(57)【要約】【課題】高分解能を提供し、それでも依然高密度流体で作動する、ケーシングとセメントボンドを音響的に検査する手段を提供すること。【解決手段】とりわけ、ダウンホール環境の特徴を周波数が３〜５ＭＨｚの範囲の超音波信号を用いて検査する検層ツールの実施形態が開示される。超音波信号は符号化され、それらの飛行時間と振幅が、およそ１ｍｍのケーシングの内面の特徴に関する、およびケーシング背後のセメントボンドの品質に関する情報を提供する。【選択図】図１
2016090583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検層(well logging)ツールであって、
坑井(well)への挿入に適するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、また前記検層ツールが前記坑井内に設けられる際に、３ＭＨｚよりも大きい帯域幅と２．５ＭＨｚを超える中心周波数を有する超音波信号を前記検層ツールを囲む流体に送信することに適する少なくとも１つのトランスデューサと、
前記トランスデューサに作動的に接続され、前記坑井内での作動に適する電子コントローラであって、前記トランスデューサに前記超音波信号を発生させるように構成される電子コントローラと、を備える検層ツール。
【請求項２】
前記少なくとも１つのトランスデューサが、前記検層ツールの作動の間に、符号化パルスを備える超音波信号を送信することと、それらの符号化パルスを前記坑井の面から反射されるエコーパルスとして受信することの両方のために適する、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項３】
前記坑井がケーシングを有し、
前記コントローラが、前記ケーシングの面の変化から成る組の少なくとも１つ、および前記ケーシングの外側面上のセメントボンドの品質を求めるために、前記超音波信号の少なくとも１つのエコーパルスを前記放射信号と相関させるように構成される、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ケーシングの厚さの変化を求めるために、異なる面から反射されるエコーパルスの飛行時間(time of flight)の差を求めるように構成される、請求項３に記載の検層ツール。
【請求項５】
前記コントローラが、セメントボンド品質の変化を求めるために、エコーパルスの振幅の差を相関させるように構成される、請求項３に記載の検層ツール。
【請求項６】
前記振幅の差が前記ケーシングの残響(reverbration)の崩壊速度(rate of decay)を求めるために使用される、請求項５に記載の検層ツール。
【請求項７】
符号化パルスが周波数変調を用いて符号化される、請求項３に記載の検層ツール。
【請求項８】
符号化パルスがチャープ(chirp)される、請求項６に記載の検層ツール。
【請求項９】
前記少なくとも１つのトランスデューサが、前記超音波信号の送信とそれらの信号のエコーパルスの受信の両方を行う単一の急速減衰(rapid-damping)圧電要素を備える、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのトランスデューサが互いに平行である送信機および受信機対を備える、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１１】
前記送信機が、前記送信機の反対側の少なくとも２つの受信機領域間に位置決めされる、請求項１０に記載の検層ツール。
【請求項１２】
前記送信機および受信機対が放射対称(radially symmetric)である、請求項１１に記載の検層ツール。
【請求項１３】
前記送信機および受信機対が中心の板状送信機と周囲のリング状受信機を備える、請求項１２に記載の検層ツール。
【請求項１４】
受信されるエコーパルスを、ケーシング面データ、ケーシング厚、およびセメントボンド品質を含む縮小(reduced)データファイルに変換する前記ハウジング内の電子機器を備える、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１５】
前記トランスデューサにより少なくとも３０分の期間受信されるエコーパルスから導出される信号を記憶する前記ハウジング内のデジタルストレージを備える、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１６】
