JPH09158663A - 地層の顕微鏡的画像形成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 顕微鏡的尺度で地表下側の岩石層の画像を採
取することを可能とする。 【解決手段】 穿孔ツールは、シール外側の穿孔流体か
らある区間の地層を分離するためにシールを使用し、プ
ローブ１０４が地層の壁と係合し、その地層からツール
内部へ地層流体を引込む。次いで、該ツールは、岩石組
織を表わす該地層の光学的画像を生成する。シールはパ
ッド、膨脹可能なパッカー、圧縮可能なパッカー、又は
セメントプラグとすることが可能である。地層の画像
は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、可視光領域若しく
は近赤外線領域で動作するカメラ等の電子光学的画像形
成装置、又はＭＨｚ以下から中間のＧＨｚ範囲で動作す
る超音波変換器によって得ることが可能である。近赤外
線範囲は、石油をベースとしたマッド又は石油自身等の
不透明な流体を介して、地層の光学的画像を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地層の画像形成技
術に関するものであって、更に詳細には、顕微鏡尺度で
地表下側のある区間の岩石層のイメージング即ち画像形
成を行なう装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】岩石組織の知識は、しばしば、地層にお
ける炭化水素の貯蔵状態を特性づける上で重要なもので
ある。粒状体の形状及び寸法、母体及び孔隙構造を意味
する岩石組織は、例えば、地層の孔隙率及び透過性に著
しく影響を与える。現在までのところ、岩石組織の知識
は、岩芯分析に基づく労働集約型の研究を介して得られ
ていた。この分析では、地層の岩芯試料を採取し、その
試料を地表へ移動させ、次いで光学顕微鏡で検査するた
めにその試料を切断又は薄片化させる。

【０００３】現在では、マイクロ比抵抗測定が穿孔壁の
イメージ即ち画像を提供することが可能である。この点
について、例えば、米国特許第５，０３８，３７８号
（Ｃｈｅｎ）を参照するとよい。更に、光学分光分析に
よって、穿孔壁に関する情報を供給することが可能であ
る。この点に関しては、例えば、米国特許第４，９９
４，６７１号（Ｓａｆｉｎｙａ ｅｔ ａｌ．）を参照
するとよい。可視光又は近赤外線光を使用して透明なス
ラグ流体を介してボアホールを観察するためにテレビ及
びスチールカメラが提案されている。この点に関して
は、米国特許第２，９５３，９７９号（Ｒｏｓｅｎｅ
ｅｔ ａｌ．）を参照するとよい。穿孔壁又はケーシン
グの画像を生成するためにビデオカメラが提案されてい
る。この点に関しては、例えば、米国特許第５，１３
４，４７１号（Ｇｅａｎｄｒｏｎ ｅｔａｌ．）及び米
国特許第５，１４０，３１９号（Ｒｉｏｒｄａｎ）を参
照するとよい。然しながら、例えば濾過水、泥水及び石
油等の地層流体を介して穿孔壁の岩石組織を更に特性づ
けるために改善した空間分解能で地層の穿孔壁をイメー
ジング即ち画像形成する技術に対する必要性が存在して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上に点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、地層特性に関する情報を採取する改良した
装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、顕微鏡尺度で
地層下側のあるインターバル即ち区間の岩石層をイメー
ジング即ち画像形成する装置及び方法を提供している。
更に、本発明は、地層の特性を特性づける装置及び方法
を提供している。本発明では、地層流体を介して地層の
一部の二次元表示を有する第一信号を採取し、該地層の
部分から反射された波エネルギが該第一信号を発生し、
且つその第一信号に基づいて地層の性質の特性づけを行
なう。

【０００６】本発明の一側面によれば、本発明は地層特
性に関するデータを採取するための穿孔ツールを使用す
る装置及び方法が提供される。本発明では、穿孔流体か
らあるインターバル即ち区間の地層を分離し、該分離し
た区間の地層から地層流体を汲出し、分離した区間から
反射する波エネルギを発生し、且つそのエネルギを受取
り且つ分離した区間の地層の一部を表わす信号を発生さ
せる。別の実施形態においては、その信号は地層の岩石
組織を表示する。

【０００７】本発明の別の側面によれば、地層特性に関
するデータを採取するダウンホールツールが提供され
る。該ツールは、地層とツール内部との間に流体的連通
を与えるインレットを具備するサンプリング手段と、前
記インレットに隣接して装着されているシールであって
ある区間の地層を該シール下側に位置している穿孔流体
から分離させるためのシールと、前記サンプリング手段
のインレットを介して地層から流体を汲出すポンプと、
前記分離した区間の地層の一部の二次元表示を有する信
号を発生する手段とを有している。

【０００８】本発明の別の側面においては、地層の特性
を表示する。この場合に、実質的に近赤外線（ＮＩＲ）
光を発生し、ＮＩＲ光が穿孔内の不透明な地層流体を介
して通過し穿孔における表面を照明し、該穿孔の表面か
ら且つ不透明な地層流体を介して反射するＮＩＲ光を受
取り、且つその受取ったＮＩＲ光に応答して信号を発生
し、その信号が穿孔内の表面の二次元表示を有しており
且つ地層の特性を表示するものである。

【０００９】該シールはプローブ自身又はプローブを取
囲むパッドを有することが可能であり、且つ穿孔壁に対
して押圧される。穿孔ツールの長さ方向に沿ってのパッ
カーもある区間の穿孔壁を分離させることが可能であ
る。このようなパッカーは膨脹可能なパッカー、圧縮可
能なパッカー、又はセメントプラグ等があり、それら
は、穿孔内に配置されると、あるインターバル即ち区間
の地層を別のものから分離させる。地層のインターバル
（区間）は、電気光学的、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は
可視光及び／又は近赤外線光で動作するカメラ又はサブ
ＭＨｚから中間ＧＨｚ範囲で動作する超音波変換器等で
画像形成させることが可能である。更に、コイル型チュ
ーブ適用、生産検層適用、又は穿孔中の検層適用、にお
いては、例えば穿孔壁又はケーシング等の穿孔中の表面
は、例えばガス、水、濾過水、泥水、又は石油等の地層
流体を介して画像形成することが可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】概略的に、以下の説明において
は、プローブを介して地層から選択した割合で流体を穿
孔ツール内へ輸送し、次いで該プローブにおける電気光
学的装置で岩石層表面のイメージング即ち画像形成を行
なうことについて説明する。

