JPH0434706B2

JPH0434706B2 -

Info

Publication number: JPH0434706B2
Application number: JP58119470A
Authority: JP
Inventors: Pieeru Eichi Aaru Emu Meison Jan; Eichi Goruitsutsuaa Rii
Original assignee: Schlumberger Overseas SA
Current assignee: Schlumberger Overseas SA
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1992-06-08
Also published as: JPS6011188A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はセメントボンドロギングに係るもので
あり、特定的にはボアホール内にセメント固めさ
れたケーシングを横切る音響エネルギの減衰率を
測定する方法及び装置に係るものである。

井戸を完成させるには、一連のケーシング即ち
パイプをボアホール内にセツトし、主として油及
びガス発生地層を互に、及び含水量から分離する
ために、ケーシングとボアホールとの間の環状間
隙内にセメントを注入する。明らかに、もしこの
セメント固めによる１つのゾーンと別のゾーンの
分離に失敗すれば、１つのゾーンからの加圧され
た流体が隣接する別の産出ゾーンに浸入し、汚染
するようになる。特に水が浸入すると産出ゾーン
に望ましくないウオーターカツテイングを生じ、
井戸を非経済的なものとする恐れがある。

ケーシング壁を通して信号を伝播させることが
困難であるために、ケーシング背後の状態の正し
い描写を得ることが問題となつている。ケーシン
グ背後のセメントの分離効果（即ち阻止或は密封
特性）を決定するために従前から種々の提案がな
されて来たが、ケーシングと地層との間の環状間
隙内のセメントの効果的な存在を明白に決定する
のに完全に成功した例はない。更にケーシングと
セメントとの間のセメントボンドの質を信頼でき
るように測定することは不可能であつた。

単にケーシングと地層との間の環状間隙内にセ
メントが存在している或は欠けているということ
だけでも価値ある情報ではあるが、これはセメン
トの状態を完全に描写するものではない。セメン
トが環状間隙内に存在していても、チヤンネル即
ち不充分なシールが隣接地層間に流体の流通を可
能ならしめるものである。

セメントとケーシング或は地層との関係に関連
して「ボンド」という語を用いることはやゝあい
まいである。何故ならば、隣接する多孔性ゾーン
間の流体流通を防ぐのにケーシングとセメントと
の間或はセメントと地層との間の全境界に沿つて
接着させる必要がないからである。ボンドに必要
なことは、流体の浸入を防ぐような関係が全てな
のである。以下の説明においてボンドとは、セメ
ントによるゾーンの分離が、これらのゾーン間の
流体の浸入を防ぐのに充分であることを意味する
ものと解釈されたい。

ケーシングに対するセメントボンドの質を測定
するために開発された先行技術例としては、例え
ば米国特許第3291274号、同3291248号及び同
3292246号がある。これらのシステムは一般に音
響原理を用いており、音響信号は送信器と受信器
との間に伝送される。受信器に早目に到達する信
号（平均状態の下では、一般に音響エネルギは周
囲のセメント或は地層よりもケーシング内を速く
走行するから、この早目に到達する信号は通常ケ
ーシング信号である）の振巾は、ケーシングへの
セメントのボンドの質を決定するものとして測定
される。もしボンドが良好であれば、エネルギは
ケーシングからセメント及び周囲地層に消散する
から、ケーシング信号は減衰することが見込まれ
る。一方ボンドが存在していないか或は弱けれ
ば、ケーシング信号は比較的減衰が少なくなる。

ケーシングと地層との間の環状間隙内のセメン
トの質を決定するためのより精巧な技術がJ.D.シ
ノツトの米国特許3401773号「ケースドボアホ
ールのセメントロギング方法及び装置」に開示さ
れている。この技術では、反響した早目の（ケー
シング）信号の振巾を記録し、更に、音波信号の
選択された遅目の部分の合計エネルギを積分によ
つて求めてセメントボンドの質の第２の表示とす
る。弱いケーシング信号が得られない場合でさえ
も、このようにして信号の遅目の部分を積分する
ことによつて得られる合計エネルギを観測する附
加段階によつて、ケーシング・環状間隙・地層系
内のセメントの存在を確認することができる。F.
P.コケツシユの米国特許3401772号「ケースドボ
アホールのロギング方法」に関連方法の詳細が開
示されている。

上述の方法及び装置は極めて有用な情報を提供
するものであるが、セメントボンドの質をより精
密に決定することが望ましい。受信器に到達する
音響ロギング信号のエネルギ含有率が、ケーシン
グへのセメントボンドの質即ちセメントコラムの
一体性（セメントの質と呼ばれることがある）以
外の要因に依存することが知られている。次のよ
うな要因が到達信号に相当な効果を有しているこ
とが解つた。即ち、受信機感度、地層の硬さ、音
響ロギングツールの偏心、井戸孔内の高温環境及
び温度変化、ケーシングの型、及びボアホールと
ケーシングの直径並びにそれらの形状即ちジオメ
トリである。

従つて、上記要因の有害効果を減少させたケー
ス付きボアホール内のセメントボンドの質を決定
する方法及び装置が強く望まれていたことは明白
である。

本発明の一般的な目的は、ケース付きボアホー
ルをセメントボンドロギングするための改良され
た方法及び装置を提供することである。

この、及び他の目的を達成する本発明の方法に
よれば；長手方向に間隔をおいた２つの音響送信
器、及び測定可能な信号対雑音比が得られ且つ地
層信号の到達よりも前にケーシング信号が到達す
るように、そして7.62mm（0.3インチ）に等しい
偏心を許容するような送信器・受信器間隔をもつ
て音響送信器の間に長手方向に間隔をおいて配置
されている少なくとも２つの音響受信器を有する
ツールを井戸内に配置し；音響送信器を繰返し付
勢して井戸ツールを取巻くケーシング内に音響エ
ネルギを供給し；前記第１の送信器からケーシン
グを通して受信器に到達するエネルギを受信器に
よつて検出し；第１の送信器の付勢に続く前記第
２の送信器からケーシングを通して到達する音響
エネルギを受信器によつて検出し；前記各付勢及
び検出の度に各受信器によつて検出される音響ケ
ーシング信号の選択された部分のピーク振巾を測
定し；第１の送信器の付勢に伴なうピーク振巾の
比を求め；第２の送信器の付勢に伴なうピーク振
巾の比を求め；これらの比を組合わせてケーシン
グを通つて走行する音響エネルギの減衰を表わす
関数を発生させ；そしてボアホール内のツール位
置の関数として減衰を記録する諸段階によつてボ
アホール内のケーシングに対するセメントボンド
の質の尺度を得るようになつている。

