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技術 井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する方法及び装置

出願人 シュラムバーガーオーバーシーズソシエダアノニマ
発明者 ジャックタバヌーアンドレオーバン
出願日 1995年10月26日 (24年4ヶ月経過) 出願番号 1995-278190
公開日 1997年5月27日 (22年9ヶ月経過) 公開番号 1997-138249
状態 特許登録済
技術分野 油層からの石油の採取、坑井の調査 地中削孔 地球物理、対象物の検知 抵抗、インピーダンスの測定
主要キーワード コネクタヘッド 直近領域 補助測定 ブルノーズ ロギング装置 数学的モデリング 中心決め 井戸穴
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年5月27日)のものです。
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図面 (11)

目的

井戸穴内に充満している固有抵抗を測定する測定プローブを含むロギング装置を提供する。

構成

装置の底部に接続される測定プローブが井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。底部に位置する底部電極と、第2の電極と、底部電極に接して配置された少なくとの1つの測定電極とを含むプローブ付勢すると、電流が底部電極と第2の電極との間の泥内を流れる。この電流は底部電極から泥内へ放出される時には始めは、及び泥から底部電極に受信される時には、装置の長手方向軸にほぼ平行な方向に流れる。測定電極は、底部電極に接して配置されているので、底部電極の直下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定し、この降下は主として底部電極から放出され、この領域を流れて底部電極に受信される電流によって制御される。

概要

背景

誘導ロギングツール( logging tool )は従来の技術に開示されている。例えばChandler らの米国特許第 5,157,605号にロギング装置が開示されている。またMinerboらの米国特許第 5,041,975号には Chandler らの特許の誘導ロギング装置に使用する井戸穴修正システムが開示されている。 Minerboらの特許の修正システムは、井戸ロギング装置を井戸穴内に配置した時に装置から生成される1組の出力信号固有誤差修正する。この誤差は井戸ロギング装置からの出力信号に影響する井戸穴の効果を表している。井戸ロギング装置からの出力信号に影響する充満した井戸穴の効果を修正するために、井戸穴内の泥の固有抵抗を知る必要がある場合が多く、またこの泥の固有抵抗値は良好な精度で知る必要がある。井戸穴は、それ自体の固有抵抗値を有しているある地層(もしくはフォーメーション)に突入している。極く稀に、井戸穴内の泥の固有抵抗と地層の固有抵抗との間に大きい差が存在する。地層の固有抵抗と泥の固有抵抗の差異が井戸穴の特定の深さよって増加すると、井戸穴内の井戸ロギング装置から生成される出力信号に若干の望ましくない動揺が見られることがある。その結果、特に井戸ロギング装置が大きい井戸穴を記録している時には、誘導井戸ロギング装置からの出力信号内に発生するこれらの動揺を修正することが必須になる。

出力信号内の望ましくない動揺に関連するこの問題は従来から知られていた。この問題を解決するために,“補助測定サブ”(AMSサブ)として知られる特別な泥固有抵抗サブ( sub ) が開発された。AMSサブは、誘導井戸ロギング装置ツールストリングの頂部に配置される。このサブは井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する他に、温度測定及びツール加速度測定を含む他の測定も行う。しかしながら、AMSサブは2つの問題、即ち精度と価格とによって悩まされてきた。測定精度問題に関して述べれば、井戸穴が突入している地層の固有抵抗、もしくは井戸穴内の測定ツールの位置によって測定が影響されることなく、泥が充満した井戸穴内の泥の固有抵抗を測定することは、特に井戸穴の直径が5インチ乃至 24 インチの範囲にわたる場合には極めて困難な問題になり得る。井戸穴内の泥の固有抵抗の測定を不正確にする1つの要因は、測定に及ぼす地層の固有抵抗の影響である。井戸穴が突入している地層が泥の 100倍の抵抗である場合には、その体積測定応答の 99 %が井戸穴の内側から得られるようになっている抵抗プローブは、井戸穴内の泥の固有抵抗を推定する際に 100%の誤差をもたらすことになる。その結果、測定プローブを地層の固有抵抗に不感ならしめるためには測定プローブによる調査を井戸穴内の極めて浅い深さだけに限定しなければならない。AMSサブが行う泥の固有抵抗測定の精度に及ぼす地層の固有抵抗の有害効果を低減させるために、AMSサブの外壁は凹みと、この凹み内に配置された1組の電極を含んでいる。AMSサブの電極は、電流放出電極電流受信電極及び測定電極を含む。しかしながらたとえこの1組の電極をAMSサブの外壁内の凹みの中に配置したとしても、それでもAMSサブが行う泥の固有抵抗の測定精度は、井戸穴内の泥の固有抵抗と井戸穴が突入している地層の固有抵抗との差によって有害な影響を受ける。

価格の問題に関して述べれば、AMSサブは井戸穴内のツールストリングの頂部に配置されるので、ケーブルヘッドとツールストリングの残余の部分とを電子的に接続する手段を設けなければならない。その結果、高価な多重導体ヘッド(各ヘッドは 10,000ドルもする 31ピンヘッドである)をAMSサブの頂部及び底部に配置しなければならず、そのためAMSサブの総合価格が増大する。従って、特に、井戸穴内の泥の固有抵抗と井戸穴が突入している地層の固有抵抗との間に大きい差が存在する場合には、井戸穴内の泥の固有抵抗を測定するための別の方法及び装置が要望される。

概要

井戸穴内に充満している泥の固有抵抗を測定する測定プローブを含むロギング装置を提供する。

装置の底部に接続される測定プローブが井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。底部に位置する底部電極と、第2の電極と、底部電極に接して配置された少なくとの1つの測定電極とを含むプローブを付勢すると、電流が底部電極と第2の電極との間の泥内を流れる。この電流は底部電極から泥内へ放出される時には始めは、及び泥から底部電極に受信される時には、装置の長手方向軸にほぼ平行な方向に流れる。測定電極は、底部電極に接して配置されているので、底部電極の直下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定し、この降下は主として底部電極から放出され、この領域を流れて底部電極に受信される電流によって制御される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