【００１１】図１Ａ及び１Ｂは、地層から試料を抽出し
且つ地層の透過性を計算する上で有用な圧力測定を行な
うための穿孔ツールＡの概略図を示している。米国特許
第４，８６０，５８１号（Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ ｅｔ
ａｌ．）において記載されているように、このような穿
孔ツールは、油圧パワーモジュールＣ、パッカーモジュ
ールＰ、プローブモジュールＥを有している。油圧パワ
ーモジュールＣは、ポンプ１６、貯留器１８、モータ２
０、ポンプ１６を制御するために接続している低油スイ
ッチ２２を有している。油圧線２４は、ポンプ１６の排
出側へ接続しており、油圧パワーモジュールＣを貫通し
て走行し油圧パワーを供給するために隣接するモジュー
ルＰ及びＥ（又はＦ）内へ走行している。別の油圧線２
６がプローブモジュールＥから油圧パワーモジュールＣ
へ延在しており且つ貯留器１８において終端している。
ポンプアウトモジュールＭは、流れ線５４をポンプ動作
させることによって不所望の試料を穿孔内へ追出し、又
は穿孔から流体をポンプ入力させてまたぎパッカー２８
及び３０をセットさせるか又は膨張させる。セットされ
たまたぎパッカー２８及び３０は流体力学的にシールを
行なってパッカー２８及び３０を超えて穿孔内に存在す
る流体からあるインターバル（区間）の地層を分離させ
る。このような態様で、穿孔ツールは地層流体を検査す
ることが可能であり、これらの流体は地層内及び穿孔壁
を超えて見出される。一方、ポンプ１６からの油圧流体
はまたぎパッカー２８及び３０を膨脹又は収縮させるこ
とが可能である。またぎパッカーについては例えば米国
特許第４，８６０，５８１号に詳細に記載されている。

【００１２】プローブモジュールＥは、例えば等方透過
性テストを行なうために地層流体試料を採取するための
プローブ組立体１０を有している。プローブアクチュエ
ータ４０はプローブ組立体１０を穿孔ツールと相対的に
選択的に移動させる。プローブフレーム４６は、例えば
圧縮ゴムからなるパッドを有するシール４８によって取
囲まれている。シール４８は穿孔ツールＡと相対的に移
動可能であり且つプローブ４６はシール４８と相対的に
移動可能である。そうであるから、シール４８は、初期
的には穿孔壁と接触する。延在するシール４８はプロー
ブ４６を穿孔壁と隣接させる。地層から実際にサンプル
即ち試料を採取するために、プローブ４６を穿孔壁を被
覆するマッドケーキを貫通して地層内へ挿入することが
必要である。従って、流れ線２４が流れ線４４と整合さ
れると、プローブ４６がシール４８と相対的に移動し且
つ地層内へ突出するように穿孔ツールＡが動作する。プ
ローブ１２及び１４は同様の態様で動作する。

【００１３】米国特許第４，８６０，５８１号（Ｚｉｍ
ｍｅｒｍａｎ ｅｔ ａｌ．）において説明されている
ように、異方性透過性及び垂直貯蔵状態テストを行なう
ためにマルチプローブモジュールＦを付加させることが
可能である。圧力モジュールＢ、流体分析モジュール
Ｄ、流れ制御モジュールＮについては米国特許第４，８
６０，５８１号に詳細に説明されている。

【００１４】パッカー２８及び３０をセットしてある区
間の地層を分離させると、プローブ４６は地層から流体
を汲出すようにセットすることが可能である。試料流れ
線５４がパッカー２８及び３０の間の外側周辺部３２か
ら隣接するモジュールを貫通して試料モジュール内へ延
在している（例えば、米国特許第４，８０６，５８１号
参照）。垂直プローブ４６及びシンクプローブ１４は試
料流れ線５４内への理想流体の流入を許容する。最初の
試料を採取すると、ダウンホール光学分光分析が汲取ら
れた最初の流体が可視的であることを表わす。何故なら
ば、それは、通常、マッドケーキ及び濾過物で汚染され
ているからである。ポンプアウトモジュールＭを使用し
てこのような最初の試料をパージさせることが可能であ
る。

【００１５】本発明によれば、穿孔ツールは継続して試
料線５４を介して地層流体を汲取り、その後の試料は汚
染された流体から、実質的に、再度産出された油へ変化
する前に、濾過水へ変化する。連続して汲取られる地層
流体が水である場合には、可視光を使用して穿孔画像の
画像を生成させることが可能である。この画像は地層の
岩石組織を表わす。一方、継続して汲出される地層流体
が実質的に油をベースとした泥水又は油自身である場合
であっても、近赤外線光を使用して穿孔壁の画像を生成
させることが可能である。この画像も地層の岩石組織を
表わすものである。このような地層の画像は約５ミクロ
ン分解能を有しており、岩石の組織特徴のスケール即ち
尺度は１０ミクロン以下の程度である。これらの画像は
ディスプレイをするため又は地層特性の特性づけを行な
うための解釈を行なうために穿孔上方へ伝送するために
電子的な信号へ変換される。岩石組織を表わすダウンホ
ール画像を生成する異なる装置について以下に説明す
る。