またボアホール内のケーシングに対するセメン
トボンドの質の尺度を得るための本発明による装
置は；長手方向に間隔をおいた２つの音響送信
器、及び各送信器からそれぞれ約73.15cm（2.4フ
イート）及び103.63cm（3.4フイート）の間隔を
おいて音響送信器の間に長手方向に間隔をおいて
配置されている少なくとも２つの音響受信器を有
する井戸ツール；音響送信器を繰返し付勢して井
戸ツールを取巻くケーシング内に音響エネルギを
供給する手段を具備し；前記受信器は第１の送信
器からケーシングを通して受信器に到達するエネ
ルギを検出し、第１の送信器の付勢に続く第２の
送信器からケーシングを通して到達するエネルギ
も検出するようになつており；更に装置は、各受
信器において検出される音響ケーシング信号の選
択された部分のピーク振巾を測定する手段；第１
の送信器の付勢に伴なうピーク振巾の比を求める
手段；第２の送信器の付勢に伴なうピーク振巾の
比を求める手段；これらの比を組合わせてケーシ
ングを通して走行する音響エネルギの減衰を表わ
す関数を発生する手段；及びボアホール内のツー
ル位置の関数としてこの減衰率を記録する手段を
も具備している。

別の面として、高速地層を横切るケース付きで
セメント固めされたボアホール内のセメントボン
ドの質を決定する装置は；ボアホールからケーシ
ング及び取巻いている地層内へ音響エネルギを送
信する少なくとも１つの送信器；この送信器から
30.48cm（１フイート）以下の距離の間隔をおき、
送信されたエネルギの屈折した部分を受けてそれ
を表わす電気信号を発生する少なくとも１つの受
信器；受信したエネルギの最初の半サイクルのピ
ーク振巾を表わす信号を発生する手段；及び深さ
の関数としてこのピーク振巾を記録する手段を具
備している。

更に別の面として、ケース付きでセメント固め
された斜めボーリング孔内のセメントボンドの質
を決定するのに用いられるロギングツールは；音
響送信器及び音響受信器を含む複数のトランスジ
ユーサを収容する堅固な下側部分；エレクトロニ
クスカートリツジを含む堅固な上側部分；下側部
分をケース付きボアホールの中心に維持するため
に下側部分の間隔において該部分に結合されてい
る心出し器；下側部分を上側部分から機械的に減
結合して下側部分の重量を斜めボアホール内の心
出し器によつて支えられている重量だけとする手
段を具備している。

本発明の新規な特色は特許請求の範囲に詳細に
記載した。本発明の動作並びに他の目的及び長所
は以下の添付図面を参照しての説明から完全に理
解できるであろう。

第１図に示す本発明を遂行するためのロギング
システムは、細長いロギングツール１０を含み、
ツール１０にはツールをできる限り効果的にボア
ホール１２内に維持するための心出し器１１を設
けてある。ボアホール１２は流体１３が満ちてい
るように示してある。ツール１０は、ツール１０
の上端から地表まで伸びているケーブル１５によ
つて井戸孔内に吊下げられている。典型的にはモ
ノケーブル１５であるケーブルはウインチ上に巻
かれている。ウインチは図示してないが、公知の
ようにその操作によつてツール１０を井戸孔１２
内で昇降させるものである。ボアホール１２内に
吊り下げられているツール１０の深さの表示は、
ケーブル１５の長さを測定する手段（図示せず）
によつて得ることができる。この情報は、典型的
な井戸ログ内の関数の１つを得るのに利用され
る。

ツール１０自体は幾つかの区分に分割されてい
る。心出し器１１の間の下側区分は、送信器Ｔ１
及びＴ２並びに３つの音響受信器Ｒ１，Ｒ２及び
Ｒ３を含む複数の音響トランスジユーサを含んで
いる。音響トランスジユーサの上方は、音響トラ
ンスジユーサからのデータ並びにカラー検出器２
１及びガンマ線検出器２２からのデータを処理す
るのに必要なエレクトロニクスを収容している音
響カートリツジ２０である。ロギングツール１０
の上側部分は、情報を地上へ伝送するのに用いら
れ、また制御情報を地中の機器へ伝える受信器と
しても働らくテレメトリモデム２３を含んでい
る。

ロギングシステムは、地表に配置されていて適
切にプログラムされたデイジタルコンピユータ３
０の制御の下に動作する。コンピユータのための
プログラム即ち指令は初めはテープトランスポー
ト３１に記憶されており、端末器３２から命令さ
れるとコンピユータ３０内にロードされる。端末
器３２は、端末器３２からコンピユータ３０への
指令を監視したり、操作者がコンピユータ３０に
質問できるようにするモニタとなるプリンタを含
んでいる。システムの動作準備が整うと、コンピ
ユータ３０は、バス３３、テレメトリモデム３４
及びケーブル１５を介して地中の機器に命令を送
る。ツール１０内のテレメトリモデム２３は、タ
イミング及び制御器３５へ制御データ即ち命令を
供給し、順次に遂行させる特定の作業に対する状
態を確立させる。例えば、コンピユータ指令下の
タイミング及び制御器３５は、送信器T₁を送信
器付勢器３６及び導体３７によつて付勢するの
か、或は送信器Ｔ２を送信器付勢器３６及び導体
３８によつて付勢するのかを決定する。またタイ
ミング及び制御器３５は、受信器選択及び増巾手
段４０に命令してどの受信器出力を選択し、増巾
するのかをも決定する。さて、遂行させる作業と
して、テレメトリモデム２３及び導体４１によつ
てコンピユータ３０からハンドシエイク即ち同期
信号をタイミング及び制御器３５に供給し、受信
器に現われるケーシング信号の最初の半サイクル
のピーク即ち振巾の測定を含む動作シーケンスの
サイクルを開始させるようになつているものとす
る。

