(57)【要約】地震波データを取得するシステム及び方法が記載されている。このシステムは地震波信号の発生を可能にする制御装置（１８）を含み、この制御装置は、発生した前記地震波信号の記録をタイムスタンプするのに使用される第１の時計を有する。地震波受信機（１５８）は、発生した前記地震波信号を検出するために、掘削穴に配置される。原子時計（２０５）は、検出された前記地震波信号の記録をタイムスタンプする地震波受信機に、又はそれと共に、配置される。前記原子時計は、ダウンホールに配置される前に、第１の時計と同期される。【選択図】図３
2007506103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）掘削穴周辺の地層内で信号の発生を可能にする制御装置であって、前記発生信号の記録をタイムスタンプする第１の時計を有する制御装置、及び、
（ｂ）前記掘削穴に配置されるところの、前記信号を検出するのに適し、前記掘削穴に配置される前に前記第１の時計と同期された原子時計をその中に有する、少なくとも１つの受信機であって、検出された地震波信号に関連付けられたタイムスタンプを記憶するために、前記原子時計を参照する受信機
を含む、検層データを取得するシステム。
【請求項２】
前記原子時計は、１日当り３ミリ秒未満のドリフト率を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記原子時計の少なくとも１つの構成要素を所定温度に維持する温度制御システムをさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記温度制御システムは、（ｉ）電子冷却器、（ｉｉ）吸収冷却器、（ｉｉｉ）吸収加熱器、（ｉｖ）熱分離器、（ｖ）抵抗加熱器、（ｖｉ）相変化加熱器、及び（ｖｉｉ）相変化冷却器からなる一連の構成要素を含む請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記温度制御システムは吸収冷却器を含み、この吸収冷却器は前記原子時計の少なくとも１つの構成要素と熱接触状態にある少なくとも１つの水和物を有する請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの構成要素は、共鳴室及び光検出器である請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの構成要素は、光源である請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記原子時計は、（ｉ）ルビジウム、（ｉｉ）セシウム及び（ｉｉｉ）水素からなる群から選択された少なくとも１つの原子遷移に基づいている請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記原子時計は、ルビジウムの原子遷移に基づいている請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記信号は地震波信号であり、前記受信機は地震波受信機である請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記受信機は、掘削穴の底部に配置されたところの、掘削穴に吊り下げたドリルが移動する間に前記信号を受信する装置である請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記受信機は、ドリルストリングに一体的に搭載されるように構成されたところの、掘削中に前記信号を受信する受信機である請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
（ａ）原子時計を収納するダウンホール工具、
（ｂ）内部にルビジウム蒸気を有する共鳴室、
（ｃ）前記共鳴室内のルビジウム蒸気を照射する光源、
（ｄ）前記共鳴室に接続され、前記共鳴室から光を受光するように構成された光検出器、及び、
（ｅ）前記共鳴室と前記光検出器とに結合され、前記共鳴室と前記光検出器とを第１の所定温度に維持する第１の温度制御装置
を含む、掘削穴に使用される原子時計。
【請求項１４】
前記原子時計は、前記光源に結合され、前記光源を第２の所定温度に維持するように構成された第２の温度制御装置をさらに含む請求項１３に記載の原子時計。
【請求項１５】
前記第１の温度制御装置は、（ｉ）電子冷却器、（ｉｉ）吸収冷却器、（ｉｉｉ）吸収加熱器、（ｉｖ）熱分離器、（ｖ）抵抗加熱器、（ｖｉ）相変化加熱器、及び（ｖｉｉ）相変化冷却器からなる群から選択された少なくとも１つである請求項１３に記載の原子時計。