前記中心周波数が約３．５ＭＨｚを超えている、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１７】
前記中心周波数が約４．５ＭＨｚを超えている、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１８】
前記帯域幅が４．５ＭＨｚよりも大きい、請求項１に記載の検層ツール。
【請求項１９】
ケーシング坑井の少なくとも１つの性質を求めるための方法であって、
前記ケーシング坑井内に検層ツールであって、電子コントローラと少なくとも１つのトランスデューサであって、３ＭＨｚよりも大きい帯域幅と約４．５ＭＨｚよりも大きい中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成されるトランスデューサとを有する検層ツールを降ろすステップと、
一連の符号化超音波パルスを前記トランスデューサを用いて前記検層ツールを囲む流体に送信するステップと、
対応する一連のエコーパルスを受信するステップと、
前記コントローラを用いて、前記少なくとも１つの性質を求めるために、前記送信パルスを前記エコーパルスと相関させるステップと、を含む方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのトランスデューサが中心送信機と同心円状に配置される受信機を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのトランスデューサが、超音波パルスの送信と受信の両方を行う単一の急速減衰圧電要素を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
検層ツールであって、
坑井への挿入に適するハウジングと、
急速減衰圧電要素を備える少なくとも１つのトランスデューサであって、前記ハウジング内に設けられ、また前記検層ツールが前記坑井内に設けられる際に、３ＭＨｚよりも大きい帯域幅と約４．５ＭＨｚよりも大きい中心周波数を有する超音波信号を送信することと、それらの信号のエコーパルスを受信することに適するトランスデューサと、
前記トランスデューサに作動的に接続され、前記坑井内での作動に適する電子コントローラであって、前記少なくとも１つのトランスデューサにより送信される前記超音波信号を発生するように構成される電子コントローラと、を備える検層ツール。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのトランスデューサが電気エコーパルス信号を前記電子コントローラに送信し、前記電子コントローラが、前記坑井の１つまたは複数の性質を特定するために、前記エコーパルス信号を解釈する、請求項２２に記載の検層ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は坑井孔でのダウンホール環境の高周波検査に関する。より詳細には、本開示は既存の坑井のセメントボンド品質とケーシング一体性をおよそ３〜５ＭＨｚの超音波信号を用いて検査するためのツールと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響検査は、両オープンとケースドホール環境で坑井孔でのダウンホール環境を検査するための認められた技術である。セメントボンド品質を検査するために何十年か音響学が使用されてきた（たとえば、米国特許第４，２５５，７９８号参照）が、大抵の用途では、使用される周波数範囲はｋＨｚ台である。より高い周波数はより良い分解能を可能にするが、ダウンホール用途での適用を制限するいくつかの設計制約を受ける。これらの制約を見越して、ＭＨｚ帯の周波数は稀にしか採用されてきていない。
【０００３】
ダウンホール環境は音響センサとそれらの支持電子機器に重大な技術的課題を提示する。現在の坑井孔は通常は深さ４．５７２ｋｍ（１５キロフィート）で、より深い坑井は９．１４４ｋｍ（３０キロフィート）を超えるものもある。これらの数字は典型的な真の深さを反映するが、坑井孔の長さはしばしばかなりより大きい。たとえば、単一の生産基盤からより広範囲を開発するための傾斜掘削の使用により、坑井孔は典型的に少なくともそれらの長さの実質的な部分にわたり垂直ではない。それゆえ、ダウンホール環境は頻繁に２０〜３０ｋＰＳＩを超過する圧力、および頻繁に１７５〜２２５℃を超過する温度を引き起こす。これらの条件により、坑井孔の内壁を覆うケーシングの少しの欠陥さえも検出することが重要となる。本明細書に開示される実施形態の１つの目的は、およそ１ｍｍの金属製ケーシングのくぼみや傷などを検出することである。他の目的は、およそ１ｃｍの金属製ケーシング背後のセメントボンドの品質の欠陥を検出することである。
