(57)【要約】【課題】本開示の例示的な実施形態は、本体を伝搬する音響信号を減衰させる方法及び装置に関する。【解決手段】装置は、本体と、この本体に沿って配置された少なくとも１つの音響減衰器とを含む。この減衰器は、キャビティと、このキャビティ内に配置される顆粒状粒子とを含む。キャビティ内には、液体も配置される。リストリクタが、キャビティ内の顆粒状粒子に応力を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体に沿って配置された少なくとも１つの音響減衰器と、
を備え、前記減衰器が、
キャビティと、
前記キャビティ内に配置された複数の顆粒状粒子と、
前記キャビティ内に配置された液体と、
前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に応力を印加するように構成されたリストリクタと、
を含む、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
複数の音響減衰器をさらに備え、少なくとも１つの減衰器が、前記顆粒状粒子に第１の応力を印加し、少なくとも１つの他の減衰器が、前記顆粒状粒子に第２の応力を印加し、前記第１の応力及び第２の応力が異なる値を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記リストリクタが、前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に１Ｐａ〜５ＭＰａの応力を印加するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液体が、室温で２〜１，０００，０００ｃＳｔの粘度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に対する前記液体の体積率が０．００１％〜５％である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記キャビティ内の液体の体積が、前記液体が前記顆粒状粒子を覆うように構成される、
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記顆粒状粒子の粒子サイズが１〜５００ミクロンである、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記本体上に配置された少なくとも１つの音響送信機と、
前記本体上に配置された少なくとも１つの音響受信機と、
をさらに備え、前記少なくとも１つの音響受信機と前記少なくとも１つの音響送信機の間に前記少なくとも１つの音響減衰器が配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの音響送信機と前記少なくとも１つの音響受信機の間に配置された複数の減衰器をさらに備え、前記少なくとも１つの音響送信機と前記少なくとも１つの音響受信機の間の前記複数の減衰器が、前記ツール本体の体積の５％〜２０％の体積を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が掘削同時検層ツールであり、前記本体がドリルカラーである、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ボアホールが横切る地下層の音響調査を行うための検層ツールであって、
縦方向に延びるツール本体と、
前記本体上の第１の縦方向位置に配置された少なくとも１つの音響送信機と、
前記本体上の第２の縦方向位置に配置された少なくとも１つの音響受信機と、
前記少なくとも１つの音響送信機と前記少なくとも１つの音響受信機の間に配置された少なくとも１つの音響減衰器と、
を備え、前記減衰器が、
前記ツール本体内のキャビティと、
前記キャビティ内に配置された複数の顆粒状粒子と、
前記キャビティ内に配置されて、前記キャビティ内の前記顆粒状粒子を覆うように構成された液体と、
前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に応力を印加するように構成されたリストリクタと、
を含む、
ことを特徴とする検層ツール。
【請求項１２】
前記リストリクタが、前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に応力を印加するように構成されたバネを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの音響送信機と前記少なくとも１つの音響受信機の間に配置された複数の減衰器をさらに備え、少なくとも１つの減衰器が、前記顆粒状粒子に第１の応力を印加し、少なくとも１つの他の減衰器が、前記顆粒状粒子に第２の応力を印加し、前記第１の応力及び第２の応力が異なる値を有する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１４】
前記液体が、ボアホール温度で２〜１，０００，０００ｃＳｔの粘度を有する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１５】
前記リストリクタが、前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に１Ｐａ〜５ＭＰａの応力を印加するように構成される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１６】
前記顆粒状粒子の粒子サイズが１〜５００ミクロンである、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの音響送信機と前記少なくとも１つの音響受信機の間に配置された複数の減衰器をさらに含み、前記少なくとも１つの音響送信機と前記少なくとも１つの音響受信機の間の前記複数の減衰器が、前記ツール本体の体積の５％〜２０％の体積を有する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１８】