ケーシングを通して走行し、受信された信号の
振巾に関する情報を用いてありふれたセメントボ
ンドログを作成することも可能であるが、本発明
においては、振巾情報をコンピユータ処理してケ
ーシングに対するセメントのボンドの状態即ち度
合いをより正確に表わす減衰率ログを発生させ
る。受信した信号の振巾を深さの関数としてプロ
ツトするありふれたセメントボンドログには、信
号に影響を及ぼし且つ得られたログ内に誤りを導
入しやすい複数の状態或は要因が存在している。
これらの状態には、受信器感度、送信器出力、ボ
アホール温度変化、ドリリング流体状態、地層の
硬さ或は速度、及びロギングツールの偏心が含ま
れる。

これらの種々のパラメータ即ち状態の効果は、
第１図及び第２図に示す送信器及び受信器配列、
及び物理的関係と、本発明の方法及び装置とを併
用することによつて大巾に減少乃至除去すること
が可能である。便宜上、ドリリング流体に起因す
る減衰を単一の減衰係数Ｍにまとめることにす
る。このＭはケーシングとそれぞれの送信器及び
受信器との間の音響エネルギ波通路の側方部分に
も有効であるものとする。第２図においては、送
信器Ｔ１及びＴ２とケーシングとの間のまとめた
減衰係数をＭ１及びＭ４で示し、受信器Ｒ１及び
Ｒ２とケーシングとの間の減衰係数Ｍ２及びＭ３
で示してある。係数Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３及びＭ４
は、一方の送信器から各受信器において受信され
た音響信号振巾の比を求め、この比に他の送信器
からこれらの受信器において受信された音響信号
振巾の比較から得られた同じような比を乗ずるこ
とによつて除去することができる。各送信器・受
信器対に対応する種々の音響信号振巾をＴ１Ｒ
１，Ｔ１Ｒ２，Ｔ２Ｒ１，Ｔ２Ｒ２と名付ける。
送信器Ｔ１と受信器Ｒ１との間の長手方向ゾーン
を通る減衰をＣ１で、また送信器Ｔ２と受信器Ｒ
２との間の伝送をＣ２でそれぞれ示す。Ｃ３は受
信器Ｒ１とＲ２との間の長手方向ゾーン間に望ま
しい減衰関数である。比較的簡単な数学的な操作
により、望ましくない伝達即ち減衰関数Ｍ１，Ｍ
２，Ｍ３及びＭ４を、減衰関数Ｃ１及びＣ２と共
に、これら受信器からの信号の振巾の積の比をと
ることによつて望ましい減衰関数Ｃ３のみを残し
て除去できることを示すことができる。

ケース付き井戸孔を形成している媒体を調査す
る場合、ロギングツールをボアホールの中心に位
置ぎめすることが重要である。この理由は、音響
エネルギが音響送信器と受信器との間を走行しな
ければならない通路の長さ、及び最初に到達する
ケーシング信号の振巾に関係している。音響エネ
ルギがケーシングを通して受信器まで走行する時
間は解つているから、受信器に到達する最初のエ
ネルギ（ケーシング信号）のピーク振巾を測定す
るように適切な時刻にゲートを開くことができ
る。この時刻及び振巾はロギングツールが中心に
ある場合に対して決定されているのである。ロギ
ングツールがボアホール内で偏心していれば、ツ
ールの一方の側から放出されたエネルギのケーシ
ングへの及びケーシングからの通路は短かくな
り、ケーシング信号は予想よりも早く受信器に到
達するようになる。従つて上記ゲートは時間的に
ずれることになり、測定されるケーシング信号振
巾は低くなるのでセメントボンドログに誤りを生
ずることになる。

しかし、第２図に示すトランスジユーサの形状
及び動作によれば、全ての受信器からのケーシン
グ信号の同一の部分が測定されるので、偏心によ
つて誘導される問題は最低になる。

本発明による減衰率の決定を第２図を参照して
説明しよう。２つの送信器Ｔ１及びＴ２は２つの
受信器Ｒ１及びＲ２に対して対称的に配置されて
いる。上側送信器Ｔ１によつて放出されたケーシ
ング伝播音響波は送信器Ｔ１から距離ｄ１のとこ
ろでは減衰して次式によつて表わすことができ
る。

ここに、A₁₁は受信器Ｒ１の出力（ミリボル
ト）、P₁はｄ１＝０に対する圧力の大きさ、S₁は
受信器の感度であつて単位はミリボルト／バー
ル、ａは音響信号の減衰率（デシベル／フイー
ト）である。この関係は、1963年５月のジヤーナ
ル・オブ・ペトロリウム・テクノロジ誌の545ペ
ージに所載の論文「セメントボンドログ−セメン
ト及びケーシング変数の研究」においてパーデユ
ー等によつて確立されている。受信器Ｒ２の出力
は次のように表わすことができる。

同様に、下側送信器Ｔ２が付勢された場合、受
信器Ｒ１及びＲ２の出力は次のように表わすこと
ができる。

式(1)乃至(4)を用いて次の比が得られる。

式(5)に示された関係はBHC比と呼ばれる。
BHC比(5)から、減衰率ａは −10／d2−d1log₁₀［A₁₂A₂₁／A₁₁A₂₂］＝ａ（db／フイート） (6) によつて求めることができる。測定された減衰が
動作のどのシーケンスにおいても受信器感度、送
信器出力、及び流体減衰には無関係であることが
解る。

本発明によつて確立されたBHC減衰測定は、
標準セメントボンドログ測定法よりも多くの長所
を有しており、以下のように要約することができ
る。第２図から明白なように、Ｒ１或はＲ２に到
達する音響信号はケーシング流体を通る同一通路
を走行したものであるから、その効果は振巾の比
を求める際に除去される。流体減衰効果は重い或
はガスカツトマツドにおいて重要となり得る。ト
ランスジユーサ出力は通常は温度の上昇につれて
低下し、受信器感度も経年的に低下する。主とし
て温度効果に起因する受信器感度の変化に対して
受信器出力を定常的に補正或は較正する必要がな
いので、これは先行システムに対して大きな前進
となつている。これらの温度効果は比技術を用い
ることによつて効果的に打消されるのである。前
述のように、BHC減衰或は比技術は信号レベル
の絶対値には無関係である。信号対雑音比の値に
よつて測定範囲が20db／フイートまでに制限さ
れるだけである。更に、7.6mm（0.3インチ）まで
の偏心も測定の精度に重大な効果を与えることが
ない。