【００１６】図２は図１のＡのような穿孔ツールにおけ
る微小な画像形成モジュール１００の概略図を示してい
る。図１のツールＡのプローブモジュール１０は流れラ
イン１０２の一部であるプローブモジュール内の光学的
画像形成装置を組込むために修正されている。この概略
図は、穿孔壁１０６と圧力シートを形成する後退可能な
プローブ１０４を示している。プローブ１０４と共に後
退可能な光学窓１０８及びオプティカルファイバ光りガ
イド１１０が延在されている。オプティカルファイバ光
りガイド１１０は穿孔壁１０６を照明するための光源１
１２へ接続している。光源１１２はタングステンハロゲ
ン球又は狭帯域高強度発光ダイオード又はレーザであっ
てカメラ検知器の応答性にマッチしているものとするこ
とが可能である。光源は、連続的又はフラッシュ光源と
することが可能である。光学窓１０８は、爾後の光学系
に対する観察窓及び圧力シールとして使用されている。
流れ線１０２及び光学系経路は２つの経路へ分流する。
流れ線１０２は他のツールモジュールにおいて使用する
ために継続している。光学経路はカメラ、光源及びそれ
と関連するエレクトロニクスへ連結されており、それに
ついては以下に説明する。

【００１７】一方、図２の光学的組立体は２つのパッカ
ーの間の米国特許第４，８６０，５８１号のツールの一
部として組立てることが可能である。又は、図２の光学
的組立体は、穿孔内に存在する透明又は不透明な地層流
体を介して例えば穿孔壁又は穿孔ケーシング等の穿孔の
表面を直接的に観察するために、穿孔プロダクションツ
ール、コイル型チューブシステム、又は穿孔中の検層ツ
ールの一部として組立てることが可能である。このよう
な地層流体としては、水、水濾過物、泥水、油及び／又
はガス等がある。プロダクション検層においては、光学
的組立体はハウジング内にシールし、例えば、ケーブル
によるか又はコイル型チューブを介して押込むことによ
り穿孔内へ降下させることが可能である。コイル型チュ
ーブ適用の場合には、光学的組立体はハウジング内にシ
ールし且つ所定の区間の地層を分離する２つのパッカー
（必要な場合には）の間の区間の地層に対して押圧され
る。穿孔中の検層適用においては、本光学的組立体はド
リルカラーにおける窓の後ろ側に装着される。ドリルカ
ラーにおける窓については米国特許出願第０８／４０
２，６８０号（Ｍｕｌｌｉｎｓ ｅｔ ａｌ．）に記載
されている。

【００１８】リレー光学系１１４は、コヒーラントなオ
プティカルファイバ束と結合したレンズシステムを有し
ており、又は単にレンズ光学系から構成することが可能
である。この概略図においては、直角プリズム１１６及
び１個又は複数個のレンズ要素１１８（例えばミラーそ
の他の反射器）が示されており、それらは光学経路を９
０°屈曲させ且つ穿孔壁１０６の画像をカメラ１２０に
対して拡大させ且つリレーさせる。該リレー光学系を介
して穿孔壁の拡大した画像をカメラの検知器プレーンへ
与えるためにＸ線光学系のレンズが選択されている。こ
のレンズモジュールは調節可能なズーム（倍率）及びフ
ォーカス特徴を有している。カメラ１２０は、カメラヘ
ッド１２２、該カメラヘッド内の寸法（ｎ×ｎピクセ
ル）検知器、カメラ制御器、処理エレクトロニクスを有
している。カメラ検知器は、シリコンをベースとした検
知器及び／又はＮＩＲにおいて感度を有するＩｎＧａＡ
ｓをベースとした検知器のいずれかである。このような
カメラの出力は、例えば、デジタルビデオ出力を有する
二次元画像を表わす信号である。

【００１９】該カメラはカメラ検知器ヘッドへ電気信号
及びタイミング信号を供給するカメラ制御器を有してい
る。このモジュールは、カメラ検知器を構成するｎ×ｎ
個のピクセルからなる電子信号を画像処理エレクトロニ
クスへ転送することを可能としている。カメラ制御器は
フォーカス制御及びズーム制御を有している。

【００２０】処理エレクトロニクス１２６はカメラヘッ
ドによって採取された画像又は地層区間の二次元表示を
有する任意の信号を修正し、それを地表のスタンダード
なデータ制御器へ転送するのに適したものとさせ、且つ
ワイヤラインケーブルが受取った地層区間の特徴を表わ
す信号を送信する。この装置は、例えばバックグラウン
ドの二次元信号を取除き、不均一なピクセル（検知器）
応答性の補正を行ない、又は信号処理技術を介して二次
元信号の強調等の機能を実施することが可能である。

【００２１】ＣＣＤ 図２の電子光学的画像形成装置は電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）を有することが可能である。ＣＣＤは金属−酸化物
−シリコン（ＭＯＳ）コンデンサを有する確立された半
導体アーキテクチュアに依存している。該コンデンサは
シリコン基板と、二酸化シリコンからなる薄い層と、二
酸化シリコン層上の薄い金属層ゲートから構成されてい
る。このようなシリコンをベースとした画像形成装置
は、光学画像、又はラジエーションの空間的分布を時間
分散型電圧信号へ変換させる。ＣＣＤは可視光帯域及び
近赤外線帯域のより短い波長（０．４乃至１．１ミクロ
ン）をカバーする。市販されているＣＣＤ及びフレーム
グラバーハードウエア（ｆｒａｍｅ ｇｒａｂｂｅｒ
ｈａｒｄｗａｒｅ）は殆ど光りのない状態で動作し且つ
最小で２５６シェードのグレイスケール即ち中間調を与
えるのに充分なダイナミックレンジを有している。