前記装置が掘削同時検層ツールであり、前記本体がドリルカラーである、
ことを特徴とする請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１９】
本体を伝搬する音響信号を減衰させる方法であって、
前記本体に沿って配置されたキャビティ内に複数の顆粒状粒子を配置するステップと、
前記キャビティ内の前記顆粒状粒子に応力を印加するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記顆粒状粒子に印加される前記応力が、前記音響信号の特定の周波数を減衰させるように調整される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響信号に関し、より詳細には音響信号を減衰させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
石油及びガス産業では、通常、検層ツールにより地下層を探査して地層特性を判定し、これを使用してその後の掘削又は生産作業の採算性及び生産性を予測又は評価することができる。多くの場合、地層の音響的特性を測るために音響検層ツールが使用され、このツールを使用して地層の他の特性を得ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，８５２，５８７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６４３，２２１号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｖａｌｅｎｚａ他著、「粒状媒体の動的有効質量及び固体伝搬音の減衰（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｍａｓｓ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｂｏｒｎｅ  Ｓｏｕｎｄ）」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ８０（２００９年）０５１３０４
【非特許文献２】Ｖａｌｅｎｚａ他著、「共振構造の振動応答に対する粒状媒体の効果（Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ａ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．１２８，２７６８（２０１０年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような音響検層ツールは、地層内に音響信号を送信するための音響送信機、及び地層から戻ってくる音響信号を受信するための音響受信機を含むことができる。音響検層ツールが直面する共通の問題点は、時として音響信号の成分が、ツール本体を通じて送信機から受信機に直接伝わるという点である。この音響信号の成分は、地層に関する有用な情報を提供するものではなく、むしろ地層からの有用な信号に干渉する信号ノイズを生成するものである。従来、この問題には解決策が存在するものの、これらの解決策では、広範囲にわたる音響周波数を十分に減衰させることはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示的な実施形態は、音響信号を減衰させるための装置に関する。１つの実施形態では、このような装置が、本体と、この本体に沿って配置された複数の減衰器（例えば、少なくとも１つの減衰器）とを含む。音響減衰器はキャビティを含む。このキャビティ内に、液体及び粒状媒体（複数の顆粒状粒子など）を配置する。減衰器は、キャビティ内の顆粒状粒子に応力を印加するためのリストリクタも含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、本体に沿って複数の音響減衰器を配置する。これらの減衰器のいくつかが顆粒状粒子に応力を印加し、他のいくつかが異なる値の応力を印加する。このようにして、音響減衰器は異なる音響周波数を減衰させる。
【０００８】
例示的な実施形態は、ボアホールが横切る地下層の音響調査を行うための検層ツールにも関する。この検層ツールは、縦方向に延びるツール本体を含む。本体の縦方向位置に複数の音響送信機を配置し、本体の異なる縦方向位置に複数の音響受信機を配置する。音響検層ツールは、音響送信機と音響受信機の間に位置する複数の音響減衰器も含む。減衰器は、ツール本体内に配置されたキャビティを含む。このキャビティ内に、粒状媒体及び液体を配置する。液体は、キャビティ内の顆粒状粒子を覆うように構成される。減衰器は、キャビティ内の顆粒状粒子に応力を印加するためのリストリクタも含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、ツール本体に沿って複数の音響減衰器を配置する。これらの減衰器のいくつかが顆粒状粒子に応力を印加し、他のいくつかが異なる値の応力を印加する。このようにして、音響減衰器は異なる音響周波数を減衰させる。
【００１０】
例示的な実施形態は、本体を通る音響信号を減衰させる方法にも関する。この方法は、本体に沿って配置されたキャビティ内に粒状媒体（複数の粒子など）を配置するステップと、キャビティ内の顆粒状粒子に応力を印加するステップとを含む。いくつかの実施形態では、顆粒状粒子に印加する応力を、音響信号の特定の周波数を減衰させるように調整する。
【００１１】
例示的な実施形態は、粒状媒体を配置した減衰器を含む本体の減衰特性を予測する方法にも関する。この方法は、応力を印加した粒状媒体の有効質量を求めるステップを含む。この有効質量を使用して、本体の有効密度を求める。この有効密度を使用して、本体の遅延を求める。この処理を、複数の異なる印加応力にわたって繰り返すことができる。
