(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表処理装置と検層ケーブルを介して結合されており、且つ互いに離隔されている少なくとも１個の音波発生器と少なくとも１個の受信器とを具備すると共に、前記発生器及び受信器と動作結合されており且つ前記地表処理装置と前記検層ケーブルを介して動作結合されているダウンホール処理装置を具備するダウンホールツールを使用する音波検層方法において、
（１）前記ダウンホールツールを地中に穿設したボアホール内に昇降自在に配置させ、
（２）前記ダウンホールツールの音波発生器から音波を発生させ且つ前記発生された音波を前記受信器で受信し、
（３）前記受信器からの検知信号を前記ダウンホール処理装置で処理して前記音波の前記受信器への到達時間を決定し、
（４）前記決定した到達時間を前記検層ケーブルを介して前記地表処理装置へ送信する、
上記各ステップを有することを特徴とする音波検層方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ダウンホール処理装置が前記音波の振幅も決定し、前記到達時間と共に前記検層ケーブルを介して前記地表処理装置へ送信することを特徴とする音波検層方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記ダウンホール処理装置が、前記検知信号を一定のサンプリング間隔でサンプリングし且つアナログ・デジタル変換器によってデジタル波形へ変換し、前記デジタル波形をメモリ内に格納させ、前記メモリに格納されたデジタル波形を所定のプログラムに従ってプロセサで処理して前記到達時間を決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項４】
請求項３において、前記デジタル波形を処理する場合に、到達時間検知期間を設定し、前記デジタル波形が前記到達時間検知期間において最初に予め選択されているスレッシュホールドレベルを越える点を決定することにより前記到達時間を決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項５】
請求項４において、前記到達時間検知期間の前にオフセット検知期間を設定し、前記オフセット検知期間中に前記デジタル波形のベースラインにおけるＤＣオフセットを検知し、検知したＤＣオフセットに基づいて前記デジタル波形のゼロレベルを決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項６】
請求項３又は４において、前記到達時間検知期間の前にノイズ検知期間を設定し、前記ノイズ検知期間中に前記デジタル波形のベースラインにおけるノイズを検知し、検知したノイズに基づいて前記決定された到達時間の良否を判定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項７】
請求項４において、前記到達時間の決定に続いて、前記決定された到達時間に続く前記デジタル波形における波の最大振幅を決定し、前記決定された最大振幅の所定の割合となるように前記スレッシュホールドレベルを調節することを特徴とする音波検層方法。
【請求項８】
請求項７において、前記調節されたスレッシュホールドを使用して再度前記デジタル波形を処理して前記調節されたスレッシュホールドを最初に越える点を決定することにより前記デジタル波形に基づいて前記到達時間を決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項９】
請求項４において、前記スレッシュホールドを越える点を決定する場合に、先ず最初に、前記サンプリング間隔で採取したサンプル点の内で前記スレッシュホールドを越えた最初のサンプル点を決定し、次いで、前記最初のサンプル点とその前のサンプル点との間において少なくとも１回内挿を行ったサンプリング間隔よりも小さな時間間隔で前記スレッシュホールドレベルを越える点を前記到達時間として決定することを特徴とする音波検層方法。
【請求項１０】
音波検層用のダウンホールツールにおいて、
ダウンホール外部へ音波を発信させることの可能な少なくとも１個の音波発信器、
地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信することの可能な少なくとも１個の受信器、
前記音波の発信及び受信を制御する制御装置、
を有しており、
前記制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサンプリング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル変換器と、前記デジタル化されたデジタル波形を処理する処理手段と、有しており、前記処理手段は前記デジタル波形を処理して前記発信器から発信された音波の前記受信器への到達時間を決定することを特徴とするダウンホールツール。
【請求項１１】
請求項１０において、前記処理手段が、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第１メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を処理する所定のプログラムを格納した第２メモリと、前記第２メモリ内に格納されているプログラムを実行することの可能なマイクロプロセサとを有することを特徴とするダウンホールツール。
【請求項１２】
請求項１０において、前記処理手段が前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を所定の論理に従って処理する論理回路を有することを特徴とするダウンホールツール。
【請求項１３】
音波検層システムにおいて、
地表処置装置、
前記地表処理装置と検層ケーブルを介して接続されており地中に穿設したボアホール内を昇降自在に移動可能なダウンホールツール、を有しており、
前記ダウンホールツールが、ダウンホール外部へ音波を発信させることの可能な少なくとも１個の音波発信器と、地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信することの可能な少なくとも１個の受信器と、前記音波の発信及び受信を制御する制御装置と、を有しており、前記制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサンプリング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル変換器と、前記デジタル化されたデジタル波形を処理する処理手段と、有しており、前記処理手段は前記デジタル波形を処理して前記発信器から発信された音波の前記受信器への到達時間を決定することを特徴とする音波検層システム。
【請求項１４】
請求項１３において、前記処理手段が、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第１メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を処理する所定のプログラムを格納した第２メモリと、前記第２メモリ内に格納されているプログラムを実行することの可能なマイクロプロセサとを有することを特徴とする音波検層システム。
【請求項１５】
