JPH0468187A - 井戸掘削時情報計測用受信アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、石油、天然ガス等の井戸を掘削する場合、地
下の情報を極長波長電磁波で地上に送信するときに用い
る受信アンテナ装置に関するものである。

【従来の技術】

石油、天然ガス等の井戸を掘削する場合には、掘削部に
おける地質、　？ＭＬ度、圧力等の地下情報を得る必要
がある。従来は掘削用のパイプを地上に引き上げてから
検層用の計測装置を掘削した井戸に降ろして地中に位置
させて計測する方法、または掘削時に地中と地上との間
を掘削用パイプを介して循環させるマッドと称する泥水
の成分を調べるマッドロギング法が採用されてきた。 しかしながら、これらの方法は計測に長い時間を要し、
掘削中の地下情報をリアルタイムで計測することができ
なかった。そのため、最近は掘削時情報計測法すなわち
ＭＷ　Ｄ　（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ＷｈｉｌｅＤｒ
ｉｌｌｉｎｇ）　　と称するリアルタイムによる計測を
目的とした計測技術が研究されてきており、種々の方法
が提案されている。その中で特に電磁波を使用する方式
が注目されている。 電磁波を使用する方式の例として第６図に示す。 こレバ、米国の文献　ペトロリアム　エンジニアインタ
ーナショナル（１’ＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＩＥＮＧＩＮ［
ｉＥＲＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）　１９８８年１０
月［ステイタスレポート：エムダプリュディー　テクノ
ロジー（ＳｔａｔｕｓＲｅｐｏｒｔ：ＭＷＤ　Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ）　Ｊに示された、地下情報ヲｔｉ長波長
電磁波で送受信するときの状態図である。 図において、大地１上には掘削リグ２を建設しており、
この掘削リグ２の直下には、掘削された井戸３が形成さ
れている。この井戸３内の地上近くには井戸の壁が崩壊
しないように鋼製のケーシングパイプ４が設置されてい
る。さらに、その中にはドリルパイプ５が延出し、ドリ
ルパイプ５の先端には絶縁カラー６を介してドリルカラ
ー７を連結している。このドリルカラー７の先端には掘
削のためのビット８を取付げていて、ドリルパイプ５を
モータ１４でチェーンやギアを介して回転駆動すること
により大地１を掘削する。ドリルカラー７内には掘削中
の地下の温度、圧力等を検出して電気信号に変換する検
出器、およびその検出信号を変調信号としてキャリア周
波数を変調し、極長波長電磁波として地下情報を地上に
送信する送信装置９を収納している。 この送信袋Ｗ９の図示しない送信出力端子は、絶縁カラ
ー６を挟んで連結されているドリルパイプ５とドリルカ
ラー７とに接続されており、ドリルパイプ５及びドリル
カラー７が送信用ダイポールアンテナとして機能し、変
調された極長波長電磁波を地上に送信するようにしてい
る。 一方、地上の掘削リグ２の基部には、地上より送信され
た極長波長電磁波を受信するため、−極はケーシングパ
イプ４から取り出し、他の一極は所定の距離の大地に埋
め込んだ電極１０よりなるダイポールアンテナ１１を設
置している。そして、ダイポールアンテナ１１が受信し
た信号を増幅器１２に入力し、増幅された信号はその信
号を復調（検波）して地下情報を得るための信号処理部
１３に入力している。なお、地層、地質、深さ等によっ
ては数十ｔｌｚの周波数の極長波長電磁波が使用される
。 図中に示す電流ｉ、は送信装置９により、地中に電磁波
を放射したとき地中を流れる電流の分布を示す。また、
Ｅは上記電流ｉ５によって形成される等電位線である。 受信アンテナ１１は、この電位差を検出する。この信号
は増幅器Ｉ２で増幅され、信号処理部１３で地下からの
情報として識される。 ところで、ビット８を回して掘削するため、ドリルパイ
プ５をリグ２のフロア上のモータ１４で直接回転させる
。このモータ１４を駆動すると、第７図に示すようにモ
ータの駆動回路２２からモータ１４までのリード線と大
地間、モータ１４の巻線とリグ２の間の浮遊容量Ｃ＋、
Ｃ２＋ｃ３を介して、大地にアース電流Ｉｎ＋＋ｉｎｚ
＋Ｉｎｓが流れる。このアース電流が、第６図のｉＩ、
に示すようにドリルパイプ５．泥水１５．ケーシングパ
イプ４を介して大地１中に流れ出し、受信アンテナ１１
に送信信号ｉ、と同様に混入し、送信信号ｉ、のＳ　／
Ｎ’ｔｃ低下させてしまう。この電流ｉｆｉをノイズと
呼ぶ。

