KR20200087241A - 대형 유전체 및 폐라이트 재료를 사용한 저주파 무선파에 대한 emu 임펄스 안테나 - Google Patents

대형 유전체 및 폐라이트 재료를 사용한 저주파 무선파에 대한 emu 임펄스 안테나 Download PDF

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Abstract

전자기 에너지의 펄스를 방출하는 전자기 에너지 소스는 제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 가진 손드 조립체를 포함한다. 에너지 저장 커패시터는 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 전계를 발생시키기 위해 동작 가능한 전극을 포함한다. 용량성 전하 저장 매체는 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 각 전극을 둘러싸고 이 경우, 용량성 전하 저장 매체는 대형 유전체 및 대형 투자율 폐라이트이다. 고속 폐쇄 스위치는 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 위치된다.

Description

대형 유전체 및 폐라이트 재료를 사용한 저주파 무선파에 대한 EMU 임펄스 안테나
본 개시는 지하 (sub-surface) 구조, 특히 탄화수소 저장소 및 상기 탄화수소 저장소 내의 유체를 이미징하는 것에 관련된 것으로, 보다 구체적으로 지하 구조의 전자기 측량 (surveying)을 위한 전자기 에너지 소스에 관한 것이다.
지구 물리학에 사용되는 일부 전자기 (EM) 측량 시스템은 지하 탄화수소 저장소의 전자기 이미징을 위해 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 전자기 에너지를 제공한다. 다수의 소스 및 수신기는 지하 탄화수소 저장소로 연장되는 보어에 또는 지하 탄화수소 저장소 위의 지표면에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, (물 넘침 (water flood) 동안과 같은) 주입된 유체의 방향, 속도 및 포화도는 모니터링될 수 있다. 시스템은 또한 우회된 오일의 위치를 파악하고 높은 전도도 존 (그 예로, 갈라진 회랑 지대 (fracture corridors) 및 슈퍼-k 존)을 검출하여 누수 (water break-throug)의 조기 경고를 제공하는데 사용될 수 있다. 그러한 동작은 저장소 관리를 최적화하고 체적 스윕 효율 (volumetric sweep efficiency) 및 생산 속도를 개선하기 위해 오일 우회를 방지하는데 도움을 줄 수 있다.
많은 현재의 저속파 안테나 모델은 10 메가헤르츠 (MHz) - 300 MHz 범위의 고주파 (HF) 또는 초고주파 (VHF) 전자기 파를 대상으로 한다. 지구 물리학에서 일부 현재 EM 시스템은 작은 안테나에서 10 kHz - 1 MHz 범위의 주파수를 갖는 응용 분야와 같이 적정한 저주파 신호를 발생시킬 수 있도록 지나치게 큰 안테나를 포함한다. 안테나의 명백한 '어퍼처 (aperture)' (파장 대 안테나 크기 비율)는 문제가 될 수 있다. 일부 현재 EM 시스템은 전송 효율을 높이기 위해 시스템의 임피던스를 지질 매트릭스와 쉽게 정합시킬 수 없다. 일부 현재 EM 시스템은 고-전류 케이블을 사용하여 EM 송신기에 전력을 공급한다. 그러나, 이러한 시스템은 파워 서플라이로부터 저-손실 케이블로 선명한 고전류 펄스를 전송한 다음 그 펄스를 안테나에 매칭시키는데 어려움이 있는 것으로 나타났다. 부가적으로, 고-전류 케이블은 또한 신호를 전송하여 결과적인 측정을 명확하게 만들 수 없다.
본 개시의 실시예는 에너지 저장 및 펄스 형성 요소를 갖는 저속-파 안테라를 결합하여, 지하 탄화수소 저장소의 전자기 이미징과 같은 다운홀 (downhole) 전자기 인테러게이션 (interrogation) 기술에 이상적으로 적합한 고 전력, 작은 어퍼처 전송 안테나를 실현한다. 본 개시에 기술된 시스템 및 방법은 소형이고 순간 전력 출력이 높고 선명한 신호를 발생시키는 송신기를 제공한다. 여기에 사용된 바와 같이, "고 전력"은 수 킬로와트 내지 수 메가와트 범위의 전력인 것으로 간주된다.
본 개시의 실시예는, 전자기 임펄스 안테나의 클래딩 재료가 대형 유전체 및 대형 투자율 폐라이트라 불리는 하이브리드 재료를 포함하고 있기 때문에, 일부 현재 이용 가능한 안테나보다 짧은 다이폴 안테나를 제공하여, 물리적인 안테나 길이의 감소를 허용하고, 그 결과 안테나는 10 kHz - 1 MHz 범위의 주파수를 갖는 응용 분야와 같이, 저주파 범위에서 다운홀 사용에 대해 관리 가능하다. 여기에 사용된 바와 같이, "EMU" 안테나는 전기 유전율 (E) 및 자기 투자율 (MU)을 가진 안테나의 약어이다.
부가적으로, 본 개시의 실시예의 안테나 요소는 다이폴 각 절반이 초기에 서로에 대해 고 전압으로 유지되는 용량성 에너지 저장 요소로 사용된다. 전압은 회로의 커패시턴스 및 임피던스, 이뿐 아니라 안테나의 치수에 의존할 수 있으며, 그리고 안테나의 동작 주파수에 따라 변화될 수 있다. 다이폴 절반의 전압은 동일하고 반대인 전압이며, 그러므로 각 절반의 가장 바깥쪽 말단부는 가장 큰 전압 크기를 가진다. 여기에 사용된 바와 같이, 다이폴의 각 절반의 "고 전압"은 다른 것에 비해 1000 볼트 (V) 이상의 범위에 있을 수 있다.
트리거링된 스파크 갭과 같은 고속 폐쇄 스위치는 한 쌍의 그러한 안테나들 사이에 제공되어 펄스 전송을 개시한다. 한 쌍의 안테나는 큰 전압에 의해 바이어싱되어 구조가 단일의 대량 전류 펄스로 방전되고 매우 높은 전력 과도 (transient) 무선 주파수 신호를 방출할 수 있다. 전류의 크기는 안테나의 저항 및 전력 및 전압에 의존할 것이고, 이는 결과적으로 주파수에 의존하지만, 여기에 사용된 바와 같이, "대량 전류"는 100-1000 암페어 (A)의 범위에 있는 전류로 간주될 수 있다. 그러므로, 본 개시의 시스템 및 방법은 에너지 저장, 펄스 형성 및 방사 요소를 단일 구조로 결합하여, 이들 각각의 기능을 위한 개별 분포 구성요소들 사이의 임피던스 정합에 대한 필요성을 제거한다.