正確な、そして信頼できるセメントボンドログ
を得るためには、送信器と受信器との間の間隔即
ち物理的距離が微妙であることが解つた。もしこ
の間隔が長過ぎると、ケーシング信号が雑音内に
埋もれて検出できなくなるような信号対雑音比に
なつてしまう。ケーシング信号を検出できるよう
に間隔を調整したとしても、検出した信号がケー
シング信号を表わしていないような状態が存在す
る。これは、取巻いている地層の速度がケーシン
グを通る音響の速度よりも高い場合、及び送信器
から受信器までの間隔が大きくて地層信号の方が
ケーシング信号の到達前に受信器に現われるよう
な場合であつて、測定に誤りをもたらすことにな
る。

一方、もし受信器と送信器との間隔が近過ぎて
も、偏心誘導誤差によつて誤りを生ずるようにな
る。従つて、送信器と受信器との間の間隔は、測
定可能な信号対雑音比が得られ、地層信号の到達
前にセメントボンド信号が到達するように、そし
て7.6mmまでの偏心を許容するように選択すべき
である。この状態は、送信器Ｔ１から受信器Ｒ１
までの距離を約73.15cm（2.4フイート）とし、同
様に送信器Ｔ２から受信器Ｒ２までの距離を
73.15cmとすることによつて達成される。受信器
Ｒ２は送信器Ｔ１から約103.63cm（3.4フイート）
離すべきであり、受信器Ｒ１は送信器Ｔ２から約
103.63cm離すべきである。主として可変密度ログ
を得るために用いられる受信器Ｒ３は、１実施例
では、送信器Ｔ２から152.4cm（５フイート）離
してある。

先行技術において上側受信器と下側受信器との
間に含まれている１対の間隔をおいた受信器を有
するゾンデからなる音響ロギングシステムを含む
例もあるが、これらのシステムは地層パラメータ
を検出するために開放（即ちケースなしの）井戸
孔内で操作するような形状であつた。これらのツ
ールは測定される信号の真の性質即ち音響走行時
間に基づくセメントボンドロギングの分野にやや
関連している。ゾンデ上の受信器と送信器との間
の距離は、ゾンデと地層との間の音響波の走行時
間に対する調査中の地層媒体を通る音響波の走行
時間を最大ならしめるように選択されている。こ
のためには受信器と送信器との間の間隔を比較的
大きく選ぶ必要がある。これに対して、本発明の
原理に基づくセメントボンドロギングでは、送信
器と受信器との間の間隔は、地層を通る走行時間
を長くするのではなく、受信器の混合出力とセメ
ントボンドとの間の相関を高めるように選択され
ているのである。受信器と送信器との間の間隔を
開放孔ロギング用ツールのものと同程度としてボ
アホールをケーシング付きとすることは、測定の
性質上ケース付き孔内の信号の雑音含有率が受信
器と送信器との間の距離に比例して増加するため
に、ケーシング付き孔用のシステムの動作には全
く不向きである。従つて送信器と受信器との間の
間隔の選択は、本発明の長所を実現する上で厳格
な問題である。

さて第１図を参照して、式(6)によつて定義され
る関係に用いられるケーシング信号データを得る
システムを説明しよう。コンピユータ３０からタ
イミング及び制御器３５への指令の後にハンドシ
エイク即ち同期信号が続く。タイミング及び制御
器３５は、これによつて導体４２を介して送信器
付勢器３６に付勢命令を送り、送信器Ｔ１に音響
エネルギを発射させる。音響エネルギはドリリン
グ流体を通して外方へ走行し、ケーシングに沿つ
て屈折し、ドリリング流体を通して受信器Ｒ１に
戻る。受信器Ｒ１の出力は導体４３を通して受信
器選択及び増巾手段４０に印加され、手段４０か
らのアナログ信号出力は導体４４、テレメトリモ
デム２３、ケーブル１５及びテレメトリモデム３
４を通してモニタオツシロスコープ５０に伝送さ
れる。受信器選択及び増巾品手段４０からのアナ
ログ出力は振巾及び走行時間検出手段５１にも印
加され、手段５１においてケーシング信号のピー
ク振号が検出され、信号の走行時間が決定され
る。

異なるセメントボンド状態の下で受信器に到達
するケーシング信号の典型的波形を第３図に示
す。ケーシングがボンドされていない場合には、
ピークＥ１，Ｅ２及びＥ３からなる波形の半サイ
クルは、ケーシングがセメントに充分にボンドさ
れている場合の対応ピークの振巾よりも充分に大
きいことが解るであろう。ピークを検出すべき半
サイクルの選択は操作者の随意であり、ケーシン
グを通る音響エネルギの走行時間及び送信器と選
択された受信器との間の距離が解つているので、
コンピータ３０によつて効果的なゲート操作を行
なわせることができるのである。このゲート操作
はタイミング及び制御器３５によつて行なわれる
ものであり、制御器３５は振巾及び走行時間検出
手段５１を条件づけてケーシング信号の選択され
た半サイクルのピーク振巾を測定させるようにな
る。典型的にはピークＥ１の振巾を検出する。

走行時間検出即ち測定は、タイミング及び制御
器３５から導体５４を介して振巾及び走行時間検
出手段５１に印加される制御パルスによつて遂行
される。この制御パルスは送信器Ｔ１が付勢され
た時刻を通知するものである。手段５１内のあり
ふれたタイミング回路を用いて、送信器Ｔ１から
受信器Ｒ１まで音響エネルギが走行する走行時間
の値を表わすデイジタル信号が作られる。このデ
イジタル信号は導体５５を通して直接テレメトリ
モデム２３に印加され、地表に伝送される。

検出されたケーシング信号のピーク振巾を表わ
すアナログ信号は導体５６を通してマルチプレツ
クス及びＡ／Ｄコンバータ６０に印加され、その
デイジタル出力もテレメトリモデム２３に印加さ
れて地表に送られる。