【００１２】
当業者であれば、以下にまとめる図面を参照しながら説明する以下の「発明を実施するための形態」より、本開示の様々な実施形態の利点をより完全に理解するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の１つの実施形態による掘削アセンブリの概略図である。
【図２】本開示の１つの実施形態によるツール本体の概略図である。
【図３】本開示の１つの実施形態による減衰器の概略図である。
【図４】本開示の別の実施形態による減衰器の概略図である。
【図５】本開示の別の実施形態による減衰器の概略図である。
【図６】図５の減衰器の組立図である。
【図７】本開示のさらに別の実施形態による減衰器の概略図である。
【図８】図７の減衰器の組立図である。
【図９】本開示の別の特定の実施形態による減衰器の概略図である。
【図１０】本開示のさらに別の実施形態による減衰器の概略図である。
【図１１】本開示の別の例示的な実施形態による減衰器の概略図である。
【図１２】本開示の１つの実施形態による、ツール本体に結合された減衰器の概略図である。
【図１３】本開示の１つの実施形態による、ツール本体の減衰対周波数のプロットである。
【図１４】本開示の別の実施形態による、ツール本体の減衰対周波数のプロットである。
【図１５】本開示の別の実施形態によるツール本体の概略図である。
【図１６】図１５のツール本体の断面図である。
【図１７】本開示の別の実施形態によるツール本体の概略図である。
【図１８】本開示のさらに別の実施形態によるツール本体の概略図である。
【図１９】図１８のツール本体の断面図である。
【図２０】本開示のいくつかの実施形態による減衰器の配置を示す図である。
【図２１】本開示のいくつかの実施形態による減衰器の配置を示す図である。
【図２２】本開示のいくつかの実施形態による減衰器の配置を示す図である。
【図２３】本開示の１つの実施形態による音響ツールを示す図である。
【図２４】本開示の１つの実施形態による、散逸容量対周波数のプロットである。
【図２５】本開示の１つの実施形態による、減衰対周波数のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の例示的な実施形態は、ツール本体を伝搬する広範囲にわたる音響信号周波数を減衰させる方法及び装置に関する。この目的のために、本発明の様々な実施形態は、ツール本体に沿って配置されたキャビティ内に液体及び粒状媒体を配置する。次に、この粒状媒体に応力を印加する。この印加する応力を、粒状媒体が音響信号の特定の周波数を減衰させるように調整することができる。特定の実施形態では、複数のキャビティを使用して、個々のキャビティを、異なる範囲の周波数を減衰させるように調整する。このようにして、本発明のいくつかの実施形態を、広範囲にわたる音響信号周波数を減衰させるように調整することができる。以下、様々な実施形態の詳細について説明する。
【００１５】
図１に、本発明の１つの実施形態による掘削アセンブリ１００を示す。掘削アセンブリ１００は、ボアホール１０４上に配置された掘削リグ１０２を含む。掘削リグ１０２は、ダウンホール音響検層ツール１０８を備えた掘削ストリング１０６を含む。ダウンホール音響検層ツール１０８は、ボアホール１０４が横切る地下層１１０の音響調査を行うために使用される。１つの実施形態では、音響検層ツール１０８が、掘削同時検層ツールの一部であり、掘削作業を行っている間に地下層を調査するように構成される。しかしながら、他の実施形態では、音響検層ツール１０８が掘削作業に依存しない。
【００１６】
図２に、本発明の１つの実施形態によるツール本体２００を示す。図２に示す特定の実施形態では、このツール本体２００は、ボアホール内に配置されるように構成された内部が空洞の縦方向に延びる本体である。ツール本体２００は、外径によって定められる外面２０２、及び内径によって定められる内面２０４を含む。１つの特定の実施形態では、ツール本体２００が、掘削ツールのドリルカラーである。このような実施形態では、掘削泥水が、ツール本体２００の内径を通じてボアホール内に流れ落ち、ボアホールの地層と本体の外面２０２との間を上ってくる。なお、ツール本体２００の相対的形状、寸法及びサイズに関する説明は例示的なものであり、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【００１７】
ツール本体２００は、ツール本体上に配置された音響センサ（少なくとも１つの音響送信機２０６及び少なくとも１つの音響受信機２０８など）も含む。いくつかの実施形態では、送信機２０６と受信機２０８が互いに縦方向に離間する。ツール本体２００は、送信機２０６と受信機２０８の間のツール本体２００の体積により定められる減衰部分２１０も含む。この減衰部分２１０は、ツール本体２００に沿って配置された、ツール本体を伝搬する音響信号を減衰させるための少なくとも１つの減衰器２１２を含む。図２に示す実施形態では、ツール本体２００の外面２０２の周囲に複数の減衰器２１２が配置される。
【００１８】
本発明の様々な実施形態は、図２に示す減衰器の配置に限定されるわけではない。例えば、減衰器を１又はそれ以上の音響センサに隣接して（センサの裏側、周囲及び下部などに）配置することができる。また、他の実施形態では、減衰器をツール本体に沿って減衰部分の上方又は下方（送信機の下方及び／又は受信機の上方など）に配置することができる。このような実施形態は、周囲の地層からツール本体に戻ってくる音響信号を減少させる役に立つことができる。
【００１９】
図３は、本発明の１つの実施形態による減衰器３００の断面図である。この減衰器は、ツール本体３０４内に配置されたキャビティ３０２を含む。キャビティ３０２は円筒形状を有し、ツール本体の外面３０５内に配置される。追加の又は代替の実施形態では、キャビティ３０２をツール本体の内面上に配置することもできる。他の様々な実施形態では、キャビティ３０２がツール本体の外部に配置される。さらに、キャビティ３０２は、他の様々な形をとることもできる。例えば、キャビティ３０２を長方形又は楕円形にすることができる。また、キャビティ３０２は、ツール本体３０４の外面又は内面の周囲に縦方向に又は放射状に延びるチャネルを形成することもできる。