본 개시의 시스템 및 방법은 파워 서플라이, 케이블 또는 전송 라인 및 안테나 사이의 부하 정합 문제를 제거한다. 에너지 저장 요소 및 전송 안테나 요소 내부의 스위치를 사용하여 둘 사이의 케이블이 제거되어 시스템의 반사 및 손실이 최소화된다.
본 개시의 실시예에서, 전자기 에너지의 펄스를 방출하는 전자기 에너지 소스는 제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 포함한 손드 조립체 (sonde assembly)를 포함한다. 에너지 저장 커패시터는 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 전계를 발생시키도록 동작 가능한 전극을 포함한다. 용량성 전하 저장 매체 (capacitive charge storage medium)는 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 각각의 전극을 둘러싸고 있으며, 이 경우 용량성 전하 저장 매체는 대형 유전체 및 대형 투자율 페라이트이다. 고속 폐쇄 스위치는 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 위치된다.
대안적인 실시예에서, 전자기 에너지 소스는 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 연결된 고 전압 파워 서플라이를 추가로 포함할 수 있다. 고속 폐쇄 스위치 및 고 전압 파워 서플라이는 전극들 사이에 연결될 수 있다. 전류 제한 저항기는 고 전압 파워 서플라이와 전극 사이에 위치될 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 전자기 에너지 소스는 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 전자기 에너지의 펄스를 방출하는 복수의 전자기 에너지 소스를 추가로 포함할 수 있다. 전자기 에너지 소스는 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 연속적인 위치에서 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위해 웰 보어홀 (well borehole)에서 연속적인 위치로 움직일 수 있다. 손드 조립체는 제 1 전도체로서 역할을 하는 전도체 부재를 가질 수 있으며, 전극은 제 2 전도체로서 역할을 한다. 용량성 전하 저장 매체는 전도체 부재와 전극 사이에 위치될 수 있다. 전도체 부재는 용량성 전하 저장 매체에 의해 전극으로부터 전기적으로 절연된다.
본 개시의 대안적인 실시예에서, 지하 탄화수소 저장소의 전자기 이미징을 위해 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위한 소스는 관심 깊이를 향한 웰 보어홀에서의 이동을 위해 와이어라인 (wireline)에 부착된 손드 조립체 및 고속 폐쇄 스위치를 포함한다.
본 개시의 여전히 또 다른 대안적인 실시예에서, 지하 탄화수소 저장소의 전자기 이미징을 위해 전자기 에너지의 펄스를 사용하는 시스템은 적어도 하나의 전자기 에너지 소스를 포함하며, 각각의 전자기 에너지 소스는 관심 깊이를 향한 웰 보어홀에서의 이동을 위해 와이어라인에 부착된 손드 조립체를 포함하고, 손드 조립체는 제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 포함한다. 에너지 저장 커패시터는 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 전계를 발생시키기 위해 동작 가능한 전극 및 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 각 전극을 둘러싸는 용량성 전하 저장 매체를 포함하고, 이 경우, 용량성 전하 저장 매체는 대형 (giant) 유전체 및 대형 투자율 (permeability) 폐라이트이다. 고속 폐쇄 스위치는 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 위치된다. 복수의 전자기 센서는 전자기 에너지 소스로부터의 결과 신호의 측정을 형성한다.
대안적인 실시예에서, 복수의 전자기 센서는 지하 탄화수소 저장소에서의 센서 보어에서 내려가는 웰 툴에 장착될 수 있다. 복수의 전자기 센서는 지하 탄화수소 저장소 위의 지표면 상의 어레이에 위치될 수 있다. 시스템 제어 유닛은 복수의 전자기 센서에 의해 수신된 결과 신호에 관련된 정보를 저장하고 결과 신호의 컴퓨터화된 분석을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시의 여전히 또 다른 대안적인 실시예에서, 전자기 에너지 소스로 전자기 에너지의 펄스를 방출하는 방법은 제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 포함한 손드 조립체를 가진 전자기 에너지 소스를 제공하는 단계를 포함한다. 에너지 저장 커패시터는 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착된 전극 및 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 전극을 둘러싸는 용량성 전하 저장 매체를 포함하며, 이 경우 용량성 전하 저장 매체는 대형 유전체 및 대형 투자율 폐라이트이다. 고속 폐쇄 스위치는 제 1 섹션 및 제 2 섹션의 전극들 사이에 위치된다. 에너지 저장 커패시터는 고속 폐쇄 스위치가 닫히고 전자기 에너지의 펄스가 전자기 에너지 소스로부터 방출되도록 충전된다.
대안적인 실시예에서, 전자기 에너지 소스는 손드 조립체의 제 1 섹션의 전극 및 제 2 섹션의 전극에 연결된 고 전압 파워 서플라이를 추가로 포함할 수 있다. 전자기 에너지 소스는 고 전압 파워 서플라이와, 제 1 섹션의 전극 및 상기 제 2 섹션의 전극 둘 다 사이에 위치된 전류 제한 저항기를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 지하 탄화수소 저장소에서 웰 보어홀에서의 와이어라인 상의 전자기 에너지 소스를 관심 깊이로 내리는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 전자기 에너지 소스는 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 연속적인 위치에서 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위해 웰 보어홀에서 연속적인 위치로 움직일 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 복수의 전자기 센서는 지하 탄화수소 저장소에서 센서 보어를 통해 내려갈 수 있다. 복수의 전자기 센서는 지하 탄화수소 저장소 위의 지표면 상의 어레이에 위치될 수 있다. 전자기 에너지 소스로부터 방출된 전자기 에너지의 펄스는 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하도록 지향될 수 있고, 복수의 전자기 센서에서의 전자기 에너지의 펄스의 도달 시간 데이터의 측정이 형성될 수 있고, 복수의 전자기 센서로부터의 도달 시간 데이터의 측정은 지하 탄화수소 저장소의 지하 특징의 표현을 형성하기 위해 분석될 수 있고, 지하 탄화수소 저장소의 지하 특징의 표현의 이미지는 형성될 수 있다.