走行時間信号はコンピユータ３０によつて処理
され、アナログ信号に変換され、操作者の随意で
導体６１を通してアナログレコーダ６２によつて
深さの関数として記録される。この深さ関数は、
前述したように、ありふれた手段によつて発生さ
れたものであり、コンピユータ３０によつて処理
され、記録媒体に対してデータを変位させるのに
用いられる。検出されたケーシング信号の振巾の
デイジタル表示は、他のデータと共に本発明によ
つて減衰率を表わす信号を発生するのに用いるた
めに、コンピユータ３０に一時記憶される。

システムがシーケンスの最初のサイクルを遂行
すると、コンピユータ３０は上述のようにして別
の指令をタイミング及び制御器３５に送つて再び
送信器Ｔ１を付勢させ、今度は受信器Ｒ２の出力
を受信器選択及び増巾手段４０に接続させる。こ
の場合も受信器Ｒ２に到達するケーシング信号の
振巾が検出され、この信号の送信器Ｔ１と受信器
Ｒ２との間の走行時間が測定される。走行時間は
深さの関数としてアナログレコーダ６２に記録す
ることができ、また受信したケーシング信号の振
巾のデイジタル値もコンピユータ３０内に記憶さ
れる。

シーケンスの次のサイクルでは、指令がコンピ
ユータ３０からタイミング及び制御器３５に伝送
され、送信器Ｔ２の発射と受信器Ｒ２の接続とい
う条件が確立される。導体４１によつてハンドシ
エイクされると、送信器Ｔ２が発射し、ケーシン
グを走行した音響エネルギが受信器Ｒ２において
検出される。最初の半サイクルのピーク振巾Ｅ１
が振巾検出器５１によつて検出され、導体５６を
通してマルチプレツクス及びＡ／Ｄコンバータ６
０に印加されてデイジタル信号に変換される。こ
のデイジタル信号はコンピユータ３０に送られ、
記憶される。送信器Ｔ１と受信器Ｒ２との間のエ
ネルギの走行時間も測定され、地表へ伝送され
る。

コンピユータ３０から別の指令が、次でハンド
シエイク信号が伝送されると、送信器Ｔ２が再び
発射し、ケーシングを介して受信器Ｒ１に受信さ
れたエネルギは導体４３を通して受信器選択及び
増巾手段４０に供給される。この信号のアナログ
表示も導体４４、テレメトリモデム２３を通して
地上のモニタオツシロスコープ５０に伝送され
る。前述のようにして、ケーシングを通して到達
したエネルギの最初の半サイクルの振巾が検出さ
れ、コンピユータ３０に伝送するためにマルチプ
レツクス及びＡ／Ｄコンバータ６０に供給され、
検出された走行時間のデイジタル表示は振巾及び
走行時間検出手段５１から導体５５及びテレメト
リモデム２３を介してコンピユータ３０に送られ
て、望むならば、アナログレコーダ６２で記録さ
れる。

さて音響エネルギの発生及びケーシングを通し
て走行後の検出に関連するシーケンスの最終段階
では、送信器Ｔ２が再び付勢され、受信器Ｒ３の
出力が導体６５、受信器選択及び増巾手段４０及
び導体４４を介してテレメトリモデム２３に印加
される。受信器Ｒ３からの信号即ち波形列は公知
のようにして可変密度ログを作るのに用いられ
る。

レコーダ６２はオツシロスコープ及び写真フイ
ルムからなつている。オツシロスコープの面を横
切つて電子ビームを掃引させ、ビーム強度を受信
した音響エネルギ波形で変調させ、そしてフイル
ムをロギングツールの深さの関数としてオツシロ
スコープの面を通して移動させることによつてロ
グが作られる。典型的な可変密度ログは米国特許
3696884号の第４図に示されている。

以上でＴ１，Ｒ１，Ｔ１，Ｒ２，Ｔ２，Ｒ２，
Ｔ２，Ｒ１、及びＴ２，Ｒ３の５サイクルの音響
検出からなる動作シーケンスが完了する。各サイ
クルは、コンピユータ３０から地中機器へ制御情
報とそれに続くハンドシエイクの伝送を必要とす
る。ハンドシエイクは地中機器へ指令実行を通知
する同期信号である。各シーケンス毎にケーシン
グ信号振巾を収集した後に、コンピユータ３０は
式(6)によつて定義される関係に従つて減衰率信号
ａを発生し、この信号はロギングツールの深さの
関数としてレコーダ６２によつて記録される。

地中ツールは、カラー検出器２１及び自然ガン
マ線検出器２２をも含んでいる。これらの検出器
の出力は、タイミング及び制御器３５の制御下に
あるマルチプレツクス及びＡ／Ｄコンバータ６０
に導体７０を介して接続されている。５サイクル
の音響動作モードをトリガするこれらの信号のデ
イジタル表示は、テレメトリモデム２３及びケー
ブル１５を通してコンピユータ３０に送られ、コ
ンピユータ３０によつて処理された上で深さの関
数としてアナログレコーダ６２によつて記録され
る。自然ガンマ線及びカラー検出器のパラメータ
は、得られたセメントボンドログと開放孔内で先
に得られた他のログとを相関させるのに有用であ
る。

第１図に示すシステムでは、送信器Ｔ１及びＴ
２はケーシング信号振巾測定の各シーケンスに４
回付勢される。送信器Ｔ１の連続発射域は送信器
Ｔ２の連続発射の間に、何れかの送信器の出力が
変化する可能性がある。この場合、比決定に誤り
が導入されやすい。送信器出力の突然の変化に起
因するこの誤りは、送信器Ｔ１の各発射毎に受信
器Ｒ１及びＲ２から信号を発生させる方法によつ
て避けることができる。即ち送信器Ｔ２の発射の
度に、同じような信号が受信器Ｒ２及びＲ１から
得られるようにする。第１図のシステムを、手段
５１と同じような第２の振巾及び通過時間検出手
段を含むように変更する。このようにすると、送
信器が発射する度に比関係に用いられる２つの受
信器信号が得られ、従つて送信器出力がどのよう
に変化しても誤りが導入されるのを避けるように
なる。

第１図のシステムが送信器と受信器との間の音
響走行時間を決定してそれを記録するものである
ことを思い出されたい。走行時間が30.48cm（１
フイート）当り57マイクロ秒以下の地層では、
103.63cm（3.4フイート）振巾測定は無意味であ
る。実際、91.44cm（３フイート）の送信器・受
信器間隔で測定が行なわれることもない。これら
の状態の下では、セメントのシースの背後を走行
する地層信号が先行し、それ自体がケーシング走
行信号に重畳するようになる。そこでこのような
トランスジユーサ間隔ではケーシング・セグメン
トボンドに起因する減衰率を測定することが不可
能である。