【００２０】
図３に示すように、キャビティ３０２内には、粒状媒体３０６（複数の顆粒状粒子など）が配置される。様々な実施形態では、顆粒状粒子３０６のサイズが、ツール本体３０４内の減衰すべき波長よりも著しく小さい。特定の実施形態では、粒状媒体３０６の顆粒状粒子が、５ミクロン〜５００ミクロンである。しかしながら、これらのサイズは一例にすぎない。別の例では、粒状媒体３０６が、最大５０００ミクロンのサイズの粒子を含む。顆粒状粒子のサイズパラメータは様々であってよい。本明細書に開示する範囲及びサイズは、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【００２１】
また、本発明の様々な実施形態では、粒状媒体３０６を、粒子が高ボアホール温度で安定するように選択する。この目的のために、顆粒状粒子を、アルミニウム又はタングステンなどの金属材料、及び／又はシリコン、鋳鉄又は炭化タングステンなどの他の様々な材料から形成することができる。キャビティ３０２内に異なるサイズの粒子及び／又は粒子材料の混合物が存在するように粒状媒体３０６を選択することもできる。本明細書に開示する例示的な材料は、本発明の範囲を限定するためのものではない。顆粒状粒子の材料組成は、本明細書に示す例以外にも様々であってよい。
【００２２】
その他の考慮できる粒子特性に、粒子形状がある。例えば、１つの特定の実施形態では、粒状媒体３０６が、表面が丸みを帯びた及び／又は滑らかな実質的に対称な（球形などの）粒子を含む。他の実施形態では、粒子が非対称であり、凸凹の表面及び／又はギザギザの端部を有する。説明したように、顆粒状粒子の形状は様々であってよい。本明細書に開示する例示の形状は、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【００２３】
図３の特定の例では、キャビティ３０２が、水、油、掘削液、フルオロカーボン潤滑剤、ポリマー及び／又はゲルなどの液体３０８も含む。１つの特定の例では、液体３０８が、ポリジメチルシロキサンなどのシリコン油である。様々な例示的な実施形態では、液体３０８が、水よりも粘度値が高い（例えば、１ｃＳｔ）粘性液である。別の特定の実施形態では、液体３０８が、特定の適用温度で２〜１，０００，０００ｃＳｔの粘度を有する。例えば、消費財用途では、液体３０８は、室温で２〜１，０００，０００ｃＳｔの粘度を有することができる。ボアホール用途では、液体３０８は、ボアホール温度（１００〜１７５℃など）で２〜１，０００，０００ｃＳｔの粘度を有することができる。本明細書に開示する組成及び範囲は、本発明の範囲を限定するためのものではない。液体３０８の組成及び粘度パラメータは、本明細書に示す例以外にも様々であってよい。例えば、いくつかの実施形態では、液体３０８が、水よりも低い粘度を有することができる。
【００２４】
１つの例示的な実施形態では、キャビティ３０２内の液体３０８の体積を、粒状媒体３０６の少なくとも一部を液体で覆うのに十分なものとする。このような実施形態では、液体３０８の体積を、液体３０８が粒状媒体３０６に浸透しないように選択する。例えば、１つの特定の実施形態では、１１０グラムのタングステン粉末を８０ｍｇの５０００ｃＳｔのシリコン油で覆う。この目的のために、様々な実施形態では、粒状媒体３０６に対する液体３０８のキャビティ３０２内体積率を０．００１％〜５％とする。本発明の他の実施形態では、液体３０８が粒状媒体３０６に浸透する。本明細書に開示する比率及び範囲は一例であり、本発明の範囲を限定するためのものではない。液体体積及び粒状媒体体積のパラメータは、本明細書に記載する比率及び範囲以外にも様々であってよい。
【００２５】
図３に示すように、減衰器３００は、粒状媒体３０６に応力を印加するように構成されたリストリクタ３１０も含む。本発明者らは、粒状媒体３０６に印加する応力を調節することにより、減衰器３００を、音響信号の特定の周波数を減衰するように調整できると気付いた。
【００２６】
リストリクタ３１０により粒状媒体３０６に印加される応力は有効応力である。有効応力とは、リストリクタにより印加される外部応力から（大気圧などの）間隙圧を差し引いたものとして定義される。リストリクタ３１０によって粒状媒体に印加される応力は、少なくとも０Ｐａよりも大きい。図３に示す特定の例では、リストリクタ３１０が、キャビティ３０２の開口部３１４内の雌ネジと噛合するように構成されたネジ付き雄キャップ３１２を含む。キャビティの開口部３１４内にキャップ３１２を螺入すると、キャップが粒状媒体３０２に接触して粒状媒体に応力を与える。粒状媒体３０２に印加する応力は、キャップ３１２を回し、（キャップの変位を調節することなどにより）キャップをキャビティ３０２に出入りさせることによって調整することができる。様々な例示的な実施形態では、粒状媒体３０２に印加する応力が１Ｐａ〜５ＭＰａである。粒状媒体３０２に印加する応力は、この範囲以外にも様々であってよい。このような例及び範囲は、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【００２７】