【発明が解決しようとする課題】

従来の電磁波通信を使用するＭＷＤの受信アンテナは、
以上のように構成されるので、リグフロアに設置されて
いる電気機器、特にモータが稼動すると、アース電流が
流れ出し、大地を介して受信アンテナに混入するため地
下からの受信信号のＳ／Ｎが低下した。大地内における
電磁波の伝送効率は大気中に比し良好でないので、Ｓ／
Ｎに影響し、より深い深度からの情報伝送ができなくな
っていた。また、情報の信頼性が低下することなど問題
点があった。上記問題点を解決する方法として、送信装
置９の送信パワーを向上すればよいが、送信パワーを上
げるには、装置の形状が太き６〜 くなる。よって、ドリルパイプ５内に収納するには、寸
法の限界から実現しにくかった。 この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、受信信号のＳ／Ｎを向上させ、地下からの
情報の信頼性を高める受信アンテナを得ることを目的と
している。

【課題を解決するための手段】

本発明は、井戸掘削時における地中情報を地上に伝送す
る極長波長電磁波通信の受信アンテナ装置であって、リ
グ上の電気機器類から発生するアース電流が地中あるい
は海中で実質的に減する深度位置のケーシングパイプ上
またはその近傍若しくはドリルパイプの近傍に受信アン
テナの一方の電極を設置し、この電極から所定の距離を
隔てかつ一方の電極とほぼ同一の深度位置に前記受信ア
ンテナの他方の電極を設置したことを特徴とするもので
ある。 この発明は具体的形態として、受信アンテナの一方の電
極をケーシングパイプの先端部に絶縁ケースを介して固
定したもの、あるいは受信アンテナの一方の電極をケー
シングパイプまたはドリルパイプの近傍に設けた立て坑
内に設置したもので特徴づけられている。 さらに他の形態として、受信アンテナの両電極を海底に
設置する構成も特徴としている。

【作　用】

本発明の受信アンテナ装置によれば、リグ上の機器類か
ら発生するアース電流が減衰した位置で地中からの極長
波長電磁波を受信している。その結果、受信信号中のノ
イズの混入を極めて少なくすることができる。 ケーシングパイプの先端にアンテナ電極の一方を設ける
タイプは、一体型であるため工事が簡単である。またケ
ーシングパイプまたはドリルパイプの近傍に立て坑を設
けて電極の一方を設置するものは、アース電流の減衰の
度合に応じて設置深度を変えられる点で有利である。 さらに、海底に両電極を設置するタイプにおいては、設
置工事が極めて簡単となる。

【実施例】

以下、この発明の一実施例を図について説明する。なお
、図中、第６図と同一または類似部分は同一符号で示す
。第１図において、Ｉ６は地中深くに埋設した受信アン
テナで、１７ａはケーシングパイプ４と断面が同じ形状
２寸法の電極である。 １８は電極１７ａとケーシングパイプ４を電気的に分離
絶縁し、機械的にケーシングパイプ４に支持されている
絶縁ケースである。１７ｂは第６図１０に示す電極と同
様な電極、１９は電極１７ｂを大深度地下に設置するた
めの立て坑で、ケーシングパイプ４から一定距離、例え
ば１００ｍ程度離して設けられている。電極１７ｂは電
極１７ａとほぼ同じ深度Ｚに埋設される。２Ｑａ、２０
ｂは電極１７ａ、１７ｂで検出した信号を増幅器１２に
伝送する絶縁被覆電線である。 第２図に、上記受信アンテナ１６のドリルパイプ５の直
下に設置する電極１７ａの形状を示す。 （イ）図はドリルパイプ５の上面図、（ロ）図は（イ）
図のＡ−Ａ’断面図、（ハ）図は側面図である。２ｊば
絶縁被覆電線２０ａをドリルパイプ５の側面に埋め込む
ための溝である。絶縁被覆電線２０ａの端末は電極１７
ａに電気的に接続している。 次に本発明の一実施例による動作を説明する。 極長波長電磁波の伝送方法および動作、さらに、リグ２
による坑井の掘削方法は、前述した従来の動作と同じな
ので、説明を省く。 ここでは、本発明の主題であり、リグで発生ずるノイズ
ｉ、、の影響を少なくする受信アンテナの構成について
説明する。 大地などの減衰媒質中に埋設されたドリルパイプ５を流
れる電流は、文献エスピーイー　ドリリング　エンジニ
アリング（Ｓ　Ｐ　Ｅ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ）　１９８７年６月［プロパゲイティング
　オブエレクトロマグネティク　ウェーブス　アロング
ア　ドリルストリング　オブ　ファイナイト　コンダク
テイビテイ（Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｅ　Ｗａｖｅｓ　Ａｌｏｎｇ　ａ
　Ｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｆｉｎｉｔｅ　Ｃｏ
ｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）　Ｊで示されているように、そ
の距離に従い減衰していくことが知られている。その−
例を第３図に示すが、但しこれは海水中におけるパイプ
上の電流分布を表わすものである。 実験装置：・送信装置を装備した４０ｍのスチールパイ
プ ・電極長１ｍ ・パイプの外半径１．２７　ａｍ ・パイプの内半径１．０５ｃｍ 媒体の定数： パイプ・・・導電率４．２　Ｘ　ＩＯ’ｓ／ｍ、比透磁
率２７海　水・・・導電率４〜５ｓ／ｍ（１５℃）実験
方法・・・周波数をパラメータとし、パイプ電流を測定
。 理論値は曲線で示し、実験値はマーク点で示される。 また、電磁波の減衰量αは、概ね次式で表せる。 α＝ｅ−２πｆμσ・２ ここで、ｆ：周波数（Ｈｚ　） μ：媒体の透磁率 σ：媒体の導電率（ｓ／ｍ） ２：深度（ｍ） である。 例えば、媒質の導電率σが０．１，４．０で、周波数ｆ
が１０Ｈｚと２０　ｔｌｚのときの減衰量αを試算する
と、下表のとおりである。 表１ 両者の検討結果によると、電流の減衰の傾向がほぼ一致
していることが解る。表１に示すように、地中において
も同様に減衰現象が考えられる。すなわち、ドリルパイ
プ５あるいはケーシングパイプ４の深度が深くなるに従
い、パイプから流れ出るノイズ電流ｉ、、１は小さくな
る。すなわち、ｉｒ＋＋　〉ｉ、、□となる。よって、
受信アンテナ１６の設置深度を深くすれば、リグ２で発
生するノイズ電流ｉ、。 の影響が少なく　、Ｓ／Ｎのよい伝送信号ｊ５が得られ
る。 以上のことから、第１図および第２図に示すように、受
信アンテナ１６の一極７ａをケーシングパイプ４の先端
に取付け、他方の電極１７ｂをケーシングパイプ４から
一定距離を隔てて設けられた立て坑１９内に電極１７ａ
とほぼ同じ深度Ｚに埋設するごとによって構成した受信
アンテナ１６によれば、リグで発生ずるノイズは減衰し
、Ｓ／Ｎの良い信号が受信できる。 第４図は本発明の他の実施例を示すものである。 ここでは、受信アンテナ１６の一極７ｃをケーシングパ
イプ４の近くに立て坑１９ｂを掘り、電極１７ｂと同じ
ように埋設している。このようにすれば、ケーシングパ
イプ４を加工せずに、またケーシングパイプ４のセツテ
ィングの後に立て坑を任意に設けることができ、第１図
の実施例のアンテナと同様な機能を持たせることができ
る。 第５図は本発明の第３の実施例を示すもので、海洋での
掘削時におけるアンテナ設置に係る。海洋での掘削の場
合、前述の表１に示すように、ノイズ電流１０の減衰量
の効果が大きく　、Ｓ／Ｎ改善の効果が顕著であること
が解る。よって、海洋の場合、海底に受信アンテナ１６
の電極１７ｄ、１７ｅを設置すればＳ／Ｎ改善に同様の
効果がある。