請求項１３において、前記処理手段が前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を所定の論理に従って処理する論理回路を有することを特徴とする音波検層システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中の物理的性質を計測する検層技術に関するものであって、更に詳細には、音波を使用して検層を行う方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油又は天然ガスなどの地下資源を探査するために、地中にボアホール又は抗井と呼ばれる穿孔を穿設し、そのボアホール内にダウンホールツール又はゾンデと呼ばれる測定器を昇降自在に配置させ、ダウンホールツールと検層ケーブルを介して接続された地表処理装置によってダウンホールツールからの測定信号を処理する検層技術が従来使用されている。そして、ダウンホールツールに音波発信器と受信器とを設け、地中を伝播する音波の速度を求めて検層を行う音波検層も従来公知である。例えば、Ｊａｙ  Ｔｉｔｔａｍａｎ著「地球物理検層（Geophysical Well Logging）」、アカデミックプレス、インコーポレイテッド、及び「図解  物理探査」、１９８９、物理探査学会、の文献を参照すると良い。
【０００３】
音波検層においては、従来、音波発信器からパルス状の音波を地中へ発信し、受信器においてアナログ波形として地中を伝播してきた音波を検知し、その検知したアナログ波形を検層ケーブルを介して地表処理装置へ送り、地表処理装置がこのアナログ波形を処理して音波の受信器への到達時間を決定していた。しかしながら、アナログ波形を長い検層ケーブルを介して伝送する上でのデータの信頼性から、最近では、ダウンホールツールにおいて、受信器で採取したアナログ信号をデジタル化してデジタル波形とし、このデジタル波形を検層ケーブルを介して地表処理装置へ送り地表処理装置において処理を行うことが提案されている（例えば、Ａ．Ｒ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ、Ｃ．Ｊ．Ｒａｎｄａｌｌ、Ｊ．Ｂ．Ａｒｏｎ、Ｃ．Ｆ．Ｍｏｒｒｉｓ、Ａ．Ｈ．Ｗｉｇｎａｌｌ、Ｒ．Ａ．Ｄｗｏｒａｋ、Ｌ．Ｌ．Ｒｕｔｌｅｄｇｅ、Ｊ．Ｌ．Ｐｅｒｋｉｎｓ共著「圧縮及び剪断速度及びそれらの岩石の機械的特性および地表地震データとの関係の決定のためのボアホール単極及び双極源からの音波波形の採取及び解析（Acquisition and Analysis of Sonic Waveforms From a Borehole Monopole and Dipole Source for the Determination of Compressional and Shear Speeds and Their Relation to Rock Mechanical Properties and Surface Seismic Data）」、ＳＰＥ２０５５７、１９９０、９月２３−２６日、ニューオーリンズ、ＳＰＥ６５回年次技術会議及びエギジビショ参照）。しかしながら、上記ＳＰＥ２０５５７の文献においては、その図３．４に示されるように、単に、受信器で採取した検知信号をアナログ・デジタル変換器でデジタル波形とすると共にスレッシュホールドを越える全ての点を求め、それらのデータ全てを地表処理装置へテレメトリー送信して、地表処理装置においてデータ解析を行うものである。従って、膨大な量のデジタルデータを地表へ送ることが必要となりテレメトリー送信において大きな帯域が必要とされ、且つ音波検層の解析において必ずしも必要のないデータまで送信しているので作業効率が悪いという問題を有している。更に、大量のデジタルデータを長い検層ケーブルを介して伝送するので、途中でエラーが発生する可能性があるという問題も存在している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の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、検層ケーブルを介して地表処理装置へ伝送すべきデジタルデータの量を最小とすることを可能とした音波検層方法及びシステムを提供することを目的とする。更に、本発明の別の目的とするところは、検層ケーブルを介してのテレメトリ通信の帯域幅を減少させ且つ低コストとすることを可能とした音波検層方法及びシステムを提供することを目的とする。本発明の更に別の目的とするところは、エラーの発生の可能性を最小とし信頼性を向上させた音波検層方法及びシステム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】
本発明の１側面によれば、地表処理装置と検層ケーブルを介して結合されており、且つ互いに離隔されている少なくとも１個の音波発生器と少なくとも１個の受信器とを具備すると共に、前記発生器及び受信器と動作結合されており且つ前記地表処理装置と前記検層ケーブルを介して動作結合されているダウンホール処理装置を具備するダウンホールツールを使用する音波検層方法において、
（１）前記ダウンホールツールを地中に穿設したボアホール内に昇降自在に配置させ、
（２）前記ダウンホールツールの音波発生器から音波を発生させ且つ前記発生された音波を前記受信器で受信し、
（３）前記受信器からの検知信号を前記ダウンホール処理装置で処理して前記音波の前記受信器への到達時間を決定し、
（４）前記決定した到達時間を前記検層ケーブルを介して前記地表処理装置へ送信する、
上記各ステップを有することを特徴とする音波検層方法が提供される。
【０００６】
本発明の別の側面によれば、音波検層用のダウンホールツールにおいて、
ダウンホール外部へ音波を発信させることの可能な少なくとも１個の音波発信器、
地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信することの可能な少なくとも１個の受信器、
前記音波の発信及び受信を制御する制御装置、
を有しており、
前記制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサンプリング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル変換器と、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第１メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を処理する処理手段と、有しており、前記処理手段は前記第１メモリ内に格納されているデジタル波形を処理して前記発信器から発信された音波の前記受信器への到達時間を決定することを特徴とするダウンホールツールが提供される。
【０００７】
本発明の更に別の側面によれば、音波検層システムにおいて、
地表処置装置、
前記地表処理装置と検層ケーブルを介して接続されており地中に穿設したボアホール内を昇降自在に移動可能なダウンホールツール、を有しており、
前記ダウンホールツールが、ダウンホール外部へ音波を発信させることの可能な少なくとも１個の音波発信器と、地層又はケーシングを伝搬した後に前記音波を受信することの可能な少なくとも１個の受信器と、前記音波の発信及び受信を制御する制御装置と、を有しており、前記制御装置が、前記受信器からの検知信号を所定のサンプリング間隔でデジタル化させるアナログ・デジタル変換器と、前記デジタル化されたデジタル波形を格納する第１メモリと、前記第１メモリ内に格納されたデジタル波形を処理する処理手段と、有しており、前記処理手段は前記第１メモリ内に格納されているデジタル波形を処理して前記発信器から発信された音波の前記受信器への到達時間を決定することを特徴とする音波検層システム、が提供される。