본 개시의 인용된 특징, 양태 및 이점, 이뿐 아니라 명백해질 다른 것들이 달성되고 상세하게 이해될 수 있도록, 앞서 간략히 요약된 본 개시의 실시예의 보다 구체적인 설명은 본 명세서의 일부를 형성하는 도면에서 도시된 실시예를 참조하여 이루어질 수 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 개시의 소정의 실시예만을 도시하고, 그러므로 본 개시가 다른 동등하게 효과적인 실시예를 인정할 수 있는 경우 본 개시의 권리 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 아니된다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른, 보어홀 대 보어홀 전자기 측량을 위한 송신기-수신기 어레이의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른, 전자기 에너지 소스 및 저장 커패시터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 전자기 에너지 소스의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2의 전자기 에너지 소스의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른, 전자기 에너지 소스의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 전자기 에너지 소스의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른, 전자기 에너지 소스의 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 7의 전자기 에너지 소스의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 7의 전자기 에너지 소스의 회로도이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른, 전자기 에너지 소스 및 저장 커패시터의 개략적인 단면도이다.
도 11은 도 10의 전자기 에너지 소스를 동축으로 할 수 있는 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 10의 전자기 에너지 소스의 회로도이다.
도 13은 대형 폐라이트 FeMn(ZnO)의 주파수에 의한 상대 자기 투자율을 나타내는 그래프이다.
도 14는 대형 폐라이트 FeMn(ZnO)의 주파수에 의한 유전체 상수를 나타낸 그래프이다.
도 1을 보면, 보어홀 대 보어홀 전자기 측량을 위한 송신기-수신기 어레이의 예시적인 배치가 도시된다. 송신기는 전자기 에너지 소스 (10)일 수 있다. 전자기 에너지 소스 (10)는 웰 보어홀 (12) 내에 위치될 수 있다. 웰 보어홀 (12)은 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 연장될 수 있다. 전자기 에너지 소스 (10)는 지하 탄화수소 저장소 (14)의 전자기 이미징을 위해 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 이동하는 전자기 에너지의 펄스를 방출할 수 있다.
하나의 전자기 에너지 소스 (10)가 도 1의 예에 도시되지만, 대안적인 실시예에서, 다수의 전자기 에너지 소스 (10)는 웰 보어홀 (12) 내에 위치될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 전자기 에너지 소스 (10)는 지하 탄화수소 저장소 위에서 지표면 (15)에 위치될 수 있다. 도 1의 예에서, 일련의 전자기 센서 (16)는 센서 보어 (18)에 위치된다. 센서 보어 (18)는, 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 연장되고 웰 보어홀 (12)로부터 이격된 보어홀일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 전자기 센서 (16)는 지하 탄화수소 저장소 (14) 위의 지표면 (15) 상의 어레이로 있을 수 있다 (도시되지 않음). 전자기 에너지 소스 (10)가 웰 보어홀 (12)에 위치하고 전자기 센서 (16)가 지표면 (15) 위에 위치될 때, 그 배치는 보어홀 대 표면 어레이로 알려져 있다. 일반적으로 전자기 에너지 소스 (10) 및 전자기 센서 (16) 중 하나 또는 둘 다는 보어홀 내에 위치되어 EM 신호가 전자기 에너지 소스 (10)로부터 전자기 센서 (16)로 이동할 때 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통과한다. 전자기 센서 (16)는 전자기 에너지 소스 (10)로부터 이미지 지하 탄화수소 저장소 (14)로 방출된 펄스의 도달 시간의 측정을 형성할 수 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 다수의 EM 에너지 측정은 상이한 방향으로부터 지하 지형 특징의 다양한 부분을 샘플링하기 위해, 지하 탄화수소 저장소 (14)를 포함하여, 송신기 위치 (20) 및 수신기 위치 (22)의 상이한 조합으로 수행될 수 있다. 전자기 에너지 소스 (10) 및 전자기 센서 (16) 둘 다는 다운홀 툴의 일부이거나 툴 내에 위치될 수 있고 송신기 위치 (20)와 수신기 위치 (22) 사이와 같은 연속적인 위치들 사이에서 이동 가능할 수 있다.
전자기 에너지 소스 (10)는 웰 보어홀 (12)에서 관심 깊이로 이동하기 위해 소스 와이어라인 (24)에 부착될 수 있다. 도 1의 예에서, 소스 와이어라인 (24)은 표면에서 차량 (26)으로부터 연장된다. 시스템 제어 유닛 (28)은 차량 (26)과 연관될 수 있고 전자기 에너지 소스 (10)에 의해 방출된 펄스를 제어하는데 사용될 수 있다. 제 2 차량 (30)은 전자기 센서 (16)에 부착되고 센서 보어 (18) 내에서 전자기 센서 (16)를 이동시키기 위한 수신기 와이어라인 (32)을 가질 수 있다. 전자기 에너지 소스 (10)는 1/4 파 다이폴 안테나 (quarter wave dipole antenna)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 3을 보면, 전자기 에너지 소스 (10)는 손드 조립체 (34)를 포함한다. 손드 조립체 (34)는 2 개의 주요 섹션을 가진다: 제 1 섹션 (34a)은 제 2 섹션 (34b)과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된다. 전자기 에너지 소스 (10)는 또한 용량성 전하 저장 매체 (44)를 갖는 에너지 저장 커패시터 (40)를 포함한다.
전극 (42)은 손드 조립체 (34)의 제 1 섹션 (34a) 및 제 2 섹션 (34b) 각각에 장착된다. 제 1 전극 (42a)은 제 1 섹션 (34a)에 위치되고 제 2 전극 (42b)은 제 2 섹션 (34b)에 위치된다. 전극 (42)은 세장형 부재일 수 있고 관형 형상을 가질 수 있다. 전극 (42)은 구리로 형성될 수 있고, 대안적인 실시예에서, 은, 알루미늄, 금으로, 또는 전극으로 사용하기에 적합한, 충분한 전도도, 내식성 및 경도를 갖는 다른 재료로 형성될 수 있다.
용량성 전하 저장 매체 (44)는 손드 조립체 (34)의 제 1 섹션 (34a) 및 제 2 섹션 (34b) 각각에 장착된다. 용량성 전하 저장 매체 (44)는 대형 유전체 및 대형 투과율 페라이트를 포함할 수 있으며, 이의 이점은 본 개시에서 논의된다. 도 2-3의 예시적인 실시예에서, 전계는 각 전극 (42)으로부터 에너지 저장 커패시터 (40)를 형성하는 근처의 용량성 전하 저장 매체 (44)를 통해 방사될 수 있다.
