(57)【要約】  ボアホールの特性を検知するための装置及び方法が開示される。例示の装置は、伝導パイプと、伝導パイプに接続された伝導パイプにパルスを加えるための入口部と、伝導パイプに接続された共鳴ネットワーク装置と、共鳴ネットワーク装置と動作通信して、ボアホール特性を測定し、かつパルスが入口部に加えられたときに、共鳴ネットワーク装置中に誘起される変調された振動周波数を検知するように構成された変換器とを含む。
2009532677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボアホールの特性を検知するための装置において、
伝導パイプと、
前記伝導パイプにパルスを印加するための、前記伝導パイプに結合された入口部と、
前記伝導パイプに接続された共鳴ネットワーク装置と、
前記共鳴ネットワーク装置と動作通信を行いボアホール特性を測定する変換器であって、パルスが前記入口部に印加されたときに前記共鳴ネットワーク装置に誘起される共鳴器振動周波数の変調に影響を及ぼすように構成された変換器と
を含む、ボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項２】
前記伝導パイプに印加される前記パルスを発生させるための、前記入口部に結合されたパルス発生器を含む、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項３】
前記パルスが電気的な過渡信号である、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項４】
前記ボアホール内に配置された中空ボアホール外被であって、
前記中空ボアホール外被の少なくとも一部分が、共通接地され、
前記伝導パイプが、前記中空ボアホール外被内に配置され、前記中空ボアホール外被から電気的に絶縁されている、中空ボアホール外被を含む、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項５】
前記伝導パイプは、前記伝導パイプを形成するために使用されるパイプ部分の複数の接合部に配置されたスペーサを使用して、前記中空ボアホール外被から電気的に絶縁されている、請求項５に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項６】
前記変換器の出力を処理して前記特性を表わす信号を生成するための、前記変換器に結合されたプロセッサを含む、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項７】
前記特性は、前記ボアホールの長手方向に沿った位置で検知される材料組成、温度、圧力、又は流量のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項８】
前記中空ボアホール外被は、前記入口部の近傍の位置と共鳴空洞近傍の位置の両方において、共通接地電位にある、請求項４に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項９】
前記入口部が、
前記伝導パイプに結合されたプローブと、
前記入口部の近傍の位置における第１の電位から前記入口部を電気的に絶縁するためのインダクタとを含む、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１０】
前記共鳴ネットワーク装置は、中空ボアホール外被内に配置された共鳴空洞であり、
前記中空ボアホール外被内の前記共鳴空洞の長さが、第１の端部において誘導アイソレータによって、第２の端部において共通接地接続部によって規定されている、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１１】
前記変換器は、受動的な電気的構成要素を含む、請求項１に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１２】
ボアホールの特性を検知するための装置において、
ボアホールを通して、パルスを伝導させる手段と、
前記パルスに応答して、前記ボアホールの特性の関数として変調された周波数で共鳴する手段と、
前記特性の測定値として、前記変調された周波数を処理する手段と
を含む、ボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１３】
前記伝導させる手段と接続された、パルスを発生させる手段を含む、請求項１２に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１４】
前記パルスは電気的な過渡パルスである、請求項１３に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１５】