【０００８】
音波検層においては、通常、中心周波数が１５ｋＨｚであり且つ長さが２．５ミリ秒の音波波形を取り扱っているので、１０マイクロ秒のサンプリング間隔で且つ１６ビット分解能である場合には、２５０×１６ビット＝４キロビットである。従来のデジタル音波検層においては、この量のデジタルデータを検層ケーブルを介して地表処理装置へテレメトリ通信で伝送させ、地表処理装置においてＰ（圧縮）波の到達時間及び振幅を決定するための処理を行っていた。しかしながら、音波検層において必要なものは、基本的には、Ｐ波の到達時間及び振幅のみであって、その他のデジタル波形データの全てが必要とされることはあまりない。即ち、音波検層においては、原則的には、到達時間と振幅のデータがあれば通常の処理を行うことが可能である。従って、この場合には、ダウンホールツールから地表処理装置へ長い検層ケーブルを介してテレメトリ通信によって伝送することが必要なデータは到達時間と振幅であるから、２×１６ビット＝３２ビットのみとなる。即ち、この簡単な例から理解されるように、ダウンホールツールにおいてデジタル波形の処理を行い、その結果として到達時間と振幅のみを地表処理装置へ送信することとすると、検層ケーブルを介してテレメトリ通信によって伝送すべきデータの量は１００倍以上も減少させることが可能となる。その結果、伝送効率が著しく改善されると共にエラーの発生は著しく減少され、更に、検層ケーブルは空き時間が増え、検層ケーブルを他の用途に使用することも可能となる。本発明は正にこの様な点に鑑みてなされたものである。
【０００９】
尚、本発明においては、上述した例におけるように、ダウンホールツールにおいてデジタル波形を処理して到達時間及び／又は振幅を決定し、それを検層ケーブルを介して地表処理装置へ送信することを基本とするものであるが、本発明においても、デジタル波形の選択した少なくとも一部を地表処理装置へ送信することも可能なものである。このようなデジタル波形の選択的送信は、地表処理装置においても再度処理を行ってデータの信頼性を再確認することを可能とするためである。この場合においても、従来技術におけるように、デジタル波形をそのまま地表処理装置へ送信するものではないから、本発明における送信すべきデジタルデータ量は従来技術と比較して著しく減少させることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１実施例に基づいて構成された音波検層システムを示した概略図である。図１に示したように、本音波検層システムは、地中に穿設したボアホール（抗井ともいう）４内を昇降自在なダウンホールツール（ゾンデともいう）１を有している。ダウンホールツール１は細長形状をしており、そのハウジングの外周面上には、音波発信器Ｔと、それらから垂直上方向に所定距離離隔した位置に互いに所定距離垂直方向に離隔されて一対の受信器Ｒ１及びＲ２とが設けられている。更に、ダウンホールツール１のハウジング内部には、ダウンホール処理装置８が密封して設けられている。ダウンホール処理装置８の具体的な構成の１例については、後に図３を参照して詳細に説明する。ダウンホール処理装置８は、内部配線（不図示）を介して音波発信器Ｔと受信器Ｒ１及びＲ２とに接続されており、ダウンホール処理装置８からの指示によって音波発信器Ｔからパルス状の音波が地層内へ発射される。そして、その音波はボアホール４に沿って地層内を垂直上方へ伝播し、受信器Ｒ１及びＲ２において夫々受信され、受信器Ｒ１及びＲ２からの夫々の検知信号がダウンホール処理装置８へ送られる。この様に、音波発信器Ｔからの音波が地層を伝播して受信器Ｒ１及びＲ２においての夫々の到達時間Ｔ１及びＴ２を検知し、それらの到達時間の差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２を取ることにより、一対の受信器Ｒ１及びＲ２の間の垂直距離にわたって地層中を伝達した音波の伝播時間を計算することが可能である。従って、この垂直距離と伝搬時間とから地層中を伝搬した音波の速度を計算することが可能である。そして、音波の伝播速度は地層の構造と関係しているので、地層の構造を解析することが可能である。
【００１１】
尚、図１に示したボアホール４は所謂「裸坑」であって、ボアホール４の壁は地層によって形成されている。この場合には、上述した如く、ボアホールに沿って地層内を伝播してきた音波を検知するので、主に地層の構造を解析することが可能である。一方、ボアホール４の壁面に沿って円筒状のケーシングを埋設したケーシング付きのボアホールとすることも可能である。ケーシングが設けられている場合には、音波はケーシングに沿って伝播するので、受信器に最初に到達する音波はケーシングを伝達してきたものである。この場合には、最初のＰ波の振幅を測定することによって、ケーシングと地層とのセメンチング、即ち膠着度や、ケーシングのセグメント間の接続状態等を評価することが可能である。音波検層においては、特に、ダウンホールツール１がボアホール４の中心に位置させることが所望されるので、図１に示した実施例においては、ダウンホールツール１の上下の適宜の箇所にセンタリング部材１ａ，１ａが設けられている。尚、ダウンホールツール１をボアホール４内を昇降動作させる場合には、センタリング部材１ａを退避位置に退避させることが可能であることが望ましい。
【００１２】
ダウンホールツール１の頂部は検層ケーブル２に接続しており、検層ケーブル２によって懸架された状態となっている。尚、検層ケーブル２は、ダウンホールツール１を機械的に懸架状態に保持するのみならず、ダウンホール処理装置８へ及びそれからの信号を電気的又は光学的に伝送することが可能であるように伝送線（不図示）を包含している。検層ケーブル２は、地表５上に載置されているドラム６に巻着されており、その中心軸において延長検層ケーブル２’へ接続されている。そして、延長検層ケーブル２’は地表５上に載置されている地表処理装置３に接続されている。地表処理装置３は、典型的に、コンピュータシステムから構成される。
【００１３】
図２は、本発明の別の実施例に基づいて構成された幾つかのダウンホールツールの音波発信器及び受信器の配置例を示している。即ち、図１の実施例においては、１個の音波発信器Ｔと２個の受信機Ｒ１及びＲ２とを有するものであったが、図２（１）のダウンホールツール１’においては、一対の音波発信器ＵＴ及びＬＴと、一対の受信器Ｒ１及びＲ２とが設けられている。この場合には、上側音波発信器ＵＴから発信された音波は一対の受信器Ｒ１及びＲ２において到達時間ＴＴ１及びＴＴ２において夫々到達し、一方下側音波発信器ＬＴから発信された音波は一対の受信器Ｒ１及びＲ２において到達時間ＴＴ３及びＴＴ４において夫々到達する。一方、図２（２）のダウンホールツール１”においては、一対の音波発信器ＵＴとＬＴとの間に２対の受信器Ｒ１とＲ３及びＲ２とＲ４を配設しており、上側音波発信器ＵＴからの音波は、一対の受信器Ｒ２及びＲ４において夫々到達時間ＴＴ２及びＴＴ１で到達し、下側音波発信器ＬＴからの音波は、別の対の受信器Ｒ１及びＲ３において夫々到達時間ＴＴ３及びＴＴ４において到達する。この様に、同一の地層位置において別々の音波発信器からの音波を検知する構成とすることにより、データの信頼性を向上させることが可能であると共に、地層の細かい解析を行うことが可能となる。
【００１４】