도 4를 참조하면, 전자기 에너지 소스 (10)는 제 1 및 제 2 섹션 (34a, 34b) 각각의 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 사이에 위치한 고속 폐쇄 스위치 (46)를 더 포함할 수 있다. 고속 폐쇄 스위치 (46)는, 예를 들어, 스파크 갭 (spark gap)일 수 있다. 스파크 갭이 파괴되는 경우와 같이 고속 폐쇄 스위치가 닫힐 때, 전자기 에너지 소스 (10)는 전자기 펄스를 발생시킬 것이다. 예로서, 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 사이의 전위차가 갭 내의 가스의 항복 전압을 초과할 때, 전기 스파크가 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 사이를 통과할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 고속 폐쇄 스위치 (46)는 애벌랜치 (avalanche) 트랜지스터, 사이라트론 (thyratrons), 점화기, 실리콘 제어 정류기 및 특히 트리거형 (triggered) 스파크 갭을 포함할 수 있다. 고속 폐쇄 스위치 (46)는 전자기 에너지 소스 (10)가 사용될 환경, 조건 및 성능 기준에 적합한 피크 전류, 피크 전압, 유용한 샷 수, 지터 (jitter), 복잡성 및 기하학적 구조에 관한 성능 메트릭을 갖도록 선택될 수 있다.
전자기 에너지 소스 (10)는 또한 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 사이에 연결된 고 전압 파워 서플라이 (48)를 가질 수 있다. 고 전압 파워 서플라이 (48)는 예를 들어 1,500 볼트 이상의 전압을 가질 수 있다. 한 쌍의 고 저항성 도선 (leads)을 갖는 전자기 에너지 소스 (10)의 외부로부터 고 전압 파워 서플라이 (48)에 전력이 제공될 수 있다. 고 임피던스 직류 (DC) 연결은 손드 조립체 (34)가 방전될 때 전극 (42)을 통한 고 전류 펄스에 의한 연결에서 발생될 유도 전류의 양을 감소시킬 것이다.
도 2-4의 예시적인 실시예에서, 용량성 전하 저장 매체 (44)는 접지로서 작용한다. 그러한 실시예에서, 전극 (42)에 근접한 용량성 전하 저장 매체 (44)는 에너지 저장 커패시터 (40)를 형성할 것이고, 용량성 전하 저장 매체 (44)의 외경에 근접한 용량성 전하 저장 매체 (44)는 접지로서 작용할 것이다.
전류 제한 저항 (50)은 고 전압 파워 서플라이 (48)와 제 1 섹션 (34a)의 제 1 전극 (42a) 및 제 2 섹션 (34b)의 제 2 전극 (42b) 둘 다 사이에 위치될 수 있다. 전류 제한 저항기 (50)는 고전류 펄스가 고 전압 파워 서플라이 (48)를 향해 서플라이 와이어로 복귀하는 것을 차단할 수 있다. 이는 전자기 펄스가 방출되고 있는 동안 안테나 시스템을 고 전압 파워 서플라이 (48)로부터 격리시킬 것이다.
각각의 예시적인 실시예에서, 고 전압 파워 서플라이 (48)는 고속 폐쇄 스위치 (46)와 동일한 구성요소들 사이에 위치되고, 고 전압 파워 서플라이 (48)에 직접 연결되지 않은 구성요소는 접지로서 작용할 수 있음에 유의한다.
도 2-3의 예시적인 실시예에서, 손드 조립체 (34)의 각 섹션 (34a, 34b)은 축 (Ax) 주위 중심에 있는 중심 보어를 갖는 세장형 관형 부재를 포함할 수 있다. 전극 (42)은 손드 조립체 (34)의 제 1 섹션 (34a) 및 제 2 섹션 (34b) 각각의 축 (Ax)을 따라 중심에 놓인다. 용량성 전하 저장 매체 (44)가 전극 (42)을 둘러싸도록 전극 (42)은 용량성 전하 저장 매체 (44) 내에 피복된다. 에너지 저장 커패시터 (40)는 전극 (42)으로부터 그리고 근처의 용량성 전하 저장 매체 (44)를 통해 방사되는 전계에 의해 형성된다. 저장된 에너지의 양은 전계의 제곱에 따라 변할 것이다. 전극 (42)이 작은 직경을 갖는 경우, 거의 모든 전계 전위 강하가 용량성 전하 저장 매체 (44) 내부에서 발생할 것이다.
도 5-6의 예시적인 실시예를 보면, 손드 조립체 (34)의 전도체 부재 (33)는 제 1 전도체로서 역할을 하고 용량성 전하 저장 매체 (44)는 전도체 부재 (33)와 전극 (42) 사이에 위치된다. 용량성 전하 저장 매체 (44)는 전극 (42)으로부터 전도체 부재 (33)를 전기 절연시킨다. 그러한 실시예에서, 전도체 부재 (33) 및 전극 (42) 둘 다는, 솔리드 로드 또는 와이어일 수 있는 세장형 부재로서 도시된다.
도 5-6의 실시예에서, 고속 폐쇄 스위치 (46)는 제 1 및 제 2 전도체 부재 (33a, 33b) 사이에 연결되고 고 전압 파워 서플라이 (48)는 또한 전도체 부재 (33)의 제 1 및 제 2 전도체 부재 (33a, 33b) 사이에 연결된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제 1 전극 (42a) 및 제 2 전극 (42b)은 접지로서 작용한다. 전류 제한 저항기 (50)는 고 전압 파워 서플라이 (48)와 제 1 섹션 (34a)의 제 1 전도체 부재 (33a) 및 제 2 섹션 (34b)의 제 2 전도체 부재 (33b) 둘 다 사이에 위치될 수 있다.