【０００４】
坑井孔は坑井孔内の静水圧を周辺環境と維持することにより崩壊から保護される。これを達成するために典型的に使用される加重流体は一般に単に「泥水」と呼ばれるが、それは実際には、典型的に坑井の対象である炭化水素よりもしばしばバレル当たりコストがかかる慎重に設計される流体である。特定の掘削プロジェクトの要望によっては、泥水は２．９９６ｋｇ／Ｌ（２５ポンド／ガロン）よりも重いことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，２５５，７９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって必要とされるものは、高分解能を提供し、それでも依然高密度流体で作動する、ケーシングとセメントボンドを音響的に検査する手段である。本明細書で開示される実施形態はこの必要性を満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
とりわけ、坑井のダウンホール環境をおよそ３〜５ＭＨｚの超音波を用いて検査するための超音波ツールと方法の実施形態が開示される。いくつかの実施形態では、ハウジングと、少なくとも１つのトランスデューサと、電子コントローラとを備える検層ツールが開示される。ハウジングは坑井への挿入に適する。少なくとも１つのトランスデューサはハウジング内に設けられ、また検層ツールが坑井内に設けられる際に、３ＭＨｚよりも大きい帯域幅と約２．５ＭＨｚよりも大きい中心周波数を有する超音波信号を検層ツールを囲む流体に送信することに適する。電子コントローラはトランスデューサに作動的に接続され、坑井内での作動に適し、少なくとも１つのトランスデューサにより送信される超音波信号を発生するように構成される。ツールはオープンまたはケースドホール環境のいずれかで有用である。２つの特定の用途は、ケーシング坑井でのケーシング厚とセメントボンド品質の検査である。オープンホール用途は、形成安定性、撮像および特性評価を含むが、これらに限定されない。
【０００８】
特定の実施形態では、少なくとも１つのトランスデューサは、検層ツールの作動の間に同時に、符号化パルスを備える超音波信号を送信し、それらの符号化パルスを坑井の面から反射されるエコーパルスとして受信することに適する。いくつかの実施形態では、進行時間の差はケーシングの内外側面までの距離を示し、一方で振幅の差はセメントボンド品質を示す。
【０００９】
特定の実施形態では、放射される信号は符号化パルスを備える。いくつかの実施形態では、パルスの符号化はＦＭチャーピングなどの周波数変調を備え、一方で他の実施形態では、パルスは位相変調を用いて符号化される。
【００１０】
特定の実施形態では、少なくとも１つのトランスデューサは別々だが実質的に平行の圧電送信機および受信機対を備える。これらの実施形態のいくつかでは、送信機および受信機対は放射対称である。これらの実施形態のいくつかでは、中心の板状要素がリング状の受信機により囲まれ、一方に送信機があり、他方に受信機がある。
【００１１】
特定の実施形態では、ツールは、生データを処理のためにアップホールに送信するよりもむしろ、受信されるエコーパルスを、ケーシング面データ、ケーシング厚、およびセメントボンド品質を含む縮小データファイルにダウンホールで変換するように適合されるハウジング内の電子機器をさらに備える。いくつかの実施形態では、生データはダウンホール処理の代わりにまたはそれに加えてのいずれかで、アップホール処理のためにツールに記憶される。
【００１２】
たとえば面データ、ケーシング厚、およびセメントボンド品質を含むダウンホール環境の性質を求める方法も開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検層ツールストリングの実施形態の例示である。
【図２】図２Ａは、ダウンホール環境の高周波検査のための第１の実施形態ツールでの放射体／受信機対としての組み込みに適する圧電要素の平面図を図示する。図２Ｂは、図２Ａの圧電要素の側面図を図示する。
【図３】圧電要素が面板に結合され、かつ第１の電気導線が取り付けられた、放射体／受信機対を作製するための工程の中間段階を図示する。
【図４】圧電要素上の内外領域が堰で隔離され、かつ第２および第３の電気導線が添付された、放射体／受信機対を作製するための工程の後の状態を図示する。