井戸穴内のツールストリングの底部に接続され、上記井戸穴内の固有抵抗を測定する装置において、底部電極と、第2の電極と、少なくとも1つの測定電極とを備え、上記底部電極は、上記装置が上記井戸穴内に配置された時に上記装置の底部に接続され、そして上記装置が上記井戸穴内に配置された時に上記底部電極の直下に上記泥の領域を配置させ、上記底部電極は上記泥の上記領域内に第1の電流を放出するようになっており、上記第2の電極は上記泥の上記領域から上記第1の電流を受信するようになっており、そして上記第1の電流は上記底電極から上記第1の電流が放出される時には始めは上記装置の長手方向軸にほば平行な方向に伝播し、上記第2の電極は上記泥の上記領域内に第2の電流を放出するようになっており、上記底部電極は上記泥の上記領域から上記第2の電流を受信するようになっており、そして上記第2の電流は上記底部電極において上記第2の電流が受信される時には上記装置の長手方向軸にほば平行な方向に伝播し、上記測定電極は、上記底部電極と上記泥の上記領域に接して配置されていて上記領域内の電圧電位を測定し、上記領域内の上記電圧電位は上記領域内を流れる上記電流によって制御されるようになっていることを特徴とする装置。

請求項2

上記1つの測定電極に接して配置され、上記領域内の上記電圧電位を測定するようになっている第2の測定電極をも備えている請求項1に記載の装置。

請求項3

上記ツールストリングの上記底部に接続されている湾曲ディスクをも備え、上記底部電極は上記湾曲ディスクの頂上に取付けられ、上記第2の電極及び上記1つの測定電極は上記湾曲ディスクの残余の部分上に取付けられている請求項1に記載の装置。

請求項4

上記湾曲ディスクの上記残余の部分上に取付けられ、そして上記湾曲ディスク上の上記1つの測定電極に接して配置され、上記泥の上記領域内の上記電圧電位を測定するようになっている第2の測定電極をも備えている請求項3に記載の装置。

請求項5

上記ツールストリングの上記底部に接続されている平らなディスクをも備え、上記底部電極は上記平らなディスクの中心に取付けられ、上記第2の電極及び上記1つの測定電極は上記平らなディスクの残余の部分上に取付けられている請求項1に記載の装置。

請求項6

上記平らなディスクの上記残余の部分上に取付けられ、そして上記平らなディスク上の上記1つの測定電極に接して配置され、上記泥の上記領域内の上記電圧電位を測定するようになっている第2の測定電極をも備えている請求項5に記載の装置。

請求項7

井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する方法において、第2の電極と、測定プローブが上記井戸穴内に配置された時に上記測定プローブの底部に位置する底部電極とを含む測定プローブを上記井戸穴内へ降下させる段階と、上記底部電極から上記泥内へ電流を放出する段階と、上記電流を上記泥から上記第2の電極内へ受信する段階と、上記電流を上記第2の電極から上記泥内へ放出する段階と、上記電流を上記泥から上記底部電極内へ受信する段階とを備え、上記電流は、上記底部電極から上記泥内に上記電流が放出される時には始めは、及び上記電流が上記泥から上記底部電極内へ受信される時には、上記プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に上記泥内を流れることを特徴とする方法。

請求項8

井戸穴内のツールストリングの底部に接続され、上記井戸穴内の導電性の泥の固有抵抗を測定するようになっている測定プローブにおいて、上記プローブが上記井戸穴内の上記ツールストリングの上記底部に接続されている時に上記プローブの底部に接続されるようになっており、上記泥内に電流を放出するようになっている電流放出電極を備え、上記電流は、上記電流放出電極から上記井戸穴内の上記導電性の泥内へ始めは下向きの方向に放出され、上記電流放出電極から放出される電流の上記始めは下向きの方向は上記測定プローブの長手方向軸にほぼ平行であることを特徴とする測定プローブ。

請求項9

井戸穴内の導電性の泥の固有抵抗を測定する方法において、測定プローブの底部に接続されている電流放出電極と、電流受信電極と、1対の測定電極とを含む測定プローブを上記導電性の泥を含む上記井戸穴内に配置する段階と、上記電流放出電極から上記井戸穴内の上記泥内へ電流を放出し、上記電流は上記井戸穴内の上記泥内へ始めは下向きの方向に上記電流放出電極から放出され、上記電流放出電極から放出される電流の上記始めは下向きの方向が上記プローブの長手方向軸にほぼ平行であるようにする段階と、上記電流受信電極において上記電流を受信する段階と、上記井戸穴内の上記導電性の泥の上記固有抵抗を表している上記測定電極にまたがる電位の降下を測定する段階とを備えていることを特徴とする方法。

請求項10

ツールストリングと、上記ツールストリングの端に接続されている測定装置とを含み、泥が充満している井戸穴内に配置されて上記井戸穴内の上記泥の固有抵抗を測定するるようになっているロギング装置において、電流放出電極と、電流受信電極とを備え、上記電流放出電極は上記測定装置の端に接続され、上記ロギング装置が上記井戸穴内に配置された時に上記ロギング装置の底部に位置するようになっており、上記電流放出電極は上記ロギング装置が上記井戸穴内に配置された時に電流を上記井戸穴内の上記泥内へ始めは下向きの方向に放出し、上記電流放出電極から放出される電流の上記始めは下向きの方向は上記ロギング装置が上記井戸穴内に配置された時の上記ロギング装置の長手方向軸にほぼ平行であり、上記電流受信電極は、上記泥内を伝播する上記電流を受信するようになっていることを特徴とするロギング装置。