図３は、ダウンホールツール１内のダウンホール処理装置８の１実施例の詳細な構成を示したブロック図である。図３において、ダウンホール処理装置８は、下部コネクタ１０を有しており、この下部コネクタ１０はダウンホールツール１の音波発信器Ｔ及び受信器Ｒ１及びＲ２に電気的に接続される。図１の実施例においては、ダウンホールツール１は２個の受信器Ｒ１及びＲ２を有しているので、これらが下部コネクタ１０へ接続され、プレアンプ部１１における夫々の対応するプレアンプ、即ち前置増幅器１１ａに接続される。更に、音波発信器Ｔもこの下部コネクタ１０へ接続され、音波発信器Ｔを励起させて音波を発射されるための発射制御信号が音波発信器Ｔへ供給される共に、電源部１４内の高電圧電源１４ｂから音波発射用の高電圧が音波発信器Ｔへ供給される。更に、音波発射時刻Ｔ0の検知信号が音波発信器Ｔから供給される。プレアンプ部１１内には、更に、信号レベル変換器１１ｂが夫々のプレアンプ１１ａと接続して設けられている。この信号レベル変換器１１ｂはダウンホールツール１が２チャンネルである場合に、ゲイン調整として使用することが可能である。
【００１５】
プレアンプ部１１はアクジション、即ちデータ採取部１２とバス接続されており、データ採取部１２は、各々がマルチプレクサ１２ａと、増幅器（アンチエイリアシングフィルタ内蔵）１２ｂと、アナログ・デジタル変換器１２ｃとからなる２つの並列経路を有している。次いで、データ採取部１２は、制御部１３へバス接続されている。制御部１３は、デジタルシグナルプロセサ（ＤＳＰ）１３ａと、デジタルコントロールインターフェース１３ｂと、テレメトリインターフェース１３ｃと、プログラムメモリ１３ｄと、データメモリ１３ｅとを有しており、これらはＤＳＰ１３ａを中心に互いにバス接続されている。本実施例においては、ＤＳＰ１３ａとして、特に、アナログデバイシーズインコーポレイテッドから市販されているＡＤＳＰ−２１０１を使用したが、本発明はこのような特定のプロセサの使用に制限されるべきものではなく、その他の汎用のマイクロプロセサや、マイクロコントローラ等を使用することが可能であることは勿論である。プログラムメモリ１３ｄは、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の１個又はそれ以上の通常の不揮発性メモリから構成することが可能である。特に注意すべきことであるが、このプログラムメモリ１３ｄ内には、後に詳述する本発明の種々の独特の音波検層機能を実現するための音波検層ルーチン（例えば、デジタルファーストアライバルデテクション即ち初到達検知（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｆｉｒｓｔ  Ａｒｒｉｖａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）、ＤＦＡＤと略称）が格納されているということである。即ち、アナログ・デジタル変換器１２ｃによって、受信器Ｒ１及びＲ２からの検知信号がデジタル化されて、データメモリ１３ｅ内にデジタル波形として格納され、そのデジタル波形に対して、ＤＳＰ１３ａがプログラムメモリ１３ｄ内に格納されている音波検層プログラムに従ってデータメモリ１３ｅ内に格納されているデジタル波形を処理し、最初のＰ波の到達時間及び振幅等を決定することが可能である。尚、データメモリ１３ｅは、ＲＡＭから構成されており、作業用のデータを格納するために使用される。又、デジタルコントロールインターフェース１３ｂは、特にタイミングを司るものであり、プレアンプ部１１、データ採取部１２、及び音波発信器Ｔ等の動作タイミングを制御する。更に、注意すべきことであるが、本発明の別の実施形態としては、マイクロプロセサを使用する代わりに、プロセサ１３ａ及びプログラムメモリ１３ｄを論理ゲート等のファームウエア構成とすることも可能である。
【００１６】
制御部１３は、バスを介して上部コネクタ１５へ接続されており、上部コネクタ１５は、検層ケーブル２の一端に接続されているテレメトリカートリッジ（不図示）へ接続されている。従って、ＤＳＰ１３ａは、検層ケーブル２を介してテレメトリ通信によってデータを地表処理装置３へ送信したり又は地表処理装置３からデータを受信したりすることが可能である。更に、電源部１４内には低電圧電源１４ａが設けられており、プレアンプ部１１、データ採取部１２、及び制御部１３へ夫々電源電圧を供給している。
【００１７】
次に、図４乃至１１を参照して、本発明の独特のダウンホール音波検層機能及び方法について詳細に説明する。図４は、図３に示したプログラムメモリ１３ｄ内に格納されている本発明の音波検層プログラムの内のダウンホールにおいて到達時間及び振幅を決定するためのＤＦＡＤ（デジタル初到達検知）プログラムのフローチャートを示している。図４に示したＤＦＡＤルーチンは、本発明の音波検層における一部のルーチンであるに過ぎないことに注意すべきである。即ち、本発明のダウンホール音波検層シーケンスは、基本的に以下の４つのルーチンからなるシーケンスを有している。
【００１８】
（１）音波発信器の起動ルーチン
（２）データ採取及びデジタル化ルーチン
（３）ＤＦＡＤルーチン
（４）ＤＦＡＤ結果を地表処理装置へテレメトリ送信
即ち、本発明のダウンホール音波検層シーケンスでは、先ず、ルーチン（１）において、プログラムメモリ１３ｄ内に格納されている音波検層プログラムに従って、ＤＳＰ１３ａが音波発信器Ｔへ音波を発信すべきコマンドを与える。次いで、ルーチン（２）において、ＤＳＰ１３ａは、音波発射時刻Ｔ0を検知し、受信器Ｒ１及びＲ２からの検知信号を一定のサンプリング間隔（例えば、１０マイクロ秒）で取り込み、アナログ・デジタル変換器１２ｃによってデジタル化させる。その結果得られるデジタル波形をデータメモリ１３ｅ内に格納する。尚、これらのルーチン（１）及び（２）においてもＤＦＡＤルーチンが随時コールされてＤＦＡＤ内に格納されているデータを使用する。次いで、ＤＦＡＤルーチン（図４）のフローへ入り、データメモリ１３ｅ内に格納されているデジタル波形について処理が行われ、デジタル波形における最初のＰ波に関しての到達時間及び／又は振幅の決定が行われる。そして、ルーチン（４）に入り、決定された到達時間及び／又は振幅をテレメトリフレーム内に配置される。そして、このテレメトリフレームをテレメトリインターフェース１３ｃを介して地表処理装置３へ送信するか、又はテレメトリフレームが満杯とまるまで待機状態とされる。以上のダウンホール音波検層シーケンスは、ダウンホールツール１をボアホール４の深さ方向に適宜移動させながら異なる深さにおいて順次音波検層動作を繰り返し行いボアホール４の長手方向に沿ってのログ、即ち柱状図を得る。
【００１９】
次に、図４のフローチャートに沿って、ＤＦＡＤルーチンにおいてデジタル波形から最初のＰ波の到達時間及び振幅を決定する個々のルーチンについて詳細に説明する。
【００２０】
上述した如く、音波を発射した後に、一定のゲインで且つ一定のサンプリング間隔（例えば１０マイクロ秒）で採取し且つデジタル化されたデジタル波形（例えば、各サンプルは１６ビット符号付き整数値）をデータメモリ１３ｅ内に格納すると、ＤＳＰ１３ａは、図４のステップ２０において、プログラムメモリ１３ｄ内に格納されているＤＦＡＤルーチンを呼び出す。
【００２１】