図４に、本発明の別の実施形態による減衰器４００を示す。減衰器４００は、図４ではリストリクタ４０２がプラグなどの対応媒体４０４を含む点を除き、図３に開示した減衰器と同様のものである。この対応媒体４０４を、ネジ付きキャップ４０６と粒状媒体４０８の間に配置する。ネジ付きキャップ４０６を回してキャビティ４１０内に入れ込むと、対応媒体４０４が粒状媒体４０８に応力を印加する。対応媒体４０４は、所定の位置に来ると粒状媒体４０８に一定応力を印加する。対応媒体４０４は、ゴム又はシリコンなどの様々な異なる種類の材料から作成することができる。（弾性率が異なる材料を使用することなどにより）異なる所定の値の応力を印加する１又はそれ以上の対応媒体から選択を行うことにより、粒状媒体４０８に印加する応力を調整することができる。対応媒体４０４は、様々な異なる形状寸法（厚みなど）を有することもできる。このようにして、１又はそれ以上の異なる媒体形状から選択を行うことにより、粒状媒体４０８に印加する応力を調整することができる（例えば、より厚みのある対応媒体４０４を使用すれば印加される応力も大きくなる）。
【００２８】
図５〜図６に、本発明の別の実施形態による減衰器５００を示す。図５〜図６では、対応媒体４０４が、ピストン５０２及びバネ５０４を含む。バネ５０４を、ネジ付きキャップ５０６とピストン５０２の間に配置する。ネジ付きキャップ５０６を回してキャビティ５０８内に入れ込むと、バネ５０４が圧縮してピストン５０２に応力を印加し、これがさらに粒状媒体５１０に応力を印加する。図６には、ネジ付きキャップ５０６、バネ５０４、及びピストン５０２の組立図を示している。これらを組み立てると、バネ５０４が、ピストン５０２を通じて粒状媒体５１０に一定応力を印加する。１つの特定の実施形態では、バネ５０４が、金属材料から形成された螺旋コイルである。ピストン５０２も金属材料から形成することができる。異なる所定の値の応力を印加する１又はそれ以上のバネから選択を行うことにより（バネ定数が異なるバネを使用することなどにより）、粒状媒体５１０に印加する応力を調整することができる。
【００２９】
（バネ及びゴム材料などの）対応媒体を使用するリストリクタの例示的な実施形態は、ボアホール環境内で一定応力を印加するという利点を有する。多くの場合、ボアホール環境内のツールの振動によって時間とともに粒状媒体の総体積が減少し、結果的に粒状媒体に印加される応力が減少するようになる。バネなどの対応媒体は、この体積の減少を考慮して、結果的に粒状媒体に一定応力を印加し続けるように自動的に順応する。
【００３０】
図７〜図８に、本発明のさらに別の実施形態による減衰器７００を示す。図７〜図８では、リストリクタ構造７０２に雄ネジ及び雌ネジがない。代わりに、この特定の実施形態は、キャップ７０４をキャビティ７０８の開口部７０６に固定するために、溶接又は蝋付け処理などの加熱処理に依存する。図８には、キャップ７０４、バネ７１０及びピストン７１２の組立図を示している。この減衰器は、熱／圧力処理によりキャップとキャビティ７０８の間に形成された接合部７１４を含む。
【００３１】
図９に、本発明の別の特定の実施形態による減衰器９００を示す。図９の実施形態は、図７〜図８に示す実施形態の２つの変形形態を含む。例えば、加熱処理の代わりに締まり嵌めを使用して、キャビティ９０６の開口部９０４にキャップ９０２を固定する。換言すれば、キャップ９０２の直径は開口部９０４の直径よりもわずかに大きく、力を加えて開口部内にキャップを固定する。また、図７〜図８に示すような平らなキャビティ壁７１６とは対照的に、図９の実施形態では、キャビティ壁９０８がフレア９１０を含む。このフレア９１０により、粒状媒体９１２及び液体９１４に接触するキャビティ９０６の表面積が増加する。このようなフレア９１０は、音響信号の減衰をさらに容易にすることができる。本発明の様々な実施形態では、フレア９１０の振幅及び／又は周波数が、顆粒状粒子の寸法未満に制限される。このような「凸凹」の表面を有するキャビティは、潜在的に音響信号を粒状媒体９１２により良好に結び付けることができる。
【００３２】
図１０に、本発明のさらに別の実施形態による減衰器１０００を示す。図示の特定の実施形態では、リストリクタ１００２が、特定の厚みを有する突起１００６を備えたキャップ１００４を含む。ネジ又はリベットなどの機械的留め具１０１２を使用して、キャップ１００２をキャビティ１０１０の開口部１００８に固定する。また、リストリクタ１００２は、粒状媒体１０１６を少なくとも部分的に含む（ゴム又はシリコンなどから作成された）対応バッグ又は容器１０１４を含む。対応バッグ１０１０をキャビティ１０１０内に配置して、キャップ１００４をキャビティ１０１０の開口部１００８に固定する。このようにして、突起１００６が対応バッグ１０１４に応力を印加し、これがさらに粒状媒体１０１６に応力を印加する。例えば、突起１００６の厚みを調節すること、突起１００６の弾性係数を調節すること、及び／又は対応バッグ１０１４の弾性係数を調節することにより、粒状媒体１０１６に印加する応力を調整することができる。
【００３３】
図１１に、本発明の別の例示的な実施形態による減衰器１１００を示す。図１１では、突起１００６をピストン１１０２及びバネ１１０４に置き換えている。これらを組み立てると、バネ１１０４がピストン１１０２に力を印加し、これがさらに対応バッグ１１０６及びバッグ内の粒状媒体１１０８に応力を印加する。例えば、バネ定数を調節すること、及び／又は対応バッグの弾性係数を調節することにより、粒状媒体１１０８に印加する応力を調整することができる。
【００３４】
図３〜図１１では、減衰器をツール本体と一体に形成している。換言すれば、粒状媒体及び液体を収容するためにツール本体の一部を使用する。しかしながら、他の様々な実施形態では、減衰器を、ツール本体に結合された（ツール本体の外面又は内面などに結合された）異なる部材とすることもできる。
【００３５】
図１２に、本発明の１つの実施形態による、ツール本体１２０２に結合された減衰器１２００を示す。この減衰器１２００を、ツール本体の貫通孔１２０４内に配置する。減衰器１２００は、キャビティ１２０７を定めるリストリクタ１２０６を含む。キャビティ１２０７は、液体１２０８及び粒状媒体１２１０を含む。リストリクタ１２０６は、粒状媒体１２１０に応力を印加するように構成される。１つの実施形態では、粒状媒体１２１０をリストリクタ１２０６内に充填した後で、減衰器１２００をツール本体１２０２に結合する。例えば、液体１２０８及び粒状媒体１２１０の周囲にリストリクタ１２０６を焼嵌めすることにより、粒状媒体１２１０に応力を印加することができる。別の例では、リストリクタ１２０６の少なくとも１つの壁を意図的に変形させ、この変形により粒状媒体１２１０に応力が印加されるようにする。図１２の特定の実施形態では、減衰器１２００が、保持リング１２１２及びＯリングシール１２１４も含む。保持リング１２１２は、容器を貫通孔１２０４内の適所に固定し、Ｏリングシール１２１４は、掘削液又はその他の汚染物質が貫通孔１２０４を流れないようにする。