【図５】図５Ａは、面板が肩縁でシリンダの端に挿入された、放射体／受信機対を作製するための工程のさらに後の段階を図示する。図５Ｂは、図５Ａに図示される肩縁、その面板との境界面、および面板を覆うエポキシ層の詳細を図示する。
【図６】放射体と受信機を備え、ダウンホール環境の高周波検査のための第１の実施形態ツールへの組み込みに適する完成音響要素を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の原理の理解を促す目的で、ここで図面に例示される実施形態に参照を行い、具体的な術語を使用してそれを説明してゆく。それにもかかわらず、特許請求の範囲の限定がそれにより意図されることはなく、かつ本開示が関連する分野の当業者に通常想起されるであろう、例示される装置の変更および変形、ならびにそれに例示されるような本開示の原理のさらなる応用は本明細書に想定されることが理解されるであろう。
【００１５】
図１は、全体が１００で示され、より大きいツールストリングの一部として図示される、本明細書に開示される検層ツールの一実施形態を例示する。検層ツールは、ハウジング１１０と、音波放射体１２０と、音波受信機１３０と、電子コントローラ１４０と、電源１５０とを備える。検層の分野の当業者にはよく知られるであろうように、ツール１００は坑井孔に挿入されるように適合され、したがって坑井のダウンホール環境に挿入するために適合される。坑井孔の物理的制約のため、ハウジング１１０は典型的に形状が円筒形であり、直径はそれに大抵のまたはすべての標準坑井ケーシングへの容易な進入を許すほど十分に小さく、坑井の最も狭い点での曲率半径を考慮する。それゆえ、ハウジングは有利には直径が約１５．２４ｃｍ（６インチ）よりも小さく、有利には直径が約５．０８ｃｍ（２インチ）と同じくらい小さい。
【００１６】
ハウジング１１０は内部電子機器および電力要素を流体の浸入からおよびダウンホール環境の圧力から保護する圧力および流体シールを提供する。ツール１００は「ワイヤライン」１６１またはケーブルの端において坑井に導入されるが、典型的にケーブルは坑井内でツールを昇降させるための機械的手段と検層の間にツールから遠隔測定を受信するための電気的および／または電子的手段の両方を提供する。典型的に、ワイヤライン１６１は略円錐形の「ヘッド」１６２に取り付けられ、そこでツールがケーブル１６１内の内部ワイヤと連結して検層の間に地表と通信する。ヘッド１６２はまた典型的に弱い点を含み、これはツールが動かなくなったり強すぎる力が印加された場合に、ケーブルよりもむしろ自らが破断することを保証するように選ばれる。ヘッド１６２はそれゆえ地表との機械的および電気的接続の両方を提供する。ヘッドはハウジング１１０と、典型的に、上からの張力の確固たる伝達に備えるねじとハウジング１１０の内部を外圧に対して封止するガスケットの両方を用いて機械的に取り付けられる。しかしながら、機械力を伝達し、かつ圧力に対して封止する任意の適切な手段が使用されてよいことが認識されるであろう。ハウジング１１０は、検層の分野の当業者にはよく知られるであろうように、ダウンホール環境の他の態様の同時検層を容易にするためのツールストリングを形成するために、任意選択で、ねじ切りまたは他の手段により、図１に例示されるツール１７１などの他の検層ツールとの取り付けのために適合されてもよい。（そのような実施形態では、ハウジング１１０は有利には、検層の間のリアルタイム監視を許可するために、ツール１００下方のツールを含む、ツールストリングのツールからの情報をストリング上方へ、次いでヘッド１６２とワイヤライン１６１を通して伝送するバスも含む。）
音波放射体１２０および受信機１３０はハウジング内に設けられ、また約３ＭＨｚよりも大きい周波数を有する符号化超音波信号をそれぞれ放射および受信するように適合される。いくつかの実施形態では、放射体１２０および受信機１３０は、帯域幅が３ＭＨｚよりも大きい符号化超音波信号をそれぞれ放射および受信するように適合される。電子コントローラ１４０は、電源１５０から電力を供給されて、放射体１２０を符号化超音波パルスを発生するような波形で駆動する。坑井ケーシング内外面から反射される超音波パルスは受信機１３０により受信され、これが受信される音波に応答して電圧波形を発生する。コントローラ１４０は受信波形を符号化送信パルスに相関させ、各受信エコーパルスに関して時間とエネルギー容量を発生する。時間とエネルギー容量から、コントローラはツールからケーシングへの距離、ケーシング厚、およびケーシング外壁に連結される材料の性質（たとえば、セメントボンド品質）を求め得る。たとえば、セメントボンド品質を求めるために、ケーシング内の内部反射からの連続エコーの崩壊速度が使用され得る。これらの計算値は元のエコー波形を保持するのに必要とされる記憶空間のごく一部を消費し、またメモリに記憶または後の処理のためにアップホールに送信され得る。