【００２２】ＭＯＳ型のＣＣＤに加えて、電子光学的画
像形成装置は以下に説明するように二次元アレイでのＩ
ｎＧａＡｓをベースとした装置又はＩｎＧａＡｓ・シリ
コンをベースとした装置を有することが可能である。可
視光領域において動作するための電子光学的画像形成装
置の選択は、岩石表面をカバーする流体に依存する。例
えば、画像形成装置のレンズと岩石表面との間に数ミリ
メーターの着色した泥濾過物が存在する砂岩の破砕され
た表面の場合には、例えば泥濾過物等の透明の流体が浮
遊する沈殿物で濁らされ地層テストプローブ内に流れ込
む場合がある。岩石層と検知器との間の光学経路が透明
でない場合には、別の可能性は米国特許第５，２６９，
１８０号（Ｄａｖｅ ｅｔ ａｌ．）に記載されている
ように地層内に透明の流体を注入することである。両方
の場合において、各個別的な粒状体の寸法及び形状はこ
のような高コントラスト画像から容易に特性づけること
が可能である。

【００２３】可視光／近赤外線 図２の電子光学的画像形成装置は、不透明の地層流体を
介して画像形成するために可視光／近赤外線スペクトル
において動作するカメラを有することが可能である。穿
孔環境において岩石試料の画像形成を行なう場合には、
不透明の穿孔流体（水濾過物、軽油乃至重油）を介して
画像形成が行なわれる。我々は、可視光−近赤外線（Ｖ
ＩＳ−ＮＩＲ）カメラをテストし且つこのような不透明
な地層流体を介して画像形成を行なうことが可能である
ことを知得した。この技術は、適宜の波長及び分解能で
動作する近ＩＲ検知器及び光源を必要とする。連続的又
は静止態様で開放した窓を介してマッドケーキを除去す
ることの問題については以下に説明する。

【００２４】我々は、最初に、１つが浅黒い重原油（ス
トラータ（Ｓｔｒａｔａ）油試料）及び他方が透明の水
である別個の２．５ｍｍの厚さの試料を介して画像形成
することにより穿孔流体の透明度を検査した。図３はこ
れら２つの試料の光学密度スペクトルを示している。可
視光領域においては、代表的な薄黒い炭化水素は透明の
水よりも６桁大きな光学的減衰を有している。ＮＩＲに
おいては、油は１．７ｍｍ近傍において小さな吸収ピー
クを有しており、且つ０．９ｍｍより上の電子遷移に起
因する光り吸収は可視光におけるほど大きなものではな
い。近赤外線においても、水は１．４ｍｍ及び２．０ｍ
ｍ近くにおいて２つの大きな分子吸収特徴部を有してい
るがその他においてはかなり透明である。従って、油及
び水は両方とも使用することの可能な透明度の窓を有し
ており、従って２．０ｍｍより低い一体化させた光信号
は使用可能な画像を与えるために充分な光りを与えるも
のである。一方、ＮＩＲ領域における狭い帯域において
の高強度光源（例えば、レーザ又はＬＥＤ）を使用する
ことが可能である。実験によれば、油を介して画像形成
をすることの実現可能性が示されると共に、油が存在す
ることによる画像コントラストに関する限界が示され
た。

【００２５】図４は、（ａ）油試料なしで且つ可視光に
よる研磨していない表面の画像及び（ｂ）同一の原油試
料を介してのＮＩＲ光での岩石表面の画像を示してい
る。図４（ｂ）はストラータ油の２．５ｍｍの試料を介
しての結果的に得られるデジタル化した顕微鏡的ＮＩＲ
画像である。可視光スペクトルにおいてとった同等の画
像では全く画像を形成するものではない。油はフィルタ
として作用するが、岩石サンプルを１．０ｍｍと２．０
ｍｍとの間のＮＩＲ光で照明した。ＮＩＲは、一般的に
は０．７５乃至３．０ミクロンとして定義されている。
ＮＩＲの好適な範囲は、一般的には、可視光波長より高
く約２．２ミクロンまでのものである。この試料に対す
るグレイン寸法は大きく、直径が約３００ミクロンであ
る。この適用の場合には、空間分解能は倍率と視野との
間のトレードオフである。この画像の比較的低い倍率の
場合には、独立的に検証された高コントラスト画像分解
能は１２ミクロンである。同様に高い品質の画像は２．
５ｍｍ水試料を介しても得られた。図４（ａ）は油が存
在しない状態で可視光で画像形成した同一の岩石を示し
ている。図４（ａ）における画像と図４（ｂ）における
画像は非常に似ている。従って、穿孔流体の不透明性は
ＮＩＲにおけるイメージング即ち画像形成を劣化させる
ものではないと結論することが可能である。

【００２６】ワイヤーライン適用の場合には、新しいイ
ンジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）検知器二次
元アレイがシリコン性能を提供しているが、赤外線検知
の場合には、硫化鉛（ＰｂＳ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）
又はアンチモン化インジウムからなる検知器で近赤外線
検知を行なっていた。ＩｎＧａＡｓの利点は、その直接
的エネルギバンドギャップ構造及び０．９乃至１．７ミ
クロンのスペクトル範囲をカバーするチューナブル合金
組成から得られるものである。ＩｎＧａＡｓ検知器は、
広範囲の流体の色にわたり最も大きな一体化された信号
を発生し、且つ大きなスタンドオフにおける油と水との
間のカラーコントラストを最もよく取扱う。この検知器
は、速度の遅いＰｂＳアレイ又はクライオ冷却を必要と
し且つ極めて高価であった例えばＩｎＳｂ等のホトダイ
オードアレイの欠点を有するものではない。速度、温度
及び感度上の利点及びコストが低下される予測のため
に、ＩｎＧａＡｓニ次元アレイはオープンホール環境に
おける近赤外線波長光の画像形成のために使用すること
が可能である。更に、シリコン上に層形成したＩｎＧａ
Ａｓは可視光−近赤外線（ＶＩＳ−ＮＩＲ）検知器をも
たらす。シリコンのみのＮＩＲ部分は不透明性のより少
ない地層流体に対して適した検知器をもたらす。