請求項11

泥が充満している井戸穴内のツールストリングの端に接続され、上記泥が充満している井戸穴内の上記泥の固有抵抗を測定するようになっている測定装置において、戻り電極と、上記泥内へ電流を放出し、上記泥内の電位降下を測定する電極手段とを備え、上記電極手段は、上記電極手段の中心に位置し、上記測定装置が上記井戸穴内に配置された時に上記測定装置の底部に配置される電流放出電極を含み、上記測定装置が上記井戸穴内に配置された時に上記電流を上記井戸穴内の上記泥内へ始めは下向きの方向に放出し、上記電流放出電極から放出される電流の上記始めは下向きの方向は上記測定装置の長手方向軸にほぼ平行であり、上記電流は上記電流放出電極から上記泥内へ伝播し、上記電流は上記泥から上記戻り電極において受信され、上記電極手段は上記泥内の上記電位降下を測定し、上記電位降下は上記井戸穴内の上記泥の上記固有抵抗を表していることを特徴とする測定装置。

請求項12

泥が充満している井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する方法において、測定装置を上記泥が充満している井戸穴内に降下させる段階と、上記測定装置の底部から電流を放出し、上記電流は上記井戸穴内の上記泥内へ始めは下向きの方向に放出され、上記放出される電流の上記始めは下向きの方向が上記測定装置の長手方向軸にほぼ平行であるようにする段階と、上記電流を上記測定装置内へ受信する段階と、上記電流が上記泥内へ放出された時に電位の降下を測定し、上記泥が充満している井戸穴内の上記泥の上記固有抵抗を上記電位の降下によって知る段階とを備えていることを特徴とする方法。

技術分野

0001

本発明は、井戸穴内に配置され、井戸穴内の導電性固有抵抗を測定するるようになっている方法及び装置に関し、より詳しくは泥が充満している井戸穴の中に配置されるようになっているツールストリングと、このツールストリングに接続されている電極アレイとを含み、上記電極アレイが上記ツールストリングの絶対底部に配置されている第1の電極と、第2の電極とを含み、これらの電極の一方が電流を放出して上記第1の電極と第2の電極との間の導電性の泥を通してこの電流を伝播させ、上記電流を第1の電極から上記ツールストリングの長手方向軸に沿って上記第2の電極まで伝播させ、また上記第2の電極から上記ツールストリングの長手方向軸に沿って上記第1の電極まで伝播させるようにした上記のような方法及び装置に関する。。

背景技術

0002

誘導ロギングツール( logging tool )は従来の技術に開示されている。例えばChandler らの米国特許第 5,157,605号にロギング装置が開示されている。またMinerboらの米国特許第 5,041,975号には Chandler らの特許の誘導ロギング装置に使用する井戸穴修正システムが開示されている。 Minerboらの特許の修正システムは、井戸ロギング装置を井戸穴内に配置した時に装置から生成される1組の出力信号固有誤差修正する。この誤差は井戸ロギング装置からの出力信号に影響する井戸穴の効果を表している。井戸ロギング装置からの出力信号に影響する泥が充満した井戸穴の効果を修正するために、井戸穴内の泥の固有抵抗を知る必要がある場合が多く、またこの泥の固有抵抗値は良好な精度で知る必要がある。井戸穴は、それ自体の固有抵抗値を有しているある地層(もしくはフォーメーション)に突入している。極く稀に、井戸穴内の泥の固有抵抗と地層の固有抵抗との間に大きい差が存在する。地層の固有抵抗と泥の固有抵抗の差異が井戸穴の特定の深さよって増加すると、井戸穴内の井戸ロギング装置から生成される出力信号に若干の望ましくない動揺が見られることがある。その結果、特に井戸ロギング装置が大きい井戸穴を記録している時には、誘導井戸ロギング装置からの出力信号内に発生するこれらの動揺を修正することが必須になる。

0003

出力信号内の望ましくない動揺に関連するこの問題は従来から知られていた。この問題を解決するために,“補助測定サブ”(AMSサブ)として知られる特別な泥固有抵抗サブ( sub ) が開発された。AMSサブは、誘導井戸ロギング装置ツールストリングの頂部に配置される。このサブは井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する他に、温度測定及びツール加速度測定を含む他の測定も行う。しかしながら、AMSサブは2つの問題、即ち精度と価格とによって悩まされてきた。測定精度問題に関して述べれば、井戸穴が突入している地層の固有抵抗、もしくは井戸穴内の測定ツールの位置によって測定が影響されることなく、泥が充満した井戸穴内の泥の固有抵抗を測定することは、特に井戸穴の直径が5インチ乃至 24 インチの範囲にわたる場合には極めて困難な問題になり得る。井戸穴内の泥の固有抵抗の測定を不正確にする1つの要因は、測定に及ぼす地層の固有抵抗の影響である。井戸穴が突入している地層が泥の 100倍の抵抗である場合には、その体積測定応答の 99 %が井戸穴の内側から得られるようになっている抵抗プローブは、井戸穴内の泥の固有抵抗を推定する際に 100%の誤差をもたらすことになる。その結果、測定プローブを地層の固有抵抗に不感ならしめるためには測定プローブによる調査を井戸穴内の極めて浅い深さだけに限定しなければならない。AMSサブが行う泥の固有抵抗測定の精度に及ぼす地層の固有抵抗の有害効果を低減させるために、AMSサブの外壁は凹みと、この凹み内に配置された1組の電極を含んでいる。AMSサブの電極は、電流放出電極、電流受信電極及び測定電極を含む。しかしながらたとえこの1組の電極をAMSサブの外壁内の凹みの中に配置したとしても、それでもAMSサブが行う泥の固有抵抗の測定精度は、井戸穴内の泥の固有抵抗と井戸穴が突入している地層の固有抵抗との差によって有害な影響を受ける。