【発明の効果】

以上のように、本発明によれば、受信アンテナを大深度
に設置し、リグ上で発生するアース電流に起因するノイ
ズの影響が少なくなるので、受信信号のＳ／Ｎが改善さ
れる。その結果、伝送信号の伝送距離が長くなること、
また、伝送の信頼性が向上するなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による電磁波通信を使用
するＭＷＤ用大用度深度受信アンテナ置の概略構成図を
示す。第２図は同受信アンテナの一極の部分拡大図、第
３図はパイプを流れる電流の減衰特性図、第４図および
第５図はいずれもこの発明の他の実施例を示す概略構成
図、第６図は従来の受信アンテナの配置を示す概略構成
図、第７図は本発明が問題点としてとり上げたノイズ電
流の発生経路を説明する回路図である。 １・・・大地、４・・・ケーシングパイプ、５・・・ド
リルパイプ、１２・・・増幅器、１３・・・信号処理装
置、１６・・・受信アンテナ、１７・・・受信アンテナ
の電極、１８・・・絶縁ケース、１９・・・立て坑、２
０・・・絶縁電線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）井戸掘削時における地中情報を地上に伝送する極
   長波長電磁波通信の受信アンテナ装置において、リグ上
   の電気機器類から発生するアース電流が地中あるいは海
   中で実質的に減衰する深度位置のケーシングパイプ上ま
   たはその近傍若しくはドリルパイプの近傍に受信アンテ
   ナの一方の電極を設置し、この電極から所定の距離を隔
   てかつ前記電極とほぼ同一の深度位置に前記受信アンテ
   ナの他方の電極を設置したことを特徴とする井戸掘削時
   情報計測用受信アンテナ装置。
2. （２）受信アンテナの一方の電極をケーシングパイプの
   先端部に絶縁ケースを介して固定したことを特徴とする
   請求項（１）記載の井戸掘削時情報計測用受信アンテナ
   装置。
3. （３）受信アンテナの一方の電極をケーシングパイプま
   たはドリルパイプの近傍に設けた立て坑内に設置したこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の井戸掘削時情報計測
   用受信アンテナ装置。
4. （４）受信アンテナの両電極を海底に設置したことを特
   徴とする請求項（１）記載の井戸掘削時情報計測用受信
   アンテナ装置。