【００２７】超音波 図２の電子光学的画像形成装置は、例えば超音波画像形
成装置等の走査音響顕微鏡画像形成装置を有することが
可能である。走査音響顕微鏡は、検査中の物体の表面及
び表面下の弾性特性を特性づけるための高分解能画像形
成技術である。機械的な運動が該物体の表面に対して垂
直方向にフォーカスト音響変換器を駆動させる。走査音
響装置は反射モードにある。即ち、短いパルスが該変換
器を励起させ且つシステム内の複数個のエコーが時間的
に分離されている。エコーの到着時間が音響変換器から
の対応する反射体の距離を表わしている。最初のリター
ン（戻り）エコーの大きさが該物体の反射率の推定値を
与える。スキャナが連続的動作中に継続してデータ採取
が行なわれる。物体上をスキャニング即ち走査すること
により、点毎の物体の反射率を表わす画像が構築され
る。

【００２８】多様な結合用流体を使用して、音響顕微鏡
はサブＭＨｚ即ちＭＨｚ以下から中間ＧＨｚの範囲にわ
たることが可能である。水中での低ＧＨｚ動作の場合に
は、音響顕微鏡は光学顕微鏡と同様の空間分解能を達成
する。音響画像形成装置を使用して、本発明者らが５０
乃至２５０ミクロンの範囲内のかなり粗い石英粒子を観
察したところ、はっきりした境界が認められた。この場
合には、音響画像形成は光学的画像形成よりも良好なコ
ントラストを示す場合がある。表面粗さは、真の音響イ
ンピーダンスの正確な反転及び反射率画像に関し著しい
負の影響を有する場合がある。

【００２９】例 以下、岩石表面に押圧させた１ｃｍ直径のプローブを介
してマッド（泥）濾過物をサンプリング（採取）しなが
ら組織のイメージング即ち画像形成を行なう実験につい
て説明する。本発明者らは、流体混合物を引出している
間にマッドケーキの物理的状態の定性的予測を行なうこ
とが可能であることを知得した。主要なアイディアは、
静止的サンプリングはマッドケーキを除去し且つ岩石試
料とアレイカメラとの間に地層流体（光検知器に対して
透明又は不透明）のみを残存させるということを示すこ
とである。プローブにおけるマッドケーキ除去プロセス
及び流体状態の知識は、地層岩石表面の画像形成を行な
うのに必要な光学的ハードウエアの設計に必要な情報を
提供する。

【００３０】図５は圧力セル及び実験装置の概略図を示
している。実験は、プレキシグラス（ｐｌｅｘｉｇｌａ
ｓ）及びエポキシから構成されており且つ定格が４００
ｐｓｉであるＸ線トランスペアレントセルにおいて実施
した。有孔性の固体は孔隙率が０．１８であり且つ透過
性が１００ｍｄであるベリア（Ｂｅｒｅａ）砂岩であっ
た。岩石試料は１０×１０×５ｃｍであり且つ該試料の
各平坦な表面はエポキシでシールした。流体に露呈させ
た１つの表面はシールしないままとさせた。表面全体に
わたり延在する湾曲したプレキシガラスチャンバを一端
部に取付けた。該チャンバはマッド（泥）を含んでお
り、且つマッドケーキが形成されるような水圧に維持さ
せた。プローブとして作用する１ｃｍ直径のチューブを
図５に示したように容器の中央に装着させた。該プロー
ブを摺動させ且つ岩石表面に対してセットするためにア
クチュエータ（図５においては不図示）を使用した。プ
ローブと反対側の岩石表面上におけるエポキシにおける
開口は圧力セル装置のＣＴスキャナＸ線減衰画像内にお
いても見ることが可能である。それは岩石層流体と最初
に含んでいる貯留部との間にマッド（泥）濾過物に対す
る連絡通路を与えている。

【００３１】イメージング即ち画像形成目的のために、
３６５ｍｍ長さのチタンＧシリーズ小型４ｍｍ直径ボロ
スコープ（ｂｏｒｏｓｃｏｐｅ）をプローブ内へ挿入さ
せた。該ボロスコープはロッドレンズ中継概念を使用す
る一連の小型レンズから構成されている。このようなリ
レーレンズのシステムは、比較的長い距離にわたり画像
を運ぶことが所望され且つ使用可能な空間が使用するこ
との可能なレンズの直径を制限するような場合に効果的
である。照明は冷光オプティカルファイバを使用し、即
ち光りは前部の対物レンズを完全に取囲む一連のガラス
繊維によってボロスコープの前部へ導かれ、それは光源
をボロスコープから離れて位置させることを可能として
いる。光りの強度は加減抵抗器によって光出力を最大と
すべく制御させた。光学的組立体をプローブの内側に装
着し、フォーカス可能な接眼レンズを１組の圧力シール
によって該流体から分離させた。

【００３２】図６は、（ａ）チタンボロスコープ及びそ
の内部オプティカルファイバ照明で採取した光学的画像
と、（ｂ）外部光源で採取した同一の画像との間の比較
を示している。図６（ａ）はベリア（ｂｅｒｅａ）岩石
表面の顕微鏡画像を示している。光リングは高圧窓の内
側壁における内部反射によるものである。図６（ａ）に
よって示されるように、この反射を回避するために、適
当な角度でその側部に対する点からボロスコープの前部
へ光りをもってくることが可能である。