【請求項１６】
前記第２の温度制御装置は、（ｉ）電子冷却器、（ｉｉ）吸収冷却器、（ｉｉｉ）吸収加熱器、（ｉｖ）熱分離器、（ｖ）抵抗加熱器、（ｖｉ）相変化加熱器、及び（ｖｉｉ）相変化冷却器からなる群から選択された少なくとも１つである請求項１４に記載の原子時計。
【請求項１７】
前記第１の温度制御装置は、少なくとも１つの水和物を有する吸収冷却器である請求項１３に記載の原子時計。
【請求項１８】
前記第２の温度制御装置は、少なくとも１つの水和物を有する吸収冷却器である請求項１４に記載の原子時計。
【請求項１９】
（ａ）掘削穴周辺の地層内で信号の発生を可能にする制御装置を配置する工程、
（ｂ）前記制御装置とデータ通信状態にある第１の時計を配置する工程、
（ｃ）発生した前記地震波信号に関連するタイムスタンプを得るために、前記第１の時計を使用して媒体に前記信号の記録を記憶する工程、
（ｄ）前記発生信号を検出するために、前記掘削穴に受信機を配置する工程、及び、
（ｅ）前記受信機とデータ通信状態にあるところの、前記受信機にタイムスタンプを提供するのに適し、前記第１の時計と実質的に同期されている原子時計を配置する工程
を含む、検層データを取得する方法。
【請求項２０】
前記原子時計は、１日当り３ミリ秒未満のドリフト率を有する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記原子時計は、前記原子時計の構成要素を所定温度に維持する温度制御システムをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記温度制御システムは、（ｉ）電子冷却器、（ｉｉ）吸収冷却器、（ｉｉｉ）吸収加熱器、（ｉｖ）熱分離器、（ｖ）抵抗加熱器、（ｖｉ）相変化加熱器、及び（ｖｉｉ）相変化冷却器からなる群から選択された１つを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記温度制御システムは少なくとも１つの水和物を有する吸収冷却器を含み、前記原子時計の前記要素に熱接触状態にある前記水和物を配置する工程をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記原子時計は、（ｉ）ルビジウム、（ｉｉ）セシウム及び（ｉｉｉ）水素からなる群から選択された１つの原子における原子遷移に基づいている請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記原子時計は、ルビジウムの原子遷移に基づいている請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記受信機は、掘削穴に配置されたところの、前記掘削穴を移動する間に前記信号を受信するように構成された装置である請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記受信機は、前記掘削穴に挿入された管状部材の下端部近傍に一体的に搭載されるように構成されている請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記信号は地震波信号であり、前記受信機は地震波受信機である請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物理探査の技術分野に関し、より詳細には、坑内（ダウンホール）のデータと地表で得られたデータとを同期させるシステム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震波受信機は、掘削穴周辺における地震エネルギに対する地中の反応を決定するために、一般に掘削穴に配置される。この受信機によって、掘削穴周辺における地中のある特性、例えば地質構造、及び、地面の物質特性における自然に発生しうる変化位置を決定することが可能になる。
【０００３】
掘削孔用地震波受信機を使用する理由の１つは、掘削穴によって貫通した地中の種々の深度と、地殻表面で発生した地震エネルギの明確な移動回数とが一致することにある。相対的に未調査領域においては、地質探査は一般に地殻表面で全体的に行われる。地表地震探査により、地面内の特定の深度まで地震エネルギが移動する時間を決定可能であるから、音響インピーダンス不整合を有する地面内の帯域から反射されるこの探査の場合、地表で発生した地震エネルギの一部に依存する。リフレクタとして知られるインピーダンス不整合は、一般に、地面の物質組成又は物質特性が変化する境界で起こる。
【０００４】