【００３６】
上述したように、本発明者らは、特定の減衰器の減衰特性が、減衰器内の粒状媒体に印加される応力の関数であると気付いた。本発明の例示的な実施形態では、ツール本体が、少なくともいくつかが音響信号の異なる周波数を減衰させるように異なる応力値に調整された複数の減衰器を含む。このようにして、本発明の様々な実施形態は、ツール本体を伝搬する広範にわたる音響周波数を減衰させることができる。
【００３７】
図１３に、本発明の１つの実施形態による、ツール本体の減衰対周波数のプロット１３００を示す。この特定の例では、ツール本体が複数の減衰器を含む。これらの減衰器を、表１に従って異なる印加応力に調整する。減衰器は総体積（例えば、各キャビティの体積の合計）を有し、表１に、個々の印加応力に調整した総体積の体積分率を示す。
表１
2013140134.tif 000003
曲線１３０２で示すように、表１に従って調整した減衰器は、８〜１１ｋＨｚの周波数を効果的に４０ｄＢ／ｍも減衰させる。これに対し、曲線１３０４は、キャビティが空の（例えば、液体又は粒状媒体が含まれていない）ツール本体の減衰特性を示す。
【００３８】
図１４に、本発明の別の実施形態による、ツール本体の減衰対周波数のプロット１４００を示す。この場合、ツール本体は、表２に従って異なる印加応力に調整した複数の減衰器を含む。表１と同様に、表２にも、個々の印加応力に調整した総体積の体積分率を示す。
表２
2013140134.tif 000004
曲線１４０２で示すように、表２に従って調整した減衰器は、５〜１４ｋＨｚの周波数を効果的に減衰させる。また、この範囲では、減衰は３０ｄＢ／ｍほどである。曲線１４０４は、キャビティが空の（例えば、液体又は粒状媒体が含まれていない）ツール本体の減衰特性を示す。
【００３９】
図２に、少なくともいくつかが音響信号の異なる周波数を減衰させるように異なる応力値に調整された複数の減衰器２１２を含むツール本体２００の例を示している。図２では、減衰器２１２が、選択した縦間隔だけ離間した複数の円周列を形成するように配置される。特定の例では、各列が、ツール本体２００の縦軸の周囲に実質的に均等な間隔で方位角的に配置された１又はそれ以上（５個、１０個、又は１５個など）の減衰器２１２を含むことができる。この複数の減衰器２１２を、減衰器の減衰特性に基づいて複数の異なる区画に分類することができる。例えば、第１の区画２１４では、減衰器２１２を、２〜４ｋＨｚの周波数を減衰させるように調整する。この第１の区画２１４内の減衰器２１２は、粒状媒体に応力を印加しないように調整することができる。第２の区画２１６では、粒状媒体にわずかな応力を印加し、従って減衰器２１２を、４ｋＨｚ〜６ｋＨｚの周波数を減衰させるように調整する。第３の区画２１８では、粒状媒体により大きな応力を印加し、従って減衰器２１２を、６ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数を減衰させるように調整する。そして、第４の区画２２０では、さらに大きな応力を使用して、減衰器２１２を、８ｋＨｚを上回る周波数を減衰させるように調整する。このようにして、ツール本体２００の減衰部分２１０は、（２〜１０ｋＨｚなどの）広範囲にわたる音響信号周波数を減衰させるように構成される。
【００４０】
なお、本発明の例示的な実施形態は、このような減衰器の「区画的」配置に限定されるものではない。例えば、他の実施形態では、調整した減衰器を、減衰器の減衰特性に基づく様々な区画によって分離しない。他の実施形態では、別様に調整した減衰器を互いの間に配置する。さらに別の実施形態では、別様に調整した減衰器を互いの間にランダムに配置する。
【００４１】
図１５及び図１６に、本発明の別の実施形態によるツール本体１５００を示す。この実施形態では、ツール本体１５００が、送信機１５０４と２つの受信機１５０６の間に位置する７つの減衰器１５０２を含む。各減衰器１５０２は、ツール本体１５００の周囲に延びるチャネル１５０８の形のキャビティを含む。図１５及び図１６の特定の例では、ツール本体１５００の外面１５１０上にチャネル１５０８のうちの４つが配置され、ツール本体の内面１５１２上に３つのチャネルが配置される。しかしながら、他の実施形態では、ツール本体の内面１５１２上又は外面１５１０上のみにチャネル１５０８を配置することができる。これに加えて、或いはこれとは別に、他の実施形態では、減衰器１５０２が、図１２の実施形態のような、ツール本体１５００に結合された別個の部材を含むことができる。
【００４２】
各減衰器１５０２は、チャネル１５０８内に配置された粒状媒体１５１８及び液体１５１６に応力を印加するためのリストリクタ１５１４も含む。図１５及び図１６の特定の例では、リストリクタ１５１４が、液体１５１６及び粒状媒体１５１８をチャネル１５０８内に固定するための内部スリーブ１５２０及び外部スリーブ１５２２を含む。図１５の特定の実施形態では、内部スリーブ１５１６及び外部スリーブ１５１８の端部が、破片及び液体の流入を防ぐためのＯリング１５２４を含む。リストリクタ１５１４は、粒状媒体１５１６に調整可能応力を印加するための（プラグ又はバネ／ピストンアセンブリなどの）対応媒体も含む。本発明の特定の実施形態によれば、各減衰器１５０２が異なる応力に調整され、従って音響信号の異なる周波数を減衰させる。このようにして、７つの減衰器１５０２が、広範囲にわたる音響信号を減衰させるように相互に機能し合う。
