(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
ボアホール流体特性は流体密度である方法。
【請求項２】
前記生成と受信との間の時間遅延から音響速度を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
既知の物体は所定の場所における所定の寸法の金属物体である請求項１記載の方法。
【請求項４】
任意の場所におけるボアホール流体特性に関する値がリアルタイムに得られる請求項１記載の方法。
【請求項５】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
また理論的残響部分を得る行為は受信反射部分を理論的残響伝達関数により畳込むことを含み、
理論的残響伝達関数は、
0003839376.tif 000008
で表される周波数ドメイン表現Ｒ（ω）を有し、
この式中、Ｚｍはボアホール流体のインピーダンス、Ｚｓは既知の物体のインピーダンス、Ｖｓは既知の物体中の音の速度であり、ＣＴは既知の物体の厚さである方法。
【請求項６】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
また理論的残響部分を得る行為は受信反射部分を理論的残響伝達関数により畳込むことを含み、
前記の関連づける行為は、
理論的残響部分の振幅の和を計算することと、
振幅の和を、理論的な伝達関数を決定するために使用されるインピーダンスと関係づけることと、
異なるインピーダンスについて、取得し計算し関係づける前記行為を繰り返すことと、
記憶された振幅の和に曲線をあてはめることと、
受信残響部分の振幅の和を計算することと、
受信残響部分の振幅の和に対応する曲線の値を決定することとを含む方法。
【請求項７】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
また理論的残響部分を得る行為は受信反射部分を理論的残響伝達関数により畳込むことを含み、
前記関連づける行為は、
受信残響部分と理論的残響部分との差を決定することと、
差を誤差許容差と比較することと、
差が誤差許容差より大きければ、
理論的残響伝達関数を調整することと、
その差が誤差許容差より小さくなるまで、取得し決定し比較する前記行為を繰り返すこととを含む方法。
【請求項８】
ボアホール流体特性を決定する方法であって、
ボアホール流体内で音響信号を生成すること、
音響信号を残響信号に変換する既知の物体から音響信号を反射させること、
受信反射部分および受信残響部分を有している音響反射信号を流体から受信すること、及び
受信残響部分を分析してボアホール流体特性を決定することを含み、この分析は、
理論的残響部分を得ることと、
ボアホール流体特性を決定するために受信残響部分と理論的残響部分とを関連づけることとを含み、
既知の物体は音響信号の中心周波数の半波長にほぼ等しい厚さを有する円板である方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油井の検層および監視に関する。より詳しくは、本発明は、ボアホール流体の音響特性の決定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地表下の地層から石油やガスを回収するために、ドリルストリングの端に取り付けられたドリルビットを回転させることによって坑井またはボアホールが掘削される。ドリルストリングは、そのダウンホール端にドリルビットを、そしてドリルビットの上にボトムホールアセンブリ（ＢＨＡ）を有するドリルパイプまたはコイルドチューブを含む。坑井は、チューブを回転させてドリルビットを回転させることによって、および／またはＢＨＡに配設された泥水モータによって掘削される。一般に「泥水」と呼ばれる掘削または坑井流体が、坑井の掘削の間に圧力下で地上供給源からチューブに供給される。掘削流体は、泥水モータ（使用される場合）を動作させ、ドリルビット底部で発射される。掘削流体はその後、ドリルストリングと坑井の壁または内面との間の環状空間（アニュラー）を通じて地上に戻る。地上に戻る流体は、岩石を崩壊させ坑井を掘削する際に、ドリルビットによって生じる岩石片（掘屑）を運んでくる。
【０００３】
地層圧より掘削流体柱圧が大きい場合、坑井は負荷過剰（overburdened）になる。負荷過剰になった坑井では、掘削流体の一部が地層に侵入し、それにより、掘削流体の損失を生じ、坑井の周囲に浸入領域を形成する。地層への流体の損失は低減することが望ましい。なぜなら、閉じ込められた炭化水素の存在および回収可能性を決定するために必要となる、処女地層の性質を測定しにくくするからである。アンダーバランス掘削においては、流体柱圧は地層圧より小さく、それにより地層流体が坑井に入る原因となる。この侵入は掘削流体の効果を低減させ得る。