尚、図４のフローチャートには示されていないが、本実施例においては、ＤＦＡＤのスタート時において、先ず、ボアホール４の種類に応じてデジタル波形を反転させるか否かを判断する。即ち、前述したように、ボアホール４は、図１に示したような裸抗、即ちケーシングがないオープン型のものと、ボアホール４の壁面を円筒状のケーシングで被覆した被覆型の２種類があり、ボアホール４がいずれのタイプであるかによって、検知信号の波形パターンが異なり且つその処理も異なる。開放型ボアホールの場合には、主に、夫々の受信器で受信したボアホールに沿って地層を伝播してきた最初のＰ波の到達時間を測定し、それらの到達時間を元に地層内での音波の伝播速度又はその逆数でありスローネスを計算する。音波の伝播速度及びスローネス等のパラメータは地層の構造に関係しており、これらのパラメータをボアホールの長手軸方向にマップすることにより地層構造（例えば、石油の存在等）を解析することが可能である。一方、ケーシング型ボアホールの場合には、主に、ケーシングを伝播してきた最初のＰ波の振幅を測定し、その振幅の大きさからケーシングと地層との間の結合強度（ボンドインデックス）又は膠着度（セメンチング）を評価する。即ち、ケーシングと周囲の地層との結合強度が高ければ、それだけ音波エネルギは周囲の地層へ逃げることとなるので、受信器Ｒにおいて検知される音波の最初のＰ波の振幅は小さくなる。
【００２２】
ところで、図５（ａ）に示したように、開放型ボアホールの検層においては、Ｐ波の１番目のピークＥ１ではなく２番目のピークＥ２を使用して到達時間Ｔを決定することが行われているので、検知されたデジタル波形は極性が反転されている。尚、図５において、デジタル波形は実際には、サンプリング間隔毎の個別的に離散したデータ値を有するものであるが、説明の便宜上、滑らかな連続的な曲線として示してある。又、Ｔ0は音波発射時刻である。一方、図５（ｂ）に示したように、ケーシング型ボアホールにおいては、１番目のピークＥ１を使用して振幅Ａを測定することが行われているので、この場合にはデジタル波形の極性は反転されていない。ところで、２番目のピークＥ２は１番目のピークＥ１と反対の極性を有しているので、開放型ボアホールとケーシング型ボアホールの両方に本ＤＦＡＤルーチンを使用する場合には、２番目のピークＥ２を使用して到達時間Ｔを決定する場合にデジタル波形のデータの極性を反転させることが必要となる。そして、この様に、デジタル波形のデータの極性を反転させてＤＦＡＤルーチンにより処理を行った場合には、ＤＦＡＤルーチン処理後に再度デジタル波形のデータを反転させて元の状態に復帰させることが必要である。尚、本実施例においては、開放型ボアホールの検層において第２ピークＥ２を使用して到達時間Ｔを決定することとしたので、デジタル波形の極性反転を行うことが必要であるが、開放型ボアホールにおいても第１ピークＥ１を使用して到達時間Ｔを決定することとした場合には、デジタル波形の極性反転を行うことは必要ではないことは勿論である。
【００２３】
次に、図４のステップ２１に示されるように、ＤＣオフセット測定が行われる。このステップは、波形のベースラインのゼロレベル、即ち検知器Ｒに未だ音波が到達していない状態における検知レベルを設定するためのものである。本発明においては、ダウンホールツール１内において検知信号をアナログ・デジタル変換器１２ｃによってデジタル化させてデジタル波形を得ているが、このデジタル波形のベースラインはアナログ・デジタル変換器１２ｃの出力におけるゼロレベルと必ずしも正確に一致するものではない。特に、本実施例においては、アナログ・デジタル変換器１２ｃとして１６ビットＡＤＣを使用しているが、その場合には特にこの様な差異が顕著である。従って、アナログ・デジタル変換器１２ｃの出力におけるゼロレベルとデジタル波形のベースラインにおけるゼロレベルとの差異を考慮に入れるためにはそれらの差異をＤＣオフセットとして測定しておくことが必要である。ＤＣオフセット測定期間ＴOFFは図７（ａ）に示したように、デジタル波形のベースライン部分における任意の部分に設定することが可能であるが、到達時間検知期間のスタート前に設定されねばならない。図７（ａ）に示した例においては、ＤＣオフセット測定期間ＴOFFが１００マイクロ秒に設定されており、サンプリング間隔は１０マイクロ秒であるから、１１個のサンプリングされたデータ点が示されており、これらのデータ点の平均を算出することによってＤＣオフセットが決定される。尚、この様にして得られたＤＣオフセットは、後述するように、到達時間Ｔｔを決定する場合に使用するスレッシュホールドの位置を調節するために使用されると共に、ピークの振幅測定値を補正するためにも使用される。
【００２４】
次に、図４のステップ２２においてノイズ測定が行われる。このノイズ測定では、到達時間検知期間のスタートまでのデジタル波形のベースラインにおいての最大の正のノイズピークの振幅を決定する。この様にして決定された最大ノイズ振幅は、後に決定される最初のＰ波の振幅のノイズレベルを設定するために使用され、決定されたＰ波の振幅の評価に使用される。尚、好適には、例えば、中間ノイズスレッシュホールド及び高ノイズスレッシュホールドを設定しておき、決定された最大ノイズ振幅が低ノイズレベルであるか、中間ノイズレベルであるか、又は高ノイズレベルであるかに種類分けし、ルーチンの最後の評価ステップ３０においてこのルーチンによって得られた結果の評価を行うために使用すると良い。ノイズ測定は、図７（ｂ）に示した実施例においては、ノイズ検知期間ＴNOISEが到達時間検知期間のスタート時に終了するように設定されており、１０マイクロ秒でのサンプリング点が１１個存在しているので、１００マイクロ秒に設定されている。そして、ノイズ測定においては、このノイズ検知期間における最大の正のピークＮＬＰを決定する。尚、この場合に、ノイズのピークは、前後の隣接するサンプル点の振幅が両方とも小さいもので且つ最大の正の振幅を見つけだすことによって決定される。尚、ノイズ検知期間は、到達時間検知期間のスタート前であれば、種々の条件に応じて、任意のベースライン位置において任意の期間に設定することが可能である。
【００２５】
次に、図４のステップ２３において自動利得（ゲイン）制御ルーチンが行われる。自動利得制御ルーチンでは、例えば、図５（ａ）に示したように、最初のＰ波の到達時間Ｔｔの検知を行う場合に、最初のＰ波の正のピークＥ２へ向かう場合に所定のスレッシュホールドを交差した点を見つけ出し、音波発射時刻Ｔ0からそのスレッシュホールドの交差点までの時間をもって到達時間としている。この様に、デジタル波形のベースライン、即ちゼロレベルにおけるゼロクロスではなく、別途選択したスレッシュホールドを交差する点をもって到達時間を決める理由は、前述したように、デジタル波形のベースラインにはノイズが存在しており且つＤＣオフセットも存在しているので、デジタル波形のベースラインのゼロクロスを使用するとするとエラーが発生する可能性があるからである。従って、検知されたノイズやＤＣオフセットを考慮して、スレッシュホールドレベルを決定し、このスレッシュホールドとの交差点を検知することによって到達時間Ｔｔを決定することとしている。即ち、この様なスレッシュホールドは、最初のＰ波のピークＥ２の振幅に対する所定の割合として決定している。この様に、到達時間Ｔｔを決定する場合に使用するスレッシュホールドレベルをピークＥ２の所定の割合として定義することとすると、次のデジタル波形のピークＥ２の振幅値が前のデジタル波形のピークＥ２の振幅値と異なる場合には、次のデジタル波形に対して到達時間Ｔｔを決定する場合に前のデジタル波形のピークＥ２に対して使用したスレッシュホールドレベルを調節することが必要となる。自動利得制御は、このために検知処理に使用される検知利得を決定し、その検知利得を使用して夫々のデジタル波形に対するスレッシュホールドレベルの調節を行い、常にピークＥ２にたいして一定の割合で決定されたスレッシュホールドレベルにより到達時間Ｔｔを決定することを確保するものである。