前記ボアホール内に配置された中空ボアホール外被であって、
前記伝導させる手段が、前記中空ボアホール外被内に配置され、前記中空ボアホール外被から電気的に絶縁された伝導性の円筒形パイプである、中空ボアホール外被を含む、請求項１２に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１６】
前記特性を表わす信号を生成するために前記周波数を変調するための変換器を含む、請求項１２に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１７】
前記特性は、前記ボアホールの長手方向に沿った位置で検知される材料組成、温度、圧力、又は流量のうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１８】
前記ボアホールの特性を検知するための装置が入口部を含み、該入口部は、
前記伝導させる手段に結合されたプローブと、
前記入口部の近傍の位置において共通接地電位から前記入口部を電気的に絶縁するためのインダクタとを含み、
前記共鳴する手段である、請求項１３に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項１９】
前記ボアホールの特性を検知するための装置が入口部を含み、該入口部は、
前記伝導させる手段に結合されたプローブと、
該入口部の近傍の位置において共通グラウンド電位から該入口部を電気的に絶縁するためのインダクタとを含み、
前記共鳴する手段は、磁気的に結合された共鳴ネットワークを使用する、請求項１３に記載されたボアホールの特性を検知するための装置。
【請求項２０】
ボアホールの特性を検知するための方法において、
前記ボアホール内に配置された伝導パイプに沿ってパルスを送信する段階と、
前記ボアホール特性の測定値として、中空ボアホール外被内の共鳴ネットワーク装置内で前記パルスによって誘起された変調された振動周波数を検知する段階と
を含む、ボアホールの特性を検知するための方法。
【請求項２１】
前記特性を表わす信号を生成するために前記振動周波数の変調を処理する段階を含む、請求項１９に記載されたボアホールの特性を検知するための方法。
【請求項２２】
前記特性は、前記ボアホールの長手方向に沿った位置で検知される材料組成、温度、圧力、又は流量のうちの少なくとも１つである、請求項２１に記載されたボアホールの特性を検知するための方法。
【請求項２３】
前記処理する段階は、前記変調された振動周波数の統計解析を行う段階を含む、請求項２０に記載されたボアホールの特性を検知するための方法。
【請求項２４】
前記ボアホールにセンサを挿入する前に、前記変調された振動周波数を生成するために使用される変換器を較正する段階を含む、請求項１９に記載されたボアホールの特性を検知するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ボアホール（坑井）の特性を検知するための装置及び方法が開示される。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６７６６１４１号（Briles他）（特許文献１）に、遠隔ダウンホール井戸テレメトリ・システムが開示されている。テレメトリ通信は、ガス又はオイルの回収パイプの底付近に配置された油井監視記録装置に使用される。地下の穴の状況を監視するために変調された反射率が記載されている。
【０００３】
米国特許第６７６６１４１号（特許文献２）に記載されているように、無線周波数（ＲＦ）発生器／受信機の基地局が、電気的にパイプと通信する。ＲＦ周波数は、３Ｈｚ〜３０ＧＨｚの範囲の電磁放射線として説明される。反射アンテナを有するダウンホール・エレクトロニクス・モジュールが、ＲＦ発生器／受信機から放射された搬送波信号を受信する。エレクトロニクス・モジュールのアンテナは、放物線状、又は他の焦点合わせ形状を有することができる。次いで、放射された搬送波信号は、変調された形で反射され、その変調は、エレクトロニクス・モジュールが行う測定に対応する。反射され変調された信号は、パイプによって井戸の地表に送信され、そこでその信号をＲＦ発生器／受信機によって検出することができる。
【特許文献１】米国特許第６７６６１４１号明細書
【特許文献２】米国特許第６７６６１４１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示の具体例は、ボアホールの特性を検知するための装置及び方法を対象とする。例示の装置は、伝導パイプと、伝導パイプに結合された（例えば、接続された）伝導パイプにパルスを印加するための入口部と、伝導パイプと接続された共鳴ネットワーク装置（共鳴空洞など）と、共鳴ネットワーク装置と動作通信してボアホール特性を測定する変換器とを含み、その変換器は、パルスが入口部に印加されると、共鳴ネットワーク装置に誘起される共鳴器振動周波数の変調に影響を及ぼすように構成される。