トランスジユーサ間隔を短かくすると、硬い即
ち高速地層の環境で減衰率を測定するのが容易で
あると思われる。しかし、間隔を短かくすると偏
心による誤りが導入される。ＴとＲとの間隔を短
かくする程、偏心効果が顕著になる。

これらの高速地層状態の下では減衰率測定は実
際的ではないから、データ収集を停止するのでは
なく、受信器Ｒ３からの物理的位置を利用してセ
メントボンド状態のある尺度を得ることを続行す
るのである。受信器Ｒ３は、標準可変密度ログを
得る目的で送信器Ｔ２から152.4cm（５フイート）
のところに配置されている。これは、受信器Ｒ３
が送信器Ｔ１から約24.38cm（0.8フイート）のと
ころにあることになる。この間隔にすると、最初
に到達する信号は、地層走行時間が47マイクロ
秒／フイートのように低い場合でもケーシング信
号であることを見出した。

ロギング操作中に操作者は選択された送信器・
受信器対間の走行時間の値を観測していよう。観
測した走行時間がケーシング内の音響エネルギの
走行時間以下に低下した場合には、端末器３２を
介して地中動作のシーケンスを変更するようにコ
ンピユータ３０に指令する。これによつて、送信
器Ｔ１からの音響エネルギに応答して受信器Ｒ３
からの信号の最初の半サイクルのピークが振巾検
出手段５１に検出され、レコーダ６２によつて記
録されるようなありふれたセメントボンドログを
得るようにシステム動作が変更されることにな
る。

ありふれたセメントボンドログを得るように上
記動作が遂行されている場合には、送信器出力に
変動があると問題を生ずる。本発明の別の面によ
れば、送信器出力の変動によつて生ずる誤りは避
けられる。即ち、受信器の出力が送信器出力の関
数として変更されるのである。

地中システムは、送信器Ｔ１及びＴ２が付勢さ
れる度にそれらによつて発生するエネルギの尺度
を発生する送信器エネルギ検出器を含んでいる。
この測定は送信器３６から送信器に印加される電
圧によつて行なわれる。例えば、各送信器に印加
される典型的な電圧は約1500ボルトである。送信
器Ｔ１が連続して付勢される間に付勢器の電圧出
力が変化して750ボルトまで低下したものとすれ
ば、受信信号の検出されたピーク振巾も低下して
誤りを生ずるようになる。

送信器電圧（TV）の尺度は送信器付勢器３６
内で作られ、導体７５によつてマルチプレツクス
及びＡ／Ｄコンバータ６０に印加される。測定さ
れた送信器電圧のデジタル値はコンピユータ３０
によつて次式に従つて利用される。

A′13＝A13／Ｇ×1500／TV (7) ここに、A′13は記録その他に使用される信号
の振巾であり、 A13は測定された信号の振巾であり、そしてＧ
は増巾手段４０の利得である。

送信器電圧の関数として受信器信号を上述のよ
うに変更することによつて、より正確なありふれ
た型のセメントボンドログが得られ、またこのよ
うな変更は第１図に示すもの以外のシステムにも
利用可能である。また、任意の送信器の連続発射
間に送信器電圧が変動する可能性があるような比
方法にも有効である。そこで第１図のシステム
も、送信器Ｔ１及びＴ２が発射する度に送信器電
圧の値を検知し、各受信信号を所定の送信器電圧
と測定した送信器電圧との比からなる係数によつ
て変更するように作動させている。

以上の検討は、偏心と、偏心が相当に大きくな
つた場合に誘導される問題に関してであつた。本
システムは、偏心が7.62mm（0.3インチ）程度の
大きさでも正確な減衰率ログを発生することがで
きる。この限度のままでは傾斜が20度を超えるよ
うな斜め井戸では問題が生じる。これらの場合、
ロギングツールの重量が心出し器にますます加わ
つてツールを中心位置からケーシングに近い位置
に移動させるようになる。この偏心問題は第４図
のロギングツールを利用することによつて実質的
に減少させることができる。この配列によれば、
井戸傾斜が90度までの大きさであつてもツールを
ケーシング軸の7.62mm以内に維持することが可能
である。ツールの下側部分８０は送信器Ｔ１及び
Ｔ２、及び受信器Ｒ１，Ｒ２及びＲ３を収容して
いる。この下側部分８０は、ツールをケーシング
に沿つて通し易くするためにそれぞれ車輪８４及
び８３を有するインライン心出し器８１及び８２
によつてケーシングの中心に維持されている。

下側部分８０は、本質的に且つ自然に、この部
分が水平位置にある場合でも、即ち井戸の傾斜が
90度であつても、心出し器８１及び８２を大きく
圧縮することがないように充分軽くしてある。こ
の軽量は、下側部分８０をロギングツールの残余
から効果的に機械的に減結合することによつて保
たれる。この減結合は、カートリツジ９０と下側
部分８０との間に配置されている２つのたわみ継
手９１及び９２によつて与えられる。これらのた
わみ継手によつて与えられる関節によつて、下側
部分８０を重力を含む力に起因するカートリツジ
９０及びロギングツールの他の上側部分の横方向
運動から自由にしている。

本セメントボンドツールは69.85mm（２ 3/4イ
ンチ）サイズのロギングツールで、176.7℃（350
〓）、1476.5Kg／cm²（21000p.s.i）の定格である。
トランスジユーサを収容しているツールの部分は
軽く、約45Kg（100ポンド）で堅固に作られてい
る。送信器・受信器最適間隔は、近い方及び遠い
方の受信器に対してそれぞれ73.15cm（2.4フイー
ト）及び103.63cm（3.4フイート）に設定した。
別の受信器を下側送信器から152.4cm（５フイー
ト）に設定して可変密度ログのためのデータを発
生させた。この別の受信器は上側の送信器から
24.38cm離れており、高速地層を通してロギング
する場合のありふれたセメントボンドログのため
のデータを供給する。１実施例に用いたコンピユ
ータはPDP1134である。