【０００４】
現在の掘削活動の大部分は、地表下の地層からより大量の炭化水素を回収し、かつまた、これまで回収不可能であった炭化水素を回収するために、傾斜ボアホール（傾斜および水平ボアホール）および／または高深度のボアホールを伴う。そうしたボアホールの掘削は、掘削流体が複雑な物理的および化学的性質を有することを要求する。掘削流体は、水または合成物質といった主材料より構成され、さらに特定用途に応じて多くの添加物を含み得る。掘削工事の成功の重大な要素は、特に深い坑井、水平坑井および厳しい条件（高温高圧）の環境における坑井を掘削するための掘削流体の性能である。こうした環境は、掘削流体に多くの性能項目における卓越さを要求する。掘削オペレータおよび泥水エンジニアは、その掘削工事に最も適した掘削流体のタイプを決定した後、粘度、密度、ゲル化またはチキソトロピー的性質、機械的安定性、化学的安定性、潤滑特性、掘削中に掘屑を地上に運搬できる能力、流体循環が停止した時に当該掘屑を浮遊したまま保持できる能力、環境的調和、掘削構成要素への非腐食作用、適正な静水圧の付与、ドリルビットおよびＢＨＡ構成要素への冷却および潤滑効果といった所要の性能特性を得るために、各種添加物を利用する。
【０００５】
安定したボアホールは一般に、掘削流体の化学的および／または機械的バランスの結果である。機械的安定性に関して、オーバーバーデンの坑井において掘削流体により行使される静水圧は通常、地層圧を上回るように設計される。これは一般に、地上で流体密度を制御することによって制御される。掘削中の流体密度を決定するために、オペレータは、事前の知識、応力下の岩石の挙動およびそれらの関連する変形特性、地層の傾斜、流体の速度、掘削している地層のタイプなどを考慮する。しかし、流体の実際の密度は、ダウンホールで連続的に測定されず、それはオペレータが前提とする密度と異なり得る。さらに、ダウンホールでの流体密度は動的であり、すなわちそれは、ダウンホールの温度および圧力を含む実際の掘削およびボアホール状態に依存して絶えず変化する。従って、掘削工事の間にダウンホールでの坑井流体の密度を決定し、所要の密度を得るために、かつ／または当該測定に基づき他の補正措置を取るために、地上で掘削流体の組成を変更することが望ましい。
【０００６】
上述のように、掘削流体の重要な機能は、掘削が進行する際に坑井から掘屑を輸送することである。ドリルビットがドリル切屑を生じた場合、それはビット下から除去されなければならない。掘屑がビット下に残ったままでいると、それはさらに小片に切削され、食込み速度、ビット寿命および泥水の性質に悪影響を及ぼす。アニュラー速度は、掘屑がアップホールに移動するように、スリップ速度より大きい必要がある。掘屑の大きさ、形状および重量は、掘削流体中の沈降速度を制御するために必要な粘度を決定する。低い剪断速度粘度は掘削流体の運搬能力を抑制する。懸濁流体の密度は、掘屑に対し関係する浮力効果を及ぼす。密度の増加は通常、掘削流体の運搬能力に対し好ましい影響を有する。水平坑井において、流体特性および流体速度が適正でない場合、重い掘屑は坑井の底部側に沈降し得る。掘屑はウォッシュアウトゾーンに蓄積する可能性もある。ダウンホールでの流体の密度を決定することにより、掘屑が坑井のいずれかの場所に沈降または蓄積しているかの指標が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
石油・ガス産業において、坑井の掘削の間における多様なダウンホールパラメータを決定するために、各種の装置およびセンサが使用されている。そうしたツールは一般に、掘削時測定（ＭＷＤ(measurement-while-drilling)）ツールと呼ばれる。産業の一般的重視は、地層、ツールおよびボアホールの物理的状態に関するパラメータを決定するためにＭＷＤツールを使用することであった。掘削流体に関する測定はほとんど行われない。掘削流体に関連する測定の大部分は、地上に戻ってくる流体から収集される試料を分析することによって地上で行われる。そのような測定に基づき補正措置が取られるが、それは多くの場合、長時間を要し、ダウンホールでの実際の流体特性を表していない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の問題の大部分は、ボアホール流体音響特性の自己較正超音波現場測定方法によって対処できる。本発明の好適な実施形態において、ボアホール流体特性を決定する方法は、(i) ボアホール流体内で音響信号を生成することと、 (ii) 流体からの音響信号の反射を受信することと、(iii) 音響信号の残響部分を分析して特性を決定することとを含む。残響部分の分析は、理論的残響信号を取得することと、ボアホール流体特性を決定するために測定された残響信号を理論的残響信号と関係づけることとを含み得る。
