(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震探査測定方法であって、
地表上に配置された地表地震源を用いて、地震エネルギを地球に送信するステップと、
掘削孔内に配置された１つまたはそれ以上の掘削孔受振器を用いて、地表地震源からの地震エネルギを受信するステップと、
地表地震源からの地震エネルギの受信に呼応して、掘削孔内に配置された掘削孔地震源を用いて、地震エネルギを地球に送信するステップと、
地表上に配置された１つまたはそれ以上の地表受振器を用いて、掘削孔地震源からの地震エネルギを受信するステップと、
１つまたはそれ以上の掘削孔受振器を用いて、地表地震源からの地震エネルギが最初に到達した時点から、掘削孔地震源が地震エネルギを送信する時点までの遅延時間を計測するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
計測された遅延時間を地表へ送信すするステップを有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
遅延時間の送信には、マッドパルステレメトリを用いることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
地表地震源を用いて地震エネルギを送信した時点から、１つまたはそれ以上の地表受振器を用いて、掘削孔地震源からの地震エネルギが最初に到達した時点までの地表における地表間隔を計測するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
計測された地表間隔および計測された遅延時間に少なくとも部分的に依拠して、伝播時間を計算するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
１つまたはそれ以上の掘削孔受振器が地震地震源からの地震エネルギを受信して所定の時間経過した後に、掘削孔地震源から地震エネルギが送信されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
掘削孔地震源および１つまたはそれ以上の掘削孔受振器は、ドリルビットを有するドリルストリング上に取り付けられていることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
ドリルビットが能動的に掘削作業していないときに、地震地震源は地震エネルギを送信することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
この方法は、掘削孔を延伸させる作業中に反復されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、
１つまたはそれ以上の地表受振器により受信された掘削孔地震源からの地震エネルギを示すデータを処理して、予見掘削アプリケーションに有用な情報を形成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
掘削孔地震源はジャー装置であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、
１つまたはそれ以上の地表受振器は、地上に配置されたジェオフォンアレイを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、
１つまたはそれ以上の地表受振器は海中に浸漬させた１つまたはそれ以上のハイドロフォンを有し、地表地震源は海中に浸漬させたエアガンであることを特徴とする方法。
【請求項１４】
掘削作業中に地震探査測定するためのシステムであって、
地表位置から地震エネルギを地球に送信するように構成された地表地震源と、
地表上に配置され、地球内を伝播する地震エネルギを受信するように構成された１つまたはそれ以上の地表受振器と、
ドリルストリング上に取り付けられ、掘削孔位置から地球へ地震エネルギを送信するように構成された掘削孔地震源と、
ドリルストリング上に取り付けられ、掘削孔内にあるとき、地球内を伝播する地震エネルギを受信するように構成された１つまたはそれ以上の掘削孔受振器と、
１つまたはそれ以上の掘削孔受振器と通信し、１つまたはそれ以上の掘削孔受振器による地表地震源からの地震エネルギの受信に呼応して、掘削孔内にある掘削孔地震源が地球へ地震エネルギを送信するようにプログラムされた掘削孔制御システムとを備え、
掘削孔制御システムは、１つまたはそれ以上の掘削孔受振器を用いて、地表地震源からの地震エネルギが最初に到達した時点から、掘削孔地震源が地震エネルギを送信する時点までの遅延時間を計測するようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、