도 5-6의 예시적인 실시예에서, 전도체 부재 (33)는 손드 조립체 (34)의 각각의 섹션 (34a, 34b)을 통해 연장되는 와이어일 수 있다. 전도체 부재 (33)는 용량성 전하 저장 매체 (44) 내에 피복된다. 전극 (42)은 또한 손드 조립체 (34)의 각각의 섹션 (34a, 34b)을 통해 연장되는 와이어일 수 있다. 전극 (42)은 또한 용량성 전하 저장 매체 (44) 내에 피복된다. 에너지 저장 커패시터 (40)는 한 쌍의 와이어에 의해 형성되고, 상기 와이어는 상기 와이어들 사이에서 큰 전위 전압을 가질 수 있는 전도체 부재 (33) 및 전극 (42)이다. 전극 (42)과 전도체 부재 (33) 사이의 용량성 전하 저장 매체 (44)는 전극 (42)과 전도체 부재 (33)의 상호적인 커패시턴스를 증가시킨다. 전도체 부재 (33) 및 전극 (42) 둘 다는 에너지 저장 커패시터 (40)의 전도체 요소로서 그리고 전자기 펄스를 방출하기 위한 전자기 에너지 소스 (10)의 전송 요소의 일부로서 역할을 한다.
도 7-9의 예시적인 실시예를 보면, 손드 조립체 (34)의 전도체 부재 (33)는 제 1 전도체로서 역할을 하고, 용량성 전하 저장 매체 (44)는 전도체 부재 (33)와 전극 (42) 사이에 위치된다. 용량성 전하 저장 매체 (44)는 전극 (42)으로부터 전도체 부재 (33)를 전기 절연시킨다. 그러한 실시예에서, 전도체 부재 (33)는 용량성 전하 저장 매체 (44)를 둘러싸는 외부 몸체이다. 전극 (42)은 솔리드 로드 또는 와이어일 수 있는 세장형 부재로서 도시된다. 손드 조립체 (34)의 각각의 섹션 (34a, 34b)은 절연 재료로 형성된 말단부 캡 (end cap, 39)을 가질 수 있다. 1 섹션 (34a) 및 제 2 섹션 (34b)의 캡핑된 말단부는 서로를 향해 대면할 수 있다. 전극 (42)은 손드 조립체 (34)의 말단부 캡 (39)을 통해 돌출될 수 있다.
도 7-9의 실시예에서, 고속 폐쇄 스위치 (46)는 제 1 및 제 2 전도체 부재 (33a, 33b) 사이에 연결되고, 고 전압 파워 서플라이 (48)은 또한 전도체 부재 (33)의 제 1 및 제 2 전도체 부재 (33a, 33b) 사이에 연결된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제 1 전극 (42a) 및 제 2 전극 (42b)은 접지로서 작용한다. 전류 제한 저항기 (50)은 고 전압 파워 서플라이 (48)와 제 1 섹션 (34a)의 제 1 전도체 부재 (33a) 및 제 2 섹션 (34b)의 제 2 전도체 부재 (33b) 둘 다 사이에 위치될 수 있다.
도 7-8의 예시에서, 전도체 부재 (33)는 손드 조립체 (34)의 외부 금속 몸체일 수 있다. 손드 조립체 (34)의 각각의 섹션 (34a, 34b)은, 한 말단부에서 폐쇄되고 반대 말단부에서는 말단부 캡 (39)을 가진 금속 몸체와 같은 세장형 관형 부재를 가질 수 있다. 손드 조립체 (34)는 축 (Ax) 주위 중심에 있는 중심 보어를 가질 수 있다. 전극 (42)은 손드 조립체 (34)의 제 1 섹션 (34a) 및 제 2 섹션 (34b) 각각의 축 (Ax)을 따라 중심에 놓인다. 전극 (42)은 세장형 부재일 수 있고 솔리드 로드일 수 있다. 전도체 부재 (33) 및 전극 (42) 둘 다는 에너지 저장 커패시터 (40)의 전도체 요소로서 그리고 전자기 펄스를 방출하기 위한 전자기 에너지 소스 (10)의 전송 요소의 일부로서 역할을 한다.
도 10-12의 예시적인 실시예를 살펴보면, 손드 조립체 (34)는 코어 부재 (54) 주위에 감긴 동축 케이블 (52)을 포함한다. 코어 부재 (54)는 예를 들어 폴리 염화 비닐 (PVC) 파이프, 또는 손드 조립체 (34)의 성능을 간섭함 없이 동축 케이블 (52)에 충분한 지지를 제공하는 이용 가능한 적합한 다른 코어 부재일 수 있다. 동축 케이블 (52)이 견고하고 자립할 만큼 강한 경우, 어떠한 코어 부재도 필요치 않다. 동축 케이블 (52)은 동축 케이블 (52) 내에서 연장되는 와이어일 수 있는 전극 (42)을 포함한다. 동축 케이블 (52)의 용량성 전하 저장 매체 (44)는 전극 (42)을 둘러싼다.
도 10-12의 실시예에서, 고속 폐쇄 스위치 (46)는 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 사이에 연결되고, 고 전압 파워 서플라이 (48)는 또한 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 사이에 연결된다. 이 예에서, 제 1 섹션 (34a) 및 제 2 섹션 (34b)의 용량성 전하 저장 매체 (44)는 직렬로 연결된다. 전류 제한 저항기 (50)는 고 전압 파워 서플라이 (48)와 제 1 섹션 (34a)의 제 1 전극 (42a) 및 제 2 섹션 (34b)의 제 2 전극 (42b) 둘 다 사이에 위치될 수 있다. 동축 케이블 (52)의 브레이드 (braid, 56)는 2 차 저항기 (58)에 의해 제 1 전극 (42a)과 제 2 전극 (42b)을 함께 연결한다. 2 차 저항기 (58)는, 커패시터가 방전되면, 최대 전압이 스파크 갭 (46)으로 향하도록 전류를 반사시킨다.
도 10-12의 예시적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 전극 (42a, 42b) 각각은 손드 조립체 (34)의 각 섹션 (34a, 34b)을 통해 연장되는 와이어 일 수 있다. 각각의 전극 (42)은 용량성 전하 저장 매체 (44)가 전극 (42)을 둘러싸도록 용량성 전하 저장 매체 (44) 내에 피복된다. 에너지 저장 커패시터 (40)는 전극 (42)으로부터 그리고 근처의 용량성 전하 저장 매체 (44)를 통해 방사되는 전계에 의해 형성된다. 감긴 동축 케이블을 사용함으로써, 코어 부재 (54) 주위에 필요한 동축 케이블의 필요한 길이를 감아서 안테나의 커패시턴스를 설정할 수 있다. 이러한 방식으로, 안테나의 커패시턴스는 안테나의 전체 길이를 변경하지 않고 조절될 수 있다.
