【手続補正書】
【提出日】平成16年9月10日(2004.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
ボアホール流体特性は流体密度である方法。
【請求項２】
前記生成と受信との間の時間遅延から音響速度を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
既知の物体は所定の場所における所定の寸法の金属物体である請求項１記載の方法。
【請求項４】
任意の場所におけるボアホール流体特性に関する値がリアルタイムに得られる請求項１記載の方法。
【請求項５】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
また理論的残響部分を得る行為は受信反射部分を理論的残響伝達関数により畳込むことを含み、
理論的残響伝達関数は、
2003155886.tif 000001
で表される周波数ドメイン表現Ｒ（ω）を有し、
この式中、Ｚｍはボアホール流体のインピーダンス、Ｚｓは既知の物体のインピーダンス、Ｖｓは既知の物体中の音の速度であり、ＣＴは既知の物体の厚さである方法。
【請求項６】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
また理論的残響部分を得る行為は受信反射部分を理論的残響伝達関数により畳込むことを含み、
前記の関連づける行為は、
理論的残響部分の振幅の和を計算することと、
振幅の和を、理論的な伝達関数を決定するために使用されるインピーダンスと関係づけることと、
異なるインピーダンスについて、取得し計算し関係づける前記行為を繰り返すことと、
記憶された振幅の和に曲線をあてはめることと、
受信残響部分の振幅の和を計算することと、
受信残響部分の振幅の和に対応する曲線の値を決定することとを含む方法。
【請求項７】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
また理論的残響部分を得る行為は受信反射部分を理論的残響伝達関数により畳込むことを含み、
前記関連づける行為は、
受信残響部分と理論的残響部分との差を決定することと、
差を誤差許容差と比較することと、
差が誤差許容差より大きければ、
理論的残響伝達関数を調整することと、
その差が誤差許容差より小さくなるまで、取得し決定し比較する前記行為を繰り返すこととを含む方法。
【請求項８】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
既知の物体は音響信号の中心周波数の半波長にほぼ等しい厚さを有する円板である方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図３は、ダウンホール音波に関する音波の経路および金属円板残響を例示している。音響変換器２００、坑井流体２１０および金属円板２２０が示されている。坑井流体２１０および円板２２０は各々、それぞれＺｍおよびＺｓで表されるそれ自身のインピーダンスを有する。また、第１反射部分２６０、円板残響部分２７１〜２７６および、同一坑井流体における円板を通る透過波部分２８０、２８２、２８４および２８６を含む、音響信号２５０も示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
坑井流体の反射係数を測定するために、音響変換器２００は、好ましくは約５００ｋＨｚの特性周波数を備える音響信号２５０を送出し、その後、受信モードに切り換わる。インパルス周波数は、好ましくは、円板の予想共振周波数に設定される。音響信号２５０は、坑井流体２１０内を進行し、円板２２０にぶつかる。インパルスのエネルギーの大部分は反射波２６０として反射され変換器に戻るが、少量の信号は波２８０として円板に入る。坑井流体２１０が水である時、反射波形は初期インパルスの約９３％の振幅を有する。円板に入った信号部分は、波の残響２７１〜２７６によって例示されるように、円板／流体境界面と円板／ツール境界面との間で前後に反射される。個々の反射時に、一部のエネルギーは、音響インピーダンスコントラストに応じて境界面を透過し、変換器に向けて戻るかまたはツール中に出るかいずれかに方向づけられる。円板内の信号は、このようにして、以下の式１に従って円板の外側の材料の音響インピーダンスに直接依存する速度で急速に散逸する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ここで受信器または変換器として機能する音響変換器２００は、大きな初期反射に続き指数関数的に減衰する残響信号よりなる波形を示す。図４は、音響変換器２００で受信される測定された音響波形を例示する。時間ｔ＝０が音響送信器における音波の生成の時間であれば、時間Ｔｔｒａｎは遷移時間(transit time)（円板に向かいトランシーバへ戻るその音波の往復の時間）を表す。距離が一定であるので、遷移時間Ｔｔｒａｎは流体の音響速度の指標を与える。