リフレクタは、地面内における予定される探査対象物物を特定することに対して、特に興味深いものである。各リフレクタは、地表地震探査において決定された地震往来時間に関連付けられる。特定のリフレクタまでの深度を計算するために、地面を通過する地震エネルギの速度を決定することが必要である。地面を通過する地震エネルギの速度は、地面の組成及び物質特性に強く関与している。地面の物質特性は、掘削穴によって掘削された深度範囲内で異なる地層中で、広く変化することがある。
【０００５】
不可能ではないにしても、単に表面地震探査から地層における地震速度を明確かつ正確に決定することは困難であり、したがって、掘削穴が比較的未調査の領域内で掘削される場合には、掘削孔用地震波受信機は、地層内における地震エネルギの速度を決定するための計測をするのに使用される。
【０００６】
掘削が完了した後よりはむしろ、掘削穴が掘削されている間に、地層における速度を決定することは、場合によっては、特に価値がある可能性がある。例えば、いつくかの掘削穴は探査対象物まで直接掘削される。その理由は、対象物が地殻表面における掘削穴の位置から水平に広がっていることにある。リフレクタまでの地震往来時間のみに基づいて、対象物が選択される場合には、地殻表面から対象物までの地層における速度が分からなければ、対象物までの深度を正確に決定できないことがある。このような知識が欠如していると、計画した掘削穴軌道が対象物から完全に外れる可能性がある。
【０００７】
掘削穴用地震波受信機の直上に位置する地殻表面に配置された地震エネルギ源と共に、掘削中における掘削穴用地震波受信機を断続的に使用することによって、掘削穴に配置された地震波受信機の深度まで地震エネルギが移動する時間を測定することが可能になる。種々の深度までの地震移動時間の測定によって、深度における地表地震探査移動時間を検定することが可能になり、その結果、掘削穴が対象物を貫通する確率が高くなる。
【０００８】
地表地震探査で観察されるあるリフレクタは、掘削穴を掘削することに特に関係がある。例えば、リフレクタは、ある地層に含有する流体圧力の変化度において重大な変化の存在と関連していることがある。リフレクタの正確な深度を知ることによって、予想した変化度よりも大きく、かつ異なる変化度を有する流体圧力を含む地層を意図せずに貫通してしまうことから生じることがある掘削上の問題を回避することができる可能性がある。掘削穴深度までの地震往来時間を検定するための掘削孔用地震波受信機を使用することによって、リフレクタの深度をより正確に決定することが可能になり、尋常ではない流体圧力を有する地層への意図しない貫通を回避することができる可能性がある。
【０００９】
従来技術として、掘削穴の近傍領域において、地震反射区域を発生させる掘削孔用地震波受信機を使用することも、知られている。地震エネルギ源からの地震エネルギはまた、掘削穴内の受信機よりも深く往来し、まさに地表地震区域と同様に音響インピーダンス不整合を有するより一層深い帯域によって反射される可能性がある。反射エネルギは、受信機で検出したエネルギを記録する好適な工程によって、同定することができる。同定された反射エネルギは、掘削孔地震探査と地表地震探査とを比較する形で、表示される。
【００１０】
地表において、検索及び処理用のダウンホール地震波信号を検出し、記憶するためのシステム及び工具は、従来技術として、知られている。本件出願の譲渡人に譲渡され、言及することによりこの明細書に組み込まれた、ミント（Ｍｉｎｔｏ）による米国特許第５５５５２２０号には、地震探査データを採取するスリックライン上に設けられたドリルストリングの下部に配置された地震波受信機が記載されている。地震データは受信され、記憶されて、この受信機は地表に取り出される。地上制御装置内に装着された時計は、配置された受信機内の時計と同期される。原始データは地表時計によりタイムスタンプされる。受信データはダウンホール時計によりタイムスタンプされる。得られた地震波断面の正確性は、時計の正確な同期に依存する。特に、ダウンホール時計は、ダウンホール環境に見られる温度の大幅な変化によって引き起こされるドリフトに影響されやすい。２つの時計は、一般に、１〜２ミリ秒、又は、許容可能な断面精度をよりよく達成するための同期が要求される。
【００１１】
