向緩和時間Ｔ、よりも短い
長手方向緩和時間ＴＩ　（水の場合）を有しているなら
ば、その場合には、反復周期（ＲＥ　Ｆ）がこれらの時
間の何れよりも長ければ、励磁後、地球磁界に沿って、
石油と水の種の双方が再び緩和する。

従って、この場合、第５図の電圧の振幅は石油と水の双
方から信号の和を反映するすることになろう。然しなか
ら、もし、反復周期がＴ＋（水の場合）よりも長いが７
．（石油の場合）よりも短かければ、その場合には石油
は次の継起的な周波数掃引の前には地球磁界に沿って再
び緩和する機会はない。そのため、この場合には、第　
図に見える電圧の振幅は、共鳴を最初に第一番目に通過
した後、現有する水の種から第一次的に到来することに
なろう。大抵の場合、存在する水の緩和時間もしくは、
時間範囲は、存在する石油の種の緩和時間よりも短くな
る。然しなから、もし、時間の順序が逆転すると、石油
の信号は反復周期を級数的に短くすることによってしか
、識別することができないことは明らかである。

それ故、励磁による地球磁界の変化の振幅と流体成分の
長手方向緩和時間は、周期的に掃引する磁界の周期を変
化させることによって、発見することができる。かかる
情報は、標準的的な地学的原理を使用することによって
、自由流体指数、成分流体の長手方向緩和時間、間隙率
、水飽和度、石油飽和度、含油層を多数穿孔径だけ貫通
する距離にわたっての透磁率の評価値の如き流体変数を
測定することを可能にする。−たび石油の長手方向緩和
時間が知られると、粘土が長手方向緩和時間の単調関数
であるために、石油の粘土を割り出すことができる。（
詳しくはＪ、Ｄ、　ロビンソン他　同上１９７４年、第
５図を参照されたい。）典型的な水温層においては、石
油は岩石と密接しないように隔離されているため、石油
の種の緩和時間の分布は通常小さいということも記して
おくだけの価値があろう。

それと対照的に、存在する水については゛どのような緩
和時間の分布も可能である。更に地層内に存在する常磁
性不純物は石油内においてよりも水中においては比較的
可溶性であるのが普通であるために、この事実は任意の
存在石油について時間Ｔ１の分布を狭くすることに寄与
する。更に、地層内の石油と水のＴ、分布を分析すると
標準的な地学原理を使用することによって、包囲岩石の
幾何学的、化学的性質の多くを推論することが可能にな
ろう。包囲岩石の微構造を推論するために分布Ｔ１を使
用することは、本発明を些細に変化させることによって
得られるものである。

それ故、約言すれば液体成分の緩和時間範囲と地層内の
石油と水の相対量を周期的に掃引する交流磁界の周期を
変化させ、同時に地球磁界の振幅変論の大きさを測定す
ることによって調節される反復速度を適当に変化させる
ことによって判定することのできる方法が提示されてい
る。更に、反復速度の周期は最初は地層内の重要な成分
流体の何れかの長手方向緩和時間よりも長く選ばれ、そ
の後、級数的に短い時間隔に設定されるため、反復、速
度の周期は地層内の重要な特定流体成分の何れかの任意
の特定の長手方向緩和時間よりも短く調節されることに
なる一方、地層が地層の構成成分にふされしい、緩和時
間と共に全体的に石油と水として呼ばれる種々の構成成
分を含む地層の励磁地帯附近で地球磁界の振幅変調を同
時に測定する。

最後に長手方向緩和時間Ｔ、′は固体の場合にはずっと
短いために地層内の液体の常磁性だけが観察される。（
Ｅ、Ｒ，アンドリュー同上１５１頁）先に述べたように
、標準的分極歳差運動検層手法は、もし地層内の流体の
横断方向緩和時間が短かければ有効ではない。望ましい
実施例によって行なわれた測定は、短い横断方向緩和時
間によって全く影響はない。実際地層内の流体のこのよ
うな横断方向緩和時間についての情報は、地層内の石油
と水の量の測定にとって必要である。更に穿孔ケーシン
グによってひきおこされた大きな磁界勾配と同様に磁気
地層によってひき起こされた現象は短い横断方向緩和時
間によって惹起されたものに［（Ｕした影響を生みだす
ために、望ましい態様はかかる環境において測定を行う
ことができる。

総流量、平均流体容量、ならびに、油層部分の寸法は、
以下の手段から発見することができる。共鳴δＢ　（Ｚ
）中の地球磁界の変化は、油層上下の種々の距＠２につ
いて測定れれる。５Ｂ　（Ｚ）対Ｚの典型的プロットを
示す第６図を参照されたい。

含油層の励磁区域はδＢ　（Ｚ）の測定値は方程式９の
値ρを示すが、その値ρは地層の励磁地帯内の不対陽子
／　Ｍ３の平均数である。信号は液体からだけしか来な
いので、これは直ちに地層内に平均流体密度をつくりだ
す。油層の励磁地帯附近の第６図のＡｅＩ域では磁界は
大きなＺ値の場合ｌ／Ｚ３として減少することを示して
いる。（Ｄ、ハリディ、Ｒ，レスニック「科学ならびに
エンジニアリングの学生のための物理学」ジョンウィリ
ー＆サンズ、ニューヨーク、Ｐ、７７２．１９６３年）
データをあてはめることによって、ひとたびＵＴを得た
ら地層励磁地帯内の不対陽子の総数を得ることができる
。周知の化学組成、抜性、原油の密度から地層の自由流
体量を計算することができる。更に、この情報を地層内
の流体の長手方向緩和時間に関する測定値かち得られる
情報と組み合わせることによって励磁地帯の以下の性質
、即ち、間隙率、石油粘土、水飽和度、石油飽和度、地
層の透磁率の評価値を当該産業の標準的手段を用い゛て
判定することができる。

本文中に述べたように、地層評価に適用される新規な磁
気共鳴法は従来の提案されたその他の共鳴法と根本的に
異なっている。従って、ラーマ−周波数で地層に交流磁
界を繰返し附勢することによって惹起される地球磁界の
振幅変調を生み出す地層の常磁性の振幅変調をひき起こ
す反復的励磁緩和過程は新しい物理的過程もしくは「効
果」であり、本効果を「常磁気積層効果」もしくは短く
ＰＬＥと呼ぶことにしたい。

第１図に示した実施例において、穿孔１０内の深い位置
に電極２６が明示的に示されている。これは電流線３２
が含油層にほぼ従うように簡単化のためにだけ描いたも
のである。然しながら、電極２６は、穿孔ｌＯを深さ０
とすることを可能にする論理極限である穿孔１２から幾
らかの距離をおいて地球の表面に等しく配置することが
できる。

地層を貫流する交流電流は、その場合、最早、横方向に
地層を従わず、その代り、地層分離電極３０と今度は表
面上にある電極２６を隔離する地層を導通することによ
って地表面に復帰する。その場合、含油層の励磁地帯を
励磁する交流磁界はそのとき、交流電流導通下降ケーブ
ル２８と地層を導通する交流電流の同時的影響によるも
のである　　。

第７図、は遠隔検知と油層の体積測定用の装置の別の実
施例を示したものである。この特別の実施例は地球内に
穿孔を一つだけ掘る場合に適してし、）、る。５番号４
８をふった要素はすべて第１図の説明の中で明らかにさ
れた通りである。これらの説明を数字の順に手足にもう
一度列挙してみよう。

１２−ａ・・・穿孔、１４・・・地球表面、１６・・・
含油層、１８・・・周波数掃引発振器（ＦＳＯ）　、２
０・・・電力増幅器に接続された周波数掃引発振器出力
部、２２・・・電力増幅器（ＰＡ）、２８・・・穿孔内
に下降させ交流電流を地層３０内に導くための手段に取
付けた電力増幅器の一出力部に取付けたケーブル、３２
・・・電流復帰器、３８・・・含油層内位置、３８・・
・絶縁線巻線、４０・・・高透磁率磁気コア材、４４・
・・増幅器の出力を搬送するシールド・ケーブル、望ま
しい実施例を第１図から識別する特徴は次のとおりであ
る。含油層のずっと下方位置に電極３０によって交流電
流が地層に導通する。地層下部のこの距離りは含油層の
平均厚Ｔの多数倍であると仮一定される。ケーブル５０
は電力増幅器の他の出力部を表面電極５２に接続する。

表面電極５２は地球表面から電力増幅器へ電流を導通さ
せることのできる手段である。電極５２は穿孔から゛Ｙ
距離だけ隔っている。それ故、電力増幅器の二つの出力
部について完全な回路が存在することになり、全体を３
２で示した通路によって交流電流が地層を導通する。も
し、ＬとＹが含油層りの深さに匹敵するならば、復帰電
流は殆ど穿孔附近を通過しない。それ故、Ｘｏ＜Ｌとな
るような半径ｘ０の穿孔附近地域２、次いでこの地域で
交流磁界は主として交流電流によって、ケーブル２８を
導通する。

この交流磁界は半径Ｘ６により表示した穿孔附近地域に
磁気モーメントの励磁状態をつくりだす。

この励磁量は第７図の形をした地域として示されており
、以下の本文において数学的に定義される。

誘導コイル勾配計５４は差動的、減算的もしくは「バッ
キング方式」４で構成される二個の誘導コイルを格納し
ている。

高透磁率コア材料４０のまわりに巻付きつけた絶縁線３
８は誘導コイルであり、絶縁線５６は高透性コア材料５
８のまわりに巻かれることによって、第二の別個の誘導
コイルをつくる。誘導コイルの中心は、距離Ｓだけ隔て
られており、標準的な勾配計、構成をつくっている。標
準的な電子設計原理を使用して、差動方式で増幅器６０
を動作させる。データを訂正するために使用される追加
的な測定を可能にするために必要な補助計装がゾンデの
６２部分に格納されている。６２部分に格納された計器
は以下のものを含んでいるがそれに限定されるわけでは
ない。

（Ａ）地球磁界の傾斜度を測定する計器（Ｂ）地球磁界
強度を測定する計器 （Ｃ）穿孔、流体温度を測定する温度計（Ｄ）穿孔の大
きさを検知する装置 （Ｅ）穿孔流体密度を測定する装置 かかる個々の装置は、穿孔地学産業において良く知られ
ている計装である。