さて第５図は、本発明によつて得られたBHC
減衰ログ、並びに自然ガンマログ、カラーロケー
タログ及び走行時間ログの例を示すものである。
走行時間ログは値が充分に一定であつて検出され
た信号がケーシング内を走行したものであること
を示している。走行時間ログの中で予期しないで
もなかつたのは、誤作動による、一般にはサイク
ルスキツピングとして知られている急激な変化で
ある。この減衰率ログは395ｍ（1296フイート）
の深さにおいて弱いセメントボンドを表わす極め
て低い減衰率を示している。10db／フイート以
上の尺度は何れも良好なセメントボンドを示して
いる。10db／フイート以下の値は受入れ可能な
ものであるかも知れないし、確かにセメントボン
ドの能力に関する問題を提起すべきものである。

以上に本発明の好ましい実施例を説明したが、
本発明の範囲から逸脱することなく種々の変化及
び変更を行なうことができることを理解された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を用いたロギングシステ
ムの実施例をブロツクの形状で示すものであり、
第２図は第１図の一部の拡大図であつて、ドリリ
ング流体及びケーシングを通る音響波通路を示す
ものであり、第３図は異なるセメントボンド状態
下におけるセメント固めされたケーシングを通つ
て走行する音響信号の形状を示すものであり、第
４図は井戸の傾斜状態が大きい場合でも偏心を最
小にする地中ゾンデの変形を示すものであり、そ
して第５図は本発明によつて作られた典型的なセ
メントボンド減衰率ログを第１図のシステムを用
いて作られた他の型のログと共に示す図である。１０…ロギングツール、１１…心出し器、１２
…ボアホール、１３…流体、１５…ケーブル、２
０…音響カートリツジ、２１…カラー検出器、２
２…ガンマ線検出器、２３，３４…テレメトリモ
デム、３０…デイジタルコンピユータ、３１…テ
ープトランスポート、３２…端末器、３３…バ
ス、３５…タイミング及び制御器、３６…送信器
付勢器、３７，３８，４１，４２，４３，４４，
５４，５５，５６，６１，６５，７０，７５…導
体、４０…受信機選択及び増巾手段、５０…モニ
タオツシロスコープ、５１…振巾及び走行時間検
出手段、６０…マルチプレツクス及びＡ／Ｄコン
バータ、６２…アナログレコーダ、８０…ツール
下側部分、８１，８２…インライン心出し器、８
３，８４…車輪、９０…カートリツジ、９１，９
２…たわみ継手、Ｔ…音響送信器、Ｒ…音響受信
器。