ドリルストリング上に取り付けられた、データを地表へ送信する掘削孔送信器をさらに有し、
掘削孔制御システムは、掘削孔送信器を用いて、計測された遅延時間を地表へ送信させるようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、
地表地震源を用いて地震エネルギを送信した時点から、１つまたはそれ以上の地表受振器を用いて、掘削孔地震源からの地震エネルギが最初に到達した時点までの地表における地表間隔を計測する地表制御システムと、
計測された地表間隔および計測された遅延時間に少なくとも部分的に依拠して、伝播時間を計算する地表処理システムとを有することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムであって、
地表制御システムは、１つまたはそれ以上の地表受振器により受信された掘削孔地震源からの地震エネルギを示すデータに少なくとも部分的に依拠して、予見掘削アプリケーションに有用な情報を形成するようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願特許明細書は、掘削孔および地表間の地震探査技術（坑井内地震探査技術）に関する。とりわけ本願特許明細書は、掘削孔内および地表上に設置された地震源および受振器から地震探査するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田探査における掘削判断は、ほとんどの場合、地震探査マップに基づいて行う。地表地震調査において、地表受振器アレイを用いて、深度方向に沿った速度情報が収集される。この情報は、対象となる深度が大きいほど、より不正確なものとなる。上記理由に起因して、石油貯留層の深度が大きいほど、貯留層の深度および形状がしばしば歪曲され、地震探査マップが不正確なものとなる。そのため石油会社は、誤った場所で鉱泉を掘削するリスクを負い、実質的な資本投資額を無駄にすることになる。したがって、掘削中に地震探査マップを洗練する要請がますます増大している。掘削技術の進歩により、一対の地震源ならびに受振器を用いて、ビットから直接的に速度を計測することができる。しかしながら、こうした計測を可能にする従来式のワイヤーライン検層（掘削地震計測）は、掘削プロセスに支障を与えるものであり、また実質的な装着時間を要する場合がある。したがって掘削中に、こうした計測を安価に、かつ簡便に行うことは困難なことである。すなわち当業界において、現行の掘削処理を極力妨害することなく、地震速度を正確に計測する新規な方法が望まれていた。正確に深度速度の計測に関し、石油会社の地球物理学者や地質学者は、埋蔵石油を開発する際に正確な判断を行うために、地震マップを更新する。こうした新規な技術によれば、より良好なマップが提供され、掘削作業をより簡便にし、より確実に掘り当てることができる。
【０００３】
シュルンベルジェ社のシーズミック・ビジョン・ツールは、ワイヤーライン掘削地震探査の論理的な問題を解決し、掘削中に正確に速度計測するために設計されたものである。掘削プロセス中においてはケーブルが接続されないため、注意深くして、地下にある掘削孔受振器に対する地表地震源を同期させて振動を発生させる。こうした技術の大きな問題は、地表地震源を振動発生させるクロック（時計）と、地下にある掘削孔受振器で記録するクロックとを同期させることである。極めて正確な一対のクロックを用いて、一方を掘削孔の上に、他方を掘削孔の下に配置して、予めプログラムしたスケジュールで地表にて振動を発生させ、同一のスケジュールで地下における掘削孔内で計測を開始する。たとえば、第１の出力値が温度に関連する周波数を有し、第２の出力値が温度に関して実質的に安定した周波数を有する二重モードの水晶発信器を開示する米国特許第6,606,009号を参照されたい。また、地中に埋設するのに適したクロックとのドリフト（ずれ）を特定する方法を開示する米国特許第6,912,465号を参照されたい。
【０００４】
このタイプの方法の別の問題点は、データ収集の柔軟性を損ない、サービスクルーおよび掘削クルーに対し、計測自体が不必要な処理上の困難を提起することにある。さらに極めて正確なクロックは、通常、作製および維持に際して費用が嵩む。さらに掘削孔ツールから地表への通信波のバンド幅が限定されていることから、坑井内で記録された地震データを地表に送信する上で問題が生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第6,606,009号号明細書