周波数掃引発振器には計装６６を介してプログラム可能
な制御装置（ＰＣＵ）６４が接続される。

本装置の目的は種々の状況の下で石油と水を分離するた
めに使用される掃引速度間のタイミングを制御すること
である。信号平均器の代りに周波数掃引発振器の同期パ
ルス出力部に取付けられたケーブルによって与えられた
基準信号について同相信号と位相外水信号を測定するこ
とのできる位相検出器６８を使用して信号のすぐれた狭
帯域検出を行う。使用された同期パルス出力部は周波数
掃引中にプリセットマーカー周波数をクロスさせるとき
に、ＴＴＬレベルが変化するタイプのものである。ウェ
イブチツク社（カリフォルニア州すンディエゴ）製の７
８型プログラム可能な波形合成器はかかる適当な波形を
提供する。適当な位相検出器の市販例はＥＧ＆Ｃプリン
ストン応用調査社にュージャージー州、プリンストン）
製の５２０４型である。標準的な工学手順を使用して、
ゾンデの圧力と温度を制御する。更に、電極３０の製造
とそれをゾンデに対して取付ける上では、標準的な慣行
も使用される。

ケーブル２８によって、第一に提供される交流磁界が地
層領域に附勢され、該地層は続いて励磁地帯内の磁気モ
ーメントの配向を狂わせる。それ故、励磁後、この励磁
地帯が最初に地球の静磁界全部に与えた寄与は取除かれ
る。それ故、励磁によってつくりだされた地球磁界に続
いて起こる変化は、励磁地帯によって与えられる静磁界
全体に対する寄与の否定である。

この変化が誘導コイル勾配計によって測定されることは
いうまでもない。以下の理論は、本発明のこの態様につ
いての励磁過程の今日の理解を代表するものである。

しかしながら、本発明は以下の理論によって、特に限定
されるものではない旨、理解されたい。

第８図には、地層の励磁による影響を計算するために選
んだモデルが示されている。比較的薄く円筒形をした油
層は半径Ｒと厚さＴを備えている。

穿孔はＺ軸に平行で半径ｘｈを備えている。地球磁界Ｂ
ｅは穿孔に対してα角を構成している。第８図に描いた
力学は大き°さＢＯＣＯ３αの穿孔に対して平行な磁界
についての厳密に正しいが最終的な結果は、全体的に真
実であるため、この単純化された図は正当化される。第
７図のケーブル２８を経てＺ軸に沿い交流電流！が通過
する。ただし、Ｉ＝Ｉ。Ｃｏｓ　（Ｗｏｔ）である。先
に論じたように、穿孔附近の復帰電流は、この場合無視
できる。この交流電流は放射状の交流磁界Ｂｒをつくり
だす。

ただしＢｒ＝　Ｂ　、　Ｃｏｓ　（Ｗｏｔ）である。

交流磁界の周波数はラーマ−周波数ＷＯであるためにＸ
軸に沿って最初に整列した何れの磁気モーメントＵも角
度Ｅを経てＺ方向から傾斜し去る。

油層の基準枠組内でこれら磁気モーメントは、その各々
の位置のまわりに円錐運動を行う。第８図にＰ、　、ｐ
ｇとして幾つかの位置が明示されている。第８図の点線
は、この円錐運動を表わす。

角度εの大きさは以下の方程式によって与えられる。

ε＝ｒ１３．Δｔ　　　・・・・・・・・・・・・方程
式ｌｌｒ値は陽子の磁気回転比であり、２．６８Ｘ１０
’ラジアン／（秒−ガウス）の値をとり、Δｔはその間
に電流が共振に適当な周波数を取る時間の長さである。

Ｂｔ値は以上のようにＺ軸から去る半径Ｘによって変化
する。

従って、次の方程式によって、角度εが与えられる。

このことは所与の時間の長さΔｔについて角度εがＸと
共に劇的に変化することを示す。この論述において、変
数Δｔは完全に独立な変数と見えなすことである。その
理由はかなり明白である。

もし所与の地層可局部的磁界強度がわずかしか変化しな
ければ、ラーマ−状態を満足させる小さな周波数間隔だ
けが存在する。そえ故、いずれの恣意的な数間隔Δｔに
おいても周波数はこの周波数間隔によって掃引されるこ
とが可能となる。

角度εが増大するにつれてＺ軸に平行な磁化成分が作り
出され、円筒形油層の平面に平行な磁化成分も作り出さ
れる。２＝００位置で、この効果によって地層内に作り
出される水平方向磁化成分は、地球磁界の軸方向強度に
対しては何らの寄与も行なわない。

しかも、全体として油層の平面に平行な磁化成分は、軸
方向磁界に対して、純影響を殆んど与えない。そ杵故、
軸方向磁界は第一にＺ軸に平行な成分を有する磁気モー
メントによる影響を業る一６以下の計算は。Ｚ軸に平行
な磁気モーメントだけが地球の磁界の軸方向成分に何ら
かの純効果を作り出すという近偵法を使用している。

種々の位置Ｚについての軸方向磁界の計算を行なって各
点において係数ｃｏｓεによって加重された各磁化元素
量から磁気グイボールの寄与を統合することができる。

この特定の半径で励磁体積から軸方向磁界への寄与が零
になる場合に所与の■。とΔｔついて「有効励磁半径ｌ
ｘ、が見い出される。次の式によってＭＫＳ単位のｘｏ
が与えられる。

任意の電流■。（アンペア）と任意の時間隔Δｔ（秒）
について、以下の式によってＸｏ　　（フィート）が与
えられる。

・・・・・・・・・・・・・・・方程式１５半径Ｘ０の
物理学的意味は興味があるところである。

もし、緩和現象によって撹乱されなければ、穿孔に近接
して磁気モーメントが多くのラジアンを回転する。外側
距離Ｘ０は磁気モーメントがε＝πラジアンの角度で旋
回する特別の半径となる。

この半径によって結合された全体積は、その後地球磁界
に対して何らの成分も与えない。従ってこの体積は「励
磁」を蒙ったものということができる。

厚さＴ１有効励磁半径Ｘ０穿孔Ｘｋの径により構成され
る油層部分の励磁後、特定の垂直位置Ｚで穿孔の方向に
沿って地球の磁界内におこる変化はδＢ　（Ｔ、Ｘ６　
、Ｘｈ　１Ｚ）によって与えられるがδＢ　（Ｔ、Ｘｏ
　、Ｘｈ　−Ｚ）は以下の幾何学式によって与えられる
。

δＢ　（Ｔｓ　Ｘ６　、Ｘｈ　、Ｚ）　＝　（ｌｌｏ　
／　２）　Ｍ（１ｃｏｓａ（Ｇ　（Ｔ、ｘｈ　、Ｚ’）
−Ｇ　（ＴＳｘｏ　、Ｚ）−・・方程式１６ただし、Ｇ
　（Ｔ、　ｘｈ　、　Ｚ’）およびＧ　（Ｔ、Ｘ、、Ｚ
）は以下のようにして与えられる。

そして、磁化率Ｍ０が以下の式により与えられる。

重要なその他の変数は以下の値で与えられる。

α−垂線からの磁界角（北米でほぼ３０’）μ０−空間
透磁率（４πｘｔｏ−’ヘンリ／ζ；）Ｎ＝純水の場合
の単位容積あたり陽子数（はぼ（、＆　ｘ　ｌ　Ｑ　２
ｍ陽子／ｒ／、石油の場合のこの数は僅かだけ大きい） Ｕ＝陽子の磁気モーメント（１，４１ｘ　ｌ　Ｑ−１！
アンペア／ｄ） Ｂ、＝地球の静磁界（北米で公称（ｌｓガウス）β＝地
層内の流体の飽和率（範囲０．。〜１．’）ｋ＝ポル”
７？７定数（１，ｓａ　ｘ　ｌ　Ｑ−３３ジユール／”
Ｋを使用） ｔ＝絶対温度（３００”Ｋを使用） 注意：Ｍ、に、Ｓ単位（ウェーバ／Ｍ）からＣ１Ｇ、Ｓ
単位（ガウス）への変換係数は以下の通りである。

１０４ガウス／ウェーバ／ｒＪ、方程式１６．１９はＭ
、ＫＳＳ単位による。

従って、方程式１６の計算結果はガウス単位で次の通り
になる。

δＢ　（ＴＳＸｏ、ｘｈ　、Ｚ）＝２．’　Ｘｌ　０−
”ガウス（β）　　（ａ　（’ｒ、　ｘ、％、Ｚ）　−
Ｇ　（Ｔ。

Ｘｏ、Ｚ）　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・方程式２０計算結果についての以下のグラフ（第９
図、第１０図）において穿孔の半径は１フイートに選び
、地層炭化水素（もしくは水）の流体飽和度は２０％、
地球の磁界は垂線から３０″傾斜（それは米国の多くに
適当なものである）しているものと想定されている。

第９図は、励磁地帯半径が一定に維持さ１０フイートに
等しい場合、種々の垂直位置Ｚについて計算された地球
磁界のδＢ（Ｔ、Ｘｏ＝１０フィート、Ｘｂ＝１フィー
ト、Ｚ）の変化の垂直分布図を示したものである。正方
向は地球磁界方向に沿ったものである。厚さＴ＝１．２
．１０フイートの三つの値についての結果がプロットさ
れている。

小さなＺについては励磁によって地球磁界内におこる変
化は穿孔の存在によって劇的な影響を受けるが、一方、
大きなＺの場合、それらは専ら励磁地帯の外形によって
判定される。測定結果が上部と下部の流体境界に敏感で
あることは明らかである。

第１０図は含油層の垂直中心部内に位置する、ある垂直
位置（Ｚ＝Ｏ）で行われた測定の計算結果を示す。

この場合、穿孔機は垂直に固定された状態にとどまるが
励磁半径Ｘ０は励磁を惹き起こす交流電流の振幅を大き
くすることによって級数的に大きくなる。

厚さＴ＝１．２．１０フイートの三つの変数についての
結果がプロットされている。本発明は未曾有の属性、即
ちケーブル２８を導通する交流電流の大きさを単に大き
くすることによって横方向に地層を探査する能力を与え
るものである。

励磁径２Ｘｏによって形成される所与の体積を励磁する
ために必要とされる最小時間は、方程式１５によって与
えられる。もし、■。が　適当な電流である１０アンペ
アであるならば、その場合には、引用したケースの最小
励磁時間Δｔは、第１１図によって与えられる。例えば
、６フイ一ト径部分に必要とされる最小励磁時間９．６
１１Ｓ秒であり、６５フイ一ト径部分に必要とされる時
間は０．０１）６秒である。以上は、方程式５に示され
たような実際の含油層に適当な長手方向緩和時間Ｔ。

の殆んど何れよりも短いような高速励磁時間Ｔ１である
。本実施例において、最小励磁時間Δｔが重要な流体の
何れの長手方向緩和時間Ｔ、よりも短くなければならな
いことは言うまでもない。全体として、所与の選ばれた
励磁半径Ｘ０の場合、励磁時間Δｔが測定中の流体の長
手方向緩和時間よりも短くなるように電流Ｉ０を選ばな
ければならない。