【０００５】
代替実施例によれば、ボアホールの特性を検知するための装置は、ボアホールを通してパルスを伝導させる手段と、パルスに応答し、ボアホールの特性の関数として変調された周波数において共鳴する手段と、特性の測定値として変調された周波数を処理する手段とを含む。
【０００６】
ボアホールの特性を検知するための方法も開示される。例示の方法は、ボアホール内に配置された伝導パイプに沿ってパルスを送信する段階と、ボアホール特性の測定値として、中空ボアホール外被に配置された共鳴ネットワーク装置内でパルスによって引き起こされた変調された振動周波数を検知する段階とを含む。
【実施例】
【０００７】
本明細書に述べる他の利点及び特徴は、添付の図面に関連させて以下の詳細な説明を読めば、当業者には、より容易に明らかになるであろう。
【０００８】
図１に、ボアホールの特性を検知するための例示の装置１００を示す。ボアホールは、任意の方向に構成され、材料組成、温度、圧力、流量、又はボアホールの長さ方向に沿って変化できる他の特性などの特性を有するどのような空洞であってよい。
【０００９】
装置１００は、伝導パイプ１０２などの、ボアホールを通してパルスを伝導させるための手段を含む。伝導パイプにパルスを加えるために、伝導パイプ１０２に結合された（例えば、接続された）入口部１０４が設けられる。例示の実施例では、パルスは、電気的な過渡パルス、又は例えば、ボアホール内で測定される特性の関数として、又はボアホールの長さ及びサイズに応じて選択される、任意の所望の周波数を有する任意の所望の電気的パルスとすることができる。
【００１０】
入口部は、伝導パイプ１０２と結合されたプローブ１０６を含む。プローブは、例えば、伝導パイプ１０２に電気的に結合された第１の（例えば、内部の）導体、および中空のボアホール外被１１１に結合された第２の（外側の）伝導性外被を有する同軸コネクタとして形成することができる。絶縁体が、内部の導体を外側の伝導性外被から隔離するために使用される。
【００１１】
入口部１０４近傍の位置において第１の電位（例えば、共通グラウンド（接地）などの、ボアホール外被１１１の帰電流経路の電位）から入口部を電気的に絶縁するために、入口部は、フェライト・インダクタンス１０８、又は他のインダクタ又は構成要素などの誘導性絶縁装置を含むことができる。装置１００は、パルス発生器１０５などの、入口部に結合されて、伝導パイプに付加するパルスを発生させるための手段を含むことができる。
【００１２】
中空ボアホール外被１１１は、その特性を監視すべきボアホール内に配置できる。中空ボアホール外被１１１は、例えば、鋼又は他の適切な材料により構成できる。
【００１３】
伝導パイプ１０２は、スペーサ１１６を使用して、中空ボアホール外被内に配置し、外被と電気的に絶縁することができる。スペーサは、例えば、中空ボアホール外被１１１の内壁からの伝導パイプ１０２の分離距離を保つようにする、絶縁されたセントラライザ（centralizer、偏り防止装置）として構成することができる。これらの絶縁用スペーサは、これには限定されないがナイロンを含む、任意の適切な材料から形成される円盤として構成できる。
【００１４】
装置１００は、共鳴ネットワーク装置１１０などの、パルスに応答し、ボアホールの特性の関数として変調された周波数で共鳴するための手段を含む。共鳴ネットワーク装置１１０は、例えば、これらには限定されないが、図２Ａの共鳴空洞、図２Ａのタンク回路、又は他の適切な装置などの、電気的に共鳴するための、すべての磁気的に結合された電気的に共鳴する機械的構造体を含む、電気音響装置又は他の装置とすることができる。共鳴ネットワーク装置は、伝導パイプと接続又は機械的に結合することができる。共鳴ネットワーク装置のトロイダル・コアは、伝導パイプに磁気的に結合することができる。トロイダル・コアは、磁場を封じ込め、及び／又は強めることのできる媒体として形成された磁気コアである。例えば、２．５４ｃｍ（１インチ）の断面を有し、フェライト・コアの周りに巻かれた単巻きコイル、又は任意の適切な形状、サイズ、及び構成の他のすべての適切な装置を使用することができる。
【００１５】