0004

価格の問題に関して述べれば、AMSサブは井戸穴内のツールストリングの頂部に配置されるので、ケーブルヘッドとツールストリングの残余の部分とを電子的に接続する手段を設けなければならない。その結果、高価な多重導体ヘッド(各ヘッドは 10,000ドルもする 31ピンヘッドである)をAMSサブの頂部及び底部に配置しなければならず、そのためAMSサブの総合価格が増大する。従って、特に、井戸穴内の泥の固有抵抗と井戸穴が突入している地層の固有抵抗との間に大きい差が存在する場合には、井戸穴内の泥の固有抵抗を測定するための別の方法及び装置が要望される。

発明を実施するための最良の形態

0005

本発明の主目的は、泥が充満した井戸穴内のツールストリングの底部に配置され、井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する方法及び装置を提供することである。本発明の別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるようになっていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測定プローブによって実施される測定方法を提供することであって、本方法は、本方法を実施する装置を井戸穴内に降下させる段階を含む。この装置は、ツールストリングと、装置が井戸穴内に配置された時にツールストリングの底部に接続される測定プローブとを含み、この測定プローブは測定プローブの底部に接続されている底部電極と、第2の電極とを含む。本方法は更に、装置が井戸穴内に配置されている時に底部電極と第2の電極との間の泥内へ電流を流す段階をも含む。この電流は、底部電極から電流が放出される時には始めは、もしくは底部電極に受信される時には、プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に伝播する。また本方法は更に、装置が井戸穴内に配置され、電流が底部電極と第2の電極との間に流されている時に、底部電極の下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定する段階をも含む。この領域内のこの電圧電位降下は、底部電極から放出されてこの領域内を流れる、もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信される電流によって制御される。

0006

本発明の更に別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるようになっていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測定プローブによって実施される測定方法を提供することであって、本方法は、井戸穴内のツールストリングの底部に配置されている電流放出電極から井戸穴内の泥の中へ始めは測定プローブの長手方向軸にほぼ平行な下向きの方向に電流を伝送する段階と、この電流を電流受信用電極に向けて泥の中を伝播させる段階と、泥の中の電流放出電極に接して存在する電位の降下を測定する段階とを含んでいる。本発明のさらなる目的は、井戸穴内に配置される測定プローブを提供することであって、この測定プローブは、プローブ本体と、プローブ本体の底部に接続されている底部電極と、プローブ本体に接続されている第2の電極と、底部電極に接して配置され、底部電極の直近及び直下に位置する領域内に存在する電圧電位降下を測定する少なくとも1つの測定電極とを含む。プローブが井戸穴内に配置されている時に底部電極と第2の電極との間に電流を流すようになっており、この電流は、プローブが井戸穴内に配置されている時に、底部電極から電流が放出される時には始めは、もしくは底部電極に受信される時には、プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に流れる。測定電極によって測定される領域内の電圧電位降下は底部電極から放出されてこの領域内を流れる、もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信される電流によって制御される。

0007

本発明の更に別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるロギング装置を提供することであり、本装置は、ロギング装置ツールストリングの底部に配置されていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測定装置を含んでいる。本発明の更に別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるロギング装置を提供することであり、本ロギング装置は、ロギング装置ツールストリングの底部に配置されていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測定装置を含み、この測定装置は、プローブ本体と、プローブ本体の底部に接続されている底部電極と、プローブ本体に接続されている第2の電極と、底部電極に接して配置され、底部電極の直近及び直下に位置する領域内に存在する電圧電位降下を測定する少なくとも1つの測定電極とを含む。プローブが井戸穴内に配置されている時に底部電極と第2の電極との間に電流を流すようになっており、この電流は、プローブが井戸穴内に配置されている時に、底部電極から電流が放出される時には始めは、もしくは底部電極に受信される時には、プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に流れる。測定電極によって測定される領域内の電圧電位降下は、底部電極から放出されてこの領域内を流れる、もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信される電流によって制御される。

0008

本発明の更に別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるロギング装置を提供することであり、本ロギング装置は、ロギング装置ツールストリングの底部に配置されていて井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることなく井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する測定装置を含む。この測定装置は、測定装置の底部に、及びロギング装置ツールストリングの底部に配置されている底部電極を含み、この底部電極は、ロギング装置が井戸穴内に配置されている時に、井戸穴内の泥内へ最初は垂直方向に流れる電流を放出するか、もしくは底部電極内へ垂直方向に流れる電流を受信する。本発明の更に別の目的は、泥が充満している井戸穴内に配置されるロギング装置を提供することであり、本ロギング装置は、ロギング装置ツールストリングの底部に配置されるようになっていて井戸穴内の泥の固有抵抗を測定し、同時に井戸穴が突入している地層の固有抵抗によって測定精度が有害な影響を受けることがない測定装置を含む。この測定装置は、測定装置の底部に、及びロギング装置ツールストリングの底部に配置されている電流放出電極と、電流受信電極とを含み、電流放出電極は始めは下向きの方向に電流を放出し、この始めは下向きの方向は、ロギング装置及び関連測定装置が井戸穴内に配置されている時のツールストリングの長手方向軸にほぼ平行である。電流は、井戸穴内の泥と、井戸穴が突入している地層との界面と交差することなく受信電極によって受信される。