方程式１５ないし２０は油井を形成する励磁地帯内の地
層中の石油量を測定するために使用される方法の基礎を
与えるものである。もし磁界の変動がＺ＝０の位置で測
定される場合には、ピークピーク交流電流が増加するた
めに励磁半径Ｘ０が大きくなり、測定結果は、式１６に
従って変化する。それ故、δＢ　（Ｔ、　Ｘｏ　、Ｘｈ
　、Ｚ　＝　０　）対、異なるＸｏの値は、データから
得ることができる。

Ｔとβの双方は、それらが異った関数式によって磁界変
化に影響を与えるために結果の数学的符合性から割り出
すことができる。例えば、方程式１６よりＸ０＝０の極
限の場合、δＢ　（Ｔ、Ｘ、、Ｘｈ、Ｚ＝０）の結果は
第１に変数βによる影響を受けることになる。更に、Ｘ
ｏがＸ（１＞Ｔとなるような大きな値の場合、δＢ　（
Ｔ、Ｘｏ　、Ｘｈ、Ｚ＝０の場合の結果はＴ　／　Ｘ　
Ｏの比とな。従って、βとＴの両方ともデータから容易
に隔離することができる。

βとＴの値を測定する別の方法も明らかである。

他の値を一定とした場合に（特にＸ６＝一定とした場合
）種々の距離についてδＢ　（Ｔ、Ｘ、、ｘｈ、Ｚ）値
を測定することができる。次いでデータに数学的に符合
するとβとＴの両方に関する知識が得られる。何故なら
ば、これらの値は相異なる関数式によってデータに影響
を与えるからである。

これはβとＴの両方を独立に測定する第二の方法である
。この理論に基づいてβ、Ｔその他の所望値を判定する
その他の多くの方法も明らかであるが、本実施例を若干
変化させたのでしかない。

この場合δＢ　（Ｔ、Ｘｏ　、Ｘｈ　、Ｚ）は励磁前の
時刻から磁気モーメントの方位が狂った後のそれより、
後の時刻に至る正味磁界変化である。それは励磁前時刻
から励磁後時刻に至る時間の正味変化値Δｔである。し
かしながら、δＢ　（Ｔ、Ｘ、　、Ｘｈ、Ｚ）はこの時
間隔Δを中に一様に零になる必要は必ずしもない。もし
、緩和時間が励磁時間と比較して長ければ励磁時間Δを
中にδＢ（Ｔ、Ｘｏ、ｘｈ　、Ｚ）時に幾つかの発振が
生ずる。もし、Ｔｔが励磁時間Δｔよりもずっと長けれ
ば、かかる発振が殊に発生しそうである。

この場合、磁気モーメントは穿孔から放射方向に去る異
なる角度εを回転する。例えば、何れの一瞬間にもより
多くのモーメントが「下降」よりも「上昇」する。次の
瞬間にもつと多くのモーメントが「上昇」よりも「下降
」する。かかるモーメントの過剰数はドリフトして同相
になたつり、位相外れになったりするために、地球磁気
内に「うなり」や発振が発生する。かかる発振は、穿孔
付近の磁界が非常に均一である場合にのみ発生すること
が予期される。

励磁地帯定天然核磁気内におけるかかる発振を引き起こ
ｔ１物理的メカニズムは、種々の型式の核磁気共鳴測定
と関連した他の発振現象とは全く無関係である。

たいていの核磁気共鳴測定においてラーマ−周波数で歳
差運動する干渉性磁気がつくられ、存在する磁気モーメ
ントにふされしいラーマ−周波数で測定が行なわれる。

それ故、地球磁界における通常の分極歳差運動核磁気共
鳴法の場合、はぼ２ＫＨｚラーマ−周波数で測定が行な
われる。望ましい実施例としては共鳴による掃引中と後
に発生する天然発振は、ラーマ−周波数のもとでは、発
生せずに、そのかわり、ラーマ−周波数よりも相当小さ
な周波数のもとで発生することになろう。共鳴による掃
引中と後の発振の出現とその詳細な性格は附与された交
流磁界の振幅と共鳴による掃引速度とに依有することに
なろう。

地球磁界内のこれらの発振を特徴づける本質的な特徴は
、それらがラーマ−周波数で地層に対して交流磁界を繰
返し加えることによって生ずる含油層の天然常磁気の振
幅変調によって惹き起こされ、更にこれらの発振が地層
内の磁気モーメントのラーマ−周波数と無関係な周波数
で発生するという点である。βとＴを判定するための測
定手法は、同様にしてこれらの発振現象によっても可能
である。

地層の天然抜書磁気中の振幅とかかる発振の位相を測定
することによって、本実施例から得たと同一の情報を得
ることができよう。

かかる発振がどのように使用されるかについての例を提
供するために、もし、穿孔附近の磁界が極端に一様であ
れば、以下の方法を使用して地層の天然常磁性を推論す
ることができよう。第７図に６４で示したｐｃｕ、すな
わちプログラム可能な制御装置を調節して周波数掃引発
振器（ＦＳＯ）の周波数は、地層内の核子のラーマ−周
波数に対して一定に等しくなるように保たれ、ＦＳＯの
振幅も一定にしておく。

然しなから、交流磁界の位相を適当なやり方で変調させ
て第１２図に示した励磁過程を生じさせる。

１＝０の時に穿孔から種々の放射方向距離Ｘ３、Ｘ、、
Ｘ、について、三つの磁気モーメントＭ３、Ｍｚ、Ｍ：
＋が示されている。ｔ＝＝０の時にＦＳＯはΔｔの時間
の間、オンとなる。その後、第１２図に描かれた磁気モ
ーメントはΔを時間の間、ラーマ−周波数で、一定の振
幅と一定の周波数を有する交流磁界を加えられた状態で
連動を行なう。

ｔ＝Δｔの時のこれらのモーメントの位置は第１２図に
示すとおりである。

然しながら、ｔ＝Δｔの時にＦＳＯの位相は、それが第
一時期中にあったものと異なる１８０”の値に断続的に
飛躍させる。その後、種々のモーメントがそれらの運動
を正確に再び追跡し、ｔ＝２Δｔの時に同時符合関係に
入る。

それ故、もし交流磁界の位相が周期的に変調する場合、
地層の天然抜書磁気の干渉性振幅変調が発生し、それに
よって位相が周期的に変調される周波数で誘導コイル勾
配計とともに検出される地層の励磁地帯附近で地球磁界
の振幅変調が発生する。この位相変調手法によって、地
層内の重要な種々の変数も測定することができる。

以上、明らかにした理゛論的説明より励磁地帯内の含油
層の天然常磁性を実質的に崩壊させるどのような手段も
地球磁界内に測定可能な影響を生じさせることになろう
。かかる測定によってＴ、βの如き重要な値を数多く得
ることができる。その結果、共鳴による掃引中と後のか
かる発振にもとづいた手法は本実施例を整線に変更した
ものであって、かかる発振は、以下の論述においては無
視することにする。

地層に附与された交流磁界の波形の詳細な形は多くの選
択の余地がある。例えば、第７図の周波数掃引発振器１
８を他の幾つかの装置と取り替えることができる。交流
磁界は発振器の周波数帯域幅が励磁地帯内で適当なラー
マ−周波数内の適当な散布量を包含するかぎり、反復的
にパルスをオンオフすることができる。

更に、発振器を固有に構成して励磁地帯内のう−マー周
波数に適当な周波数間の周波数連続体で発振するように
することができる。それ故、周波数掃引発振器１８は説
明のために用いられるものであって、他の多くの励磁方
法も使用することができることを理解されたい。

交流磁界において許される柔軟性は、地帯内の石油と水
による信号を隔離する多くの実際的方法を可能にする。

多くの石油と水の層において、石油と水の長手方向緩和
時間（Ｔｌｗ）はほぼ０．２秒で油成分は、はぼ１．６
秒の長手方向緩和時間（Ｔｔｏ）を備えている。（Ｒ：
Ｊ、Ｓ、ブラウンおよびＢ、Ｗ、ギャンソン、Ｐｅｔ　
　翻訳、Ａ　Ｉ　ＭＥ。

２１９．１９９頁、１９６０年） 普通、油層のどの穿孔にも存在する石油と水の緩和時間
のこの相違は交流磁界の周波数掃引が時間的に適当に順
序量てられておれば観察可能である。

周波数掃引発振器１８を制御する第７図のプログラム可
能な制御装置６４は交流磁界の周波数掃引の時系列を制
御する。第１３゛図は一つの可能を示したものである。

交流磁界はラーマ−周波数より低い周波数（Ｆ＋）から
ラーマ−周波数（Ｆ、）を経てラーマ−周波数より高い
周波数（Ｆ２）にＴ１の「掃引時間隔」で掃引される。

その後、交流磁界はＴゎの「デッドタイム」の間Ｆ、値
にもどる。地層のラーマ−周波数の「拡散値」に相当す
る周波数帯域幅が存在するための地層はΔｔの時間共鳴
状態にある０周波数掃引はＴ、とＴゎの和に等しい周期
Ｐで反復される。

励磁過程中、油層附近の地球磁界Ｂ０はδＢだけ減少す
る。その後、磁界は適当な長手方向緩和時間で、その以
前の値に再び緩和する。この励磁緩和過程は第１４図に
示すとおりである。地層が共鳴によって繰返し掃引され
るために励磁緩和過程も反復速度で繰返される。

勾配計、組成体の個々の誘導コイルの出力は第１５図に
示すとおりである。励磁時間中、コイルＶ、を横切って
ピーク励磁電圧が現われる。デッドタイムＴＩ、の間、
地層は熱プロセスのために回復し、誘導コイル内にピー
ク電圧ｖｌＩが誘起される。これら二つの電圧のピーク
・ピーク和はＶＰＰとなる。実線は比較的長い緩和時間
を有する地層内にコイルだけが存在する場合の電圧を示
す、一点鎖線は比較的短い長手方向緩和時間を有する地
層内に水が存在する場合に相当することになろう。

実際的な混合体は、二つの曲線を適当に加重した組合せ
によって表示されるであろうことは言うまでもない。

デッドタイムＴ、ｌが地層内に存在する流体の長手方向
緩和時間よりも長いか短いかに応じて劇的に異なる事象
が生ずる。もしＴ、がＴ＋ｏ（石油の場合）よりも小さ
いならば、石油の陽子は加熱されて、次の周波数掃引前
に地球磁界に沿って再び整列する機会は殆どない。もし
再整列が次の周波数掃引によって実現されなかったら１
．地球の磁界中に何らそれ以上の、断続は観察さないだ
ろう。