当業者は、磁気コアが、その分子構造内にある方向付け可能な双極子のために、その領域内で磁場によって著しく影響を受ける材料であることを理解しているであろう。そのような材料は、その低い磁気抵抗によって、加えられた磁場を閉じ込める、及び／又は強めることができる。坑口（ｗｅｌｌｈｅａｄ）のフェライト・アイソレータ（Ｆｅｒｒｉｔｅ  ｉｓｏｌａｔｏｒ）は、例えば、パイプ上の入口部の送りポイントと坑口フランジ短絡部との間で敏感な９０〜１１０オームのコンパクトな誘導性インピーダンスを提供することができる。パイプと外被間の送信ラインの例示の４７オームの特性インピーダンスと並列である、このインピーダンスは、中心が５０ＭＨｚの標準の帯域について、入口部送りポイントにおいて、例えば約３ｄｂＶだけ送信および受信される信号を減衰させることができる。本明細書で述べるフェライト・コアの透磁率は、約２０からわずかに１００を超えるまで、又はそれより小さく、又はそれより大きい範囲をとることができる。そのため、空芯のインダクタの所与のインダクタンスに対し、コア材料が挿入されると、固有インダクタンスは、おおよそこれらの同じ係数を掛けることができる。選択されるコア材料は、例えば１０〜１００ＭＨｚ、又はそれより小さい、又は大きい周波数範囲について使用することができる。
【００１６】
図１に示す共鳴ネットワーク装置１１０は、図２Ａの共鳴空洞として説明される。しかし、図２Ｂのタンク・コアは、当業者に知られた他の適切な共鳴ネットワーク装置に容易に置き換えることができる。図１を参照すると、共鳴空洞が、伝導パイプに電気的に接続され、中空ボアホール外被１１１内に配置される。中空ボアホール外被内の共鳴空洞の長さ「ｂ」は、共鳴空洞の第１の端部においては例えばトロイダル・コア１１２として形成される誘導性アイソレータによって、および共鳴空洞の第２の端部においては第１の電位（例えば、共通グラウンド）にある接続部１１４によって規定される。
【００１７】
共鳴ネットワーク装置１１０は、パルスからエネルギーを受け取り、その固有周波数で「音を鳴らす（ring）」。検知手段には、共鳴ネットワーク装置１１０と動作状態で通信するように設けられ、第１の電位（例えば、共通グラウンド電位）と結合される（例えば、静電的に、又は磁気的に結合される）変換器を含めることができる。変換器は、ボアホールに関する特性を検知し、パルスが入口部１０４に印加されたときに、共鳴ネットワーク装置１１１内で引き起こされる振動周波数の変調を行うように構成される。変調された振動周波数は、ボアホーの特性の測定値を生成するように処理できる。すなわち、パルスによって誘起された振動周波数は、検知するボアホールの特性によって変調され、この振動の変調は、特性を測定するように処理することができる。
【００１８】
検知手段は、プロセッサ（例えば、コンピュータ１１８）として表わされる処理手段を含む、又は付随させることができる。プロセッサ手段は、ボアホール外被１１１を通って送信された共鳴ネットワーク装置の出力を処理することができる。プロセッサ１１８は、測定又は監視すべき特性を表わす信号を生成できる。
【００１９】
プロセッサ１１８は、変調された振動周波数を処理して検知される特性の測定値を得るようにプログラムできる。測定値は、例えば、ゼネラル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）１２０を介してユーザに表示することができる。プロセッサ１１８は、これに限定されないが、変調された振動周波数の統計（例えば、フーリエ）解析を含む、検出信号の任意の所望の処理を行うことができる。市販製品は、容易に利用でき、任意の適切な周波数検出を実行できることが当業者に知られている（例えば、Mathsoft Engineering & Education, Inc.（注：現Parametric Technology Corporation）製ＭＡＴＨＣＡＤ、又は共鳴ネットワーク装置から受信された、変調された音（リング：ring）を逆畳み込み（deconvolve）する他の適切な製品によって実行できる高速フーリエ変換など）。プロセッサは、変調周波数と検知される特性（例えば、温度、圧力、その他）との変換の相関テーブルを有する参照テーブルとともに使用できる。
【００２０】
例示の実施例では、中空ボアホール外被１１１の少なくとも一部分が、第１の電位（例えば、共通グラウンド）にある。例えば、中空ボアホール外被は、入口部１０４近傍の位置、及び共鳴ネットワーク装置１１０近傍の位置の両方において、共通グラウンド電位とすることができる。入口部近傍での中空ボアホール外被の接地は任意であり、伝導パイプに既知のインピーダンスが設定される。共鳴ネットワーク装置の近傍（すなわち、図１Ａに示すように、共鳴空洞の下側端部）での中空ボアホール外被の接地によって、共鳴長さを決めることが可能になる。すなわち、共鳴空洞は、中空ボアホール外被内で、トロイダル・コイル１１２と、共鳴空洞の第２の下側端部におけるグラウンド接続部の間の距離によって決定される長さを有する。
【００２１】