【０００９】
本発明の別の好適な実施形態において、ボアホール流体特性のリアルタイム推定を行うように適応された処理装置は、入力端子および処理部を含む。入力端子は、反射された音波に対応するデータ信号を受信する。処理部は、データ信号を第１反射部分および共振部分に分離し、第１反射部分の応答を畳込んで(convolve)理論的残響応答を得る。
【００１０】
本発明のさらに別の好適な実施形態において、ボアホール流体特性を測定するためのツールは、ボディ、音響変換器および金属円板を含む。ボディは変換器および金属円板を収容する。ボアホール流体は、ボディの開口を通じてツールに入り、変換器と金属円板との間に流れ込みそこで測定されて、ツールを出る。
【００１１】
従って、本発明は、従来の装置の様々な問題を克服可能にする特徴および利点の組合せよりなる。上述の様々な特徴は、他の特徴とともに、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明を読み、添付図面を参照することによって、当業者には容易に明白となるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１Ａは、ツール水浸ダウンホールの概略図を示す。ツール１０、流体抜き穴２０、地層３０および坑井流体２１０が図示されている。流体抜き穴２０は、坑井流体２１０がツール１０を出入りするための手段となる。ツール１０内にある間に、坑井流体２１０はその音響特性を測定される。
【００１３】
図２は、音響測定構成要素を図示しているツールの断面図である。流体抜き穴２０が位置するツール１０の内側に、音響変換器２００および金属円板２２０がある。図示の通り、坑井流体２１０は、ツール１０に入り、音響変換器２００と金属円板２２０との間を流れ、ツール１０を出る。
【００１４】
図３は、ダウンホール音波に関する音波の経路および金属円板残響を例示している。音響変換器２００、坑井流体２１０および金属円板２２０が示されている。坑井流体２１０および円板２２０は各々、それぞれＺｍおよびＺｓで表されるそれ自身のインピーダンスを有する。また、第１反射部分２６０、円板残響部分２７１〜２７６および、同一坑井流体における円板を通る透過波部分２８０、２８２、２８４および２８６を含む、音響信号２５０も示されている。
【００１５】
坑井流体の反射係数を測定するために、音響変換器２００は、好ましくは約５００ｋＨｚの特性周波数を備える音響信号２５０を送出し、その後、受信モードに切り換わる。インパルス周波数は、好ましくは、円板の予想共振周波数に設定される。音響信号２５０は、坑井流体２１０内を進行し、円板２２０にぶつかる。インパルスのエネルギーの大部分は反射波２６０として反射され変換器に戻るが、少量の信号は波２８０として円板に入る。坑井流体２１０が水である時、反射波形は初期インパルスの約９３％の振幅を有する。円板に入った信号部分は、波の残響２７１〜２７６によって例示されるように、円板／流体境界面と円板／ツール境界面との間で前後に反射される。個々の反射時に、一部のエネルギーは、音響インピーダンスコントラストに応じて境界面を透過し、変換器に向けて戻るかまたはツール中に出るかいずれかに方向づけられる。円板内の信号は、このようにして、以下の式１に従って円板の外側の材料の音響インピーダンスに直接依存する速度で急速に散逸する。
【００１６】
Ｒ1＝（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｚ1＋Ｚ2）                （１）
【００１７】
ここで、Ｒ1は反射係数、Ｚ1およびＺ2は当該境界面での物質のインピーダンスである。好適な実施形態において、金属円板の厚さは変換器信号の共振波長の半分に設定される。
【００１８】
ここで受信器または変換器として機能する音響変換器２００は、大きな初期反射に続き指数関数的に減衰する残響信号よりなる波形を示す。図４は、音響変換器２００で受信される測定された音響波形を例示する。時間ｔ＝０が音響送信器における音波の生成の時間であれば、時間Ｔｔｒａｎは遷移時間(transit time)（円板に向かいトランシーバへ戻るその音波の往復の時間）を表す。距離が一定であるので、遷移時間Ｔｔｒａｎは流体の音響速度の指標を与える。また、図４には時間偏差(Time Offset) Ｔｏｆｆおよび共振窓(Resonance Window)Ｔｗｉｎも図示されており、これらの意義の両方については後述する。
【００１９】