Claims

【特許請求の範囲】１縦方向に間隔をあけた２台の音響送信器と、
測定可能な信号対雑音比が得られ、且つ地層信号
の到達前に到達するケーシング信号を受け、7.62
mm（0.3インチ）に等しい偏心を許容するよう送
受信器間の間隔を決めて上記の音響送信器の間に
縦方向に間隔をあけ配置された２台の音響受信器
とを有する井戸ツールを用意し、このツールをボアホールを通して動かし、反復して上記の音響送信器を付勢し、音響エネ
ルギを井戸ツールを包囲しているケーシングに加
え、上記の送信器の中の第１の送信器からケーシン
グを介して上記の受信器に到達した音響エネルギ
を受信器で検出し、第１の送信器の付勢に続いて、ケーシングを介
して上記の送信器の第２の送信器から上記の受信
器に到達した音響エネルギを受信器で検出し、音響エネルギの発生と検出毎に、各受信器にお
いて検出され、各受信器において予期される最初
の音響エネルギ到達に基礎を置いて選択された音
響ケーシング信号の一部分のピーク振幅を測定
し、上記の第１の送信器の付勢に関連して各受信器
で測定されたピーク振幅の比を求め、上記の第２の送信器の付勢に関連して各受信器
で測定されたピーク振幅の比を求め、これらの比を乗じてケーシングを通る音響エネ
ルギの減衰を表す関数を発生し、そしてボアホール内のツール位置の関数としてその減
衰を記録する諸段階を備えることを特徴とする、ボアホール
内のケーシングに対するセメントの固着程度を測
定する方法。２各送信器を２度付勢して４つの音響パルスを
発生し、そしてその結果生じる４つのケーシング
信号のピーク振幅を受信器により検出する特許請
求の範囲１に記載の方法。３各送信器を１度付勢して２つの音響パルスを
発生し、そしてその結果生じる各ケーシング信号
を両方の受信器により検出する特許請求の範囲１
に記載の方法。４付勢電圧を加えて送信器を付勢し、付勢電圧の値を測定し、この測定した値を電圧の所定値と比較して変更
関数を発生し、そしてこの変更関数を送信器の付勢から生じるケーシ
ング信号のピーク振幅へ加えて上記の付勢電圧の
値の変動を修正する特許請求の範囲２に記載の方
法。５変更関数は付勢電圧の測定値に対する電圧の
所定値の比である特許請求の範囲４に記載の方
法。５井戸ツールが第１の送信器と隣接受信器との
間に第３の音響受信器を含み、送信器とこの第３の音響受信器を除く受信器の
中の少なくとも１つの受信器との間の音響エネル
ギの走行時間を測定し、この測定した走行時間とケーシングを通る音響
エネルギの既知の走行時間とを比較し、上記の測定した走行時間が既知の走行時間より
も小さい所定値まで低下した場合、第１の送信器
の励振に伴つて上記の第３の受信器に現われる音
響エネルギの最初の半サイクルのピーク振幅を検
出し、そしてボアホール内のツール位置の関数としてこのピ
ーク振幅を記録する、諸段階をも含んでいる特許請求の範囲１に記載
の方法。７所定値が57マイクロ秒／フイートである特許
請求の範囲６に記載の方法。８付勢電圧を印加して第１の送信器を励振し、
この付勢電圧の値を測定し、この測定した値と電圧の所定値とを比較して変
更関数を発生させ、そしてこの変更関数をピーク振幅に適用して付勢電圧
値の変動を補正する、諸段階をも含んでいる特許請求の範囲６に記載
の方法。９縦に間隔を置いて配置した２つの音響送信器
と各送信器からそれぞれ約73.15cm（2.4フイー
ト）及び103.63cm（3.4フイート）の間隔をおい
て音響送信器の間に縦に間隔をおいて配置した少
なくとも２つの音響受信器を有する井戸ツール、音響送信器を繰返し付勢して井戸ツールを取巻
くケーシング内に音響エネルギを供給する手段、を具備し、上記の受信器が上記の送信器の中の第
１の送信器からケーシングを通して受信器に到達
するエネルギを検出し、また第１の送信器の付勢
に続く上記の送信器の中の第２の送信器からケー
シングを通して到達するエネルギをも検出するよ
うになつており、各受信器において予期される最
初の音響エネルギ到達に基礎を置いて選択された
音響部分のピーク振幅を測定する手段、第１の送信器の付勢に伴ない各受信器で測定し
たピーク振幅の比を求める手段、第２の送信器の付勢に伴ない各受信器で測定し
たピーク振幅の比を求める手段、これらの比を乗じてケーシングを通して走行す
る音響エネルギの減衰を表わす関数を発生する手
段、及びボアホール内のツール位置の関数としてこの減
衰率を記録する手段を具備していることを特徴とするボアホール内の
ケーシングに対するセメントの固着程度を測定す
る装置。１０送信器の１つと少なくとも２つの間隔をお
いた送信器の１つとの間に配置されている第３の
受信器、上記の受信器の少なくとも１つに到達する音響
エネルギの走行時間を測定する手段、この測定した走行時間の調査中のケーシングを
通る音響エネルギの既知の走行時間と比較する手
段、上記の測定した走行時間が上記の既知の走行時
間の値以下に低下した場合、上記の一つの送信器
の付勢に続いて上記の第３の受信器に現われる音
響エネルギの最初の半サイクルのピーク振幅を得
る手段、及びボアホール内のツール位置の関数としてこのピ
ーク振幅を記録する手段をも具備している特許請求の範囲９に記載の装
置。１１第３の受信器が、一方の送信器から約
24.38cm（0.8フイート）、他方の送信器から約
152.4cm（５フイート）のところに配置されてい
る特許請求の範囲１０に記載の装置。１２ボアホール内の第１の位置において音響信
号を発生し、ボアホール内の第２の位置において音響信号を
発生し、これらの第１と第２の音響信号発生位置の中間
で、地層信号の到達前にケーシングを介するセメ
ントボンド信号が到達するように選択された間隔
だけ第１の音響信号発生位置から離したボアホー
ル内の第３の位置と第２の音響信号発生位置から
離したボアホール内の第４の位置とで各音響信号
発生位置からの音響信号を検出し、そして第３の
音響信号検出位置で検出した第１と第２の音響信
号発生位置からの音響信号のピーク振幅の比と、
第４の音響信号検出位置で検出した第１と第２の
音響信号発生位置からの音響信号のピーク振幅の
比との積から第３と第４の音響信号検出位置の間
の減衰を求め、それによりボアホール内のケーシ
ングに対するセメントの固着程度を測定すること
を特徴とした、ボアホール内のケーシングに対す
るセメントの固着程度の測定方法。１３前記の選択された間隔が91.4cm（３フイー
ト）以下であり、第３と第４の音響信号検出位置
の間隔が約30.48cm（１フイート）である特許請
求の範囲１２に記載の方法。１４第１と第２の位置からの音響信号発生が同
時ではない特許請求の範囲１２に記載の方法。１５信号発生位置の中の１つから伝播した音響
信号の反射部分を第３の位置で検出し、そして第３の位置で転出し上記の反射部分からケーシ
ングを包囲する地層の特性の指示を引き出す特許
請求の範囲１２に記載の方法。１６信号検出位置の一つとその信号検出位置に
最も近い信号発生位置との間にある第３の位置
で、上記の信号発生位置から伝播した音響信号の
反射部分を検出し、そして上記の第３の位置で受けた上記の反射部分から
ケーシングに対するセメントの固着程度を決定す
る特許請求の範囲１２に記載の方法。１７第３位置で、信号発生位置の他方から伝播
した音響信号の反射部分を検出し、そしてこれらの反射部分から、ケーシングを包囲する
地層の特性の指示を引き出す特許請求の範囲１６
に記載の方法。１８長い支持体、この支持体に相互に離して配置した第１と第２
の音響信号発生手段、これらの第１と第２の音響信号発生手段の間に
相互に離して、地層信号の到達前のケーシング信
号の受信を保証する距離だけ上記の第１と第２の
音響信号発生手段から離して上記の支持体に配置
した第１と第２の音響信号検出手段、及び上記の第１と第２の音響信号発生手段が発生
し、そして上記の第１の音響信号検出手段が検出
した音響信号の振幅の比と、上記の第１と第２の
音響信号発生手段が発生し、そして上記の第２の
音響信号検出手段が検出した音響信号の振幅の比
との積から検出位置間で生じた音響信号の減衰を
決定して、ボアホール内のケーシングに対する固
着程度を測定する手段を備えたことを特徴とするボアホール内のケーシ
ングに対するセメントの固着程度を測定する装
置。１９地層信号の到達前のケーシング信号の受信
を保証する距離が91.44cm（３フイート）以下で
あり、そして２つの検出位置間の間隔が約30.48
cm（１フイート）である特許請求の範囲１８に記
載の装置。２０第１と第２の音響発生手段が同時に付勢さ
れない特許請求の範囲１８に記載の装置。２１支持体上に配置され、音響信号発生手段の
一つから送られる音響信号を検出する第３の音響
信号検出手段、及びこの第３の音響信号検出手段の出力から、ケー
シングを包囲する地層の特性を表す指示を取り出
す手段を更に備えた特許請求の範囲１８に記載の装置。２２支持体上に配置され、音響信号発生手段の
一つとこれに最も近い音響信号検出手段との間に
あつて音響信号を検出する第３の音響信号検出手
段、及びこの第３の音響信号検出手段の出力から、ケー
シングに対するセメントの固着程度を決定する手
段を更に備える特許請求の範囲１８に記載の装置。２３ケーシングを包囲する地層の特性の支持を
第３の音響検出手段の出力から取り出す手段を更
に備える特許請求の範囲２２に記載の装置。２４２つの音響信号検出手段の間隔が約30.48
cm（１フイート）であり、そして第３の音響信号
検出手段と音響信号発生手段の一つとの間の間隔
が約152.40cm（５フイート）である特許請求の範
囲２１に記載の装置。