0009

本発明のこれらの、及び他の目的に達成するために、ロギング装置は泥が充満している井戸穴内に配置され、測定プローブはロギング装置のツールストリングの底部に接続される。測定プローブは泥が充満している井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。測定プローブは、ロギング装置が井戸穴内に配置されている時のプローブの底部に配置される底部電極と、第2の電極と、底部電極に接して配置され、測定プローブの底部電極の直近及び直下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定する少なくとも1つの測定電極とを含んでいる。測定プローブが付勢されると、底部電極と第2の電極との間の泥の中を電流が流れる。底部電極から泥内へ電流が放出される時、電流は始めはロギング装置ツールストリングの長手方向軸にほぼ平行な方向に流れる。測定電極は底部電極に接して配置されているから、測定電極は底部電極の直下に位置する泥の領域内の電圧電位降下を測定する。測定電極によって測定されるこの領域内の電圧電位降下は、底部電極から放出されてこの領域内を流れる、もしくはこの領域内を流れて底部電極に受信される電流によって制御される。測定プローブの底部電極から放出される電流は始めは、また底部電極によって受信される電流は、プローブの長手方向軸にほぼ平行な方向に泥の中を伝播するから、井戸穴内の泥と、井戸穴が突入している地層との界面を横切る電流は極めて僅かな量にしか過ぎない。その結果測定電極によって測定される電圧電位降下は、主として底部電極の直近及び直下に位置する泥の領域内に存在する電位降下によって制御される。従って、たとえ井戸穴内の導電性の泥と、井戸穴が突入している地層との界面に大きい固有抵抗の差異が存在していても、底部電極に受信される、及び底部電極から放出される電流の殆どがこの界面を横切ることはないから、本発明の測定プローブが測定する泥の固有抵抗の測定精度にこの固有抵抗の差異が有害な影響を与えることはない。

0010

本発明の応用のさらなる範囲は、以下の詳細な説明から明白になるであろう。しかしながら、以下の記述及び特定の例は、本発明の好ましい実施例を表してはいるが、これらは単なる例示に過ぎず、当業者ならば以下の説明から、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を考案できるであろう。以下に添付図面に基づいて本発明の好ましい実施例を詳述するが、この説明は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

0011

図1を参照し、従来の技術の項で述べた従来技術の補助測定サブ(AMSサブ)の構造を説明する。図1に示すAMSサブは、 Chandler らの米国特許第 5,157,605号に開示されている型の井戸ロギング装置ツールストリングの頂部に接続される。 Chandlerらの特許は誘導井戸ロギング装置を開示している。AMSサブは、井戸穴12内に配置されるサブ本体10を含み、このサブ本体10と井戸穴12が突入している地層の壁16との間に環状空間14を限定している。多重ピンコネクタヘッド17(典型的には、 31ピンヘッド)が本体10の頂部に接続され、別の多重ピンコネクタヘッド19が本体10の底部に接続されている。コネクタヘッド17及び19は図1のAMSサブへ、及びAMSサブから電流を通じさせるようになっており、またAMSサブの下方に配置されているツールへ信号及び電力を伝送するのにも使用される。泥の高い外圧に耐えなければならないヘッド17及び19は各々製造が極めて高価であり、それぞれ約1万ドル程度もする。導電性の泥18は環状空間14の中に位置している。サブ本体10は、サブ本体10の外壁に対して内向きに配置されている凹み20を含む。1組の電極A1、M1、M2及びA2が凹み20内に配置されている。電流放出電極と呼ぶ電極A1は電流を導電性の泥18内へ電流を放出する。この電流は泥18を通って伝播し、電流受信電極と呼ぶ電極A2によって受信される。測定電極と呼ぶ電極M1及びM2はA1電極とA2電極との間に配置され、1対の等電位線21によって囲まれている領域23内に存在する電圧電位降下を測定する。この領域23は、井戸穴12内の導電性の泥18と、井戸穴12が突入している地層とを含む。図1の領域23内の電圧電位降下は、環状空間14内の導電性の泥18だけの固有抵抗(Rm)を表すことを仮定している。

0012

しかしながら、ある問題が存在している。即ち、図1の領域23内の電圧電位降下は、実際には泥18の固有抵抗と、井戸穴12が突入している地層の固有抵抗の両方を表しているのである。この問題を回避するために、図1では電極A1、M1、M2及びA2を凹み20内に配置できるようにAMSサブに意図的に凹み20を設けてある。凹み20を設ける理由は次の通りである。サブ本体10の外壁10a上に電極を配置すると、電流放出電極A1から放出される電流は導電性の泥18と、井戸穴12が突入している地層との間に存在する界面(壁16)を横切り、それによって導電性の泥18の固有抵抗(Rm)の測定の精度に有害な影響を与える。電極A1、M1、M2及びA2を凹み20内に配置すると、放出電極A1から放出される電流の中の極めて少ない量だけが泥18と地層との界面を横切ることができるようになる。従って領域23内の電圧電位降下の中の、井戸穴12が突入している地層内を流れる電流によってもたらされる部分が減少し、その結果、井戸穴12内の泥18の固有抵抗(Rm)の測定に対する有害な影響が減少する。しかしながら、それでも図1に示すように放出電極A1からの若干の電流22(“横切り電流”と呼ぶ)は界面16を横切り、井戸穴が突入している地層内を流れる。その結果、等電位線21の対によって囲まれ、測定電極M1及びM2によって測定される図1の領域23内の電圧電位降下は、それでも導電性の泥18の電位降下と、井戸穴12が突入している地層内の電位降下の両者を含むことになる。従って図1のAMSサブを使用しても、未だに泥の固有抵抗(Rm)の測定に対する横切り電流22の有害な効果が存在し、その結果泥の固有抵抗測定は望む通りに正確ではなくなる。また図1のAMSサブは、未だに極めて高価な多重ピンコネクタヘッドを2つ、即ちコネクタヘッド17及び19を必要とする。その結果、各々が1万ドルずつのコネクタヘッドを2つ、合計で少なくとも2万ドルを必要とするので、AMSサブは極めて高価になり得る。