【００２６】
以上の点を図６（ａ）及び（ｂ）を参照して更に詳細に説明する。図６（ａ）は従来のアナログ音波検層におけるスレッシュホールドレベルを使用して到達時間Ｔｔを決定する状態を示している。この場合には、ダウンホールツールにおいて音波を検知するとその検知信号は地表処理装置へテレメトリ通信により送信され地表処理装置において到達時間の決定を行うものであり、図６（ａ）に示されている波形は連続的なアナログ波形である。尚、Ｔｄは今回の到達時間検知のための検知開始時刻であり且つＴｐは前回の到達時間検知処理によって決定された到達時間である。ＴｐからＴｄへ向かった矢印が示されているのは、前回の処理によって決定された到達時間Ｔｐを基礎にして予め選択されているか又は所定の処理を行うことによって決定された時間分だけ前に今回の検知期間の開始時刻Ｔｄを設定することを示している。そして、Ｔｔは今回の処理によって決定された到達時間である。
【００２７】
図６（ａ）においては、アナログ検知システムにおける可変利得制御によってピークＥ２に対して振幅を５，０００ｍＶに維持するように利得制御が行われる場合を示している。そして、高スレッシュホールド１，０００ｍＶと低スレッシュホールド２５０ｍＶの二つのスレッシュホールドが設定されていることが示されている。従って、次の波形のピークＥ２が前の波形のピークＥ２と振幅値が異なる場合であっても、一度設定されたスレッシュホールドレベルは変化せず、従って検知される到達時間及びピークＥ２の振幅値は異なる値である。
【００２８】
一方、図６（ｂ）は、本発明の１実施例に基づく検知原理を示している。図６（ｂ）においては、説明の便宜上、検知信号を連続的な線で示してあるが、それはデジタル波形であるから、この線は実際には離散的なサンプル点の集合であることに注意すべきである。図６（ｂ）において、ＡｄはピークＥ２の所望のピーク振幅であり、ＨＴは高スレッシュホールド、ＬＴは低スレッシュホールドである。尚、所望のピーク振幅Ａｄは、自動利得制御がピークであることを望む振幅であって、次の検知に対する検知利得は、現在の検知利得と、前のＡｄ及び前の振幅の比とに基づいて調節される。その他のパラメータは図６（ａ）におけるものと同一の意味を有している。本発明においては、ダウンホールツール内において処理を行うものであるからオペレータが増幅器の利得を制御することは不可能である。更に、ダウンホール処理装置８においては、一定の利得でデジタル波形を採取している。従って、この場合には、スレッシュホールドレベルを一定のレベルに固定すると夫々の波形のピークＥ２の振幅Ａｄに対しての割合が変化することとなる。そこで、夫々のデジタル波形に対してピークＥ２に対するスレッシュホールドＨＴ及びＬＴのレベルを一定の割合に維持するために、検知されたＥ２の振幅に基づいて夫々のデジタル波形に対して検知利得を算出する。そして、その様にして算出された検知利得に基づいて当該波形に対してのスレッシュホールドレベルＨＴ及びＬＴを設定する。
【００２９】
この様に、検知利得を決定する理由は、先ずデジタル波形を処理する場合は、その前のデジタル波形について決定されたか又は最初の処理の場合にはユーザが選択した検知利得を使用して到達時間及びピークＥ２の振幅値の決定を行い、次いで、これらの値に基づいて検知利得を当該波形用に修正する。そして、この様にして修正された検知利得を使用して再度当該波形を処理して、リファインされた到達時間及びピークＥ２の振幅値の決定を行う。この様な２回の繰り返しプロセスを行うことによって当該波形の検知利得に基づいた到達時間及びピークＥ２の振幅値を決定することが可能となる。以上説明したように、上述した実施例においては、スレッシュホールドＨＴ及びＬＴを夫々の波形についてピークＥ２の所定の割合として決定するために、その波形についての検知利得を決定することが必要であり、そのために自動利得制御ルーチンにおいては、デジタル波形を処理してその波形の検知利得を決定するものである。尚、好適実施例においては、自動利得制御ルーチンにおいて、使用条件に応じて最大検知利得と最小検知利得とを設定しておき、算出された検知利得がこの利得範囲内に入る場合にのみ有効な検知利得であることを判定している。
【００３０】
次に、図４のステップ２４において、上述した如くに計算された検知利得を使用して高及び低スレッシュホールドＨＴ及びＬＴを包含する種々のスレッシュホールドレベルが計算される。例えば、１実施例においては、（１）所望の振幅（１００％）、（２）低スレッシュホールド（５％）、（３）高スレッシュホールド（２０％）、（４）中間ノイズスレッシュホールド（４％）、（５）高ノイズスレッシュホールド（４０％）が計算される。
【００３１】
次に、図４のステップ２５において、デジタル波形において到達時間Ｔｔの検知を行うための到達時間検知期間が設定される。到達時間検知期間は、デジタル波形の内でどの部分を到達時間Ｔｔの検知のために使用するかを定めるものである。この様な検知期間は夫々の波形に対して可変的に設定することも又固定的に設定することも可能である。到達時間Ｔｔの検知処理を迅速に且つ効率的に実施するためには、到達時間Ｔｔの存在しそうな箇所、即ちスレッシュホールドとの交差点近傍のすぐ直前から検知期間が開始するように設定することが望ましい。例えば、前のデジタル波形の処理結果を基に、今回の次のデジタル波形の処理に対する検知期間を設定するが、今回のデジタル波形に対する到達時間は前回のデジタル波形に対する到達時間とそれほど急激に変化することはあまりないので、前回のデジタル波形に対する到達時間を基にそこから所定の時間さかのぼって検知期間のスタートを決定することが良い。特に、開放型ボアホールの場合には、地層内を伝播する音波を検知するものであるから、検知期間を夫々のデジタル波形に対して可変的に設定することが効果的である。一方、ケーシング型ボアホールの場合には、与えられたケーシング寸法に対しての到達時間は一定であるから、固定した検知期間を使用することが可能である。
【００３２】
尚、図８において、Ｔｄは到達時間検知期間の開始時刻を示しており、それは前の処理において決定された到達時間Ｔｐから所定の時間遡って設定されており、且つデジタル波形が最初に高スレッシュホールドＨＴを正方向に交差した点において到達時間Ｔｔが決定され検知期間が終了していることを示している。尚、到達時間Ｔｔの決定と共に図４のステップ２９におけるピークＥ２に対する振幅測定期間が開始し、予め設定した時間Ｔａにおいて振幅測定期間が終了している。更に、図９は、デジタル波形が最初はアナログ・デジタル変換器の出力ゼロレベルＡ0にあり、最初の正のピークＥ２へ変化している状態が示されている。そして、デジタル波形が最初に低スレッシュホールドＬＴと交差した時点をＴLTとして示してあり、又最初に高スレッシュホールドＨＴと交差した時点をＴHTとして示してある。このＴHTはこの波形に対して決定された到達時間Ｔｔとなる。更に、ピークＥ２の振幅値はＡｄとして示してある。
【００３３】