従って、幾つかの選択が可能である。もしＴＤがＴｔ−
とＴＬＩＯよりも小さければ、石油と水からの信号は全
く観察されないであろう。もしＴ、がＴｌ−より大きい
か、Ｔ、。よりも長ければその場合には水の信号だけが
観察されることになろう、もしＴ、がＴＬｌ。と’ｒｔ
ｗ’の双方よりも長ければ、水と石油の信号の両方が観
察されることになろう。

「信号が観察されない」ということは、かがる信号が比
較によってずつと小さいということを意味する。

かくして種々の異なるデッドタイムＴ、につい　−てｖ
ＰＰを測定すれば、石油と水を分離するのに十分である
。

期待される挙動については第１６図を参照されたい。

この場合、その他の変数を一定に保持した場合の種々の
デッドタイムＴＤについてＶＰＰがプロットされている
。水と石油の影響は第１６図のように分離することがで
きる。異なる論述において石油と水の陽子密度の差異は
簡単にするために無視されてきた。

第７図の位相検出器は信号の振幅だけでなく位相も測定
する。位相は穿孔内に依有する緩和時間の分布を推論す
るための十分な情報を含んでいる。

検出システムは位相検出器を有する周波数１／Ｐに同調
させられるためにこの周波数で変化する磁゛界Ｂ　（ｔ
）の正弦波成分だけが測定される。

第１４図の波形の単純なフーリエ解析は以下の知識を与
える。

Ｂ　（ｔ　）　＝　Ｉ　Ｂ　（ａｃｏｓ　Ｗｏｔ＋　ｂ
ｓｉｎ、Ｗｏｔ）Ｗｏ＝２π／Ｔ ａ　−２（Ｐ／Ｔ＋）（１−ｅす′？’）　（（Ｐ／’
ｒ＋）”　＋　（２πν）−１ ｂ＝　（４ｆｆ）（１−ｅす′７す（（Ｐ／Ｔ、）”＋
（２π）”）　−’ ｒ＝２　　（１ｅ−””）（（Ｐ／Ｔ＋）”　＋（２π
）２）　−１／！ ・・・・・・・・・方程式２ま ただしｒは振幅、ａおよびｂはδＢの単位における正弦
波の直角成分、更にＴＩは存在すると想定される単一流
体の指数関数形崩壊時間で・ある。

ｂ　／　ａの比は、方程式２２に示した単一流体につい
ての長手方向緩和時間を直ちに与える。

ｂ　／　ａ　＝　−２πＴ＋／Ｐ　　・・・・・・・・
・方程式２２異なる長手方向緩和時間を有する多数流体
成分は異なる周期Ｐについて測定を行うことによって分
離することができる。

他の多くの仕組を用いて石油と水を識別することかでき
る。地層水は、通常石油よりもずっと導電性であるとい
うことが、良く知られている。その結果、もし交流電流
が含油層内に通じると、電流は当然のことながら石油よ
りも水に従うことになろう。このような構成は電極３０
を第７図のし＝Ｏの位置に置くことによって容易に実現
される。

もし交流電流の類似のデッドタイムＴ、がＴ、。もしく
はＴ４の何れかよりも長ければ、ピークピーク交流電流
が増加するためにある電流レベルでまず石油の信号が見
られ、それから高い電流レベル（Ｔ、。＞Ｔ’ｔｗとす
る）で水の信号が出現することになろう。もしデッドタ
イムがＴ１，４より長いがＴＩＯより短かければ、水の
信号だけが観察されよう。存在する流体について長手方
向緩和時間と比較したその他のデッドタイムは明日に予
言可能な結果をもって選択することができる。

地層水の高い導電性はその他の潜在的な利点をもたらす
。例えば、第８図に示した交流磁界は地層自体の中に二
次電流を誘導する。これら二次電流は、それより導電性
の水の中で大きいことはいうまでもなく、選ばれたデッ
ドタイムとピークピーク電流に応じて石油と水による信
号はすでに述べたものに類似した種々の手法によって分
離することができる。これら追加的あ誘導電流は実際に
基本的励磁過程自体において役立つことができる。

基本的励磁過程を補助することのできる仕組は他にも存
在する。例えば地層の複素誘電率によって第７図の経路
３２に沿う復帰電流は実際に附勢された交流磁界と同相
にあるということがある。

事実、第７図のＬｅＹの選択を最適にして、この結果を
得ることができよう。従って、かかる同相電流は実際に
は励磁過程を補助することになろう。

更に、多くの石油地層内に存在する短い横断方向緩和時
間は同時に励磁過程をも補助することができる。

一般に言って、人は電流を地層内に導入するただ一つの
手段よりも多くの手段を持ちたがるかもしれない。例え
ば、別の周波数掃引発振器と電力増幅器によって独立に
制御される追加的な電流源を２＝０の場合に第７図の含
油層の反対側に取り付けることができよう。

もし、この掃引発振器のデッドタイムがＴＩＯとＴゆよ
り小さければ、この回路内の電流の大きさを調整して水
信号を「キル」することができる。

この場合、第７図のその他の特徴は、同一のままであろ
うし、水信号を取除くと高速でずつと正確な測定を行う
ことができる。その他、多数の電極構成と「デッドタイ
ム」の選択をを行うことができることも明らかである。

それ故、任意の数の電極を附加して交流電流を独立に穿
孔の長さに沿って地層内に導入することができる。

これらの余分の電流源は独立の振幅と位相と周波数を持
ち適当に調整して一連の独立の任務を達成することがで
きる。

更に、第７図の電極のように任意の数の追加的な表面電
極を装置に追加して特定の目的を果たさせることができ
る。

これらの電極は種々の理由で異なる振幅、位相、周波数
で駆動することができる。

穿孔附近の象限は幾つかの手法で選択的に調査すること
ができる。もし、電極５２が穿孔のまわりに固定半径内
を逐時的に運動するならば、また電極３０が穿孔内に適
当に配置されるならば、電極５２の各位置で取られたデ
ータは励磁電流により、選択的に励磁された地層の選ば
れた「π形」部分についての情報を与えることになろう
。更に、掘削孔の周囲に配置された多数の表面電極を逐
時的に励磁し、地層部分についての同様の情報を得るこ
とができよう。それ故、地層領域に交流電流を選択的に
附勢することによって穿孔のまわりの所定の地層象限に
関する測定値を得ることができる。

第７図の標準的構成を使用すると方程式１６から測定さ
れた磁界変化は穿孔附近の流体に対して最も敏感である
ことが明らかである。もちろん、十分な測定精度を使用
して、これらの望ましくない寄与を差引くことができよ
う。更に、第７図の高透磁性材料４０．４８による磁界
摂動も穿孔流体の共鳴を周波数域を拡大することによっ
て、これら流体を全く測定されないようにすることもで
きる。

然しなから、その他の方法も使用できる。泥水に加えら
れた常磁性不純物その他の磁気浮遊物を使用する標準的
な手法を本発明に使用することもできる。（Ｒ，Ｊ、Ｓ
、ブラウンおよびＣ，Ｈ。

ノイマン、職業的油井検層分析家協会、第２１回年次検
層シンポジウム、ラファエット、う、論文に、１９８０
年 これらの添加前は、識別の基礎として使用できる穿孔流
体の長手方法と横断方向の弛緩時間を劇的に短くする。

穿孔流体からの望ましくない信号を差引くもう一つの顕
著に異なった方法は誘導コイル勾配計の長さだけを概略
走行する第７図のケーブル２日に平行なもう一つの別個
の絶縁ケーブルを加えることである。穿孔の長手方向緩
和時間よりも短いデッドタイムを有する追加的ケーブル
内に発生した小さな交流電流は望ましくない信号をほぼ
完全に取除くことになろう。

第７図に示した誘導コイル勾配計は二本の同一磁気コイ
ルを含んでおり、それらの各々はＰＬＥによる磁界変動
を測定するのに十分な感度を備えている。各コイルの実
際の構造中には標準的な設計原理が使用されている。（
例えば、Ｇ、Ｖ、ケラ−１Ｆ、Ｃ，フリツシュクネット
、同上、Ｌ。

Ｋ、ヒル、Ｆ、Ｘ、ボスティックジュニア、同上、Ｒ，
カルマン、同上、およびＷ、Ｄ、スタンリー、Ｒ，Ｄ、
ティンクラ−１同上を見られたい）勾配計の増幅度の一
つの可能な選択が第１７図に示されており、それは、０
Ｐ−２７演算項幅器を使用している。これらの演算増幅
器は絶縁デユワ一方式もしくは熱電冷却器の何れによっ
て冷却され、それらを適当な温度仕様に保つようになっ
ている。

石油流体は圧力補償用に勾配針に充填することができよ
う。常磁性添加剤を加えて石油流体からの望ましくいて
１９８０年６月２−４日開催の研究会議事録であるＨ、
ワイスストック、ウィリアムオフパートン編「地球に対
する５ＱＵＩＤ（超電導電子干渉素子）応用」所収Ｓ、
ブライナ著「地学的用途における磁力計」と題する論文
を参照されたい。） 標準的低騒音設計原理を使用してこの周波数による、こ
の回路網のＳ／Ｎ比を最適化することができる。（アル
ダート、ヴアデアツイール、「騒音、ソース、特徴化、
測定」プレンタイスーホール社、イングルウッド、クリ
ス、ニューシャーシー特に第３章と第３３頁の方程式３
．２３ａ、３．２３ｂを見よ） もし反復周期が１秒に選定された場合、この反復時間は
必要される油層にふされしいたいていの１８時間より長
い。それ故、Ｉ　Ｈｚの反復周波数０Ｐ−２７演算項幅
器の電流と騒音の仕様の誘導コイルの最適な信号をキル
することができよう。

各誘導コイルは抵抗ＲｃとインダクダンスＬを備える。

反復測定周波数のもとて直列回路網が共振状態になるよ
うに直列コンデンサＣを選ぶ。第１３図において反復同
期ＰはＴ、＋’ｌ’Ｄに等しく、それ故、反復周波数Ｆ
　（ＲＥＰ）＝１／Ｐである。

直列コンデンサＣは、次式によって与えられる。

勾配計の誘導コイルを同期もしくは共振周波数で動作さ
せることは、その性能を所定周・波数で最大にするため
にシステムに課せられた重要な設計上の必要条件である
。

これまでたいていの高感度誘導コイル系は、地磁気作業
の如き用途については周波数帯域幅のもとで動作するよ
うに設計されてきた。（本主題を概観するには、探査地
学者協会発行、ロス　アマロス科学研究所における抵抗
はほぼ１　、０００オームとなる。