【００４３】
図１５及び図１６の実施形態による音響検層ツールは、追加の減衰機構の利点を有利に提供することができる。いくつかの実施形態では、チャネルにより、音響信号を減衰させる周期的に離間した一連の溝をツール本体内に形成することができる。Ｋｏｓｔｅｋ他に付与された米国特許第５，８５２，５８７号に、ツール本体内の周期的に離間した一連の溝を使用して信号を減衰させる方法及び装置が開示されている。この特許は、その全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【００４４】
図１７に、本発明の別の実施形態によるツール本体１７００を示す。ツール本体１７００は、送信機１７０４と２つの受信機１７０６の間に位置する複数の減衰器１７０２、１７０３を含む。図１７の特定の例では、図３に開示したような複数の「円筒形の」減衰器１７０２が、ツール本体１７００の外面１７０８上に配置され、図１５及び図１６に開示したような、ツール本体の周囲に延びるチャネルを含む複数の減衰器１７０３が、ツール本体の内面１７１０上に配置される。他の実施形態では、両方の種類の減衰器１７０２、１７０３をツール本体１７００の外面１７０８及び／又は内面１７１０上に配置することができる。
【００４５】
図１８及び図１９に、本発明のさらに別の実施形態によるツール本体１８００を示す。このツール本体１８００は、送信機１８０４と２つの受信機１８０６の間に位置する複数の減衰器１８０２を含む。この実施形態では、減衰器１８０２が、ツール本体の外面１８１０に沿って配置されたスロット形のキャビティ１８０８を含む。このスロット形のキャビティ１８０８は、ある幅と長さを有し、ツール本体１８００の周囲に配置される。図１９に示すように、各減衰器１８０２は、粒状媒体１８１４を含んでこれに応力を印加するように構成された対応媒体１８１２を備えたリストリクタ１８１０を含む。図１８には、スロット形のキャビティ１８０８を縦方向に（ツール本体１８００の軸と平行に）向くように示しているが、他の実施形態では、スロット形のキャビティ１８０８が、軸方向、半径方向、接線方向、及び／又は斜め方向を向くこともできる。
【００４６】
図２０、図２１及び図２２に、本発明のいくつかの実施形態による減衰器の配置を示す。各図の上側の概略図はツール本体の透視図を表しており、下側の概略図はツール本体の横断面図を表している。
【００４７】
図２０に示す例では、ツール本体２０００が、ツール本体の外面２００４上に配置された複数の円筒形キャビティ２００２を含む。円筒形キャビティ２００２は、複数の方位角的に連続する列で配置される。これらの列は、ツール本体２０００の中心軸に沿って、選択した間隔で離間する。
【００４８】
図２１に示す例では、ツール本体２１００が、ツール本体の外面２１０４上に配置された複数のスロット形のキャビティ２１０２を含む。キャビティ２１０２は、ツール本体２１００の中心軸に対して選択した間隔で離間した、複数の方位角的に連続する列で配置される。
【００４９】
図２２に示す例では、ツール本体２２００が、複数の方位角的に配置された列で配置された複数の円筒形キャビティ２２０２を含む。これらの列は、ツール本体２２００の中心軸に沿って様々な間隔で離間する。各列上のキャビティ２２０２は、均等間隔で方位角的に配置された開口部を有する。キャビティ２２０２は、ツール本体２２００内を、ツール本体の外面２２０４とほぼ正接する方向に横向きに延びるように形成される。
【００５０】
本発明は、本明細書に記載する特定のパラメータに限定されるものではない。減衰器の１又はそれ以上のキャビティの位置、方向及びサイズなどのパラメータは様々であってよい。Ｈｓｕ他に付与された米国特許第６，６４３，２２１号に他の減衰器の配置例が開示されており、この特許はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【００５１】
図２３に、本発明の１つの実施形態による音響ツール２３００を示す。１つの特定の実施形態では、このツールを、一連の音響変換器２３０２の受け板２３００として使用する。受け板２３００は、ボアホールツール上に音響変換器２３０２を固定し、これをボアホールツールを伝搬する音響信号から絶縁するように構成された２つの半分部分を含む。
【００５２】
受け板２３００は、内面２３０４及び外面２３０６を有する円筒形状のツール本体を含む。受け板２３００の外面２３０６上には、一連の（送信機及び／又は受信機などの）音響センサ２３０２が取り付けられる。円筒形のツール本体は、２つの半分の円筒形金属フレーム２３０８、２３１０を含む。各半分の円筒形部材２３０８、２３１０は、複数の減衰器２３１２を含む。減衰器２３１２は、円筒形ツール本体の頂面２３１４から縦方向に、かつツール本体の内面２３０４と外面２３０６の間に延びるキャビティを含む。これらのキャビティは、円周方向に離れた位置に配置され、円筒形部材の壁内に様々な深さで延びることができる。これらのキャビティの各々の中に粒状媒体及び液体を配置して減衰器２３１２を形成する。次に、上述したリストリクタのいずれかを使用して、孔の深さに応じてキャビティの一端又は両端を封止する。これらのリストリクタは、液体及び粒状媒体をキャビティ内に保持し、粒状媒体に応力を印加する。円筒形ツール本体２３００は、２つの半分部分に成型した後でボアホールツール（図示せず）に取り付けることができる。
【００５３】
本発明の例示的な実施形態では、ツール本体内の減衰器の総体積は様々であってよい。例えば、いくつかの特定の実施形態では、キャビティの総体積が、ツール本体の総体積の５％〜２０％である。図２では、ツール本体の総体積を、少なくとも１つの音響送信機２０６と少なくとも１つの音響受信機２０８（減衰部分２１０など）との間の体積として定義している。本発明の様々な他の実施形態は、５％〜２０％の範囲に限定されない。多くの場合、キャビティの総体積を、ツール本体の総体積の５０％又は６０％に増やすことができる。一般に、ツール本体が機械的完全性を維持する限り、キャビティの総体積を増やすことができる。