【特許文献２】米国特許第6,912,465号号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明に係る実施形態によれば、地震探査測定方法が提供される。地球の地表上に配置された地表地震源を用いて、地震エネルギを地球に送信する。掘削孔内に配置された１つまたはそれ以上の地表受振器を用いて、地表地震源からの地震エネルギを受信する。地表地震源からの地震エネルギの受信に呼応して、掘削孔内に配置された掘削孔地震源を用いて、地震エネルギを地球に送信する。そして地表上に配置された１つまたはそれ以上の地表受振器を用いて、掘削孔地震源からの地震エネルギを受信する。
【０００７】
さらに本発明に係るいくつかの実施形態によれば、地表地震源からの地震エネルギが最初に到達した時点から、掘削孔地震源が地震エネルギを送信する時点までの遅延時間を計測する。計測された遅延時間は地表へ送信される。地表地震源から地震エネルギを送信した時点から、１つまたはそれ以上の地表受振器を用いて、掘削孔地震源からの地震エネルギが最初に到達した時点までの地表における地表間隔を計測する。計測された地表間隔および計測された遅延時間に少なくとも部分的に基づいて、伝播時間を計算することができる。
【０００８】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、より十分に明白なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を採用する坑井掘削システムを示す。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るいくつかの実施形態による掘削同時探査ツールを示す。
【図３】本発明に係るいくつかの実施形態による掘削探査システムを示す。
【図４】本発明に係るいくつかの実施形態による、掘削作業中に地震探査を行うための方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明に係るいくつかの実施形態による、海上環境において地震探査を行うためのシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、本発明の例示的な実施形態に係る限定的でない具体例に関する複数の図面とともに、以下の詳細な説明に十分に記載されている。これらの図面全体において、同様の構成部品には同様の参照符号が付されている。
以下の好適な実施形態の詳細な説明において、その一部を構成する添付図面を参照する。これらの添付図面は、本発明を具現化する特定の実施形態を説明するために図示されたものである。本発明の範疇を逸脱することなく、他の実施形態を用い、構造上の変更を加えることができることを理解されたい。
【００１１】
ここに図示する具体例は、例示的なものであって、本発明の実施形態を図解で説明するためのものである。また、これらの具体例は、最も有用と考えられ、かつ本発明の原理および概念的態様を容易に理解するために提示されたものである。この点に関して、本発明の基礎的な理解に必要以上に、詳細に構造を説明しない。図面を参照して説明することにより、当業者ならば本発明のいくつかの態様を実施できることが明らかである。さらに同様の参照符号および指示は、いくつかの図面において同様の構成要素を示すものとする。
【００１２】
いくつかの実施形態は、タイミングの問題を解決するために同期させたクロック（時計）に依拠することなく、かつ記録した波形を地表に送信する現在の掘削テレメトリ（遠隔計測）システムに付随するバンド幅の障害を、地表以外で受信することにより回避するものでもない技術を提供するものである。連絡油井孔地震源に加え、地層および地表ジェオフォンに対する音響的カップリングの信頼性が大幅に改善される。その他の利点として、地表地震受振器アレイが安価で、かつ簡便に実装されるため、速度計測される角度をより広くカバーすることができる。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、地震波が掘削孔ドリルビットから地表受振器まで伝播する時間を正確に計測するための新規な技術を提供する。このシステムは、地表地震源からの振動を掘削孔受振器で検出した後に起動させることができる掘削孔地震源を有する。掘削孔地震源を追加することにより、それぞれの地震源に対向して配置された受振器を用いて、両方向衝撃計測を実現する
【００１４】