これらの状況の下で、増幅器が与えられる追加的な雑音
パワーは４ＫＴΔｆの理論的極限よりも２倍だけしか大
きくない。

ただし、Ｋはボルツマン定義、Ｔは絶対温度、Δｆは検
出回路の周波数帯域幅である。この場合、検出系の周波
数帯域幅である。この場合検出径の周波数帯域幅は１１
１Ｚに設計され、コイルのＱはほぼ■で直列共振回路は
極度に減衰される。

第１７図に示すように、コイル１とコイル２の回路の出
力部は回路の新段階、“ＤＩＦＦ／ＳＵＭ”として記し
た微分／加算回路に接続される。

差動方式の場合、誘導コイル系は、勾配計の如く作用す
る。加算方式で組成体は大きな単一誘導コイルのように
作用する。標準的設計原理を使用して系周波数帯域幅を
確立し、追加的なゲインを与え、励磁状態をつくり出す
ために使用される交流磁界からの誘導電圧に対して弁別
する。

誘導コイルを並列共振に対して同調させた標準的電圧増
幅を検出手段として使用することもできる。第１８図は
、かかる構成を示すものである。

勾配計は二つの誘導コイル、検知コイルと基準コイルを
備えている。検知コイルは測定地層に最も近くなる。か
かる測定にとって必要な感度を有する市販の誘導コイル
はジオトロニクス社（テキサス州、オースチン）製のＭ
ＴＣ−４ＳＳ型誘導コイルである。しかしながら、注文
によってより高感度のコイル作ってデータ取得時間を減
らすことができる。重要な検出周波数で検知コイルを共
振させるためにコンデンサＣＩを選ぶ。（第１３図の１
／Ｐ） もし、検知コイルのインダクタンスが知られているなら
ば、ＣＩを計算するために方程式２３をこの場合にも適
用することができる。それから検知コイルＲ１が周知の
Ｑを有するように便宜的に選ばれた抵抗器である。検知
コイルＲ，とぴったり同じ周波数で共振するようにＣｔ
を選ぶ。（Ｑ’＝　ｗ　Ｌ　／　Ｒｓただし、Ｗは角周
波数、Ｌはコイルのインダクタンス、Ｒはコイル抵抗）
Ｑは周波数に対する誘導コイルの形状を設定するもので
ある。

その後、基準コイルの周波数応答が検知コイルの周波数
応答と同一となるようにＲ２を選ぶ。

増幅は幾つかの低雑音増幅器によって行なわれる。多数
コイルのすぐれた選択はＥＣ＆Ｇプリンストン応用研究
社にュージャージー州、プリンストン）製の５００４型
増幅器であろう。

移相器が検知コイルと基準コイルからの信号時間の位相
差を調整することができる。利得調整電子装置が系内の
利得の差を準備する。差動増幅器が検知コイルと基準コ
イルからの二つの信号を減算し、勾配計の出力部となる
。

勾配計の等価平衡度は少なくとも二つの方法によって達
成することができる。まず、反復周波数の共通の交流磁
界をソレノイドを有する両誘導コイルに人為的に附勢し
て直接等価平衡度を達成することができる。

等二に、地球磁界、微脈動の変動を直接監視すると等価
平衡度を実現することができよう。穿孔深度における問
題の周波数におけるこれらの微脈動は、少なくとも所望
の信号強度よりも大きな位数であると期待される。（例
えばＪ、Ａ、ヤコブ「地磁気脈動」シュプリンガー出版
社、ニューヨーク１９７０年）それ故、もし測定時間が
最小化されなければならないとしたら、勾配計を正確に
平衡させることが肝要である。

第７図の位相検出器は適当なソフトウェアを備えたコン
ピュータによるシステト如き、任意の形式の位相依存測
定系と取替えることができるということに注意されたい
。典型的な方法の場合、位相検出器を取替えるコンピュ
ニタシステムは必要とされるＣ２とＲ２を連続的に変化
させることによってリアルタイムに、勾配計も平衡させ
なければならない。

標準的な電子設計原理を使用してこれらの機能を達成す
る。

もし先に述べた感度が十分でなければ、非常に純粋な銅
線を使用して誘導コイルを巻き、それを液体窒素で冷却
することができよう。コイルを冷却すると二つの利点を
得ることができよう。

第一はコイルから到来する単位帯域あたりのジョンソン
雑音の大きさが、絶対温度と比例し、４．８倍だけに減
少するという点である。

更に、配線の抵抗が概略１０倍だけ低下するであろう。

この場合の感度の増加は、これらの積の平方根となる。

従って、７倍の感度の潜在的増加が液体窒素によるコイ
ルの冷却によって可能になるわけである 誘導コイルの設計における他の多くの改良も考案されて
いる。高誘磁性コイルを地球磁界が細長いコア内により
効率に有効に結合することを可能にする球状の成端をも
った端部に取付けることができる。かかる改良は少くと
も２倍の場合に得ることができよう。更におそら（異な
る径の電線で種々の層上にコイルを巻くと設計を最適化
するのに役立つであろう。最後に、誘導コイルの高磁性
コアはｌ　Ｈｚ以下で誘導コイルの感度を相当増大させ
るような非常に低い反復周波数での従来の積層の代りに
固体ロッド材により製作することができる。

もし、第７図のケーブル２８が誘導コイル内の励磁周波
数で深刻なピックアップ問題を生じさせるならば、装置
設計の改良は直ちに可能である。

ケーブル２８は物理学的に分離することができ、誘導コ
イルｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ　５４を包囲する金属管の
一方の端部に取付けることができよう。それ故、誘導コ
イルを包囲する金属管によって電流が導通することにな
ろう。かかる金属管内部上には、交流磁界は全くつくり
出されないために、この形状は励磁周波数でいずれのピ
ックアップ問題も最小限にしなければならない。

第７図の勾配計、この用途に資するだけの多くの利点を
備えている。各誘導コイルに影響をおよぼす望ましくな
い環境上の撹乱のいずれも、測定には等しく影響をおよ
ぼさない。地球磁界の通常の変動は穿孔の深部を貫徹す
ることが予期されており、勾配計はそれらの望ましくな
い存在を取除く。（例えばＷ、Ｈ，キャンベル「地磁気
脈動」アカデミツク出版、ニューヨーク、ニューヨーク
１９６７年を参照されたい。）更に、穿孔流体の影響は
、一定の状況の下では勾配計によって最小限にすること
ができる。勾配計は−コイルでＰＬＥを測定する装置で
あると考えることがき、等二コイルを用いて望ましくな
い環境雑音を減算する。

この種の動作は、それ故、ＰＬＥは第７図の分離距離Ｓ
にわたって劇的に変化することを意味する。小さな励磁
径の場合、第９図に明示されたようなＺによる影響の急
速な変動は、この必要条件を満たす。Ｓに対する必要条
件を満たさない環境のもとでは、コイルは第１７図に示
したような「差」もしくは、「加算」の交互的な方式で
動作することが可能である。

更に、個々の誘導コイル管の間隔を選択的に選び、微脈
動の影響を最小にする一方でＰＬＥからのピーク・ピー
ク電圧を最大にすることになろう。

地球磁界の変動を除去するためのもう一つの解決方法は
、地球表面上に配置されたコイルをもう一つ独立に使用
するこであろう。かかる「−面の信号」は測定値から適
当に減算して正確な結果を得ることができよう。

励磁緩和過程中の誘導コイルに伴う、エネルギー移転過
程の物理学は同様に関心のあるところである。励磁中に
交流磁界から地層内の磁気モーメントの集合体へとエネ
ルギーが移動する。ｊｉｌ］磁後、磁気モーメントは地
球の磁界沿って位置エネルギー状態内へと方向転換する
から、この過程で、エネルギーを放棄する。誘導コイル
が、何れかの過程中に地球磁界の変化を検知することは
いうまでもない。反復周波数で地球磁界の適当な変化を
測定し、穿孔内へ物理的にはまりこむ何れの装置もこの
作業に適しているということを多分強調しておくべきで
あろう。殊に５ＱＵＩＤ磁力計を製作して、かかる測定
を行うことができよう。より高感度の光ポンピングと陽
子歳差運動磁力計を製作して、この任務を達成すること
ができる。かかる磁力計の相対感度を概観するについて
は、読者は、すでにふれたＨ、ワインストックとウィリ
アムオーバートーンの両氏の編集になる書籍を参照され
たい。

更に、光学繊維磁力計が必要とされる感度を実現するた
めに大きな力を備えているように思われる。

例え、スチール製のケーシングが穿孔を包囲しても常磁
気検層効果を測定できるということは明らかである。

当該、効果の測定をケースした穿孔内で可能にする本発
明の実施例が第１９図に描かれている。

第１９図に示した参照番号７０に至るまでの構成要素は
、第１図と第７図の説明においてすでに明らかにしたと
おりである。その他、穿孔ケーシング７２が穿孔を包囲
している。周波数掃引発振器（７０）の周波数マーカ出
力を搬送するケーブルにはトリガ信号パルサ７４（ＴＳ
Ｐと略示する）が取付けられている。ＴＳＰの出力部は
ケーブル７６゛を有する位相検出器の基準入力に取付け
られる。ＴＳＰの目的は位相検出器の応答を周波数掃引
発振器のマーカ出力からの波形変化に対して不変にする
ことである。誘導コイル組成体をハウジング７８が包囲
している。

第１９図に示した実施例には、電極３０が誘導コイル、
勾配計、組成体上のケーシングと接触するように配置さ
れる。

穿孔ケーシングは局部地層よりも導電性であるために重
要な電流Ｉ０はケーシングに沿って下方向に通電し、そ
の後地層を経て電極５２へと復帰する。

この下方向に流れる電流は、性質上開放穿孔ケース内の
絶縁ケーブルによって、作り出された交流磁界に類似し
たケーシングの外側に交流磁界を発生させる。方程式１
２は、地層内に励磁を生じさせる、この交流磁界の放射
方向依存度を記述したものである。更に、交流電流の局
部適導通に依有するその他の励磁仕組は励磁過程を補助
することができるが、それについてはすでに述べたとお
りである。それ故、第１９図の陰影領域で示した励磁地
帯は穿孔ケーシングが存在する場合のものを明らかにし
たものである。。

交流磁界は共鳴によって反復的に周波数掃引されるため
に、ＰＬＥは反復率で地球磁界内に振幅変調を生じさせ
る。長いスチール製パイプに平行な低周波交流磁界はパ
イプの存在によっては劇的に影響を受けない。スチール
のパイプに垂直な磁界は、もちろん劇的に遮へいされる
。それ故、穿孔ケーシングの長軸に沿って磁界変動成分
が、存在する限り、ヘーシングを通してＰＬＥを測定す
ることができよう。この問題も実験的に調査済みである
。