【００１７】
放射体１２０により生成される符号化信号はパルス圧縮アルゴリズムを利用し得る。連続周波数変調（ＦＭチャーピング）、パルス符号位相変調、またはパルス符号周波数変調などの任意の適切なパルス圧縮アルゴリズムが利用され得る。ＦＭチャーピングは、一周波数として始まり、時間と共に別の周波数に掃引する固定持続時間正弦波形を伴う。偏移速度はほぼ任意の数学的関係を順守し得、線形ＦＭチャーピングでは、周波数の勾配は直線である。
【００１８】
約１ｍｍの分解能でケーシング厚を測定することが望ましい。空間分解能は信号帯域幅の関数であり、以下の関係を有する。
【００１９】
（１）  ρ≒ｃ／２Ｂ
ここで、ρ＝空間分解能
ｃ＝音速
Ｂ＝信号帯域幅。
スチールでの音速を約６，１００ｍ／ｓとすると、所望の分解能は約３ＭＨｚの帯域幅で達成され得る。
【００２０】
典型的なダウンホールトランスデューサは典型的に約６０％の帯域幅を提供することができるため、十分な帯域幅を提供することができるトランスデューサは典型的に、約５ＭＨｚの中心周波数、約３．５ＭＨｚの下側周波数性能限界（トランスデューサがその最大性能の半分を有する下側周波数）、および約６．５ＭＨｚの上側周波数性能限界を有するであろう。いくつかの実施形態では、トランスデューサは高帯域幅対周波数率を有し、中心周波数はより低く、たとえば２．５ＭＨｚであってよい。有利な符号化駆動パルスは、分解能がおよそ１ｍｍの測定を可能にするために、放射体１２０にこれらの周波数を含む超音波波形を発生させるであろう。
【００２１】
減衰は典型的に周波数依存であり、掘削泥水、および特に重掘削泥水は高減衰である。したがって典型的に、実質的により低い周波数−典型的にキロヘルツ台−を使用することが必要である。逆に、より高い周波数を使用する検層ツールは重掘削泥水での使用には不適切である。たとえば、Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒの超音波ケーシング撮像器（「ＵＣＩ」）は２ＭＨｚのトランスデューサ周波数を有し、それですら高減衰環境での信頼性のある作動には高すぎるので、ＵＣＩはブライン、オイル、または非常に軽い泥水でのみ使用されることが推奨される。
【００２２】
ツール１００は、全帯域幅が所望の分解能を達成するのに十分である限り、信号をより低い周波数で、音波放射体１２０を介してまたはその目的のために特に適合される他のトランスデューサを介してのいずれかで放射してもよいことが認識されるであろう。
【００２３】
１つの目的は全瞬時電力を、ダウンホール電子機器で容易に達成可能であるほど低く保つことであることが認識されるであろう。掘削泥水を媒質として使用する音響用途では、戻りエコーパルスが十分な信号対雑音比で検出され得るように、比較的に少数の音響サイクルで十分なエネルギーを送達するために、数百ボルトの放射体駆動電圧を使用することが典型的に必要である。符号化パルスがしたがって有利に使用され、これはより長く、またしたがって十分な信号対雑音比のために、より低い放射体駆動電圧および相応により低い瞬時電力を用いて、十分なエネルギーを含み得る。特に、放射体は実質的に２５０Ｖ未満を用いて作動され得る。いくつかの実施形態では、受信機および放射体は１１０Ｖ信号を用いて作動され、いくつかの他の実施形態では、それらは２４Ｖ信号を用いて作動される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、パルス持続時間はほぼ６０μｓであり、瞬時送信電力はほぼ１６．７１ｍＷである。これは約１μＪのパルス当たりの全電力に換算され、それゆえ受信信号のエネルギー量が周波数非依存であれば、約３ＭＨｚで送信され、約３．３Ｗで放射される標準信号にほぼ等しい受信信号の信号対雑音比を提供する。
【００２５】