このような他のシステムは、本件出願の譲渡人に譲渡され、言及することによりこの明細書に組み込まれた、ジャクソン（Ｊａｃｋｓｏｎ）による米国特許出願第１０／１０８４０２号に記載されている。ジャクソンによると、ドリルストリングに係止した底部まで受信機を落下及び／又は上下運動させることによって、ドリルストリング内に地震波受信機を配置する方法が記載されている。地震波信号は、受信され、ダウンホール時計でタイムスタンプされ、そして、掘削孔に吊り下げたドリルが移動する間に、予め決められた複数の位置にある受信機の記憶装置に記憶される。この信号は、地表で読み出され、地表時計でタイムスタンプされた地表原始データと組み合わされる。この場合も同様に、得られた断面の正確性は地表時計とダウンホール時計との同期に依存する。
【００１２】
一般に、前述の工具における配置時間は１２〜２４時間である。この事実は、配置時間を通して１×１０−８よりも大きな時計安定性を要求することになる。ダウンホール時計は、一般に、温度と寿命とによってドリフトする傾向にある圧電結晶発振器を使用している。このような時計はまた、配置中における衝撃と振動とにより引き起こされる誤差の影響を受けやすい。従来技術として知られる最もよい技術を使用しても、ダウンホール時計は１×１０−7の安定性を超えることはほとんどない。ダウンホール時計は、地表時計との同期からドリフトし、出力された地震断面データの許容しにくいデグラデーションを引き起こす。
【００１３】
地震探査測定は、掘削時検層（ＬＷＤ）システムの別名でも知られる掘削時情報検知システム（メジャーメント  ホワイル  ドリリング：ＭＷＤ）で行われてもよい。この適用においては、配置時間は、数百時間にも及ぶことがあり、時計ドリフトの問題を悪化させる。いくつかの再同期化技術が提案されているが、これらの技術は、必ずしも、操作上、許容することができ、及び／又は成功するとは限らない。
【００１４】
操作上誘発される誤差、及び、ダウンホール地震探査システムに含まれるダウンホールシステム内に使用されるドリフトに耐えることのできるダウンホール時計が求められている。
【発明の要約】
【００１５】
この発明は、地表時計との同期を維持する、ダウンホール地震探査受信機用原子時計を有する地震探査取得システム（地震探査取得機構）を意図する。
【００１６】
この発明の１態様において、地震探査取得システムは地震波信号を地表で引き起こす制御装置を含み、この制御装置は、発生した地震波信号の記録をタイムスタンプする時計を有する。少なくとも１つの地震波受信機は地震波信号を受信するために掘削穴内に配置される。原子時計は、検出された地震波信号の記録をタイムスタンプするために地震波受信機内に配置される。原子時計は、配置される前に、第１の時計と同期される。
【００１７】
この発明の別の態様において、ダウンホール工具に使用される原子時計は、ルビジウム（Ｒｂ）蒸気を有する共鳴室を含んでいる。光源は、共鳴室内のルビジウム蒸気を照射する。光検出器は、共鳴室に結合され、共鳴室からの光を受光するように構成されている。第１の熱制御装置は、光源に結合され、第１の所定温度に光源を維持するように構成されている。第２の熱制御装置は共鳴室と光検出器とに結合され、第２の所定温度に共鳴室と光検出器とを維持する。第１及び第２の熱制御装置は、一定の温度を維持するように設定された、吸収装置又は他の装置であってもよい。
【００１８】
この発明のまた別の態様において、地震探査データを取得する方法は、地震波信号を地表で引き起こす制御装置を含んでいる。地表制御装置における第１の時計は、発生した地震波信号の記録をタイムスタンプする。第１の時計に同期した原子時計を有する、少なくとも１つの地震波受信機は、地震波信号を受信するために、掘削穴内に配置される。原子時計は、検出された地震波信号の記録をタイムスタンプするのに使用される。
【００１９】
この発明のより重要な特徴の実例が、以下の詳細な説明により容易に理解されるために、及び、技術に対する貢献は正当に評価されるために、概略されている。もちろん、この発明のさらなる特徴及び別の態様が以下に記載され、添付した特許請求の範囲における主題をさらに形成するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明をより詳細に理解するために、同様の要素には同様の符号を付した添付の図面と共に、以下に詳述した好ましい形態に関する説明に言及する。
【００２１】
図１を参照して、１つの形態におけるこの発明に係るシステム１００は、ドリルストリング１２０等の管状部材を備えた掘削装置（デリック）１１０を有する。ドリル用ビット１５５は周囲の地層１４０を貫いて掘削穴１３０を掘削し、この地層１４０は、例えば、高圧領域１４５に相当する地層境界を有していてもよい。ここではゾンデ構造に構成された地震波受信機１５８は、地震センサに適しており、ドリルストリング１２０に挿入される。地震波受信機１５８は、重力により、ドリル用ビット１５５近傍に位置する落下下部１５０に落下してもよく、地震波受信機１５８を上下運動させるドリル用流体１３５を用いて、落下下部１５０に配置されてもよい。又は、地震波受信機１５８は、当業者によく知られた方法でいかなるＭＷＤ又はワイヤーラインシステムに一体化させてもよい。