0013

しかしながら、本発明による新規な測定プローブは、この新規な測定プローブを使用した場合には横切り電流が殆ど皆無になるので、横切り電流22が泥の固有抵抗(Rm)に与える上述した有害な効果を殆ど完全に排除する。その結果、本発明の新規な測定プローブによって行われる泥の固有抵抗の測定は、図1のAMSサブによって行われる泥の固有抵抗の測定よりも遙かに正確である。図2に、本発明の新規な測定プローブを含む井戸ロギング装置を示す。図2に示すように、井戸ロギング装置24は井戸穴12内に配置される。井戸ロギング装置24は、上記 Chandler らの米国特許第 5,157,605号に開示されている誘導井戸ロギング装置であることができる。本発明による新規な測定プローブ26は、井戸ロギング装置24の底部24aに接続されている。プローブ26は、井戸穴12内のプローブ26の直下に位置する導電性の泥18の固有抵抗“Rm”を測定するようになっている。図2のプローブ26から得られる泥の固有抵抗測定は、図1のAMSサブから得られる泥の固有抵抗測定よりも遙かに正確である。それは、プローブ26がプローブ26の絶対底部に接続されている底部電極A0を含んでいるからである。電流は、底部電極A0から放出される時には始めは、もしくは底部電極A0で受信される時には、井戸ロギング装置24の長手方向軸24bにほぼ平行な方向に泥18の中を伝播する。その結果、底部電極の直下に位置する導電性の泥18の領域内で発生する特定の電圧電位降下の殆どは泥18により生じたものであり、井戸穴12が突入している地層によるものではない。従って、この電圧電位降下を近接する測定電極によって測定すれば、この特定電圧段位降下の殆ど全てが井戸穴内の泥18だけの中で発生する電位の降下を表し、井戸穴が突入している地層内で発生したものではない。その結果、本発明の新規な測定プローブ26を使用した時の泥の固有抵抗の測定の精度は、従来技術のAMSサブによる泥の固有抵抗の測定に対して極めて改善される。

0014

泥の固有抵抗測定の費用を低減させるために、プローブ26は、図2に示すようなツールストリングの底部に配置しなければならない。プローブ26は泥の固有抵抗(Rm)を測定するのに4本の電線しか必要としないので、プローブ26は配線に高い費用を必要としない。前記 Chandler らの特許の誘導ロギング装置では、誘導ロギング装置ツールストリングの絶対底部に接続されているリング電極(“SP電極”と呼んでいる)が自発性電位(SP)を測定するようになっている。“ブルノーズ”( bull nose ) もしくは“”と呼ばれるゴムキャップが、普通はSP電極の底部に取付けられて輸送及びロギング中にSP電極を保護する。従って、このようなゴム製の“ブルノーズ”の部分として図2の新規な測定プローブ26を設計することが論理的であり、経済的である。地球累層の自発性電位の測定についてのより詳細な情報に関しては、 1993 年 6月18日に出願された特許出願、一連番号第 08/080,428 号“地球累層の自発性電位を測定するために井戸穴装置の金属ハウジングに接続された自発性電位測定装置”を参照されたい。図3に、図2の新規な測定プローブ26の第1の、そして好ましい実施例を示す。

0015

図3に示す本発明の新規な測定プローブ26は、電流I0 を泥18内へ放出し、そして電流I0 を泥から受信するSP電極(A1)34と、このSP電極34の底部に一体に接続されている“ブルノーズ”として知られる湾曲したディスク30とを含む。湾曲ディスク30の底部には3つの付加的な電極、即ち湾曲ディスク30の底チップに配置されていて下向きの方向に泥18内へ電流I0 を放出し、泥からの電流I0 を受信する小さいディスク状底部電極(A0)32と、底部電極(A0)32とSP電極(A1)34との間に配置されている1対の測定電極(M1及びM2)36が取付けられている。底部電極(A0)32は泥18内へ電流I0 を放出するように機能し、泥内のこの電流I0 はSP電極34によって受信される。底部電極32は泥18から電流I0 を受信するようにも機能する。泥内のこの電流はSP電極34から発せられたものである。電流I0 が底部電極32から泥18内へ放出される時には始めは、もしくは底部電極32によって泥18から受信される時には、この電流はプローブ26の長手方向軸24bにほぼ平行な方向24cに伝播される。測定電極36、特定的には測定電極M2は、底部電極32の直近及び直下に位置する領域(この領域は図9に最も良く示されている)内に存在する特定の電圧電位降下を測定する。この特定の電圧電位降下の殆どは、井戸穴12が突入している地層内ではなく、井戸穴内の泥18内に存在する電位降下によってもたらされたものである。その結果、測定電極36によって測定されるこの特定の電圧電位降下は、図1及び2のAMSサブによって生成されるよりも正確な泥の固有抵抗測定を生成する。

0016

導電性の泥18の固有抵抗は次の公式によって推定される。
Rm=K(VM2−VM1)/I0
但し、Rmは、導電性の泥18の推定固有抵抗であり、Kは、プローブ較正定数であり、VM1は、測定電極M1において記録された電位であり、VM2は、測定電極M2において記録された電位であり、そしてI0 は、A0電極32から放出された合計電流である。井戸穴12が突入している地層の固有抵抗に対して完全に不感にするために、図3の底部電極A0 32を湾曲ディスク30の底に接続し、電流I0 が底部電極32から放出される時には始めは、もしくは底部電極32において受信される時には、図3のプローブ26の長手方向軸24bにほぼ平行な方向に伝播しているようにする。電流I0 が底部電極32から放出される場合には、この電流を導電性の泥18内を始めは下向きの方向24cに伝播させる。底部電極32から放出される、あるいは底部電極32において受信される電流I0 はプローブ26の長手方向軸24bにほぼ平行な方向24cに伝播するから、電流(I0 )の極めて少量部分だけが図1の横切り電流22のような横切り電流として機能する。底部電極32から放出される、あるいは底部電極32において受信される電流(I0 )の殆ど全ては、導電性の泥18と井戸穴12が突入している地層との間の界面16を横切ることはない。図10を参照して後述するように、真の泥の固有抵抗値と、本発明のプローブ26によって測定された泥の固有抵抗値との間の“最大誤差”は、x軸上のRt/Rm全体にわたって、4インチ穴の場合には約8%であり、また8インチ穴の場合には1%以下である。この1%誤差は、調査中の地層地層の固有抵抗が泥の固有抵抗の 100倍大きい時に、その地層から到来する信号が測定に及ぼす貢献度が、泥から到来する信号による貢献度の 10000分の1でしかないことことを意味している。これは次のように考えると理解し易い。