また、図４には時間偏差(Time Offset) Ｔｏｆｆおよび共振窓(Resonance Window)Ｔｗｉｎも図示されており、これらの意義の両方については後述する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図６は、好適な実施形態に従って製作された装置を例示する。図６には、音響変換器２００、ＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）５００、開始時刻およびゲインを記録するダウンホールプロセッサ５１０、波形圧縮チップ５２０、マルチプレクサ５３０が示されている。波形圧縮チップ５２０は、代替的にプロセッサの一部とすることができる。また、マルチプレクサ５３０およびテレメトリケーブル５４５と接続されたダウンホール送信器５４０も示されている。ここで図７を説明すれば、地上には、アップホール受信器５５０、デマルチプレクサ５６０、ツール情報をデータログ５９５のためにアップホールプロセッサ５９０に搬送する伝送線５６４、ゲインおよび開始時刻情報をアップホールプロセッサ５９０に搬送する伝送線５７０、および波形圧縮解除チップ５８０が存在する。圧縮解除チップ５８０にはアップホールプロセッサ５９０が接続されている。アップホールプロセッサ５９０は、ログ５９５に適したデータを生成する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
ここで両図６および図７を説明すれば、音響変換器２００は、金属円板の反射および残響のデータを収集する。この音響波形はＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）５００によってディジタル化されダウンホールプロセッサ５１０に送信され、ダウンホールプロセッサ５１０はディジタル化された音響信号から第１反射を検出する。ダウンホールプロセッサ５１０はその後、関連する開始時刻および遷移時間を演算する。全波形データは伝送線５４５の帯域幅容量より大きいこともあるので、好ましくはディジタル圧縮５２０が実行される。適当な圧縮は、データをなめらかに変化させるために好適に働く、ウェーブレットおよびＡＤＰＣＭ（適応微分パルスコード変調）(Adaptive Differential Code Modulation) 手法を含む。ディジタル圧縮チップ５２０からの圧縮波形はその後、マルチプレクサ５３０において他のツール情報と多重化される。ダウンホール送信器５４０はこの多重化データを地上に送る。データを地上に送ることによって、より高速で高性能な装置によって処理することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図６は本発明の一般的方法を例示する。ブロック６００において、観測された波形が処理のためにアップホールに供給される。或る実施形態では、波形をスタックすることが望ましい場合もある（ブロック６１０）。波形の遷移時間（Ｔｔｒａｎ）が、時間窓ＴｏｆｆおよびＴｗｉｎとともに、ブロック６２０で得られる。遷移時間の定義は、図４に関連して上述されており、プロセッサ５１０の第１反射検出器部分によって容易に測定され得る。次いでＴｏｆｆおよびＴｗｉｎが、信頼できる残響情報を含んでいる時間窓Ｔｗｉｎを得るように選定される。初期反射の受信の時間から測定されるＴｏｆｆは、初期反射を包含する時間窓である。そのため、その持続時間は、音響変換器２００によって送信された音響インパルスの持続時間および掘削流体特性に依存する。Ｔｏｆｆはまた、好ましくは、音響変換器の実際の欠点のために導入される誤差（変換器の「リンギング」）も見込んでおり、従ってＴｏｆｆは、理論的に選定した場合よりも若干長いこともある。それでもやはり、Ｔｏｆｆは約１５マイクロ秒である。ＴｗｉｎはＴｏｆｆに対置され、Ｔｗｉｎは第１反射によって汚染されていない残響情報を含んでいるので、関連のある時間窓である。Ｔｗｉｎの持続時間は、ツール１０において生起するノイズおよび残響が、受信された円板残響波形を信頼できないものにさせないように、十分に短くなければならない。それでもやはり、十分なデータを含んでいる信頼できる波の列が得られるように、Ｔｗｉｎは好ましくは少なくとも４つの残響を含む。従って、Ｔｗｉｎは約１２．８マイクロ秒である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
ツール較正は次のようにして行い得る。最初に、Ｔｏｆｆによって定義された反射波形がＤＦＴ（離散フーリエ変換）を用いて周波数ドメインに変換される。図８に戻って、Ｔｏｆｆにより定義されるような第１反射部分２６０に適用される適切なモデリングにより、Ｔｗｉｎに含まれる残響波形がどのように見えるはずであるかの理論的予測が与えられる。これを行うために、ブロック６３０において、第１反射信号は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によってその周波数ドメイン均等値に変換される。これはＳ（ω）を生じる。モデリングが周波数ドメインにおいて行われるので、振幅および位相の誤差は排除される。この誤差の排除は数学的処理を簡素化する（それゆえ、より高速な処理が得られる）。