変換器は、インダクタ及び／又はコンデンサなどの、受動的な電気的構成要素を含むように構成でき、したがって地下穴用の電力が不要になる。図１の装置１００を組み立てる際、伝導パイプは、部分毎に組み立てられ、スペーサを、安定性を確保するために様々なパイプ部分間の各結合部に含むようにできる。伝導パイプ１０２及び共鳴ネットワーク装置１１０をボアホール内に配置する前に、変調された振動周波数を検知するために用いられる変換器が、ＧＵＩ１２０及びプロセッサ１１８を使用して較正できる。
【００２２】
例示の図１Ａの装置の細部は、例示の図１の装置の例示のテレメトリ構成要素を示す図１Ｂに関してさらに説明される。
【００２３】
図１Ｂでは、伝導パイプ１０２及び中空ボアホール外被１１１が、フェライト・インダクタンス１０８を介して互いに電気的に絶縁される。共鳴ネットワーク装置が固有共鳴器である場合、共鳴「音（リング：ring）」周波数によって、装置のサイズ（例えば、長さ）を決定できる。当業者は、装置にインダクタンス及び/又はキャパシタンスを「装荷する」ことによって、サイズの制約を左右（例えば、軽減する）できることを理解するはずである。例えば、所望の周波数及びサイズを考慮することにより、例示の実施例で使用されるフェライトの量を選択できる。
【００２４】
計測信号ポート１１２が、プローブ１０６を受け入れるために設けられる。坑口の構造は、図１Ｂに示すように、中空ボアホール外被に短絡される。したがって、フェライト・インダクタ１０８が、伝導パイプ１０２と結合された入口部の伝導プローブを、例示の実施例では共通グラウンドの電位にある坑口の上部から絶縁する。例示の実施例では、共通グラウンドへの坑口フランジ１２４の短絡によって、坑口が接地されているので、フェライト・インダクタが、プローブから共鳴空洞へパルスを伝達するために使用される伝導パイプから、短絡された坑口フランジを絶縁する。
【００２５】
伝導パイプと中空ボアホール外被１１１との間の例示のインピーダンス１２６は、４７オーム程度、又はそれより小さい、又は大きくすることができる。伝導パイプのこの部分は、変換器などの地下穴のエレクトロニクスと、プロセッサなどの地表エレクトロニクスとの通信のための伝送ラインとして働く。
【００２６】
図１Ｃに、共鳴空洞及びそれに含まれる変換器の電気的説明図を示す。図１Ｃでは、トロイダル・コア１１２が、伝導パイプ１０２を共鳴空洞１１０に接続するための、フェライト材料から構成されたインダクタ部分として示してある。図１Ｃから分かるように、共鳴空洞として構成される共鳴ネットワーク装置のため、共鳴空洞１１０の上側部分１３２が、トロイダル・コア１１２の下側部分と一致し、例示の実施例では、伝導パイプ１０２と外被１１１との間のインピーダンスと比べて比較的高いインピーダンスとすることができる。例えば、共鳴空洞の上部におけるインピーダンスは、２０００オーム程度、又はそれより小さい、又は大きくすることができる。磁気コアに基づく磁気的に結合された共鳴ネットワークについては、それらの大きさは、ほとんど、又はまったく関与しない。
【００２７】
共鳴空洞の上方の伝導パイプに対する共鳴空洞の上部の比較的大きい差動インピーダンスによって、少なくとも部分的に、パルスに応答して共鳴する、又は「鳴る」という空洞の能力がもたらされ、それによって関心のある特性を測定する上での高度な感度がもたらされる。さらに、比較的高度な感度をもたらすという変換器の能力が、共鳴空洞の下側端部を共通グラウンド電位に置くことによって、助長される。
【００２８】
伝導パイプとボアホール外被によって形成される同軸空洞のための共鳴ネットワーク装置の電気的説明図である図１Ｃには、共鳴ネットワーク抵抗１２８及び共鳴ネットワーク・インダクタンス１３０の図が含まれている。図１Ｃは、空洞の下側部分が共通グラウンド接続部１１４によって規定され、したがって、空洞は、トロイダル・コア１１２の底部、及びグラウンド接続部１１４によって画定されることを示す。共鳴空洞に付随するスリーブのキャパシタンスが、スリーブ・キャパシタンス１３４として表わされている。
【００２９】
測定すべき特性に基づき作動するように、パルスによって引き起こされる振動周波数の変調を行うための共鳴空洞に付随する変換器が、変換器１３６である。
【００３０】
共鳴空洞の構成については、伝導パイプ１０２が中空ボアホール外被１１１に接触するのを防止するため、共鳴コンデンサの底部にパッカー・シール（Packer seal）を含めることができる。パッカー１３８は、図１Ｃ及び図１Ａに示すとおり、共鳴空洞の下側端部における共通グラウンド接続部１１４を実現するために、共鳴空洞及び中空ボアホール外被１１１の伝導性部分との接点となることのできる剥き出しにされた導体１４０を含む。
【００３１】