【００２２】
地震波受信機１５８は、地表に配置された機械式振動機等の震源１７０から地震波信号１６０を受信する。機械式振動機の使用は、単なる一例であり、この発明の範囲を限定する趣旨ではない。当業者は、簡単な開示により、開示したシステムが、地上仕様又は海上仕様であり、震源型仕様ではないことを理解することができるであろう。例えば、海洋システムは、使用されることができ、また、海上作業台船からの垂れ下げられ、又は、サービス船若しくは固定されたブイの近くに位置した、エアガン配列を含んでいる。震源１７０は、適した、垂直な地震波探層特性を有する信号源を提供する。
【００２３】
ドリルストリング１２０の深度を測定する深度計１１５もまた地表に配置されている。地震波受信機１５８がワイヤーラインで配置されたこの形態において、深度計１１５は、掘削穴内におけるワイヤーライン工具の深度を測定する方式であってもよい。深度計信号は、地表制御装置１１８に伝送され、そこで、タイムスタンプされ、記憶装置に記憶される。
【００２４】
制御装置１１８は、震源１７０とデータ通信状態にあり、地震波信号の発生を制御する。この制御装置１１８は、掘削孔に又はその近くに配置されてもよく、掘削孔から離れて配置されてもよい。この開示及び添付の特許請求の範囲に使用される文言「制御装置」は、地震波信号の発生を制御し、かつ、それらの生成を記録する機能を備えたいかなる装置を意味する。図示された例では、制御装置１１８は、命令プログラムが地震波信号の発生を制御可能にする記憶装置と共に、１又はそれ以上のマイクロプロセッサ等の処理機能をも有する回路を備えている。又は、記憶装置は、データ、例えば、その特性（期間、大きさ、タイムスタンプ、シグニチャ特性、センサ読取り近接場等）及び他の関連情報の記憶に適していてもよい。制御装置回路は時計を有し、この時計は、伝送された地震波信号に関連するタイムコードを提供することができる。制御装置１１８と震源１７０との実際の接続は、ハードワイヤ、ラジオ周波数（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）又はその他の適したコミュニケーションシステム接続手段で成されていてもよい。当業者であれば、使用可能で、制御装置と考えられる制御装置の多くの異なる形態を理解することができるであろう。
【００２５】
近接場センサ１８０は、震源１７０の近くに配置されてもよい。近接場センサ１８０は、音響シグニチャを記録する。センサ１８０からの出力は、制御装置１１８に伝送され、ここで、この出力はタイムスタンプされ、記憶装置に記憶される。地表処理装置にデータを記憶するのに使用される記憶装置は、内部ランダムアクセスメモリ、磁気記憶装置、光学記憶装置、又は、これらのいかなる組み合わせとしてもよい。又は、センサ１８０からの出力は、制御装置１１８に伝送されてもよく、この出力は、タイムスタンプされ、コンピュータネットワーク、非同期接続又は衛星伝送等のコンピュータ通信システム（図示しない）を介して、記憶用の遠隔地（図示しない）に伝送されてもよい。
【００２６】
図２を参照すると、地震波受信機１５８は、適したセンサインターフェイス回路２０２、処理装置２０３、プログラムされた命令を記憶し、受信した地震データを記憶する記憶装置２０４と共に、ハイドロフォン及びジオフォン等のセンサ２０１の組み合わせを有していてもよい。時計回路２０５もまた地震波受信機１５８に装備され、時計回路２０５は受信した地震波信号に関連するタイムスタンプを提供する。地表時間時計と受信機時計２０５とは、地震波受信機１５８が掘削穴１３０内に配置される前に、地表において同期される。コミュニケーションポート（ＣＯＭポート）２０６は装備され、プログラムされた命令を記憶装置２０４にダウンロードすること、かつ、（関連したタイムスタンプと共に）記憶されたデータを地表処理装置１１８等の地表システムにアップロードすることを容易にする。当業者であれば、コミュニケーションポート２０６は、この業界でよく理解されたあらゆる手段、例えば、直列若しくは並列コンピュータ伝送、ＲＦ伝送、ＩＲ伝送等によって、機能することを理解することができるであろう。
【００２７】