この革新的なデータ収集システムは、クロックを同期させることを必要とせず、より正確に速度を計測することができる。地表地震データ収集システムを利用することにより、掘削孔地震源から地表までの伝播速度を計測するとき、数多くの地表受振器を配置して、広い角度範囲をカバーすることができる。同様の理論により、地表で検出された掘削孔地震源からの信号波形は、掘削孔内で検出された地表地震源からの信号波形と類似する。したがって掘削孔地震源の信号波形を地表へ送信する必要がない。本発明に係るいくつかの実施形態によれば、地表においてドリルビットの予見可能性が得られる。固定された地表ジェオフォンおよび接触地震孔地震源を追加することにより、現在の掘削同時探索が有する音響カップリングの問題を低減することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、地表地震源からの振動を受信した時点から、掘削孔地震源を起動する時点までの遅延時間が、掘削孔ツールから地表へ送信される。これは比較的にデータ容量が小さいので、マッドパルステレメトリを用いて容易に送信される。この新規な技術を用いると、地表受振器または掘削孔受振器により得られた時間情報は、互いに対して独立したものとなる。これらの実施形態によれば、地表受振器または掘削孔受振器における時間計測に関し、個々のクロックを用いて記録された事象間の相対的な時間差のみを計測する。したがって、もはや両方のクロックを同期させる必要がない。さらに、隣接して配置された強力な地震源を有する受振器は、地震源の振動発生させる時点を正確に測定する上で問題とならない。
【００１６】
図１は、本発明を具現化することができる坑井掘削システム（wellsite system）を示す。坑井掘削現場は陸上または海上にあってもよい。この例示的な実施形態では、掘削孔１１は、広く知られた方法で回転ドリルを用いて地中層に形成される。本発明の実施形態は、後述するように、指向性ドリルを用いてもよい。
【００１７】
ドリルストリング１２は、掘削孔１１内において吊り下げられ、ドリルビット１０５を底部に含むボトムホールアセンブリ１００を有する。地表システムは、掘削孔１１の上方に配置された土台櫓アセンブリ（platform and derrick assembly）１０を備え、土台櫓アセンブリ１０は、回転テーブル１６、ケリーパイプ１７、フック１８、および回転スイベル１９を有する。ドリルストリング１２は、回転テーブル１６により回転し、ドリルストリングの上端部でケリーパイプ１７と係合する図示しない手段により駆動される。ドリルストリング１２は、トラベリングブロック（動滑車、図示せず）に固定されたフック１８から、フックに対してドリルストリングを回転可能にするケリーパイプ１７および回転スイベル１９を介して吊り下げられている。択一的には、広く知られているように、トップドライブシステムを用いてもよい。
【００１８】
この実施形態の具体例において、地表システムは、坑井掘削で生じる掘削流体または掘削泥水２６を格納するピット２７をさらに有する。ポンプ２９を用いて、スイベル１９内のポートを介して、掘削泥水２６をドリルストリング１２の内部に送出することにより、掘削泥水を矢印８で示すようにドリルストリング１２を通じて下方へ送り流す。掘削泥水は、ドリルストリング１２からドリルビット１０５内のポートを介して排出させた後、矢印８で示すように、ドリルストリングの外壁と掘削孔の壁部との間の環帯領域を介して上方へ循環させる。このように広く知られた手法で、掘削流体がドリルビット１０５の動きを円滑にし、循環させるためにピット２７に戻ったとき、層掘削屑を地表まで運搬する。
【００１９】
図示された実施形態に係るボトムホールアセンブリ１００は、掘削同時検層（ＬＷＤ：Logging While Drilling）モジュール１２０、掘削同時計測（ＭＷＤ：Measuring While Drilling）モジュール１３０、可変回転翼のシステムとモータ、およびドリルビット１０５を備える。
【００２０】
ＬＷＤモジュール１２０は、当業者に広く知られた特定タイプのドリルカラー内に収容され、１つまたはそれ以上の既知のタイプの掘削ツールを含んでいてもよい。たとえば符号１２０Ａで示すように、１つ以上のＬＷＤモジュールおよび／またはＭＷＤモジュールを採用してもよい（本明細書において、符号１２０で示すモジュールに対する説明は、符号１２０Ａで示すモジュールについても同様に当てはまる。）。ＬＷＤモジュールは、情報を計測し、処理し、記憶する機能を有するとともに、地表装置と通信する機能を有する。この実施形態において、ＬＷＤモジュールは、地震計測デバイスを有する。
【００２１】
同様にＭＷＤモジュール１３０は、当業者に広く知られた特定タイプのドリルカラー内に収容され、ドリルストリングおよびドリルビットの特性を計測するための１つまたはそれ以上の既知のタイプの計測デバイスを含んでいてもよい。ＭＷＤツールは、油井孔システムに電力を供給する装置をさらに有する。これは、一般に、掘削流体の流れにより駆動される泥水タービン発生器を有するが、他の駆動システムおよび／または電池システムを用いることができる点を理解されたい。本発明において、ＭＷＤモジュールは、ビット荷重計測デバイス、トルク計測デバイス、振動計測デバイス、衝撃計測デバイス、スティックスリップ計測デバイス、方向計測デバイス、および傾き計測デバイスのうちの１つまたはそれ以上のタイプの計測デバイスを有する。