각각의 예시적인 실시예에서, 용량성 전하 저장 매체 (44)는 대형 유전체 및 대형 투자율 페라이트를 포함할 수 있다. 원하는 주파수에 따라, 대형 유전체 및 대형 투자율 페라이트를 사용함은, 10 킬로헤르츠 (kHz) 내지 1 MHz의 범위에 있는 주파수 경우, 안테나 길이가 0.10 미터 (m) 내지 2 m의 범위의 길이로 감소되도록 할 수 있다. 대형 유전체 및 대형 투자율 페라이트는 104-105의 유전체 상수를 갖는 특수 부류의 재료 및 10 kHz - 1 MHz 범위에서 상대 자기 투자율이 600 초과인 페라이트이다. 이 재료로 EMU 임펄스 안테나를 클래딩함은 종래의 고 유전체 및 자기 투자율 재료와 비교하여 안테나의 물리적 길이의 최대 높이가 최대 몇 자리수 (orders of magnitude)까지 줄어들 수 있도록 하며, 클래딩을 두껍게 할 필요가 없고, 이는 저속파 안테나를 구성할 때 일반적인 문제이다.
저속파는 구조를 따라 이동하는 EM 파의 그룹 속도로 지칭된다. 그룹 속도는 가이딩 구조의 전자기 속성을 변경하거나 특히 다음 공식에 따라 가이드와이어 주위의 클래딩을 변경하여 보다 느리게 만들 수 있다:
Figure pct00001
여기서 V = 파 속도, εr은 유전체 상수이며, μr은 상대 자기 투자율이다.
EM 파의 보다 느린 그룹 속도는, 매우 큰 파장을 갖는 10 kHz - 1 MHz 범위의 주파수를 갖는 응용 분야와 같이 저주파 응용 분야에 특히 중요한 안테나의 물리적 길이를 비례적으로 감소시킬 수 있고, 그 예로 클래딩되지 않은 안테나의 공진 파장의 1/4에 해당하는 안테나의 길이가 수백 미터인 경우이다.
저속파 안테나의 높이 감소 계수 (N)는 클래딩 안테나의 전기적 길이 대 클래딩되지 않은 안테나의 전기적 길이의 비이다. 그러므로, 최대 높이 감소 계수는 다음과 직접 관련된다:
Figure pct00002
또는 간단히 말해서, EM 파의 속도가 느릴수록 다이폴 안테나의 물리적 길이는 더 줄어들 수 있다.
전통적인 고 유전체 및 페라이트 재료의 경우, 클래딩 두께는 주파수가 감소함에 따라 증가한다. 약 100 MHz에서 클래딩 두께를 지배하는 방정식은 두께 부피가 비현실적으로 크고 균일하지 않은 것으로 나타난다. 파장이 750 kHz - 1 MHz 범위에서와 같이 수백 미터에 이르는 응용 분야의 경우, 펄스 다이폴 안테나에 이러한 재료를 사용함은 다운홀 작업에 대해 비현실적으로 두꺼운 클래딩을 초래하거나, 비현실적으로 긴 안테나를 초래하거나, 또는 이 둘 다를 초래할 수 있다.
대형 유전체 재료는 CCTO (calcium copper titanate), A-Cu3Ti4O12 화합물 (이 경우 A는 3 가 희토류 또는 Bi)의 패밀리, 도핑된 산화 니켈, 도핑된 산화 제 2 구리 (doped cupric oxides), 바륨 티타네이트, 비스무트 스트론튬 티타네이트, 그리고 망간, 아연 및 니켈계 화합물과 조합된 철을 포함하는 다른 재료를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 도핑된 금속은 금속의 전기적 속성을 변화시키기 위해 의도적으로 불순물을 갖는 금속임을 유의한다.
예로서, 도 13은 대형 폐라이트 FeMn(ZnO)의 주파수에 의한 상대 투자율을 보여준다. 도 13을 보면, 실험실 테스트에 사용된 분광기는 1 MHz - 1 (기가헤르츠) GHz 범위의 고주파를 검출했다. 주파수가 10 MHz 미만일 때, 상대 자기 투자율은 기하급수적으로 증가한다. 그러한 테스트의 외삽법은 상대 투자율이 100 kHz에서 1000 근처 또는 이를 초과한 상대 자기 투자율을 초래한다. 도 14를 보면, 동일한 물질인 FeMn(ZnO)의 유전체 상수가 주파수로 도시된다. 100 Hz에서 이 재료에 대한 안테나 높이 감소 계수는 1000이다.
여기에 사용된 바와 같이, 안테나 높이 감소 계수 (n)은 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00003
이 경우, εr은 상대 전기 유전율 (유전체 상수라고도 알려짐)이며, 그리고 μr은 안테나 클래딩 재료의 상대 자기 투자율이다. 그 후, 이 높이 감소 계수 값 (n)은 εr 및 μr 둘 다가 1과 같은 재료를 사용하여 가상 안테나의 길이와 곱해져서 본 개시의 안테나의 높이가 클래딩의 전기 및 자기 속성을 증가시킴으로써 얼마나 많이 감소되었는지를 결정할 수 있다.
도 1을 보면, 동작의 예에서, 지하 탄화수소 저장소 (14)의 전자기 이미지를 형성하기 위해, 전자기 에너지 소스 (10)는 웰 툴에 장착되거나 상기 웰 툴의 일부일 수 있고, 웰 보어홀 (12)에서의 와이어라인 상에서 관심 깊이까지 내려갈 수 있다 (lowered).
전자기 에너지 소스 (10)와 연관된 다운홀 툴은 와이어 라인, 전력 연결, 및 동기화 신호 연결에 부착되는 기계적 커넥터를 갖는 상부 섹션을 가질 수 있다. 그러한 상부 섹션 및 연결은 공지된 현재 다운홀 와이어라인 툴과 같이 배향될 수 있다. 다운홀 툴의 하부 섹션은 손드 조립체 (34)를 하우징할 수 있다. 전자기 에너지 소스 (10)는 구조적 무결성을 제공하면서 전자기 신호의 전송도 허용하기 위해 강한 절연성 폴리머 재료로 싸여질 수 있다.