【００３３】ボロスコープ上のフォーカス用接眼レンズ
はビデオＣＣＤカメラに適合させるためにビデオアダプ
タと結合させた。本発明者らの適用例においては、８．
４×９．８ミクロンのセル寸法（即ちピクセル）に対応
する７６８×４９４実効画素（水平／垂直）からなるＣ
ＣＤを具備するソニー社のＸＣ−７５を使用した。この
カメラの出力は、水平分解能が５７０ＴＶラインで４８
５垂直実効ラインから構成されていた。ネオテックイメ
ージグラバ（Ｎｅｏｔｅｃｈ Ｉｍａｇｅ Ｇｒａｂｂ
ｅｒ）ハードウエアが１つのビデオ画像をグラブ即ち掴
み取り且つ格納することを可能とし、その結果得られる
画像データは６４０×４８０ピクセル（ＮＴＳＣフォー
マット）及びピクセル当たり（８ビット）２５６個のグ
レイレベルから構成されるディスクファイルである。図
１，２，６はこのシステムからの異なる倍率におけるデ
ジタル化した出力である。

【００３４】使用したマッド（泥）はミルヘム（Ｍｉｌ
ｃｈｅｍ）によって製造された所有薬剤であるＮｅｗ−
ｔｈｉｎを分散させたカセイソーダを付加することによ
ってｐＨを約１０に維持した従来の分散ベントナイト水
ベースマッドであった。冷たい生水を使用して４０リッ
トル容器内にこれらの実験のための１つのバッチのマッ
ドを用意した。Ｎｅｗ−ｔｈｉｎの解膠剤数滴で６５ｇ
／ｌの濃度へベントナイトをカセイソーダ溶液へ添加さ
せた。殺虫剤アクアトリート（Ａｑｕａｔｒｅａｔ）Ｄ
ＮＭ−３０を添加させた。混合物全体を高剪断シルバー
ソン（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ）混合器で約４時間の間撹拌
させた。そのマッドを水化させ且つｐＨを調節させた。
そのマッドを一晩エージングさせ且つ１か月の期間にわ
たり幾つかの実験に使用した。この準備方法は妥当な再
現性のあるマッドレオロジを与える。

【００３５】エポキシをつけた岩石試料を濾過セル上に
装着させた後、全容量が２リットルのマッド貯留器へ供
給した圧縮窒素によって装置を加圧させた。圧力セル定
格により最大の作業圧力４００ｐｓｉが得られ、マッド
循環装置の概略は図５に示してある。マッドは圧力チャ
ンバの側部上の開口を介して貯留器からセルへ溢れ出て
プローブを介してセル外部へ流出される。１組の弁がセ
ルを充填し且つプローブを介してマッドを排出させるこ
とを可能としている。本システムがアキュムレータにお
ける４００ｐｓｉの一定圧力で閉じられている状態にお
いて静的な濾過の下において岩石界面におけるマッドケ
ーキの構築が発生した。濾過後に推定されたケーキ厚さ
は１５ｍｍであった。

【００３６】実験の準備は、エポキシを付けたベリア岩
石試料を蒸留水で飽和させることにより開始された。そ
のことは、タンク内の真空中で行なわれ、該試料を完全
に水中に浸漬されることとなった。次いで、該試料の位
置決めを行なった後に圧力セルを組立て、且つマッドを
チューブを介して注入し始め且つプローブを介して循環
させた。マッド貯留器がマッド柱圧力を４００ｐｓｉの
一定に維持し且つ岩石試料内には抵抗する圧力が存在し
ないので、岩石界面においてマッドケーキが形成され
た。濾過物流体損失は２７時間の間回収した。次いで、
マッド柱を４００ｐｓｉに維持しながら蒸留水で充填さ
れている加圧タンクを接続させることによって岩石試料
圧力を１００ｐｓｉへ上昇させ、静的なマッドケーキを
岩石試料とマッド柱との間の所定の位置に残存させた。

【００３７】図７（ａ）−（ｆ）は３つの異なる実験条
件（ａ）−（ｃ）と対応するデジタルビデオ画像（ｄ）
−（ｆ）の概略図である。マッドは可視領域において不
透明であり（ａ）及びグレイン即ち粒子物は地層流体が
透明である場合に可視的である（ｂ）。イメージング即
ち画像形成の実験期間中に、プローブが岩石試料の表面
に接触するまでプローブを位置決めするためにアクチュ
エータを使用して一連の画像を収集した。図７（ａ）は
マッドと連通状態にあるプローブ及び関連するフレーム
のデジタル化したビデオ信号の概略図を示している。予
想される如く、画像は不透明である。プローブが岩石表
面と接触状態とされると（図７（ｂ））、地層流体との
連通経路が確立される。マッドケーキを取除き且つプロ
ーブの内部部分を奇麗にさせるために、プローブの反対
側に位置されているパージを大気圧力に対して開放させ
る。岩石試料は１００ｐｓｉの圧力に維持し、地層流体
が流れることを可能とさせる。

【００３８】この例においては、本発明者らの知得した
ところによれば、所定の区間の地層を分離させるために
シール用のパッカー又はシール用のパッドを使用するこ
とは必要ではなかった。４００ｐｓｉにある周囲のマッ
ド流体がプローブにドッと流れ込むことを防止するため
に、本発明者らはプローブと地層との間に流体シールを
形成するために流体中に浮遊する小さな粒子によるブリ
ッジ及び閉塞効果に依存した（図７（ｂ）及び
（ｃ））。プローブの内部を実効的に分離させるための
マッド流体粒子の閉塞能力のために、プローブ先端部と
地層壁との間のギャップは流体中の最も大きな粒子の寸
法に依存する特定した値より小さなものに計算されねば
ならない。この閉塞効果によって形成されるシールは、
プローブ先端部周りにパッカーシールを装着する必要性
を取除いている。更に、パッカー・プローブ組立体をス
タンドアローンのプローブによって置換することによ
り、岩石試料の粗さに依存して実験上の簡単化を与え
る。マッド流体内に約１０％体積の固体部分が存在する
ものと仮定すると、最も大きな粒子寸法の約３０倍の幅
を有するギャップを０乃至１２ミクロンの寸法の１組の
粒子がブリッジ（閉塞）することが可能であることが判
明した。１５０乃至２００ミクロンの粒子寸法範囲の場
合には、閉塞可能なギャップ幅は最も大きな粒子寸法の
約４乃至５倍へ減少する。プローブ先端部と穿孔壁との
間において可能な最大のギャップはこれらの基準に依存
する。マッドテック（ＭｕｄＴｅｃｈ）による５つの典
型的なドリリングマッド即ち掘穿泥水の粒子寸法分布
は、ベントナイト粒子に対して典型的な１ミクロンから
２００ミクロンへ変化する。掘穿泥水は高々２００ミク
ロン（ドリリングの切断部はより大きな場合がある）の
大きさの粒子を有しているので、プローブの先端部と穿
孔壁との間のギャップは０．５ｍｍの程度とすることが
可能である。そのギャップが広過ぎると、マッドがプロ
ーブ内に侵入し且つ岩石表面の画像形成を阻止する。