次いで、図４のステップ２６〜２８の低及び高スレッシュホールド検知ルーチンが行われる。このルーチンは基本的には二つの段階に分けて考えることが可能である。即ち、（１）採取された波形データを使用しての低及び高スレッシュホールド検知と、（２）波形データの内挿（インタポレーション）による最終的な高スレッシュホールド検知である。即ち、第１段階においては、図１０（ａ）に示したように、先ず最初に、１０マイクロ秒で採取されたデジタル波形サンプル点を上述した如くに設定された検知期間においてスキャンして、低及び高スレッシュホールドＬＴ及びＨＴを正方向に交差した最初のサンプルデータを見つけだす。即ち、この場合には、サンプル点ＴLTが低スレッシュホールドＬＴを最初に正方向に交差したサンプル点であり、且つサンプル点ＴHTが高スレッシュホールドＨＴを最初に正方向に交差したサンプル点である。従って、第１段階での処理によって、サンプル点ＴHTが暫定的に到達時間Ｔｔとして決定される。何故ならば、この実施例においては、到達時間は、最初のＰ波が高スレッシュホールドＨＴと最初に正方向に交差するものとして定義されているからである。従って、到達時間を別の定義によれば、到達時間の具体的な決定方法は異なるものとなることがある。この様にして、本ルーチンの第１段階においては、サンプル点ＴHTがこのデジタル波形の到達時間Ｔｔであるとして暫定的に決定されたが、図１０（ａ）から明らかなように、サンプル点ＴHTは実際には高スレッシュホールドＨＴからかなり離れている場合がある。これは、夫々のサンプル点はデータ採取におけるサンプリング間隔である１０マイクロ秒離隔されているからである。従って、サンプリング間隔が十分に精細であるか、又はサンプリング間隔が比較的粗いものであったとしても第１段階で決定されたサンプル点ＴHTが十分な精度で高スレッシュホールドと交差したものであれば、このルーチンは第１段階のみで終了することも可能である。
【００３４】
そこで、本ルーチンにおいては、第２段階において内挿処理を行って本デジタル波形が高スレッシュホールドＨＴと交差すべき位置をより正確に推測することによって高精度で到達時間を決定することを可能としている。この第２段階は、図４におけるステップ２８へのループに対応している。本実施例においては、この内挿処理も２段階で実施している。即ち、先ず最初に、図１０（ｂ）に示したバンドリミテッド内挿（補間）を行い、次いで図１０（ｃ）に示した直線内挿（一次補間）を行っている。図１０（ｂ）に示した如く、暫定的に到達時間Ｔｔとして決定されたサンプル点ＴHTから１個前のサンプル点（この場合にはサンプル点ＴLT）からバンドリミテッド内挿を適用して、デジタル波形における１０マイクロ秒のサンプル点の間に２．５マイクロ秒の間隔で新たな内挿点を見つけだす。この場合には、デジタル波形におけるサンプリング間隔は１０マイクロ秒であるから、２個の連続するサンプリング点の間には３個の内挿点が見つけ出される。これらの内挿点と共にサンプル点に対して再度高スレッシュホールドＨＴを正方向に最初に交差する点（サンプル点か又は内挿点）を見つけだす処理を行う。この場合には、内挿点ＴHT’がその点として発見され、暫定的にリファインされた到達時間Ｔｔとされる。次いで、図１０（ｃ）に示した如く、高スレッシュホールドＨＴを交差する前後の二つの点（この場合には、サンプル点ＴLTと内挿点ＴHT’）を見つけだし、これらの二つの点に対して直線内挿を実施して、高スレッシュホールドＨＴとの交差点ＴHT”を計算し、それが最終的な到達時間Ｔｔとして決定される。以上のように、本実施例においては、内挿（補間）処理をバンドリミテッド内挿及び直線内挿の２段階で行っているが、適用条件に応じて、バンドリミテッド内挿のみ、又は直線内挿のみを実施する構成とすることも可能であることは勿論である。
【００３５】
ところで、上述したバンドリミテッド内挿、即ち帯域制限内挿とは、最初にデジタル化したサンプルよりも一層高い分解能でデジタル波形を「再サンプル」即ちサンプル間の内挿点を求める手法として公知であり、例えばＡ．Ｖ．Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍ及びＲ．Ｗ．Ｓｃｈａｆｅｒ「そのサンプルからのバンドリミテッド信号の再生（Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｂａｎｄｌｉｍｉｔｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  ｆｒｏｍ  ｉｔｓ  Ｓａｍｐｌｅｓ）」、離散時間信号処理（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｔｉｍｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、イングルウッドクリフス、ニュウージャージイ、ＵＳＡ、プレンティスホール、１９８９、の文献に記載されている。バンドリミテッド内挿では、サンプル点間において波形信号を再生させるために波形サンプル点自身を使用する。即ち、時間ｔにおける波形における与えられた点の内挿された振幅ｙ（ｔ）は以下のバンドリミテッド内挿式によって計算することが可能である。
【００３６】
【数１】
0003696318.tif 000002
【００３７】
尚、ｙi：ｉ番目波形サンプルの振幅
ｔi：ｉ番目波形サンプルの時刻
Ｔ：サンプリング間隔
ｎ：波形サンプル数
しかしながら、上のバンドリミテッド内挿式は、全ての波形サンプルを使用すること、及び波形と同じ長さのフィルタを適用することを必要とする。この様な膨大な計算量を回避するために、本発明の好適実施例においては、短いフィルタ長さを使用し、且つ内挿される点を中心としたその周りの少数の波形サンプルを使用することが可能な修正型バンドリミテッド内挿を使用している。即ち、この修正型バンドリミテッド内挿式は以下の通りである。
【００３８】
【数２】
0003696318.tif 000003
【００３９】
尚、ｉt：ｔに最も近い時間インデックス
ｆ：サンプル数においてのフィルタ長、奇数
従って、本発明の好適実施例においては、この修正型バンドリミテッド内挿式を使用して計算上の拘束条件を緩和させ処理速度を高速化させている。
【００４０】
次いで、図４のステップ２９において振幅測定処理を行う。振幅測定処理においては、最初に到着したピークの振幅Ａｐの測定を行う。この振幅測定は高スレッシュホールド検知の後に行われる。測定された振幅は自動利得制御ルーチンにおいて使用され、該ルーチンは前述したように高及び低スレッシュホールドＨＴ及びＬＴを決定する。本発明の好適実施例においては、このピーク振幅は、データ採取時のサンプリング間隔よりも精細なサンプリング間隔で内挿した波形内挿点から決定する。更に、特に、ケーシング型ボアホールの場合には、最終的な振幅決定を行う場合に、放物線で近似させる二次内挿式を使用する。
【００４１】
ピーク振幅測定期間は、到達時間検知期間が設定される場合に、検知の前に設定される。ピーク振幅測定期間は図８においてＴｄからＴａまでの期間である。ピーク振幅測定は、低及び高スレッシュホールド検知とは独立的に且つ同時的に実施することが可能であり、従って低及び高スレッシュホールド検知が行われない場合においても、ピーク振幅検知を行うことが可能である。一方、時間Ｔｔにおいて高スレッシュホールドが検知された場合には、時間Ｔａを変化させることによりピーク振幅測定期間が時間Ｔｔの後所定の時間の後に終了するように調節される。ピーク振幅測定期間内のデジタル波形サンプルをスキャンして最大のピークを探し出す。隣接する前後（図面中においては左右）の両方のサンプルの振幅がより小さい波形サンプルはピークとして抽出し、その中で最大の振幅を有するものがピーク振幅Ａｐとなる。振幅測定はＤＣオフセットＡ0に対して調節される。尚、高スレッシュホールド交差が検知された場合には、最初のＰ波に続く後続のＰ波を検知しないように終了時間Ｔａを設定することが重要である。又、高スレッシュホールド交差が検知された場合には、採取したデータサンプルのスキャニングを停止させ、データサンプル間の内挿点のスキャニングを開始させることが可能である。