도 1의 예에 도시된 바와 같이, 단일 전자기 에너지 소스 (10)가 이용될 수 있다. 대안적으로, 복수의 전자기 에너지 소스 (10)는 웰 보어홀 (12)에서 내려갈 수 있다. 전자기 에너지의 펄스는 단일 전자기 에너지 소스 (10)로부터 또는 적용 가능하다면, 복수의 전자기 에너지 소스 (10) 각각에서 방출될 수 있어 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 이동하며, 결과적인 신호는 전자기 센서 (16)에 의해 수신될 수 있다. 공지된 특성을 갖는 전자기 펄스는 지하 탄화수소 저장소 (14)에서의 또는 그 근처에서의 위치로부터 고 출력의 펄스 전자기 에너지 소스 (10)로부터 발생된다. 전자기 펄스를 발생시키기 위해, 고 전압 파워 서플라이 (48)는 고속 폐쇄 스위치 (46)가 닫힐 때까지 전류 제한 저항기 (50)를 통해 에너지 저장 커패시터 (40)를 충전한다. 고속 폐쇄 스위치가 닫힌 상태에서, 전자기 에너지 소스 (10)는 전자기 에너지의 펄스를 방출 할 것이다. 전자기 펄스가 방출된 후, 고 전압 파워 서플라이 (48)는 에너지 저장 커패시터 (40)를 재충전할 수 있다.
에너지 저장, 펄스 형성 및 방사 요소를 단일 구조로 결합함으로써, 이들 각각의 기능에 필요한 전자기 측량 시스템의 개별 분포 구성요소들 사이의 임피던스 정합 문제가 제거된다. 그러므로 본 개시의 시스템 및 방법은 파워 서플라이, 케이블 또는 전송 라인 및 안테나 사이의 부하 정합 문제를 제거한다. 에너지 저장 커패시터 (40)의 에너지 저장 요소 및 고속 폐쇄 스위치 (46) 둘 다는 한 쌍의 개시된 자체 구동 임펄스 안테나의 전송 안테나 요소 내부에 있어서, 파워 소스와 전송 요소 사이의 케이블에 대한 필요성이 제거되며, 그리고 시스템에서의 반사 및 손실이 최소화된다.
복수의 전자기 센서 (16)는 웰 툴에 장착되거나 웰 툴의 일부일 수 있으며, 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 연장되는 센서 보어 (18)에서 내려갈 수 있다. 대안적으로, 복수의 전자기 센서 (16)는 지하 탄화수소 저장소 (14) 상의 지표면 (15) 위에 어레이로 배치될 수 있다. 방출된 펄스 EM 신호는 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 전송되고, 웰 보어홀 (12) 및 센서 보어 (18)를 둘러싸는 지하 형성을 통해 이동한 후 하나 이상의 전자기 센서 (16)에 기록된다. 전자기 센서 (16)에 의해 기록된 EM 신호는, 시간, 진폭, 전력 스펙트럼, 및 개재 매체의 속성 (그 예로 저장소) 및 이러한 속성의 공간적 변화에 의존하는 다른 특징과 같은 특징에서, 전자기 에너지 소스 (10)에 의해 방출된 펄스 신호와는 상이하다.
전자기 에너지 소스 (10)는 지하 탄화수소 저장소 (14)를 통해 이동하는 그러한 위치에서 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위해 웰 보어홀 (12)에서의 송신기 위치 (20)와 같은 연속적인 위치들 사이에서 움직일 수 있다. 유사하게, 전자기 센서 (16)는 그러한 연속적인 위치에서 결과적인 신호를 수신하기 위해 수신기 위치 (22)와 같은 연속적인 위치들 사이에서 움직일 수 있다. 이러한 방식으로, 보다 완전한 전자기 이미지가 지하 탄화수소 저장소 (14)에 대해 형성될 수 있다.
표면에서 시스템 제어 유닛 (28)과 연관된 기록 및 처리 기기는 전자기 센서 (16)에 의해 수신된 결과 신호와 관련된 정보를 수신 및 저장할 수 있다. 시스템 제어 유닛 (28)은 또한 결과 신호의 컴퓨터화된 분석과 같은 부가적인 기능을 수행하고, 결과적인 신호로부터 도출된 소정의 결과를 디스플레이하며, 그리고 추가 처리 및 컴퓨터화된 분석을 위해 컴퓨터 상에 결과적인 신호 및 컴퓨터화된 분석을 저장할 수 있다. 시스템 제어 유닛 (28)은, 예로서, 복수의 전자기 센서에서 방출된 펄스의 도달 시간의 측정을 형성하고, 복수의 전자기 센서로부터의 도달 시간 데이터의 측정을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 이 정보로부터, 지하 탄화수소 저장소의 지하 특징의 표현 및 지하 탄화수소 저장소의 지하 특징의 표현의 이미지가 형성될 수 있다.
이로써, 본 개시의 실시예는 탄화수소 저장소에서 유체의 조성물 및 공간 분포에 관한 정보를 발생시킨다. 예로서, 물 넘침과 같은 주입된 유체의 방향, 속도 및 포화도를 결정하거나 시간의 함수로서 변형된 저장소 부피를 시각화하기 위해 동작이 주기적으로 반복될 수 있다. 이는 저장소 관리를 최적화하고 오일 우회를 방지함으로써 체적 스윕 효율 및 생산 속도를 개선시키는데 도움을 줄 수 있다.
대형 유전체/페라이트 재료를 사용함으로써, 100 kHz로 전송되는 안테나는 클래드가 없는 안테나의 경우의 3000 m로부터 종래의 고 유전체 상수 페라이트 재료를 갖는 안테나의 경우의 대략 30 m로 감소될 수 있으며, 대형 유전체 페라이트 재료로 클래딩된 안테나의 경우에서는 0.25 m로 줄어들 수 있다.
본 개시의 실시예는 기술 분야의 통상의 기술자가 본 개시에서 언급된 결과를 재생산하고 얻을 수 있도록 충분히 기술되었다. 그럼에도 불구하고, 본 개시의 주제인 기술 분야의 통상의 기술자는 본 개시에 기술되지 않은 변형을 수행하여, 결정된 구조에 또는 이들의 제조 공정에 이들 변형을 적용할 수 있으며, 그러한 결과적인 구조는 본 개시의 권리 범위 내에 포함된다.