【００３９】実験条件の概略図を示した図７（ｂ）を参
照して説明する。プローブを岩石層に対してセットさせ
たまま、図５に示したプローブの後部に装着したパージ
を開放させることにより１００ｐｓｉ差動圧の下で濾過
物及び地層流体をサンプルする。この圧力差はマッドケ
ーキシールを破壊させる。サンプリングプローブにおけ
る閉塞効果が存在するものと仮定すると、図７（ｂ）に
示した岩石壁のデジタルビデオ画像はサンプリング期間
中不変のままであった。この実験は同一の岩石試料を使
用し異なるマッドを使用して何回も実施した。

【００４０】図８は２つの異なるマッドで実験を行なっ
た場合のベリア砂岩粒子のデジタル画像を示している。
プローブは岩石試料と接触状態にあり、一方ブリッジ効
果がマッドに対しシールしており且つマッドケーキが濾
過流体によって移動される。これらの実験は図８に示し
たものと同様の品質の画像を発生した。それは、プロー
ブ面積全体が流れに対して開放状態にあり、閉塞効果が
実際にマッドに対してシールを行なっており且つ少なく
とも１００ｐｓｉの差動圧力でマッドケーキをクリーン
アップすることが可能であることを明らかに示してい
る。それは、更に、岩石表面を構成している個々の粒子
が明らかに見ることが可能であることを証明している。

【００４１】データ伝送 ＣＣＤビデオカメラの典型的な単一フレームデジタル化
画像は、８ビット深さでの６４０×４８０個のピクセル
に対応しており、２．５メガビットよりわずかに少ない
メモリを消費する。この大量のデータはデータ伝送速度
を著しく低下させる。テレメトリは約５００キロビット
／秒の伝送を可能とする。従って、地表においての処理
のために全てのピクセルを伝送するためにはデータ圧縮
を使用することが必要な場合がある。最も効率的な圧縮
形態は、ダウンホールにおいて最終的なグレイン寸法を
計算し、次いでそれをアップホール即ち地表へ送信する
ことである。この点については、例えば、ステレオ及び
形態学的アルゴリズムの記載に対する１９９４年８月２
７日付で出願された米国特許出願第２０５，１９６号
（Ａｕｚｅｒａｉｓ ｅｔ ａｌ．）を参照するとよ
い。

【００４２】データ圧縮方法としては２つの主要な方法
があり、即ちロスなし圧縮とロスあり圧縮である。ロス
なし圧縮は、ある量のデータを減少させるが、元のデー
タを再構築させる。ロスなし圧縮は、例えばＡＳＣＩＩ
テキストを圧縮する場合に使用される。一方、ロスあり
圧縮は、ロスなし圧縮の圧縮率よりも１桁大きな圧縮率
を有しており元のデータの許容可能な近似を与える。静
止画像の場合には、市販されている圧縮アルゴリズムと
しては、例えば、Ｐｘ６４、ＣＩＦ又はＪＰＥＧ（ＩＳ
Ｏ／ＩＥＣ ＤＩＳ １０９１８−１、連続的なトーン
の静止画像のデジタル圧縮及びコーディング（Ｄｉｇｉ
ｔａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎ
ｇ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｔｏｎｅ ｓｔｉｌ
ｌ Ｉｍａｇｅ）、１９９２年１月）等がある。動画の
場合には、市販されている圧縮アルゴリズムとしては、
例えばＭＰＥＧ（Ｑｕｉｎｎｅｌｌ，Ｒ．Ａ．画像圧縮
パート２（Ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｐａ
ｒｔ ２）、ＥＤＮ、１２０頁、１９９３年３月）があ
る。

【００４３】以上、例えば地層のグレイン構造を明らか
とするために微小寸法で穿孔壁のイメージング即ち画像
形成を行なう技術について説明した。穿孔ケーシングに
ついても同様に画像形成を行なうことが可能である。こ
のような穿孔表面の画像形成は、透明な地層流体を介し
てばかりではなく不透明な地層流体を介しても行なうこ
とが可能であることについて説明した。このような画像
形成は、ワイヤライン適用、ドリリング中の検層適用、
コイル型チューブドリリング適用、及び生産検層適用等
の種々の適用場面を有している。

【００４４】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 地層からサンプル（試料）を抽出する従来
の穿孔ツールを示した概略図。