受信機１５８は、電池（図示しない）を含む、この業界でよく理解されたあらゆる手段によって、駆動させてもよい。下部１５０は、着地受信機１５８の物理的ラッチに改作され、その結果、ドリルストリング１２０が掘削穴１３０を移動する際に、受信機１５８が弾むことを確実に防止する。例えば、受信機１５８がワイヤーライン工具の一部として配置されている、いくつかの態様では、この下部１５０は不要であってもよいことは、理解できるであろう。
【００２８】
時計２０５は、原子時計、例えば、ルビジウム時計又は同様の原理により作動する他の時計等であり、一般に使用される水晶振動子よりも数桁小さな長期ドリフトを有する。前述の例はルビジウム時計を備えているが、掘削穴内の移送に適する大きさにされた場合には、水素、セシウム又は他の元素若しくは分子に基づいて作動する時計であれば使用できることが理解できるであろう。この開示及び添付の特許請求の範囲に使用される文言「原子時計」は、その作動周波数が原子過程又は分子過程の周波数によって制御されるいかなる時計を言う。
【００２９】
実証の目的のために配置されたルビジウム原子時計において、水晶振動子は、ルビジウム８７（Ｒｂ８７）蒸気の遷移周波数６．８３４ＧＨｚ等の、高度に安定した蒸気の原子共鳴遷移に、その周波数が固定される。蒸気遷移周波数は、温度、衝撃及び振動に実質的に影響されない。このような時計は、例えば、モデル  Ｘ７２（Ｄａｔｕｍ社、アーヴィン、ＣＡ）及びモデルＡＲ−１００Ａ（ＡｃｃｕＢｅａｔ社、エルサレム、イスラエル）等の市販品を使用することができる。共通の主要要素は、光源、Ｒｂ８７が充填された共鳴空洞及び光検出器を有する共鳴モジュールである。関連したドライブエレクトロニクス及び周波数が固定された水晶振動子は、ＲＦ発生器を駆動する。作動中、光源は共鳴空洞内のＲｂ８７元素及び光検出器を励起する。周波数が固定された振動子は、ＲＦ発生器を駆動し、共鳴空洞内の原子を共鳴させる。ＲＦ発生器がＲｂ８７の遷移周波数である６．８３４ＧＨｚに設定されると、光検出器の出力が変化する。光検出器の出力がドライブエレクトロニクスにフィードバックされ、６．８３４ＧＨｚに固定された水晶振動子の周波数が維持される。その結果、水晶振動子の出力は、安定な時計信号として使用されることができる。
【００３０】
作動中、光源は約１４０℃に維持され、共鳴空洞は約９０℃に維持される。このような市販のシステムは、常温から８５℃まで作動することができる。しかし、ダウンホールの環境温度は、一般に、１００〜１７５℃に及んでおり、場合によっては、２００℃を超えることもある。
【００３１】
時計要素の温度を、極めて高温の外部環境の存在下において所望のレベルに維持するには、種々の積極的及び／又は消極的な温度制御システムの使用を必要としてもよい。このシステムは、市販されており、この業界でよく知られていると思われるので、その作動については詳細に述べない。このような制御システムは、特に制限されることのない、（ｉ）吸収冷却、（ｉｉ）電子冷却、（ｉｉｉ）熱分離、及び、（ｉｖ）相変化冷却システムを備えている。利用可能な冷却方法のいくつかはアプリケーション依存である。例えば、電池作動型受信機システムは、このような冷却器の能力不足による電子冷却の使用に利用することのできる不十分なパワを有していてもよい。しかし、いくつかのＭＷＤシステムは、電子冷却を使用するのに十分なパワを供給可能なダウンホール発生器を内蔵している。
【００３２】
受信機１５８（図１参照。）等の電池駆動型受信機を有する態様では、原子時計要素は、包装され、その結果、これら要素は、図３に示されるように、吸収冷却技術を使用して冷却されることができる。熱的に隔離されたチャンバ３０１は、共鳴室３０５内のＲｂ８７蒸気を照明するのに適した光源３０４を有する。光検出器３０７は、前述したように、共鳴室３０５内の光を検出する。周波数が固定された水晶振動子（図示しない。）及び関連するエレクトロニクスは、隔離室又はダウンホール工具の他の位置に、収納されてもよい。光源３０４は、第１の水和物３０３を含有する放熱器３０２に熱的に接続されている。共鳴室３０５及び光検出器３０７は、同様に、第２の水和物３０９を含有する放熱器３０８に熱的に接続されている。水和物の相転移温度において水和物３０３及び３０９に伝達されたエネルギは、水和物から水を解離させ、水和物は、各水和物３０３、３０９及び放熱器３０２、３０９の温度上昇に代わって、所定量のエネルギを吸収する。放出された水蒸気は、導管３１１及び３１３を介して、水蒸気を吸収するのに適した乾燥剤３１５を装備した吸収室３１４に導かれる。吸収室３１４はチャンバ３０１の外に配置されている。
【００３３】