【００２２】
図２ａ〜図２ｄは、地震同時探査（seismic-while-drilling、サイスミック・ホワイル・ドリリング）ツールを図示するものであって、これはＬＷＤツールであってもよいし、あるいはここに一体のものとして統合されるP. Bretonらの「良好に配置された地震計測（Well Positioned Seismic Measurements）」と題する論文（Oilfield Review, pp. 32-45, Spring, 2002）に記載されたような一連のＬＷＤツール１２０Ａの一部であってもよい。掘削孔ＬＷＤツールは、（図２ａおよび図２ｂに示すように）単一の受振器を有するか、あるいは（図２ｃおよび図２ｄに示すように）あるいは複数の受振器を有し、（図２ａおよび図２ｃに示すように）地表において単一の地震源を有するか、あるいは（図２ｂおよび図２ｄに示すように）地表において複数の地震源を有する。すなわち図２ａには、地層境界からの反射が図示されているが、これは「ゼロ・オフセット（zero-offset）」垂直坑井内地震探査法と呼ばれ、単一の地震源と単一の受振器が用いられる。図２ｂには、地層境界からの複数の反射が図示されているが、これは「ウォーク・アウェイ（walkaway）」垂直坑井内地震探査法と呼ばれ、複数の地震源と単一の受振器が用いられる。図２ｃには、岩塩ドームの境界を介した反射が図示されているが、これは「岩塩近傍」垂直坑井内地震探査法と呼ばれ、単一の地震源と複数の受振器が用いられる。図２ｄには、地層境界からの複数の反射が図示されているが、これは「ウォーク・アバブ」垂直坑井内地震探査法と呼ばれ、複数の地震源と複数の受振器が用いられる。
【００２３】
図３は、いくつかの実施形態に係る地震計測システムを示す。地表には水が充填されたピット３１０が配置され、その内部には１つまたはそれ以上の地震受振器３１４および地震源３１２が配設されている。地震源３１２はエアガンであり、地震受振器はジェオフォンである。以下に詳細後述するようにいくつかの実施形態によれば、１つまたはそれ以上のジェオフォンのアレイは、埋設される場合もあるが、これを用いて地表における地震信号を計測することができる。掘削孔３００がウェルヘッド（油井頭部）３０２から地中層３０６内に延びている。掘削孔３００内には、ドリルビット（図示せず）を含むドリルストリング３０４が配設されている。掘削孔地震源３２２と受振器３２４のような１つまたはそれ以上の掘削孔受振器とを有する掘削孔地震ユニット３２０がドリルストリング３０４上に取り付けられている。掘削孔制御ユニット３２６は、記憶装置を有し、掘削孔受振器の計測値を受信し、記憶することができる。制御ユニット３２６は、地震源３２２を起動して、地震エネルギを発振させることができる。制御ユニット３２６は、掘削孔テレメトリユニット３２８を介して、地表との間で情報のやり取りをすることができる。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、掘削孔受振器により計測された、地表からの地震エネルギを最初に観測した時点から、掘削孔地震源が地震エネルギを発生する時点までの間の遅延時間を計測する。ウェルヘッド３０２、地表地震源３１２、および地表受振器３１４は、ウェルヘッド内の地震ユニットまたは別の位置に配置可能な処理ステーション３３０と通信する。処理ステーション３３０は、１つまたはそれ以上のプロセッサ、記憶媒体、ユーザインターフェイス、および入力／出力モジュールなどを有する。処理ステーション３３０は、地表受振器３１４が地表地震源３１２からの地震エネルギを観測した後、掘削孔地震源からの地震エネルギが最初に到達するまでの地表における時間間隔を計測するための地表制御システムを有していてもよい。矢印で示す軌跡３４０は、地表地震源３１２から掘削孔受振器３２４までの圧縮波と、掘削孔地震源３２２から地表受振器３１４までの圧縮波とを示す。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、掘削孔地震源３２２は、固まりやすい別の掘削孔部品に衝撃荷重を加えるように設計された既存の油圧式または機械式のジャーデバイス（jar device）を用いて実現することができる。たとえば、シュルンベルジェ社の油圧式ジャーを参照されたい。いくつかの実施形態によれば、掘削孔地震源は、ここに一体のものとして統合される米国特許出願公開第2008/0110691号に記載されたようなものである。いくつかの実施形態によれば、地表地震源として、バイブロサイストラックなどの人工地震発生機を用いる。バイブロサイスを用いた場合、掘削孔信号処理器を用いてチャープ信号を減衰させる。
【００２５】