図１Ｄに、伝導パイプ１０２の上側端部に含まれる井戸テレメトリ構成要素の他の細部を示す。図１Ｄは、伝導パイプ１０２へのプローブ１０６の接続部が、入口部１０４内の中空ボアホール外被１１１を貫通していることを示す。図１Ｄは、プローブ１０６が、フェライト・インダクタ１０８によって、短絡された坑口フランジ１２４から絶縁されていることを示す。
【００３２】
図２Ａに、共鳴空洞として形成された共鳴ネットワーク装置１１０の例示の細部を示す。図２Ａから、中空ボアホール外被１１１が、伝導パイプ１０２を収容していることが分かる。トロイダル・コア１１２が図示されており、その底部（ボアホール内の下方に向かう方向）が、共鳴空洞の上側端部を構成する。変換器１３６は、共鳴空洞の一部分内に配置されていることが示され、伝導性センサ・スリーブ２０２に付随しており、そのキャパシタンスは、図１Ｃにスリーブ・キャパシタンス１３４として表わされている。
【００３３】
フェライト・トロイダル・コア１１２は、プラスティック端部片中に滑り込ませたトロイダル・コアとして構成することができる。そのフェライト材料は、Fair-Rite Products Corp.製のコアなどの容易に入手できる、低μの無線周波型の材料、又は他のすべての適切な材料構成要素として構成される。装架用ねじ２０４が示されており、伝導パイプ１０２の長手方向に沿った所定の位置で、センサ・スリーブ及び変換器を保持するために使用できる。中空ボアホール外被へのパッカーの共通グラウンド接続部と一致する、共鳴空洞の底部は、図２には示されていない。
【００３４】
図２Ｂに、タンク回路として形成された共鳴ネットワーク１１０の例示の細部を示す。図２Ｂでは、複数のセンサ・パッケージに付随する複数の共鳴ネットワーク装置２０６を、パッカー又はその近傍に含めることができる。図２Ｂの実施例では、静電容量型センサ及びフェライト結合トランスを使用した共鳴器が設けられる。ここでも、中空ボアホール１１１が伝導パイプ１０２を収容することが分かる。各共鳴ネットワーク装置は、付随するコイル共鳴器２１０を有するトロイダル・コア２０８として構成される。既存の井戸ストリング（well string）への、大幅なインピーダンス整合又はパイプ・外被間の短絡の変更は、行う必要がない。共鳴空洞構造と同様に整合部分なしで、同軸ストリング構造を、図２Ｂに示すようなフェライト・トロイド共鳴器を使用するパッカーにおける短絡部に直接到達させることができる。
【００３５】
伝導パイプは、電気的な概要図に、トランス構造の単巻き巻き線２１４として事実上示すことができ、１つの一次電流の経路上に、いくつかの二次巻き線２１６を積み重ねることができる。パッカーの短絡部の品質は、ほとんど、又はまったく重要でない。金属の歯付きパッカーは、代替として使用することができる。例示の実施例では、低いパッカー短絡インピーダンスを使用することなく、この変圧器方法を使用して戻り信号を検出することができる。
【００３６】
例示の図２Ｂの実施例では、複数の共鳴ネットワーク装置２０６間の間隔は、所望の用途に応じて選択できる。共鳴ネットワーク装置２０６は、機械的制約を軽減又は無くすために十分に隔離すべきである。さらに、隔離は、それらの間の結合を軽減又は無くすように選択すべきである。
【００３７】
例示の実施例では、リングの１つの幅によって、通常の用途のために結合を減少させることができる。各共鳴ネットワーク装置のインダクタンス及び/又はキャパシタンスは、コイルの巻き数を増加することによって変更でき、巻き数は、用途に応じて選択できる。例えば、巻き数は、各共鳴ネットワーク装置のリング周波数を設定することになる。例示の実施例では、３〜３０巻き程度、又はそれより少ない、又は大きくすることができる。
【００３８】
例示の実施例では、共鳴ネットワーク装置に使用される周波数は、所望に応じて、３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度、又はそれより小さく、又は大きくすることができる。周波数は、伝導パイプの材料特性（例えば、鋼）に応じて選択できる。表皮厚さにより、ある点よりも大きい高周波数の使用が限定されることがあり、共鳴ネットワーク装置の構造の単純化に応じて、利用できる周波数範囲の下端が選択できる。しかし、低すぎる周波数を選択した場合、坑口接続部の短絡部からの減結合が問題になることがある。
【００３９】
したがって、測定現場に複数のセンサを含めることができる。フェライトの磁性材料を使用すると、ダウンホールの共鳴ネットワーク装置を機械的に簡単化することができ、従来の井戸の構成要素に対する変更をより少なくすることが可能になる。
【００４０】