0017

泥の固有抵抗“Rm”は次のように表すことができる。
Rm=(1−JF )Rm真+JF Rt
ここに、Rmは、プローブによって測定される泥の固有抵抗であり、Rm真は、泥の真の固有抵抗であり、JF は、泥の固有抵抗測定に対する地層の正規化された測定貢献度(0<JF <1)であり、そしてRtは、地層の固有抵抗である。測定誤差を%で表すと、
(Rm真−Rm)/Rm真=JF −JF Rt/Rm真
=JF (1−Rt/Rm真)
しかしながら、Rt/Rm真は通常は、>>1であるから、
(Rm真−Rm)/Rm真=−JF Rt/Rm真
となる。この負符号は、地層の固有抵抗の効果が、測定の読みを本来の読みよりも高くすることを意味している。

0018

もし泥の固有抵抗誤差(Rm真−Rm)/Rm真を1%即ち 10 -2以下に制限するためには、地層と泥の固有抵抗の比Rt/Rm真が 100であれば、地層の正規化された測定貢献度はJF < 10 -4、即ち 10000の1でなければならない。従って、図3において、電流I0 の殆どは横切り電流として機能することはできず、地層の固有抵抗と導電性の泥18の固有抵抗との間の比もしくは差が図3に示す本発明の新規な測定プローブによる泥の固有抵抗測定の精度に有害な効果を及ぼすことはできない。図4及び5に、図2の井戸ロギング装置24に取付けられた図3の泥の固有抵抗測定プローブ26を再度示す。このプローブ26は、絶縁材料によって分離されているA0電極32、測定電極(M2及びM1)36、及びA1電極34を含んでいる。図6−8は、図2の新規な測定プローブ26の第2の実施例であり、この実施例は主として数学的モデリングもしくはシミュレーションの目的に使用されるものである。図6は、本発明の新規な測定プローブ26の側面図である。図6に示す新規な測定プローブ26はA1電極42に短絡されている自発性電位(SP)電極40を備えている。

0019

図7は、図6の新規な測定プローブ26の7−7矢視底面図であり、図3の湾曲ディスク30は平らなディスクに変えられ、この平らなディスク上に4つの同心リングが配置されている。図7の平らなディスク内の4つの同心リングは次の電極を含む。(1)図6のSP電極40に短絡回路43を通して一体に接続されているA1電極42、(2)電流I0 を泥18内に放出し、電流I0 を泥18から受信する底部(A0 )電極44、(3)A0電極44とA1電極42との間に挿入されているM1測定電極46、及び(4)底部(A0)電極44とA1電極42との間に挿入されているM2測定電極48。測定電極46及び48は、底部電極44の直下に位置する導電性の泥18の領域内の電圧降下を測定する。この電圧降下は、次式を使用して井戸穴内の導電性の泥18の固有抵抗を計算するために使用される。
Rm=K(VM1−VM2)I0
図8は、図7の新規な測定プローブ26の8−8矢視断面図である。図8において、A1電極42、2つの測定電極48及び46、及び底部電極44が配置されている平らなディスクは、SP電極40に短絡されている。図8のプローブ26を通して電流を流すと電流I0 が底部電極44から泥18内へ放出され、この電流I0 は泥18から底部電極44内へ受信される。

0020

一方電流I0 が図8のA1電極42から泥18内へ放出されると、電流I0 は最終的には図8の新規な測定プローブ26の長手方向軸24bにほぼ平行な方向に泥18を通って流れる。この電流は底部電極44において受信される。例えば図8において、電流I0 が底部電極44から泥18内へ放出されると、電流I0 は先ず底部電極44から長手方向軸24bにほぼ平行な下向きの方向に導電性の泥内へ放出される。電流I0 が泥18内を伝播するにつれて、図8に示すように、電流はA1電極42によって受信されるまで徐々に曲がって行く。電流I0 の最初の方向は図8のプローブの長手方向軸24bにほぼ平行な下向き方向であるから、電流I0 の殆どは、図1の横切り電流22に似た横切り電流として機能することはない。即ち、電流I0 の極めて少量だけは界面16を横切るが、電流I0 の殆ど全ては導電性の泥18と井戸穴12が突入している地層との界面16を横切らない。電流I0 は図8のプローブの長手方向軸24bにほぼ平行な方向に流れるから、電流の流れのある点において電流I0 の殆ど全ては底部電極44の直下に位置する泥18の領域45内を流れる。測定電極46及び48はこの領域45の直近に配置されているから、測定電極46及び48による電位の測定は主として底部電極44の直下の泥内に位置する領域45内に存在する電位降下によって制御され、地層内の電位によっては制御されない。

0021

その結果、本発明の新規な測定プローブ26は、泥18の固有抵抗だけを測定することになる。井戸穴12が突入している地層の固有抵抗は、図3及び8に示す本発明の新規な測定プローブ26による泥の固有抵抗の測定精度に有害な影響を与えることはない。以下に図9を参照して本発明の動作を機能的に説明する。図9には、新規な測定プローブ26が井戸穴12内の井戸ロギング装置24に接続されているように示されている。井戸ロギング装置24はプローブ26を付勢し、その結果電流I0 が底部電極32とA1電極31との間の導電性の泥18内を流れ始める。電流I0 は底部電極32から放出され、底部電極32において受信されるように示されており、電流I0 は複数の等電位線50に直角な方向に流れる。電流I0 が底部電極32から泥18内に放出されると、電流は始めはロギング装置24の長手方向軸24bにほぼ平行な方向に流れ始める。一方、電流I0 が底部電極32から放出される時と、底部電極32において受信される時には、電流の流れの殆ど全ては、底部電極32の直下に位置し、そして第1の等電位線50aと第2の等電位線50bとの間に位置する領域37内に集中する。