長さ９５インチ、１１７／８インチ、ＩＤ空心ソレノイ
ドを構成して８５インチ長、　　９５／８インチ０、Ｄ
、型Ｐ−１１０穿孔ケーシング（壁厚０．４７５インチ
、日本鋼管製、テキサス州ヒユーストン市パイプコンサ
ルタント社提供）に附勢される長手方向交流磁界の減衰
量を試験した。第２０図には周波数に対する減衰率η（
（ケーシング内のＢｐｐ）　／　（ケーシングない場合
のＢｐｐ））がプロットされている。３　Ｈｚ以下で減
衰率は２５％未満で、１０Ｈｚ未満で減衰率は５０％未
満である。それ故、穿孔ケーシングを貫いて測定できる
。これらの結果もまた理論的合作を「金属ケースを施し
た穿孔内のソースの電磁遮へい」と題する論文中に見い
出すことができる。（Ｊ、Ｒ，ウェイト、Ｐ、Ａ、ヒル
、地学エレクトロニクスに関するＩＳＥ、Ｅ、Ｅ紀要第
ＧＥ−１５巻第２号、１９７７年、１０８頁） 奇妙なことに、穿孔ケーシングの存在は、誘導コイル勾
配計の性能を劇的に向上させることができる。穿孔ケー
シング内部で磁界は誘導コイル勾配計の軸にほとんど平
行になる。それ故、誘導コイルの小さな角運動によるス
プリアス誘導電圧は、その代りに、磁界が誘導コイル勾
配計に対して大きな角度をなしている場合、−次依存性
に対立するような角運動の二乗として変化することにな
ろう。同様な理由で誘導コイル自体を包囲するハウジン
グは、意図的に高透磁性材料により構成して誘導コイル
勾配計の小さな角運動によって、コイル内に誘導された
偽電圧を小さくするのに役立つ。

それ故、誘導コイルを包囲するハウジング７８は意図的
に高いｉ１ｍ性材料によって製作する。

第２１図は穿孔ケーシング７２によって補強された油井
穿孔内側の常磁性検層効果を測定するために使用される
実用的な穿孔機の特徴を示す。

先に述べたように、高透磁性材料４０．５Ｂを包囲する
巻線３８．５６はそれぞれ二つの誘導コイルを備えてい
る。

コンデンサＣＩ　、Ｃ２は誘導コイルを同調させて並列
共振させ、抵抗器ＲＩ、Ｒｔは誘導コイルのＱを同一に
する。補助計装パッケージ６２の最小限の内容はすでに
記述したとおりである。穿孔機の外側ケースは参照番号
７８である。

更に、電圧増幅器８０．８２は信号をゾンデ内の信号処
理計装パッケージ８４に提供する。

信号処理計装は相対的位相差と二つの誘導コイル間の利
得を調整するための手段を備えると同時に二つのコイル
からの信号を減算する。出力差はケーブル４４によって
第１９図の位相、検出器に与えられる。このケーブルは
穿孔環境内に広く用いられる多導線ケーブルであって、
表面とアナログ通信をも行うことのできる一連のデータ
経路をサポートすることができる。

処理計表内に双方向のデジタル促送装置を等しく構成す
ることができることも明らかである。もし測定された信
号がデジタル化されると、このデジタル信号は第１９図
のアナログ位相検出器の代りに表面に関して、コンピュ
ータにより適当に分析することができよう。

アナログ、デジタルいずれの位置計装手法を使用してＰ
ＬＥを測定することができるから、これが本発明を空線
に変更したものであることは明らかである。

先に述べたように、高透磁性材料を選んで誘導コイルを
包囲して勾配計の出力部に対する運動の影響を少なくす
ることができることができる。それ故、第２１図に番号
８６で示した幾つの円筒形構造の一つを、高透磁性材料
によって構成、することができよう。　高透磁性材料は
、誘導コイルの感度を低下させるケーシング内の渦電流
の生成を少なくするためにも使用できる。この渦電流の
減少は、穿孔ケーシング７２を通過する高透磁性コア４
０．５８から通常放射する磁束線がその代りに穿孔ケー
シング内側で閉じ込められ、高透磁性材料８６を通過す
るために発生するものである。

その材料自体はその長さに沿ってスロットを設けること
によって渦電流損失を更に減少させることができる。事
実、高透磁性材料自体は互いに電気的に絶縁された多数
の薄いシート状の材料によって製作することができる。

番号８６で示した幾つかの円筒上の導線の巻線が幾つか
のソレノイドを構成する。円筒８６は繊維ガラスのよう
な絶縁材料でよく、あるいは設計条件によっては、先に
述べたような高ｆｆ１ｌ性材料でもよい。ソレノイドは
、検出周波数で周知の交流磁界を附与して零に平衡させ
ることによって勾配計を平衡させるために使用される。

もう一つの別の問題として、ソレノイドは穿孔方向に沿
って地Ｗｉヲこ別の静磁界を附与するためにも使用する
ことができよう。

この作用は、地球磁界方向に地層の磁化を人為的に大き
くし、この磁化は通常のＰＬＥ実験測定において適当に
周波数掃引された交流磁界を附与することによって崩壊
させることができよう。

このことが本発明の延長であることは明らかであるから
、この測定方法については、これ以上詳細に説明しない
。

ゾンデに取付けられた機械的アーム９０は当産業におけ
る通常の方法によって穿孔ケーシングと接触状態に保た
れた導電パッド９２を備えている。

かかる機構はたるみがゾンデの重量を支持するケーブル
２８．４４内に導入される虞れがあるために、ゾンデの
６堰りを行い振動を避けると共に周波数掃孔の交流磁界
をケーブル２８を介して２ケーシング上に導入する働き
を行うものである。ケーブル２８は他のばあいにはゾン
デとこのパッドもしくは電極から絶縁される導電パッド
に取付けられ、地層内に動磁状態を生じさせる交流電流
の大部分を提供する。

その他、機械的アームはゾンデにも取付けられ、ケーシ
ングと接触する別の導電パッド９６を支持する。ケーブ
ル２８と直列の抵抗器Ｒ３をへてこの導電パッドに電流
が提供される。その結果、絶縁ケーブル９８は比較的小
さな交流信号を搬送しこの電線により発生した周波数掃
別交流磁界は穿孔内の流体のみを先に述べたように連続
的に励磁させるために穿孔流体からの信号がゾンデから
の測定値の解釈を混同させるのを防ぐ。導電パッド、余
分のソレノイド、および余分の交流電流搬送ケーブルの
その他の組み合わせを用いて類似の目的に役立てること
ができるが、それが本発明の延長であることは明らかで
ある。

更に、ゾンデ内に任意の数の所望誘導コイルを追加する
ことも可能である。これらの誘導コイルは簡単なニコイ
ル勾配計から所望の効果を発生させるための各種方法と
共に働くことができ、穿孔ケーシングの種々の壁厚によ
ってデータに対するスプリアスな影響を取除くのを補助
することになるだろう。ゾンデにかかる余分の誘導コイ
ルを追加することは本発明を空線に変更したものといえ
る。原則として任意の形式の磁力計を任意の数だけ微分
磁力計内に組込んで測定仕事を達成することができよう
。ゾンデ内の圧力と温度は当該産業において用いられる
通常の方法によって制御される。その他、ゾンデ７８の
外側ハウジングは繊維ガラスの積層体とその°長さに沿
ってスロットを設けた同心円状のステンレス鋼製円筒に
よって製作することができる。かかる構成は圧力に対す
る耐性を備え渦電流損失を最小にすることになろう。

穿孔ケーシングの存在は他の方法でＰＬＥの測定を補助
することができる。例えば、第１９図の電流１０は穿孔
ケーシング外側を流れるためにケーシング内部には電流
磁界を殆どつくりださない。

それ故、交流電流が流れることによって生じた電流磁界
によって誘導コイル勾配計内に誘導された偽信号はケー
シングの存在のために最小になる。

更に、′穿孔ケーシングは周囲の地球磁界の磁界強度を
ひずませる。それ故、穿孔ケーシングからの所与の放射
方向距離で共振を惹き起こす予想可能な周波数が存在す
ることになろう。それ故、穿孔を包囲する一連の異なっ
た励磁形をつくりだすような周波数掃引間隔を選択する
。例えば、穿孔ケーシング周辺のトロイダル励磁領域が
周波数掃引間隔を思慮深く選択することによってつくり
だされることは明らかである。最後に穿孔ケーシングの
存在は穿孔機を所定位置にしつかりロックするために使
用することのできる堅固な面を提供することによって勾
配計の振動運動を防止する。

これまで、有効励磁半径Ｘ０は油田の横方向境界と交叉
しないものと、仮定してきた。励磁交流磁界がＸｏが横
方向境界と交叉する点まで大きくなると、他の変数を一
定に保って、Ｘｏに対してδβ（Ｔ、Ｘｏ　、Ｘｈ　、
Ｚ）をプロットするとデータの変曲度を示すことになろ
う。多くの状況において、十分な正確さでこの境界を識
別することが可能である。もし、その代り穿孔が近くの
油田からそれた場合、磁界変化が現われるまで励磁界を
連続的に大きくすればそのほとんどそれた油層の放射方
向距離を固定することができよう。

更に、もし、油層が大きな「スイスチーズ」ポケット内
に存在しているならば、この配置もデータから容易に識
別することができよう。その他の幾何学的特異性は実験
結果の特異性と変曲によって明示されることが期待され
る。

ＰＬＥを測定する際の大きな問題は、同期検出帯域内の
環境上の撹乱を最小にすることであると考えられる。か
かる問題は、勾配計を振動から隔離し誘導コイル内部の
高透磁性コアに対する応力を最小にすることによって、
最小にすることのできる勾配計のマイクロホニック雑音
を含んでいる。

更に、勾配計内の誘導コイルの温度を安定化することが
、かかる応力を最小にする上で究極的に重要である。

すでに、手短かに述べた繊維光学磁力計は、最終的にＰ
ＬＥを測定する上で、卓越しているということが判る。

というのは、これらの計器は、誘導コイル勾配計はどの
振動に対する感受性をもたないからである。

第２２図に本発明のもう一つの実施例が示されている。

この実施例は、油層附近に掘削孔が何処にも穿たわって
いない場合に適したものである番号をふった構成要事は
すべて、第１９図に示した通りである。電極５２．５３
間の地層を油層内の核子のラーマ−周波数中を反復的に
周波数掃引される交流電流が通過する。この周波数掃引
された交流電流は、第２２図の地層の陰影領域内に励磁
を惹き起こすに十分な大きさでなければならない反復的
に周波数掃引された交流磁界をつくり出す。ＰＬＥと石
油地層附近に地域磁界の振幅変調をつくりだす。