フェライト磁気トロイドの使用によって、磁性材料が、磁場を強めることが可能になり、それゆえ、インダクタンスが、電流経路内で極めて局所的で小さい領域中に収められる。したがって、ボアホール下方の遠隔現場に複数の共鳴ネットワーク装置を積み重ねることが、複数の装置間の相互作用を最低限にして、実現できる。複数の特性を検知するために、複数のセンサ装置を含めることができる。これによって、図２Ｃに示すとおり伝導パイプ１０２へ信号ケーブルを結合するための、坑口接続部における短い絶縁距離が得られる。
【００４１】
図２Ｃに、坑口接続部の例示の代替の実施例が示されており、フェライト・アイソレータ及び信号接続部を収容するために、スプール２１８が設けられている。例示のスプールは、具体的な用途に適合するため、高さが、例えば、おおよそ２０．３〜３０．５ｃｍ（８〜１２インチ）程度、又は他のすべての適切なサイズとすることができる。スプールは、パイプ・ストリングへの信号の接続のために使用される。
【００４２】
「トロイダル・スプール」から構成される共鳴ネットワーク装置は、スプール２１８の近傍に配置された同様に構成されたセンサ・パッケージに実質的に依存せずに、隔離して動作させることができる。トロイダル・スプールの幅でインダクタンスが増加し、それは、坑口接続部において信号送りポイントを絶縁するために使用できる。図２Ｃに示すように、パイプ表面上の電流が、フェライト・トロイド内に磁場を誘起し、パイプ電流経路のインダクタンスを強化することになる。
【００４３】
図３に、図２のボアホールの底から上方を見た、図２Ａ及び２Ｂの変換器の図を示す。図３において、変換器１３６は、例えば電気配線３０２によって、センサ・スリーブ２０２及び伝導パイプ１０２の両方に接続されることが分かる。センサ・スリーブは、次いでスリーブ・キャパシタンス１３４を介して中空ボアホール外被１１１に静電的に結合される。
【００４４】
図４に、ボアホールの特性が測定される関心のある領域に導管延在部４０２を含むようにパッカーを変更した代替の例示実施例を示す。この延在部４０２は、例示の実施例では、センサへの中間流体を使用して、例えば圧力又は温度を検知するための直通ポートとすることができる。
【００４５】
例示の実施例では、静電型変換器などの変換器は、センサ・スリーブの電気的要素として共鳴空洞の上部近くに取り付けられる。密閉された検知ユニット中に貫通する導管を介して、共鳴空洞内のセンサに遠隔パラメータを届けることができる。次いで、所望のパラメータの測定が、遠隔で監視される。監視は、伝導パイプ１０２の長手方向に沿って異なる位置に共鳴空洞内のセンサを移動させる、センサからの機械的機構を使用して、拡張することができる。図４では、センサ導管４０４が、監視すべき圧力又は温度の領域に設けられる。
【００４６】
図５に、すでに説明した信号処理を行うためにプロセッサ１１８に実装できる、例示のエレクトロニクスを示す。例示の実施例では、図１Ａのパルス発生器１０５が、インパルスを供給する。パルスは、容易に入手できる既製のパルス発生器を使用して発生させることのできる狭パルスとすることができる。例示のパルスは、幅が、その高さの半分のところで３ナノ秒程度である、７５ボルトで１〜２ナノ秒程度のパルスである。パルスのピーク電圧は、例えばボアホールの深さに依存して、１０〜１０００ボルト程度である。例えば９９１４ｍ（３００００フィート）において、１０００ボルトのパルスを使用することができる。しかし、当業者は、共鳴ネットワーク装置からの適切な応答が、特性の所望の精度及び公差を有して得られる場合、すべての所望の特性のすべての所望のパルスを使用できることを認識するはずである。
【００４７】
図５には、図１Ａのパルス発生器１０５を表わすパルス部が、例示のインパルス５０２を送信するために設けられている。このパルスは、図１Ａのプローブ１０６に付随したゲート付き方向性結合器５０４に供給される。初期のパルスの間は、信号プロセッサ１１８に付随した高感度受信機は使用不能であり、パルスが伝導パイプ１０２に加えられる。
【００４８】
プロセッサ１１８は、ゲート付き方向性結合器５０２を制御して受信機をゲート制御してオンにし、それによって、共鳴空洞内に配置された変換器からの戻り（リターン）を検出する。このリターンは、全体的に、変調された振動周波数５０６として表わされる。タイミング遅延システム５０８によって、遅延プリセット（例えば、図５に示すように８１５０ナノ秒）を設定して、フィードバック・パルスを受信するためにゲートを制御する。
【００４９】