0022

図9の等電位線50によってシミュレートされる複数の電圧電位は、井戸穴12内の導電性の泥18内から得られる。従って、等電位線50aと50bとの間の領域37内の電圧電位降下は、泥18内を流れる電流I0 だけの結果である。換言すれば、領域37内の電圧電位降下は、井戸穴12が突入している地層内を流れるどのような電流の結果でもない。測定電極36は、等電位線50a及び50b上に配置され、泥内の領域37を囲んでいる。測定電極36は泥18内の電圧電位を測定するように設計されており、泥18の電圧電位は次式を使用して泥の固有抵抗を計算するのに使用することができる。
Rm=K(VM1−VM2)/I0
測定電極36は等電位線50a及び50b上に配置されていて泥内の領域37を囲んでいるから、測定電極36による電圧電位の測定は底部電極32の直下に位置する泥の領域37内の電圧電位だけによって制御される。測定電極36による測定は、井戸穴が突入している地層内の電圧電位によって制御もしくは影響されることはない。その結果、本発明の泥の固有抵抗測定プローブ26による泥の固有抵抗測定の精度は、図1のAMSサブによる精度よりも遙かに改善される。

0023

図10は、本発明の新規な測定プローブを使用して得られた実際の結果を示している。詳述すれば、図10は泥の真の固有抵抗を本発明の新規な測定プローブ26によって測定した時に生ずる極めて小さい%誤差(泥の真の固有抵抗と、新規な測定プローブによって測定した泥の固有抵抗との間の誤差をRt/Rm及び井戸穴の寸法の関数として表す)を示している。図10のy軸上には、泥の真の固有抵抗値と本発明のプローブ26によって測定した泥の固有抵抗値との誤差が%で表されている。x軸上には、 0.1乃至 10000の範囲の地層と泥の固有抵抗比Rt/Rmがプロットされている。直径が4、6、8、12、及び 16インチの異なる井戸穴に対応する5本の曲線が示されている。これらの結果は、プローブ26を井戸穴12の内側に中心決めして得られたものである。図10において4インチ穴の場合の最大誤差は約8%であり、標準の8インチの場合にはx軸上のRt/Rmの全範囲にわたって1%以下である。井戸穴が 16 インチになると、プローブは実際的に地層には不感になる。従って、修正が重要であるような大きい穴においても極めて正確なRm測定を得ることができる。地層対泥の固有抵抗比を 10000対1として8インチ穴のツールの離心効果をシミュレートしたが、目立った効果は見出されなかった。これは、8インチ穴に対する4インチ穴の先の結果を考えれば驚くには当たらない。従って、予測されたように、Rmプローブ26は主としてプローブ26に極めて接近して位置する泥の塊を感知可能である。

0024

研究室において、無限比のRt/Rmをシミュレートするプラスチック容器内で、図3に示すような形態のプローブ26を使用して実験を行った。プローブの位置が容器の内側の何処にあっても(プローブ26を完全に離心させ、プラスチック容器と接触させた場合をも含む)5%以下の精度で泥の固有抵抗を推定することができた。Rmログ試験井戸で行い、泥の固有抵抗測定の質及び正確さを確認した。本発明のプローブ26により測定された泥の固有抵抗(Rm)と、 Minerboらの米国特許第 5,041,975号に開示されている井戸穴修正アルゴリズムによって推定したRm値とは極めて良く一致した。要約すれば、本発明の新規な測定プローブ26は、地層の固有抵抗もしくは井戸穴内のツールストリングの位置によって影響を受けることなく、井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。更に、プローブ26はツールストリングの端において井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。プローブ26は、図3のブルノーズ30上に配置されて井戸穴内の泥の固有抵抗を測定する。プローブ26は、側面ではなく、見下ろしながら井戸穴内の泥の固有抵抗を測定し、測定精度に及ぼす地層の固有抵抗の影響を最小にする。最後に、プローブ26は、フィードスルー能力を必要としない極めて低価格のプローブであり、使い捨て物品と考えることが可能である。

0025

以上に本発明を説明したが、本発明は多くの方法で変化させることができることは明白である。このような変化は本発明の思想及び範囲から逸脱しているのではなく、これらの全ての変更は特許請求の範囲に含まれるものであることを理解されたい。

図面の簡単な説明

0026

図1従来技術のAMSサブの構造を示す図である。
図2井戸穴内に配置された井戸ロギング装置と、この井戸ロギング装置のツールストリングの底部に接続された本発明の新規な測定プローブを示す図である。
図3図2の新規な測定プローブの好ましい実施例の側面図である。
図4図2の測定プローブの好ましい実施例の断面図である。
図5図2の測定プローブの好ましい実施例の斜視図である。
図6数学的モデリングに適した図2の新規な測定プローブの第2の実施例の詳細構造を示す側面図である。
図7図6の測定プローブの底面図である。
図8図7の8−8矢視断面図である。
図9図3乃至5に示す本発明の新規な測定プローブの機能的動作を示す図である。
図10本発明の新規な測定プローブを使用して得た実際の結果を示す図であり、本発明の新規な測定プローブによって泥の固有抵抗を測定した時に得られる極めて小さい%誤差を示しており、この%誤差は(Rm真−Rm)/(Rm真)で表され、この式は泥の固有抵抗比(Rt/Rm)及び穴の寸法の関数として泥の真の固有抵抗(Rm真)と新規な測定プローブによって測定された泥の固有抵抗(Rm)との差を表している。

--

0027

10AMSサブ
12井戸穴
14 環状空間
16地層の壁
17、19コネクタヘッド
18泥
20 凹み
21等電位線
22横切り電流
23 等電位線によって囲まれた領域
24井戸ロギング装置
26測定プローブ
30湾曲ディスク(ブルノーズ)
32底部電極
34 SP電極
36測定電極
37 底部電極の直近領域
40 SP電極
42 A1電極
43短絡回路
44 底部(A0)電極
45 底部(A0)電極の直下領域
46 M1測定電極
48 M2測定電極
50 等電位線

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