面に所与の角度（法線に対する）で当たる、面に入射する超音波は面から相反する角度で反射する。超音波放射体はしたがって、音波パルスを目標に対して正確に垂直に指向させるために理想的に位置決めされ、受信機が同じ位置を占め、その結果放射体により送信される最大エネルギー量が目標から受信機に反射される。これは同じ要素を２つの別個の時限に放射体と受信機の両方として使用することにより達成され得る（「パルスエコー」作動）。パルスエコー作動では、要素は最初に、要素に音波を放射させる電圧波形で駆動され、次いで要素は送信回路から離されて増幅回路に接続され、そして要素に音波が衝突するような時に、電圧信号が発生されて測定および処理され得る。パルスエコー作動の適用は、符号化送信信号を用いるときに技術課題を提示するが、それは送信信号の長さが長いために、パルス列の前縁がツールを離れ、ケーシング面に遭遇し、パルス列の後縁が発生される前に戻ってき得るからである。これは要素が放射後、受信する準備が整う前の消衰するために必要とされる時間によりさらに複雑にされる。万一目標が要素に近すぎると、要素が受信増幅器に接続されて受信機として作用する準備が整う前に、要素に反射音波が反射して戻ってくるであろう。放射体と目標との間の最大間隔は裸坑のサイズにより制約されており、いずれにせよ、掘削泥水の高減衰のため、超音波放射体をエネルギー損失を制限するためにケーシングにごく近接して保つことが望ましい。（間隔は２．５４ｃｍ（１インチ）よりも小さくてよく、有利には１．２７ｃｍ（０．５インチ）よりも小さい。）
一解決策は、送信および受信モード間で損失される時間を低減するために要素を大きく減衰させることである。たとえば、メタニオブ酸鉛圧電要素がこの目的に適する。この減衰は通常、送信電力を低減させて感度を下げてしまい、これらのトレードオフが許容可能であっても、サイクルに有限の時間だけは追加し得る。代替技法は、低音速を有する媒質（遅延線）で要素を目標から離間させることであるが、これは放射パルス列が有効距離を横断するために要する時間を増加させるであろう。様々な材料での音速は任意で小さいわけではなく、また低音速程、高損失を伴う傾向にあり、これもサイクルに有限の時間だけは追加し得る。
【００２６】
代替手法は、別々の放射体および受信機要素を利用することである（「投げ−受け」）。投げ−受けでは、放射体は送信するように作用するのみであり、受信機要素は検出するように作用するのみであり、両方ともそれらの機能を同時に行い得る。送信機要素はしたがって任意の長さの信号を送信し続ける。目標に対する放射体および受信機の好適な配置は、しかしながら、パルスエコー用途とは異なる。要素が目標に対して垂直な方向から等しい角度に正確に位置付けられなければ、放射体により送信されるエネルギーは、目標から反射して受信機に当たらないであろう。放射体および受信機が目標から既知の距離でなければ、これを達成するには要素と目標と間の距離を知ることを必要とする。これは、放射および反射信号が高度に指向性であるので、セントラライザまたはスタンドオフの使用が可能にもかかわらず、油井ケーシング測定用途では極めて難しい。
【００２７】
別々の放射体１２０および受信機１３０はしたがって有利には、要素間の距離を最小にするように、さらには戻り信号が目標への入射角の小さな変化に堅牢であるようにそれらを位置決めするように配置される。したがって、別々の放射体１２０および受信機１３０は有利には、嵌合（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）または混合（ｉｎｔｅｒｍｉｎｇｌｅｄ）される。
【００２８】
これはたとえば、放射体１２０および受信機１３０の同軸（放射対称）配置を使用することにより達成される。図２は、放射体１２０および受信機１３０対の有利な配置を例示する。あるいは、たとえば中心放射体が両側を一対の受信機によりはさまれる、左右対称が利用され得る。
【００２９】
特定の実施形態では、以下の通り、放射体１２０および受信機１３０は単一の円形圧電要素から作製される。直径が１．５２４ｃｍ（０．６インチ）で厚さが２．５４ｃｍ（１インチ）の約１／８０の要素２００が、約０．８６３６ｃｍ（０．３４インチ）の直径で部分的にエッチングされて、要素２００を内側範囲２０１と外側範囲２０２に分割する切欠き２１２を生成する。要素２００は、いくつかの実施形態では、Ｐｉｅｚｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能なメタニオブ酸鉛圧電要素である、Ｋ−８１である。内側範囲２０１は放射体１２０として使用され得、外側範囲２０２は受信機１３０として使用され得る。切欠き２１２が約０．８６３６ｃｍ（０．３４インチ）の直径を有する場合、内側範囲の全面積は外側範囲２０２の面積の約半分であることが認識されるであろう。放射体１２０および受信機１３０は逆にされ得るが、その場合は受信機１３０の面積を増加させるように、切欠き２１２の直径は有利には増加される。