図４は、いくつかの実施形態において、掘削作業の際に地震計測を行う方法を示すタイミングチャートである。図４に示す計測シーケンスは、掘削を停止した時に行ったものである。上側のチャート４１０は、図３に示す地表受振器３１４などの地表受振器からの応答を示すものである。下側のチャート４２０は、図３に示す掘削孔受振器３２４などの掘削孔受振器からの応答を示すものである。信号波形４１２，４２２は、地表地震源の振動発生時に対する地表受振器および掘削孔受振器の応答を示すものである。地表から掘削孔の位置までの一方向の伝播時間をタイミングチャートでは「Ｔ」と表す。同様に、信号波形４１４，４２４は、掘削孔地震源の振動発生時に対する地表受振器および掘削孔受振器の応答を示すものである。掘削孔の位置から地表までの一方向の伝播時間を同様に「Ｔ」と表す。地表地震源が振動発生した後、掘削孔地震源からの信号を受信するまでの時間差は、両方向すなわち往復の伝播時間（２Ｔ）に、掘削孔受振器が地表地震源からの信号を受信した後に掘削孔地震源を振動させるまでの遅延時間「Δｔ」を加えたものである。いくつかの実施形態によれば、遅延時間Δｔは、掘削孔受振器の計測値により特定され、掘削作業が再開された後に、泥内テレメータを介して地上へ送信される。いくつかの他の択一的な実施形態によれば、遅延時間Δｔは予め決められていて、掘削孔地震ユニットにプログラムされ、掘削孔地震源は所定時間経過後に振動発生して、遅延時間が一定で、地表において事前に既知のものとなるようにする。この場合、遅延時間は地表に送信する必要はない。
【００２６】
掘削作業中に送信され、あるいは事前に設定された遅延時間Δｔを、地表における計測記録から差し引くことにより、両方向衝撃計測時間（two-way check shot time：両方向の経路において地震の衝撃を与えた後に地震を計測するまでの時間）を求めることができる。いくつかの実施形態によれば、上述の地震発生ステップおよび計測ステップを複数回反復して、地表において波形信号を蓄積することにより、信号ノイズ比を改善する。
【００２７】
上記技術によれば、好適にも、地表受振器または掘削孔受振器で収集される時間情報は互いに対して独立したものとすることができる。地表または掘削孔内での時間計測に際し、複数の事象が生じる相対的な時間間隔を単一のクロックで計測するだけなので、両方のクロックを同期させる必要がない。さらに、強力な地震源に隣接して配置された受振器において、地震発生の正確な時刻を特定する際の不具合が生じることはない。
【００２８】
以下説明するデータ収集方法に関し、掘削孔地震源は、地表地震源による振動発生後に、振動を与えることに留意されたい。通常、掘削孔ツールと地表装置との間は電気的に接続されていないので、汲み上げ動作や泥水循環を介して、掘削孔地震源による振動発生を制御することにより、機械式の掘削孔地震源を起動して、掘削孔の底部で衝撃を与える。地震源は地層に接しているので、音響カップリングの問題は生じない。掘削環境において、泥水循環およびビット荷重の必要性に起因して、莫大な流体力学的弾性エネルギを利用することができる。いくつかの実施形態によれば、この潜在的な力を用いて、掘削孔地震源を起動することができる。上述のように、いくつかの実施形態によれば、ドリルストリングの残りの部分を引き上げることなく、掘削ジャーを用いて、掘削孔の底部において反復可能な下方向の衝撃を与えることができる。ジャーは、ドリルストリングに対する引張力または圧縮力を制御することにより、あるいは循環圧力を制御することによりジャーを起動することができる。ジャーは、通常の他の用途に比して、ドリルビットにより近接して配置する必要がある点に留意されたい。地表において検出可能な地震信号を発生させるために、適正な周波数成分を有する十分以上の力を利用することができる。
【００２９】
音響振動を形成するドリルリグ付近で地震信号を計測するために用いられる技術について以下詳細に説明する。いくつかの方法を用いて、高品質の地震信号を記録することができる。いくつかの実施形態によれば、ジェオフォンアレイを、レイリー表面波の優位周波数の一波長より深い掘削孔内に埋設する。表面波は深度の増大につれ指数関数的に減衰する。いくつかの他の実施形態によれば、受振器アレイを用いて、記録中に上方伝播波をビーム形成して、アレイの側面から伝播する波を除去する。さらに別の実施形態によれば、別の受振器アレイを用いて、表面ノイズを相殺する。数多くの用途において、高品質の信号を提供する上で、上方伝播波を維持するための有効速度フィルタと協働する、埋設されたジェオフォンアレイは十分なものである。
【００３０】
地表ジェオフォンアレイは、安価であり、圧力および温度に関して特別の包装を必要としない。したがって、地中速度を計測する際、より広い角度をカバーするために必要な数の受振器アレイを配置することができる。適正な地震源および受振器の構成を用いて、追加的に剪断速度情報を得ることができる。