このようなシステムを使用すると、各放熱器３０２及び３０８の温度、したがって、重要な要素は、外部環境温度の変化に対して実質的に独立である、適切な所定温度Ｔ１及びＴ２に維持されることができる。水和物３０３及び３０９は、所定温度Ｔ１及びＴ２を維持するように選択される。例えば、ほぼ８０℃で水和物水の吸収を停止する石膏は、原子時計の一部、例えば、ルビジウム充填室３０５及び光検出器３０７等を冷却するのに使用されうる水和物である。水和物及び冷却システムへのそれらの使用に関する詳細は、共に、本件出願の譲渡人に譲渡され、言及することによりこの明細書に組み込まれた、米国特許第６３４１４９８号、「掘削中におけるワイヤーラインの記録及び観察でのエレクトロニクスのダウンホール吸収冷却」、及び、米国特許出願公開第２００３００８５０３９号、「掘削中におけるワイヤーラインの記録及び観察でのダウンホール吸収冷却及び加熱」を参照されたい。又は、この業界に知られた相変換物質は、原子時計の要素を冷却する手段としてここに記載された他の技術と共に、又は、単独で、使用されてもよい。加熱器（図示しない。）は、外部環境温度が所定の作動温度よりも低い場合に、作動温度を維持するように、光源３０４及び共鳴室３０５に取り付けられていてもよい。このような加熱器は、特に制限されることのない、前述の「０３９号公開公報」に記載されているように、また、言及することによりこの明細書に組み込まれた、（ｉ）電気抵抗加熱器、及び、（ｉｉ）吸収加熱器を備えている。当業者であれば、このような加熱器は冷却装置が存在する場合に互いに限定されないことを理解することができるであろう。
【００３４】
作動中、地表時計及びダウンホール時計は、受信機が掘削穴内に配置される前に、地表において同期される。地表時計は、地表信号の初期の記録をタイムスタンプするのに使用される。原子時計は、２４時間にわたって２×１０１１の安定性を有し、この安定性は地震探査に要求される安定性を数桁超えている。ダウンホールに配置された原子時計は、ダウンホール内への連続配置１日当り３ミリ秒以内の、地表時計への同期を維持する。ダウンホール時計は、ダウンホール記憶装置に記憶された受信信号の記録をタイムスタンプするのに使用される。この受信機を地表に取り出すときに、受信信号データは、ダウンロードされ、タイムスタンプに準じて地表信号データと関連付けられる。このようなシステムにより得られた地震波断面は、従来のダウンホール時計を使用したシステム以上に分解能及び精度を増強する。その理由は、原子時計は、高度に安定で、ダウンホール内に配置された全期間にわたって、地表時計との同期を維持するからである。
【００３５】
図４に示される態様において、ＭＷＤ工具４５０は、ドリルストリング１２０とビット４５５との間に装着される。地震波受信機４５８は、ＭＷＤ工具４５０に組み込まれる。地震波受信機４５８は、ジオフォン等の地震センサ（図示しない。）と、前記した型と配置とを有する原子時計（図示しない。）とを備えている。原子時計はまた、許容可能な作動温度に原子時計を維持するための加熱システム及び／又は冷却システムを備えている。
【００３６】
受信機４５８は、地表で発生した地震波信号をダウンホールの種々の位置、例えば、位置４０５ａ〜４０５ｃで受信する。地震波信号は、ダウンホール記憶装置に記憶されてもよく、ＭＷＤ工具４５０が掘削穴から取り出された後に、システムから読み出されてもよい。原子時計は、地表時計との同期を維持している。
【００３７】
又は、ＭＷＤ工具４５０は、この業界において知られた技術を用いてコイル管（図示しない。）の端部に配置されてもよい。同様に、ＭＷＤ工具４５０は、ワイヤーライン又は同様の検層配置に用いられてもよい。
【００３８】
前述の説明は、図示及び説明のため、この発明のそれぞれの態様を導いたものである。しかし、当業者において、この発明の範囲及び精神を逸脱することなく、前述した態様の種々の改良及び変形が可能であることは、明白である。後述する特許請求の範囲は、このような改良及び変形すべてが包含するように解釈されるべきであることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、この発明における１態様に使用する地震探査取得システムの概略図である。
【図２】図２は、この発明における１態様に使用する地震波受信機のブロック図である。
【図３】図３は、この発明における１態様に使用するダウンホール原子時計システムの概略図である。
【図４】図４は、この発明における１態様による、掘削時情報検知システム（ＭＷＤ）内に配置された地震波受信機の構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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