【００３０】
図３に図示されるように、要素２００は有利には面板３１０と結合される。非常に類似する音響インピーダンスを有し（１８対Ｋ−８１の１９）、高音速（６，４００ｍ／ｓ）を有し、また容易に加工されるため、面板３１０にはアルミニウムが使用され得る。しかしながら、それは非常に腐食を受けやすく、したがって十分に密封される必要がある。あるいは、面板３１０は別の材料で作製され得る。これらの実施形態のいくつかでは、面板３１０は約０．０８１２８ｃｍ（０．０３２インチ）の厚さ３１８と、約１．９０５ｃｍ（０．７５インチ）の直径３１５を有する。いくつかの実施形態では、要素２００は面板３１０に直接接合される。他の実施形態では、要素２００は熱膨張係数不一致などの応力を低減するためにオイル結合される。切欠き２１２は有利には、要素２００が面板３１０に結合された後に作製される。第１の電気継手３２０が有利には、要素２００の周囲に位置される基材３１０の穴またはディボット３３０を介して作製される。（この継手３２０はエポキシで適所に密封され得る。）図４に図示されるように、隔離堰４１０が放射体１２０および受信機１３０を分離するために、たとえばエポキシにより添付され、第２および第３の電気継手４２０および４３０が外側範囲２０２および内側範囲２０１にそれぞれ同じエポキシにより取り付けられる。いくつかの実施形態では、第１の継手３２０は接地として使用され、第２の継手は正極として、さらに第３の継手は負極として使用される。
【００３１】
図５ＡおよびＢに図示されるように、要素２００、面板３１０、および隔離堰４１０の組立体は有利には、外側ハウジング５１０、たとえばポリエーテルエーテルケトン（「ＰＥＥＫ」）管に配置される。面板３１０は有利には、面板３１０の厚さ３１８よりも大きい固定深さ５１８に基材を堅固に保持するためにハウジング５１０の内縁の肩５１５に対して嵌め込まれる。この厚みの差により形成される窪みで、すなわちハウジング５１０の端壁５３５と同一平面で、エポキシ層５２０が面板３１０に配置され得る。いくつかの実施形態では、深さ５１８と厚さ３１８との間の差は約０．０２０３２ｃｍ（０．００８インチ）である。
【００３２】
図６に図示されるように、隔離堰４１０内部の範囲は、主基材６２０を形成するためにたとえば搭載エポキシで満たされる。主基材６２０は有利には、２つの部分、中央領域６２２と周辺領域６２４を有する。いくつかの実施形態では、中央領域６２２は１８の音響インピーダンスを有し、周辺領域６２４は９の音響インピーダンスを有する。隔離堰４１０とハウジング５１０との間の容積はより軽い第２の基材６３０で満たされる。いくつかの実施形態では、第２の基材の音響インピーダンスは約５である。
【００３３】
作動に際して、放出体２００は単純または符号化パルス列を放射してよい。
【００３４】
Ｐｕｌｌｅｙを発明者として指名し、本出願と同じ日に出願された「Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｍｕｄ（泥水内飛行時間）」という名称の米国特許出願の全体が本明細書に組み込まれる。
【００３５】
いくつかの実施形態が図面および上記記述で例示され詳細に説明されてきたが、それらは例示的であって、その性質上限定的ではないと見なされるべきである。特許請求の範囲の精神内に入るすべての変化および変更が保護されるものと望まれる。１つまたは複数の特定の実施形態に関して述べられる特徴または属性は、開示される構造および方法の他の実施形態で使用または組み込まれてよい。
【符号の説明】
【００３６】
１００  ツール
１１０  ハウジング
１２０  音波放射体
１３０  音波受信機
１４０  電子コントローラ
１５０  電源
１６１  ワイヤライン
１６２  ヘッド
１７１  ツール
２００  要素
２０１  内側範囲
２０２  外側範囲
２１２  切欠き
３１０  面板
３１５  直径
３１８  厚さ
３２０  第１の電気継手
３３０  ディボット
４２０  第２の電気継手
４３０  第３の電気継手
５１０  外側ハウジング
５１５  肩
５１８  深さ
５２０  エポキシ層
５３５  端壁
６２０  主基材
６２２  中央領域
６２４  周辺領域
６３０  第２の基材
【図１】
2016090583.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016090583.tif 000007
【図６】
2016090583.tif 000008
【外国語明細書】
2016090583000001.pdf