プロセッサ１１８内の受信機へのゲート制御中、変調された振動周波数は、ゲート付き方向性結合器５０４を通過して帯域通過フィルタ・ユニット５１０を通過する。帯域通過フィルタ・ユニット５１０からのフィルタリングされた信号が、アナログ・デジタル信号レコーダ５１２へ、及びプロセッサ１１８の主制御ユニット（例えば、Pentium（登録商標）などのマイクロプロセッサ、又は他の適切なマイクロプロセッサ）に供給される。当業者は、図５に示す機能性のどれもが、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は任意のそれらの組み合わせの形で実現できることを理解するはずである。
【００５０】
ボアホールから得られた情報を任意の所望の場所へ送信するために、テレメトリ／通信リンク・システム５１６を設けることができる。テレメトリ／通信リンク・システムは、これらに限定されないが、無線及び／又は有線のシステムを含む、適切な送信及び／又は受信システムとすることができる。
【００５１】
図６に、例えば前図に関して説明した装置を使用して、ボアホールの特性を検知するための例示の方法を示す。図６で、ブロック６０２において、操作員は、（例えば、ゼネラル・ユーザ・インターフェースを介して）タイミング・パラメータを設定することができる。これらのパラメータには、限定ではないが、パルス繰り返し数、パルス波高、受信遅延、その他などを含むことができる。ブロック６０４で、パルスが、方向性結合器を通してボアホールの伝導パイプに供給される（例えば、発射する）。
【００５２】
指定された遅延後に、図５のタイミング遅延システム５０８が、受信ゲートを開いて、変換器からの変調された振動周波数を検出する。この変調された振動周波数は、ブロック６０８で、帯域通過フィルタに入り、アナログ・デジタル・レコーダ５１２によって記録される、リングを構成する。
【００５３】
ブロック６１０で、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、周波数を得るために、リングのデジタル・シグニチャーを処理することができる。ブロック６１２で、プロセッサ１１８に含まれた参照テーブルなどのソフトウェアによって、リング周波数は、特定の特性、又は変換器パラメータと同等と見なすことができ、次いで送信又は記憶の準備をする。
【００５４】
当業者は、本明細書に説明した例示の実施例が、受動的な技法と共鳴構造を使用するダウンホール・テレメトリを提供できることを理解するはずである。そのように、本明細書に説明した装置は、井戸ボアホールの高い温度及び圧力などの不利な環境に曝されることがある。特性の些細な変化を検出でき、したがって、所望の特性の変化に対する感度を容易に監視し処理するために受信機に送信することができる。放射電力の反射を使用するので、ダウンホール・バッテリ又は電源が必要でなく、それにより複雑さを減少させることができる。
【００５５】
当業者は、ある種の用途では、流体が、井戸の中に存在することがあることを理解するはずである。例示の実施例では、圧力を加えるなどの技法を用いて、流体が信号検出に悪影響を及ぼすと予想される、信号送信に使用される伝導パイプ及び共鳴空洞の任意の部分からその流体を強制的に排出できることを理解するはずである。或いは、信号検出に影響を与えない流体をボアホール中に強制的に注入して、信号検出に有害になる虞のある他の流体に取って代えることができる。
【００５６】
当業者は、本明細書に説明して開示した実施例が、例示の目的だけであり、多数の変形例が存在することを理解するはずである。本発明は、請求項によってのみ限定され、それは、本明細書に説明した実施例、並びに当業者に明らかな変形例を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】ボアホールの特性を検知するための装置の例示の実施例を示す図。
【図１Ｂ】ボアホールの特性を検知するための装置の例示の実施例を示す図。
【図１Ｃ】ボアホールの特性を検知するための装置の例示の実施例を示す図。
【図１Ｄ】ボアホールの特性を検知するための装置の例示の実施例を示す図。
【図２Ａ】図１の装置とともに用いる例示の共鳴空洞を示す図。
【図２Ｂ】電気的に共鳴するために、磁気的に結合され電気的に共鳴する機械的な構造として形成された例示の共鳴ネットワーク装置を示す図。
【図２Ｃ】代替えの例示する坑口接続部を示す図。
【図３】例示の図２の共鳴空洞の底面図。
【図４】変換器への例示の機械的又は流体による送り装置が、パッカー・シール（Packer seal）の上に配置されている、共鳴空洞の代替えの例示する実施例を示す図。
【図５】例示の図１Ａに示す装置を使用して変調された振動周波数を検知することに基づき特性を検出するための例示の回路を示す図。
【図６】ボアホールの特性を検知するための例示の方法を示す図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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