【００５４】
本発明の例示的な実施形態は、上述した減衰器及びツール本体の減衰特性をモデル化する方法及びプロセスにも関する。この目的のために、応力を印加されている（複数の粒子などの）粒状媒体の有効質量Ｍ（ω）を求める。有効質量は、加振機、及びこの加振機に取り付けられたカップを使用して測定することができる。カップを粒状媒体で満たし、カップ内の粒状媒体に特定の応力を印加する。加振機により、カップ及び粒状媒体を一連の周波数で振動させる。複数の異なる印加応力にわたって測定を繰り返すことができる。以下の方程式に従って、特定の応力における粒状媒体の有効質量を求めることができる。
2013140134.tif 000005
式中、ＭCはカップの質量であり、ＦC（ω）は、カップと加振機の間に結合された力計からの出力であり、ａC（ω）は、カップに結合された加速度計からの出力である。
【００５５】
粒状媒体の有効質量を測定することに関するさらなる詳細は、Ｖａｌｅｎｚａ他による「粒状媒体の動的有効質量及び固体伝搬音の減衰（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｍａｓｓ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｂｏｒｎｅ  Ｓｏｕｎｄ）」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ８０（２００９年）０５１３０４という文献、及びＶａｌｅｎｚａ他による「共振構造の振動応答に対する粒状媒体の効果（Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ａ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．１２８，２７６８（２０１０年）という文献に見出すことができる。
【００５６】
粒状媒体の有効質量は、実数部分Ｍ1及び虚数部分Ｍ2を含む。Ｍ2は、粒状媒体の散逸容量（Ｍ2＝Ｉｍ［Ｍ（ω）］など）である。散逸容量は、粒状媒体の音響信号を散逸させる能力の尺度である。本発明者らは、粒状媒体に印加する応力を調整することにより、特定の音響周波数を介してこの散逸容量を最大化できると気付いた。
【００５７】
図２４に、本発明の１つの実施形態による、散逸容量対周波数のプロット２４００を示す。このプロットは５本の曲線を含み、各々が、０．１ＭＰａ〜２ＭＰａの範囲の５つの異なる応力に調整した減衰器の散逸容量Ｍ2の特性を示す。この５本の曲線を、印加応力が増加する順に２４０２、２４０４、２４０６、２４０８及び２４１０とする。この５本の曲線は、粒状媒体に印加する応力を調節することにより、（５〜１２ｋＨｚなどの）広範にわたる周波数範囲を通じて散逸容量Ｍ2のピークをずらせることを示している。
【００５８】
特定の応力における粒状媒体の有効質量を使用して、（ドリルカラーなどの）本体内の粒状媒体の減衰特性を求めることができる。以下の方程式を使用して、応力下にある粒状媒体を有する減衰器を含む本体の有効密度ρsを求めることができる。
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式中、ρsは本体の密度（鋼の密度など）であり、Ｖcは、本体内の１つのキャビティの体積であり、φは本体の空隙率である。
【００５９】
標準的な音響ボアホール技術を使用して本体の遅延値Ｓ（ω）を求めることができ、この場合、密度は方程式２によって与えられ、本体の弾性定数は独自に測定することができる。関心対象の遅延値Ｓ（ω）は、複合遅延値である。複合遅延値Ｓ（ω）は、実数部分Ｓ1（ω）及び虚数部分Ｓ2（ω）を含むようになる。減衰は、遅延の虚数部分に関連し、周波数ωと遅延の虚数部分Ｓ2（ω）の積（例えば、ω×Ｓ2（ω））として定義することができる。この値をデシベル規模に変換することができる。
【００６０】
図２５に、本発明の１つの実施形態による、減衰対周波数のプロット２５００を示す。このプロットは、図２４の減衰器の減衰特性を示す。この例では、減衰器内の粒状媒体に、（０．１ＭＰａ〜２ＭＰａの範囲の）同じ５つの応力を印加した。５本の曲線を、印加応力が増加する順に２５０２、２５０４、２５０６、２５０８及び２５１０とする。対照的に、曲線２５１２は、（例えば、液体又は粒状媒体を含まない）空のキャビティの減衰特性を示す。粒状媒体に印加する応力が変化すると、減衰器の減衰特性も変化する。例えば、最も応力を受けなかった粒状媒体２５０２は、６〜７ｋＨｚの周波数から約１０デシベルを減衰させるのに対し、最も応力を受けた粒状媒体２５１０は、１２〜１４ｋＨｚの周波数から少なくとも１００デシベルを効果的に減衰させる。
【００６１】
本発明の例示的な実施形態は、石油及びガス分野の用途に限定されるものではない。本発明の様々な実施形態は、（遠隔測定法、室内音響学、建築音響学、家庭用電化製品及びオーディオ機器などの）幅広い音響用途で使用することができる。さらに、上記で開示した実施形態の中には、音響センサと併せて減衰器を使用するツールを記載したものもあるが、本発明の例示的な実施形態には、音響センサを使用しない用途に関するものもある。例えば、本発明の様々な実施形態は、減衰器を組み入れた制振材及び／又は絶縁材に関する。多くの場合、このような制振材及び絶縁材は、音響センサを使用しない。
【００６２】
上記の説明では、本発明の様々な例示的な実施形態を開示したが、当業者であれば、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の利点のいくつかを実現する様々な修正を行えることが明らかであろう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【外国語明細書】
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