【図１ｂ】 地層からサンプル（試料）を抽出する従来
の穿孔ツールを示した概略図。

【図２】 図１のツールによって担持される穿孔壁の画
像形成を行なう装置を示した概略図。

【図３】 穿孔流体試料の光学密度スペクトルを示した
グラフ図。

【図４】 （ａ）及び（ｂ）はデジタル化した顕微鏡Ｎ
ＩＲ画像を示した概略図。

【図５】 実験装置を示した概略図。

【図６】 （ａ）及び（ｂ）はベリア（ｂｅｒｅａ）岩
石表面の顕微鏡的画像を示した概略図。

【図７】 （ａ）−（ｆ）はプローブと岩石表面との係
合状態及びそれに対応する画像を示した各概略図。

【図８】 （ａ）及び（ｂ）は２つの異なるマッドを有
するベリア（ｂｅｒｅａ）砂岩の顕微鏡的画像を示した
各概略図。

【符号の説明】

１０ プローブ組立体 １６ ポンプ ２０ モータ ２２ スイッチ ２４，２６ 流れ線 ２８，３０ パッカー ４０ プローブアクチュエータ ４６ プローブフレーム ４８ シール １００ 画像形成モジュール １０２ 流れ線 １０４ プローブ １０６ 穿孔壁 １０８ 光学系窓 １１０ オプティカルファイバ光りガイド １１２ 光源 １１４ リレー光学系 １１６ 直角プリズム １１８ レンズ要素 １２０ カメラ １２２ カメラヘッド １２６ 処理エレクトロニクス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年９月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 地層からサンプル（試料）を抽出する従来
の穿孔ツールを示した概略図。

【図１ｂ】 地層からサンプル（試料）を抽出する従来
の穿孔ツールを示した概略図。

【図２】 図１のツールによって担持される穿孔壁の画
像形成を行う装置を示した概略図。

【図３】 穿孔流体試料の光学密度スペクトルを示した
グラフ図。

【図４】 （ａ）及び（ｂ）はデジタル化した顕微鏡Ｎ
ＩＲ画像を示した各顕微鏡写真。

【図５】 実験装置を示した概略図。

【図６】 （ａ）及び（ｂ）はベリア（ｂｅｒｅａ）岩
石表面の顕微鏡画像を示した各顕微鏡写真。

【図７】 （ａ）−（ｃ）はプローブと岩石表面との係
合状態を示した各概略図及び（ｄ）−（ｆ）はそれらに
対応する画像を示した各顕微鏡写真。

【図８】 （ａ）及び（ｂ）は２つの異なるマッドを有
するベリア（ｂｅｒｅａ）砂岩の顕微鏡画像を示した各
顕微鏡写真。

【符号の説明】 １０ プローブ組立体 １６ ポンプ ２０ モータ ２２ スイッチ ２４，２６ 流れ線 ２８，３０ パッカー ４０ プローブアクチュエータ ４６ プローブフレーム ４８ シール １００ 画像形成モジュール １０２ 流れ線 １０４ プローブ １０６ 穿孔壁 １０８ 光学系窓 １１０ オプチカルファイバ光りガイド １１２ 光源 １１４ リレー光学系 １１６ 直角プリズム １１８ レンズ要素 １２０ カメラ １２２ カメラヘッド １２６ 処理エレクトロニクス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ジェイ． シュローダー アメリカ合衆国， コネチカット 06470, ニュータウン， キャッスル ヒル ロ ード 71

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地層特性に関するデータを採取するため
   のダウンホールツールにおいて、 地層と前記ツール内部との間に流体連結を与えるための
   インレットを具備するサンプリング手段、 前記インレットに隣接して装着されているシールであっ
   て前記シールを超えて位置している穿孔流体からある区
   間の地層を分離させるシール、 前記サンプリング手段のインレットを介して地層から流
   体を汲出すポンプ、 前記分離した区間の地層の一部の二次元表示を有する信
   号を発生する手段、を有することを特徴とするツール。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記分離した地層の
   部分から波エネルギを反射させる手段を有することを特
   徴とするツール。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記地層の分離した
   部分から反射する波エネルギを受取るためのＩｎＧａＡ
   ｓからなる検知器を有することを特徴とするツール。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記流体を汲出すポ
   ンプが前記地層に隣接して配置するノズルを有してお
   り、地層流体は実質的に前記ノズルを介して流れること
   を特徴とするツール。
5. 【請求項５】 請求項２において、前記波エネルギが可
   視光を有することを特徴とするツール。
6. 【請求項６】 請求項５において、画像が岩石組織を表
   示することを特徴とするツール。
7. 【請求項７】 請求項２において、前記波エネルギが近
   赤外線光を有することを特徴とするツール。
8. 【請求項８】 請求項７において、画像が岩石組織を表
   示することを特徴とするツール。
9. 【請求項９】 請求項２において、前記波エネルギが超
   音波エネルギを有することを特徴とするツール。
10. 【請求項１０】 請求項９において、画像が岩石組織を
    表示することを特徴とするツール。
11. 【請求項１１】 ダウンホールツールを使用して地層特
    性に関するデータを採取する方法において、 前記ツールのサンプリング手段に対してインレットを介
    して前記ツールの内部と地層との間に流体連通を与え、 前記インレットに隣接して装着されているシールである
    区間の地層を超えて位置している穿孔流体から前記区間
    の地層を分離し、 前記サンプリング手段のインレットを介して地層からポ
    ンプで流体を汲出し、 前記地層の前記分離した区間の一部の二次元表示を有す
    る信号を発生する、ことを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、前記区間の部分
    からの波エネルギを反射させて前記信号を発生すること
    を特徴とする方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、ＩｎＧａＡｓか
    らなる検知器で前記区間の部分から反射する波エネルギ
    を受取ることを特徴とする方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、地層に隣接して
    配置したノズルで地層流体を汲出し、地層流体が実質的
    に前記ノズルを介して流れることを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】 請求項１２において、可視光を有する
    波エネルギを反射させることを特徴とする方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、画像が岩石組織
    を表示することを特徴とする方法。
17. 【請求項１７】 請求項１２において、近赤外線光を有
    する波エネルギを反射させることを特徴とする方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７において、画像が岩石組織
    を表示することを特徴とする方法。
19. 【請求項１９】 請求項１２において、超音波エネルギ
    を有する波エネルギを反射させることを特徴とする方
    法。
20. 【請求項２０】 請求項１９において、画像が岩石組織
    を表示することを特徴とする方法。