본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시에서 상세하게 기술된 본 실시예의 개선 및 수정이 있을 수 있음을 유의하고 이해해야 한다.

Claims (22)

  1. 전자기 에너지의 펄스를 방출하는 전자기 에너지 소스에 있어서,
    제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 포함한 손드 조립체 (sonde assembly);
    에너지 저장 커패시터, 여기에서 상기 에너지 저장 커패시터는:
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 전계를 발생시키도록 동작 가능한 전극; 및
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 각각의 전극을 둘러싼 용량성 전하 저장 매체 - 상기 용량성 전하 저장 매체는 대형 유전체 및 대형 투자율 폐라이트임;를 포함함; 및
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 위치된 고속 폐쇄 스위치;를 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 연결된 고 전압 파워 서플라이를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고속 폐쇄 스위치 및 상기 고 전압 파워 서플라이는 상기 전극들 사이에 연결되는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 고 전압 파워 서플라이와 상기 전극 사이에 위치된 전류 제한 저항기를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 소스는 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 전자기 에너지의 펄스를 방출하는 복수의 전자기 에너지 소스를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 소스는 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 연속적인 위치에서 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위해, 웰 보어홀 (well borehole)에서 상기 연속적인 위치로 움직일 수 있는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 손드 조립체는 제 1 전도체로서 역할을 하는 전도체 부재를 가지며, 상기 전극은 제 2 전도체로서 역할을 하는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 용량성 전하 저장 매체는 상기 전도체 부재와 상기 전극 사이에 위치되는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 전도체 부재는 상기 용량성 전하 저장 매체에 의해 상기 전극으로부터 전기적으로 절연되는, 전자기 에너지 펄스 방출 전자기 에너지 소스.
  10. 지하 탄화수소 저장소의 전자기 이미징을 위해 상기 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위한 소스에 있어서,
    상기 소스는 관심 깊이를 향한 웰 보어홀에서의 이동을 위해 와이어라인 (wireline)에 부착된 청구항 1의 손드 조립체 및 고속 폐쇄 스위치를 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 소스.
  11. 지하 탄화수소 저장소의 전자기 이미징을 위해 전자기 에너지의 펄스를 사용하는 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 전자기 에너지 소스, 여기에서 각각의 전자기 에너지 소스는:
    관심 깊이를 향한 웰 보어홀에서의 이동을 위해 와이어라인에 부착된 손드 조립체 - 상기 손드 조립체는 제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 포함함;
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 전계를 발생시키기 위해 동작 가능한 전극 및 상기 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 각 전극을 둘러싸는 용량성 전하 저장 매체를 포함하는 에너지 저장 커패시터 - 상기 용량성 전하 저장 매체는 대형 유전체 및 대형 투자율 폐라이트임; 및
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 위치된 고속 폐쇄 스위치;를 포함함; 및
    상기 전자기 에너지 소스로부터 결과 신호의 측정을 형성하는 복수의 전자기 센서;를 포함하는, 전자기 에너지 펄스 사용 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 전자기 센서는 상기 지하 탄화수소 저장소에서의 센서 보어에서 내려가는 웰 툴 (well tool)에 장착되는, 전자기 에너지 펄스 사용 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 전자기 센서는 상기 지하 탄화수소 저장소 위의 지표면 상의 어레이에 위치되는, 전자기 에너지 펄스 사용 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 전자기 센서에 의해 수신된 결과 신호에 관련된 정보를 저장하고 상기 결과 신호의 컴퓨터화된 분석을 수행하는 시스템 제어 유닛을 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 사용 시스템.
  15. 전자기 에너지 소스로 전자기 에너지의 펄스를 방출하는 방법에 있어서,
    상기 전자기 에너지 소스를 제공하는 단계, 여기에서 상기 전자기 에너지 소스는:
    제 2 섹션과 축 방향으로 정렬되고 상기 제 2 섹션으로부터 이격된 제 1 섹션을 포함한 손드 조립체;
    상기 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착된 전극 및 상기 손드 조립체의 제 1 섹션 및 제 2 섹션 각각에 장착되고 상기 전극을 둘러싸는 용량성 전하 저장 매체를 포함하는 에너지 저장 커패시터 - 상기 용량성 전하 저장 매체는 대형 유전체 및 대형 투자율 폐라이트임; 및
    상기 제 1 섹션의 전극 및 상기 제 2 섹션의 전극 사이에 위치된 고속 폐쇄 스위치;를 가짐; 및
    상기 고속 폐쇄 스위치가 닫히고 전자기 에너지의 펄스가 상기 전자기 에너지 소스로부터 방출되도록 상기 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계;를 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전자기 에너지 소스는 상기 손드 조립체의 제 1 섹션의 전극 및 제 2 섹션의 전극에 연결된 고 전압 파워 서플라이를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전자기 에너지 소스는 상기 고 전압 파워 서플라이와, 상기 제 1 섹션의 전극 및 상기 제 2 섹션의 전극 둘 다 사이에 위치된 전류 제한 저항기를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  18. 청구항 15 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    지하 탄화수소 저장소에서 웰 보어홀에서의 와이어라인 상의 전자기 에너지 소스를 관심 깊이로 내리는 단계를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  19. 청구항 15 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하는 연속적인 위치에서 전자기 에너지의 펄스를 방출하기 위해 웰 보어홀에서 상기 연속적인 위치로 상기 전자기 에너지 소스를 움직이는 단계를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  20. 청구항 15 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    지하 탄화수소 저장소에서 센서 보어를 통해 복수의 전자기 센서를 내리는 단계를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  21. 청구항 15 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    지하 탄화수소 저장소 위의 지표면 상의 어레이에 복수의 전자기 센서를 위치시키는 단계를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
  22. 청구항 15 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 소스로부터 방출된 전자기 에너지의 펄스를 지하 탄화수소 저장소를 통해 이동하도록 지향시키는 단계;
    복수의 전자기 센서에서의 전자기 에너지의 펄스의 도달 시간 데이터의 측정을 형성하는 단계;
    상기 지하 탄화수소 저장소의 지하 특징의 표현을 형성하기 위해 상기 복수의 전자기 센서로부터의 도달 시간 데이터의 측정을 분석하는 단계; 및
    상기 지하 탄화수소 저장소의 지하 특징의 표면의 이미지를 형성하는 단계;를 더욱 포함하는, 전자기 에너지 펄스 방출 방법.
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