地球表面上の油層上部の地球磁界の振幅変調は二つの誘
導コイルが第２２図に示すような形をしているばあい、
誘導コイル勾配計によって検知される。

巻線３８と高透磁性材料４０からなる誘導コイルの垂直
方向に上部の誘導コイルは、含油層の反復励磁作用によ
って惹き起こされた地球磁界の振幅変調を検知する。巻
線５６と高透磁性材料５８とから成る第一の誘導コイル
からＨ距離のところに配置されたもう一つの誘導コイル
はすでに述べた通常の方法で両誘導コイルによって測定
された地球磁界の同相変動を減算するために使用される
。

勾配計差出力は差動増幅器６０を使用して誘導コイルの
個々の出力を減算することによって与えられる 電力増幅器２２の出力電力の制約は、本発明の調査の深
度りを構成する。所与の出力電力のばあい調査深度は地
層が異なるに応じて変化することになろう。−たび調査
深度が選ばれると、電極の間隔はほぼＹ＝Ｄとなるよう
に選なければならない。調査の有効深度も誘導コイルの
感度によって制約される。これらの表面に取付けた誘導
コイルは、５ＱＵＩＤあるいは多くの巻線と１コイル以
上の直径を有する大きな空心誘導コイルの如き任意の磁
界検知要素を取かえることができることは明らかであろ
う。更に、励磁状態を惹き起こすために交流電流必ずし
も第２２図に示したような地層を通過する必要はない。

その代り、必要な交流磁界を与え地層の励磁をひきおこ
すこともできる非常に大きな径のコイルを地球表面上に
形成する多くの巻数を有する電線を使用して電極５２．
３０に共に直接接続することもできよう。

本発明の実施例としては他に非常に多くのものが存在す
る。含油層を核磁気共鳴状態を通過させるものであれば
、どのような手段でも使用可能である。従って、交流磁
界をラーマ−周波数附近で含油層に附与する手段であれ
ばどのような手段でも使用できる。

この交流磁界を含油層に附与する異なる方法は以下のも
のを包含するが、それに限定させるものではない。

（１）　　交流磁界を一つもしくはそれ以上の穿孔から
一つもしくはそれ以上の表面電極へと地層を通過させる
方法。

（２）　　二つもしくはそれ以上の穿孔間に交流電流を
通過させる方法。

（３）　　地球表面上に配置された二つもしくはそれ以
上の電極間で交流電流を地球に通す方法。

（４）　　地球表面上に一つもしくはそれ以上の交流電
流を搬送する円形ループを使用する方法。

（５）地球表面上に一つもしくはそれ以上の矩形の交流
電流搬送コイルを使用する方法。

（６）　　地球表面上に交流電流搬送コイルを有する穿
孔を包囲するパイプ内に交流磁界を誘導する方法。

（７）穿孔内部に交流磁界搬送コイルを使用して穿孔を
包囲するパイプ内に交流磁界を誘導する方法。

（８）　　何らかの手段で交流磁界を発生させる穿孔機
を使用する方法。

（９）穿孔を包囲するパイプから地球内へ交流電流を通
過させる方法。

Ｑｌ　　ケーシングを施こさない穿孔において開放穿孔
の長さに沿って地層に取付けられた二つもしくはそれ以
上の電極間に交流電流を流す方法。

これらの表面法の多くは、表土の統計的メジアン抵抗度
が米国では１４３オ一ムメートルであるため、２．１　
Ｋ　Ｈｚでわずかに１３４メートルの電磁気浸透厚さし
か得られないために大きな交流電源を必要とすることに
なろう。（Ｇ、Ｖ、ケラ−１Ｆ、Ｃ，フリツシュクネッ
ト、同上、４０頁）更に、含油層内に共鳴状態をつくり
だすかぎりパルス法はすべて使用することができる。も
ちろん十分な感度を備えた手段を使用して地層が共鳴に
よって掃引されるさいに地球磁界の変化を測定すること
ができる。これは多くの電線の巻線と１マイルの径の非
常に大きな面積の誘導コイルを地表面に使用する可能性
を含んでいる。

最後に、本発明は不対陽子の如き核磁気モーメントの性
質を明示的に使用している。しかしながら、本発明の方
法と装置は同様な磁気回転特徴を備えた石油のその他の
原子的、電子的、核的、あるいは分子的性質に使用でき
ることが明らかである。例えば、石油内に真人の種類の
公知不純物と遺留水が存在するということが知られてい
る。

（「世界の重要原油の評価」、１９７３年、および「世
界の輸出原油便覧Ｊ　１９７６年、両著ともオクラホマ
州、トウルサ市、私書箱１２６０号、石油公表社刊。Ｗ
　ドウチェラー、ジュニア、「事例史つ・き地化学炭化
水事探査」オクラホマ州、トウルサ・ペンウェルブック
社、１９８４年、および■、ヴアルコヴイク「石油の追
跡装置」オクラホマ州、トウルサ・ペンウェルブック社
、１９７８年）電子的常磁性は奇数の電子を有する原子
と分子、部分的に充満した内殻を有する自由原子とイオ
ン、あらゆる種類のイオン化合物、粘土ならびにアクチ
ント元素、偶数の電子を有する幾つかの代金物、有機ビ
ラジカル、および多くの金属ＣＣ１キツテル、同上）に
よって惹き起こされる。

これらの化合物の多くは電子的常磁性を惹き起こす電子
的磁気モーメントを有する「不対」電子を有している。

それ故、原油中の多数不純物は電子的常磁気現象を示す
ことが予想される。電子の磁気モーメントは陽子の磁気
モーメントよりもほぼ６５８倍強いために電子常磁性不
純物の些細な濃度であっても測定可能な常磁気効果を生
じさせることになろう。

第１図、第７図、第１９図、第２１図、に示した装置は
、地層の励磁地帯に加えられた交流磁界の周波数が地層
内の電子的常磁性物質のラーマ−周波数にとって適当で
あるばあいにかかる電子的常磁性不純物の存在を測定す
るため使用されるものである。単一の電子的常磁性物質
の周波数はほぼ０．５ガウスの地球磁界においておよそ
１．４メガヘルツである。それ故、電子的常磁性物質を
電子的常磁気共鳴によって周期的に掃引すると地層の励
磁地帯内の常磁性を周期的崩壊させることになろう。地
層内の常磁性のこの周期的崩壊によって励磁地帯附近に
地球磁界の振幅変調が生ずることにろう。地球磁界の振
幅変調度は電子的常磁性不純物の存在もしくは欠如につ
いて表示することになろう。反復速度を選択的に変化さ
せることによって測定される不純物の長手方向緩和時間
はそれぞれの不純物の化学的性質を詳細に識別するのに
役立つことになろう。一定の常磁性不純物の存在は一定
の地層が一定の石油を含有することを表示する働きを行
い油層の化学的性質についての情報を提供することにな
ろう。以上の記述より明らな如く、地層内には抜書磁気
、電子常磁気等の少なくとも幾つかの種類の常磁気が同
時に存在することがある。

事実、固有核運動量と固有磁気モーメントの双方を同時
に有する磁気回転物質は磁気共鳴現象を示し、地球磁界
内の磁気回転物質にとって適当な特定のラーマ−周波数
を与えるような特定の磁気回転化を有している。その磁
気回転物質はまた必然的に地球磁界内で常磁気現象を呈
することになろう。磁気回転物質に適当なラーマ−周波
数で交流磁界を加えるとその物質を含有する地層の励磁
地帯の磁気回転物質の常磁性を崩壊させることになろう
。地層の励磁地帯内の磁気回転物質の常磁性のこの崩壊
によって励磁地帯附近の地球磁界に変化が生ずることに
なろう。

交流磁界を磁気回転物質のラーマ−周波数に反復弱に周
波数掃引することによって磁気回転物質を含む地層の重
要部分を磁気共鳴状態におくと地層の励磁地帯内の物質
の常磁気内の振幅変調が生ずることになろう。この常磁
気の変調によって今度は地層の励磁地帯附近に地球磁界
の振幅変調が生ずることになろう。地球磁界の振幅変調
は地層の励磁地帯内に存在する磁気回転不純物の濃度を
表示する上で役立つことになろう。周波数を共鳴中に掃
引する反復周期を選択的に変化させることにより磁気回
転物質のそれぞれの長手方向緩和時間を測定することは
磁気回転物質を詳細に同定する上で役立つであろう。地
層内の物質もしくは不純物の存在は石油層の化学的特性
を識別し未知の含油層も突きとめるうえで、役立つであ
ろう。