【００３１】
ここに記載された数多くの実施形態が有する別の重要な意義のある利点は、データ収集のための所定のスケジュールに合わせる必要がないということである。したがって、計測技術によれば、サービスクルーや掘削クルーに対し、不必要な処理上の困難を提起することはない。掘削作業を一時的に停止して、掘削孔受振器がより静寂とした環境で地表地震源からの音源を計測するならば、任意の時間に任意の深度で、柔軟に計測を実施できる。
【００３２】
相互的な定理によれば、掘削孔地震源から地表で検出された信号は、地表地震源から掘削孔内で検出された信号と類似する。したがって好適にも、掘削孔での信号波形を地表に送信する必要はない。いくつかの実施形態によれば、地表において記録された信号波形は、ドリルビット予見アプリケーションのために処理される。
【００３３】
この新規な技術を用いることの重要な利点は、実際の深度に応じて、正確に速度計測できることにあり、このため地球物理学者や地質学者は、地震マップを改善し、石油貯留層を探索する際に、より有意義で迅速な掘削判断を行うことができる。
【００３４】
図５は、いくつかの実施形態において、海上環境にて地震計測するシステムを示す。海上には、地震ユニット５１０は、１つまたはそれ以上の地震受振器と、地震源とを有する。図５に示すような海上環境では、ユニット５１０は、通常、エアガンタイプの地震源と、１つまたはそれ以上の水中ハイドロフォンとを有する。いくつかの実施形態によれば、たとえば海底上の装置または海洋５９０中のストリーマケーブル上において、１つまたはそれ以上の受振器のアレイを用いて、海上で地震信号を計測することができる。このような移動する受振器を用いた場合には、データを記録する際、ＧＰＳ情報を用いて受振器の位置を特定する。油井孔５００がリグ（掘削装置）５０２から地中層５０６内に延びている。油井孔５００内には、ドリルビット（図示せず）を含むドリルストリング５０４が配設されている。掘削孔地震源５２２と受振器５２４のような１つまたはそれ以上の掘削孔受振器とを有する掘削孔地震ユニット５２０がドリルストリング５０４上に取り付けられている。リグ（掘削装置）５０２は、その上または別の位置に配置された処理ステーションと通信する。矢印で示す軌跡５４０は、海面地震源から掘削孔受振器５２４までの圧縮波と、掘削孔地震源５２２から海面受振器までの圧縮波とを示す。
【００３５】
当業者が上記記載を読めば、本発明の数多くの択一例および変更例が間違いなく明らかなものとなるが、説明のために記載され図示された特定の実施形態を限定的に解釈すべきではない。さらに、本発明について好適な実施形態を参照して説明したが、本発明の精神および範疇に含まれる変形例が想到される。上記実施例は説明の目的のためだけに提示されたものであり、本発明をこれに限定するものと解釈すべきではない。本発明について例示的な実施形態を参照して説明したが、本願で用いられた用語は説明および図解のための用語であって、限定的な用語ではない。ここで記載し、補正されるように、本発明に係る態様の範疇および精神から逸脱することなく、添付クレームの範囲内において変更を加えることができる。特定の手段、材料、および実施形態を参照して、本発明を説明したが、ここに記載された特定の実施形態に限定することを意図するものではなく、むしろ、添付クレームの範疇に含まれるすべての機能的に均等な構造、方法、および使用方法に及ぶものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…土台櫓アセンブリ、１１…掘削孔、１２…ドリルストリング、１６…回転テーブル、１７…ケリーパイプ、１８…フック、１９…回転スイベル、２６…掘削泥水、２７…ピット、２９…ポンプ、１００…ボトムホールアセンブリ、１０５…ドリルビット、１２０…掘削同時検層（ＬＷＤ）モジュール、１３０…掘削同時計測（ＭＷＤ）モジュール、３０２…ウェルヘッド（油井頭部）、３０４…ドリルストリング、３０６…地中層、３１０…ピット、３１２…地震源（エアガン）、３１４…地震受振器（ジェオフォン）、３２０…掘削孔地震ユニット、３２２…掘削孔地震源、３２４…受振器、３２６…掘削孔制御ユニット、３２８…掘削孔テレメトリユニット、３３０…処理ステーション、４１２，４２２…信号波形、５００…油井孔、５０２…リグ（掘削装置）、５０４…ドリルストリング、５０６…地中層、５１０…地震ユニット、５２０…掘削孔地震ユニット、５２２…掘削孔地震源、５２４…掘削孔受振器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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