【００４２】
即ち、振幅測定を行うための本発明の好適実施例によれば、図１０（ａ）に示したデジタル波形サンプルを使用した高スレッシュホールド検知及び図１０（ｂ）に示したバンドリミテッド内挿による高スレッシュホールド検知を行って内挿点ＴHT’を探し出した後に、その内挿点から２５マイクロ秒後をピーク振幅測定期間の終了時点Ｔａとして設定する。そして、ピーク振幅測定期間内における２．５マイクロ秒毎のサンプル点及び内挿点の中から最大振幅のものをピーク振幅Ａｐとして決定する。尚、高及び低スレッシュホールド検知に続いてピーク振幅検知を行う場合には、図１０（ｂ）のデータを使用してピーク振幅検知処理を行うことが可能であることは勿論である。又、特に、ケーシング型ボアホールの場合には、図１１に示したように、ピーク近傍の三つのデータを使用して放物線近似による二次補間を実施してよりリファインされた最終的なピーク振幅Ａｐを決定することが可能である。自動利得制御ルーチンに対しては、二次補間を行わない振幅測定で通常十分であるから、通常はケーシング型ボアホールの場合にのみ二次補間を使用してピーク振幅を決定する。しかしながら、自動利得制御ルーチンにおいても精度が要求される場合には、二次補間を使用してピーク振幅の決定を行うことが可能であることは勿論である。
【００４３】
次に、図４のステップ３０であるサイクルスキップリカバリロジックと呼ばれるエラーチェックルーチンについて説明する。このステップにおいては、高スレッシュホールド検知処理によって到達時間Ｔｔが決定された後に、到達時間として出力すべきか否かを決定する。このエラーチェックルーチンは、高スレッシュホールド検知処理が不正確な到達時間の値を発生したか否かを判断する。不正確な値を発生したと判断した場合には、その前の検知処理によって得られた到達時間を再度出力させる。更に、このエラーチェックルーチンは、検知処理が正しいものと思われない場合に、自動利得制御ルーチン及び検知期間制御ルーチンをオーバーライドすることが必要であるか否かを判断する。
【００４４】
本発明の好適実施例によれば、前述した如く、デジタル波形のベースラインにおけるノイズ検知において検知されたノイズを低、中間、高ノイズの３種類に類分けしている場合には、そのノイズが低ノイズであり且つ低及び高スレッシュホールド検知により検知結果が一貫性がある場合には、このエラーチェックルーチンによって検知結果が合格であることが判断される。一方、低及び高スレッシュホールド検知による検知結果に一貫性がないか、又はノイズレベルが中間又は高ノイズレベルである場合には、このエラーチェックルーチンがこの検知結果は不合格であると判断する。尚、上述した実施例においては、高スレッシュホールド検知の場合において内挿処理を行い、低スレッシュホールド検知においては内挿処理を行っていないが、通常は、低スレッシュホールド検知においては１０マイクロ秒の分解能で十分だからである。しかしながら、低スレッシュホールド検知においても高分解能が必要とされる場合には、低スレッシュホールド検知においても同様の内挿処理を行うことが可能であることは勿論である。
【００４５】
次に、図４に示した如く、エラーチェックステップ３０を終了すると、図４に示した全検知シーケンスを同一のデジタル波形に対して複数回実施し、最低でも同一のデジタル波形に対して２回検知シーケンスを繰り返し実施する。何故ならば、特定のデジタル波形に対して最初に図４の検知シーケンスを実施する場合には、ユーザが設定した値か又は前回の検知シーケンスによって得られた値を使用して検知シーケンスを実施しており、２回目に検知シーケンスを実施する場合には、１回目の検知シーケンスの実施によってそのデジタル波形に対して得られたピーク振幅に対して設定されたスレッシュホールドを使用して処理することが可能となるからである。従って、同一のデジタル波形に対して全検知シーケンスを２回繰り返して実施することは得られる結果の精度を著しく向上させることになるが、３回以上繰り返し実施することは計算時間を増加するという観点からは必ずしも得策とはいえない。しかしながら、繰り返し回数を増加すれば信頼性を増加させることにはなる。
【００４６】
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の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。
【００４７】
【効果】
本発明によれば、ダウンホールにおいてデジタル処理を行い、必要最小限のデータのみをテレメトリ通信によって地表処理装置へ送信することが必要であるにすぎないので、エラー発生の可能性が最小とされている。更に、テレメトリ通信の帯域幅が緩和されるので、テレメトリ通信における条件が緩和され、低コスト化が可能である。又、テレメトリ通信時間が最小となるので、音波検層動作が高速化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施例に基づいて構成した音波検層システムを示した概略図。
【図２】  （１）及び（２）は本発明の音波検層用ダウンホールツールにおける音波発信器及び受信器の配列例を示した各概略図。
【図３】  本発明の音波検層用ダウンホールツール内に設けられたダウンホール処理装置の１実施例を示した概略ブロック図。
【図４】  本発明の音波検層方法の１実施例に基づいた検知ルーチンを示したフローチャート図。
【図５】  （ａ）及び（ｂ）は、夫々、開放型ボアホール及びケーシング型ボアホールに対してのデジタル波形を示した各説明図。
【図６】  （ａ）及び（ｂ）は、夫々、アナログ音波検層及びデジタル音波検層におけるスレッシュホールド検知方法を示した各説明図。
【図７】  （ａ）及び（ｂ）は、夫々、ＤＣオフセット測定期間及びノイズ測定期間を示した各説明図。
【図８】  到達時間検知期間開始時点及びピーク振幅測定期間を示した説明図。
【図９】  低及び高スレッシュホールド検知及びピーク振幅検知の関係を示した説明図。
【図１０】  （ａ），（ｂ），（ｃ）は内挿処理を利用して高スレッシュホールド検知を行うプロセスを示した各説明図。
【図１１】  放物線を使用した二次補間を行ってピーク振幅を決定する状態を示した説明図。
【符号の説明】
１：ダウンホールツール
２：検層ケーブル
３：地表処理装置
４：ボアホール
８：ダウンホール処理装置
１２ｃ：ＡＤＣ変換器
１３ａ：デジタルシグナルプロセサ
１３ｃ：テレメトリインターフェース
１３ｄ：プログラムメモリ
Ｔｔ：到達時間
Ｔ0：音波発射時刻
Ｔｄ：検知開始時刻
Ｔｐ：前回の到達時間
ＴHT：高スレッシュホールド到達時間
ＴLT：低スレッシュホールド到達時間
Ｅ１：第１ピーク
Ｅ２：第２ピーク
【図１】
0003696318.tif 000004
【図２】
0003696318.tif 000005
【図３】
0003696318.tif 000006
【図４】
0003696318.tif 000007
【図５】
0003696318.tif 000008
【図６】
0003696318.tif 000009
【図７】
0003696318.tif 000010
【図８】
0003696318.tif 000011
【図９】
0003696318.tif 000012
【図１０】
0003696318.tif 000013
【図１１】
0003696318.tif 000014