上記の記述の多くの特徴を含んでいる一方、それらは本
発明に対する制約を構成するものと解すべきではな（、
むしろその望ましい実施例を例示事項と解されるべき性
質のものである。すてに筒路に述べたように他に多くの
変形も存在する。従つて本発明の範囲は例解した実施例
によって判断されるべきものではなく特許請求の範囲な
らびにその等個物によって判断すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多くの近接して存在する掘削孔がすで確立さ
れた油田内に存在する状態にふされしい、油層を遠隔発
見しその容量を直接測定するための本発明の一実施例の
断面図、第２図は核磁気共鳴状態中の含油地層内の磁気
モーメントの運動を説明するための線図、第３図は含油
層に加えられた交流磁界を周波数掃引する様子を説明し
たグラフ、第４図は含油層が核磁気共鳴中を掃引される
場合に地球磁界が減少する様子を示すグラフ、第５図は
含油層が共振によって掃引される場合の地球磁界の変化
によって誘導コイル磁力計内に誘導された電圧を示すグ
ラフ、第６図は含油層上の異なる距離について磁界が変
化する場合の定性的性質を説明したグラフ、第７図は開
放穿孔に使用されるにふされしい石油層の遠隔発見とそ
の直接容量測定のための本発明のもう一つの実施例の断
面図、第８図は励磁過程の力学を描いた線図、第９図は
励磁半径がＸｏが一定に維持され１０フイートに等しい
場合に種々の位置Ｚで計算した励磁による地球磁界の変
化値δＢ（Ｔ＋　Ｘｏ　＝１０フイート、ＩＸｈ＝１フ
ィート、Ｚ）の垂直外形図。（Ｔ＝厚さ）第１０図は測
定が地層の重心で行われるばあいの種々の励磁半径Ｘ０
について励磁した場合地球磁界の変化の計算値δβ（Ｔ
、Ｘ、ｘｈ　−１フイート、２＝０＞を示すグラフ、第
１１図は１０アンペアの固定した大きさのピークピーク
電流について異なった励磁径（２Ｘ　Ｏ）について地層
Δｔの励磁に必要とされる時間を示すグラフ第１２図は
位相変調計画について励磁過程中の磁気モーメント運動
を描いた例解線図、第１３図は同期Ｐで地層核磁気共鳴
中を繰返し掃引した様子を示すグラフ、第１４図は同期
Ｐで共鳴中を反復掃引することによって起される地球磁
界の反復的振幅変調を示すグラフ、第１５図は地層が同
＃１３　Ｐで核磁気共鳴の状態中を反復掃引されたとき
の誘導コイル勾配計内の個々の誘導コイルから観察され
る反復的電圧波形図、第１６図は石油と水の存在を分離
するたやに使用されるグラフ、第１７図は誘導コイル勾
配計と共に使用されるにふされしい電子回路図、第１８
図は並列共振される誘導コイルと電圧増幅器を使用して
ＰＬＥを測定する勾配計のブロック線図、第１９図はケ
ーシングを施した穿孔中で使用するための本発明の別の
実施例の断面図、第２０図はＰ−１１０型穿孔ケーシン
グと平行な低周波数交流磁界の減衰率対周波数のプロッ
ト図、第２１図は穿孔ケーシング内部に使用される磁気
勾配計の製作方法を示す断面図、第２２図は地層附近に
穿孔が存在しない場合の本発明のもう一つの実施例の断
面図。 １０．１２・・・穿孔、１４・・・地層面、１６・・・
含有層、１８・・・周波数掃引器、２２・・・交流電力
増幅器、２６・・・地層、３８・・・絶縁線、４０・・
・高透磁性材料、９４・・・機械的アーム、７８・・・
ゾンデ、５６・・・巻線、６０・・・差動増幅器。 ０寸 ＬＬ　Ｌ Ｌｎ　　　　　　　　Ｑ ＜Ｂ　　　　　　　＜ｊ ロー　　　　　　　　ｂ− ８ｅ（Ｔ、Ｘｏ、Ｘ、＝ＩＦ？、、’１＝ｏ）　　Ｃｎ
”’）ス　）８Ｂ（Ｔ、Ｘ０＝ＩＯＦ？、、Ｘｈ＝　ｌ
Ｆｔ、、Ｚ）　　（＃’ラウスシ　。 Δ！（彩°）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、油層附近の地層内に延びる穿孔を備えた地層内の石
   油層の少なくとも一部を遠隔測定し容量測定するための
   装置において、地層内の核子のラーマー周波数にほぼ等
   しい周波数の交流電流を地層に貫流させ、その際磁界が
   地層の一部分に加えられその石油層部分を核磁気共鳴状
   態におき該核磁気共鳴状態がそのために地層常磁気の変
   化を惹起させることによつて該石油層部分の附近に地球
   磁界の変化を生じさせるための手段で、電流を地層内に
   導通させる穿孔内の手段と該手段から間隔をおいて配置
   され地層部分を流れる電流を受け取るための手段とを備
   えた手段と、該地層部分附近の地球磁界内に生ずる変化
   を同時に測定し、地層内の石油の存在と存在する石油の
   量を表示するための手段とを有することを特徴とする前
   記装置。 ２、地層内の石油層の存在を検出するための方法におい
   て、 （イ）地球磁界に対してある角度をもつて、油中の核子
   のラーマー周波数近傍で且つこの周波数を含む周波数で
   交番磁界をあて、油層の一部を核磁気共鳴させて前記油
   槽の前記一部の核常磁気を、少なくとも二つの交番磁界
   の最小の強さで減少せしめ、 （ロ）同時に、各交流磁界強度において、前記油層の近
   くの前記部分の総地磁気の変化を検出して、各交番磁気
   強度において前記油層の前記部分の検常磁気の変化を検
   知し、それによつて石油層の存在、不在およびその程度
   を検出することを特徴とする方法。 ３、地層中の石油層の存在を検出するための方法におい
   て、 （イ）地球磁界に対してある角度をもつて油中の核子の
   ラーマー周波数以下からラーマー周波数以上に至る周波
   数領域の周波数で周期的に交番磁界をあて、油層の一部
   を核磁気共鳴させ、前記油層の前記一部の中で自然核常
   磁気の振幅変調を行なわしめ、 （ロ）同時に前記油層の近傍において生じる地球磁界の
   振幅変調を検出して前記油層中の自然核常磁気の変動を
   検出し、それによつて石油の存在、不在およびその程度
   を検出することを特徴とする方法。 ４、ケーシングを施した穿み、あるいはケーシングを施
   こさない穿孔において地層中の未知の石油層の存在を検
   出するための方法であつて、（イ）地層の励磁地帯とし
   て画定される石油含有地層に対してラーマー周波数近傍
   で、且つこの周波数を含む周波数で交番磁界をおよぼし
   て核磁気共鳴を惹起せしめ、それによつて前記励磁地帯
   において自然核磁気を変化させ、その結果、前記地層の
   前記励磁地帯近傍に地球磁界の変化を生じしめる段階と
   、 （ロ）同時に、励磁地帯の自然常磁気の変化によつて生
   じる前記励地帯近傍の地球磁界の変化を検出し、以つて
   地層の励磁地帯中の石油ならびに水などの他の流体の存
   在あるいは不在を知る段階とを有する前記方法において
   、前記地層は、石油および水のような他の液体と化学的
   に結合した核子を含有し、石油および他の液体と化学的
   に結合した核子は、磁気モーメントを有しており、石油
   および他の液体と化学的に結合した核子は、地球磁気と
   整合する傾向を有し、それによつて石油含有地層中に自
   然常磁気現象を生じ、地層の励磁地帯における自然常磁
   気現象は地層の励磁地帯近傍における地球の総磁界に影
   響を与え、前記交番磁界は地球磁界の方向に対して所定
   の角度をなしており、前記地層の励磁地帯に存在する磁
   界の核子にはラーマー周波数が適当であり、前記交番磁
   界の周波数、振幅、および位相は前記地帯中の前記励磁
   地帯において地球磁束の存在下における核子の整合を妨
   げるように調整され、前記地球磁気中における核子の整
   合の妨げによつて前記励磁地帯における自然常磁気が変
   化し、前記地層の励磁地帯における自然常磁気の変化に
   よつて前記地層の前記励磁地帯近傍における地球磁界の
   変化が生じ、前記地層の前記励磁地帯は、前記地帯に含
   まれる核子のラーマー周波数の交番磁界によつて地層の
   常磁気が実質的に変化するような前記地層中の容積とし
   て定義されることを特徴とする方法。 ５、地層中における未知の石油層の場所をつきとめるた
   めの装置であつて、前記石油層中における電子磁気モー
   メントを有する不純物の存在を検出することによつて、
   前記石油層の場所を決定するような装置において、 （イ）地層の励磁地帯として画定石油含有地層に対して
   ラーマー周波数近傍で且つこの周波数を含む周波数で交
   番磁界を与える手段であつて、それにより前記励磁地帯
   の電子常磁気共鳴を惹起さしめ、それによつて前記励磁
   地帯において自然核磁気を変化させ、その結果、前記地
   層の前記励磁地帯近傍に地球磁界の変化を生ぜしめるよ
   うな手段と、 （ロ）同時に、励磁地帯の自然常磁気の変化によつて生
   じる前記励磁地帯近傍の地球磁界の変化を検出する手段
   であつて、以つて地層の励磁地帯中の石油ならびに水な
   どの他の液体中における電子磁気モーメントを有する不
   純物の存在あるいは不在を知らせる手段を有する前記装
   置において、前記地層は、前記地層中にある石油および
   水の中にある、電子磁気モーメントを有する不純物を含
   有し、石油および他の液体と化学的に結合した電子磁気
   モーメントは地球磁気と整合する傾向を有し、それによ
   つて石油含有地層中に自然常磁気現象を生じ、地層の励
   磁地帯における自然常磁気現象は地層の励磁地帯近傍に
   おける地球の総磁界に影響を与え、前記交番磁界は、地
   球磁界の方向に対して所定の角度をなしており、前記地
   層の励磁地帯に存在する磁界の電子常磁性不純物には、
   ラーマー周波数が適当であり、前記交番磁界の周波数、
   振幅、および位相は、前記地帯中の前記励磁地帯におい
   て、地球磁束の存在下における電子常磁性不純物の整合
   を妨げるように調整され、前記地球磁気中における電子
   常磁性不純物の整合の妨げによつて前記励磁地帯におけ
   る自然帯磁気が変化し、前記地層の励磁地帯における自
   然常磁気の変化によつて、前記地層の前記励磁地帯近傍
   における地球磁界の変化が生じ、前記地層の前記励磁地
   帯は、前記地帯に含まれる電子常磁気物質のラーマー周
   波数の交番磁界によつて地層の電子常磁気が実質的に変
   化するような前記地層中の容積として定義されることを
   特徴とする装置。 ６、地層中における未知の石油層の場所をつきとめるた
   めの方法であつて、前記石油層中における電子磁気モー
   メントを有する不純物の存在を検出することによつて前
   記石油層の場所を決定するような方法において、 （イ）地層の励磁地帯として画定される石油含有地層に
   対してラーマー周波数近傍で且つこの周波数を含む周波
   数で交番磁界をおよぼして、電子常磁気共鳴を惹起せし
   め、それによつて前記励磁気地帯において自然電子常磁
   気を変化させ、その結果、前記地層の前記励磁地帯近傍
   に地球磁界の変化を生ぜしめる段階と、 （ロ）同時に、励磁地帯の自然、電子常磁気の変化によ
   つて生じる前記励磁地帯近傍の地球磁界の変化を検出し
   、以つて地層の励磁地帯中の石油ならびに水などの他の
   液体の存在あるいは不在を知る段階とを有する前記方法
   において、前記地層は、石油および水の中にある電子磁
   気モーメントを有する不純物を含有し、前記不純物と化
   学的に結合した電子磁気モーメントは、地球磁気と整合
   する傾向を有し、それによつて、石油含有地層中に自然
   電子常磁気現象を生じ、地層の励磁地帯における自然電
   子常磁気現象は、地層の励磁地帯近傍における地球の総
   磁界に影響を与え、前記交番磁界は地球磁界の方向に対
   して所定の角度をなしており、前記地層の励磁地帯に存
   在する地球磁界中の電子常磁性の不純物にはラーマー周
   波数が適当であり、前記交番磁界の周波数、振幅、およ
   び位相は、前記地帯中の前記励磁地帯において地球磁束
   の存在下における電子常磁性の不純物の整合を妨げるよ
   うに調整され、前記地球磁気中における核子の整合の妨
   げによつて前記励磁地帯における自然電子常磁気が変化
   し前記地層の励磁地帯における自然電子常磁気の変化に
   よつて前記地層の前記励磁地帯近傍における地球磁界の
   変化が生じ、前記地層の前記励磁気地帯は、前記地帯に
   含まれる電子常磁性物質のラーマー周波数の交番磁界に
   よつて、地層の電子常磁気が実質的に変化するような前
   記地層中の容積として定義されることを特徴とする方法
   。