図５は、その和が図４の波形を与える、第１反射および残響の両方の個別の波形を例示している。変換器によって受信される波形は、個々の残響波形を伴う初期反射波形の和であり、ここで個々の残響は円板の幅に比例する量だけ遅延される。さらに、音響変換器は完全な送信器ではないので、それは音波の送信時に多少「リンギングする」("ringing")。この変換器の「リンギング」もまた、検出波形に含まれ、本発明によって考慮され得る。
【００２０】
図６は、好適な実施形態に従って製作された装置を例示する。図６には、音響変換器２００、ＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）５００、開始時刻およびゲインを記録するダウンホールプロセッサ５１０、波形圧縮チップ５２０、マルチプレクサ５３０が示されている。波形圧縮チップ５２０は、代替的にプロセッサの一部とすることができる。また、マルチプレクサ５３０およびテレメトリケーブル５４５と接続されたダウンホール送信器５４０も示されている。ここで図７を説明すれば、地上には、アップホール受信器５５０、デマルチプレクサ５６０、ツール情報をデータログ５９５のためにアップホールプロセッサ５９０に搬送する伝送線５６４、ゲインおよび開始時刻情報をアップホールプロセッサ５９０に搬送する伝送線５７０、および波形圧縮解除チップ５８０が存在する。圧縮解除チップ５８０にはアップホールプロセッサ５９０が接続されている。アップホールプロセッサ５９０は、ログ５９５に適したデータを生成する。
【００２１】
ここで両図６および図７を説明すれば、音響変換器２００は、金属円板の反射および残響のデータを収集する。この音響波形はＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）５００によってディジタル化されダウンホールプロセッサ５１０に送信され、ダウンホールプロセッサ５１０はディジタル化された音響信号から第１反射を検出する。ダウンホールプロセッサ５１０はその後、関連する開始時刻および遷移時間を演算する。全波形データは伝送線５４５の帯域幅容量より大きいこともあるので、好ましくはディジタル圧縮５２０が実行される。適当な圧縮は、データをなめらかに変化させるために好適に働く、ウェーブレットおよびＡＤＰＣＭ（適応微分パルスコード変調）(Adaptive Differential Code Modulation) 手法を含む。ディジタル圧縮チップ５２０からの圧縮波形はその後、マルチプレクサ５３０において他のツール情報と多重化される。ダウンホール送信器５４０はこの多重化データを地上に送る。データを地上に送ることによって、より高速で高性能な装置によって処理することができる。
【００２２】
この多重化データは、アップホール受信器５５０によって受信され、デマルチプレクサ５６０によって各構成部分に分離される。波形圧縮解除チップ５８０は、再構成された波形をアップホールプロセッサ５９０に供給し、これは開始時刻の情報も受信する。坑井流体の反射係数を決定すると、アップホールプロセッサ５９０は、位置情報と組合せてログ５９５を作成する。
【００２３】
図６は本発明の一般的方法を例示する。ブロック６００において、観測された波形が処理のためにアップホールに供給される。或る実施形態では、波形をスタックすることが望ましい場合もある（ブロック６１０）。波形の遷移時間（Ｔｔｒａｎ）が、時間窓ＴｏｆｆおよびＴｗｉｎとともに、ブロック６２０で得られる。遷移時間の定義は、図４に関連して上述されており、プロセッサ５１０の第１反射検出器部分によって容易に測定され得る。次いでＴｏｆｆおよびＴｗｉｎが、信頼できる残響情報を含んでいる時間窓Ｔｗｉｎを得るように選定される。初期反射の受信の時間から測定されるＴｏｆｆは、初期反射を包含する時間窓である。そのため、その持続時間は、音響変換器２００によって送信された音響インパルスの持続時間および掘削流体特性に依存する。Ｔｏｆｆはまた、好ましくは、音響変換器の実際の欠点のために導入される誤差（変換器の「リンギング」）も見込んでおり、従ってＴｏｆｆは、理論的に選定した場合よりも若干長いこともある。それでもやはり、Ｔｏｆｆは約１５マイクロ秒である。ＴｗｉｎはＴｏｆｆに対置され、Ｔｗｉｎは第１反射によって汚染されていない残響情報を含んでいるので、関連のある時間窓である。Ｔｗｉｎの持続時間は、ツール１０において生起するノイズおよび残響が、受信された円板残響波形を信頼できないものにさせないように、十分に短くなければならない。それでもやはり、十分なデータを含んでいる信頼できる波の列が得られるように、Ｔｗｉｎは好ましくは少なくとも４つの残響を含む。従って、Ｔｗｉｎは約１２．８マイクロ秒である。
【００２４】
ツール較正は次のようにして行い得る。最初に、Ｔｏｆｆによって定義された反射波形がＤＦＴ（離散フーリエ変換）を用いて周波数ドメインに変換される。図８に戻って、Ｔｏｆｆにより定義されるような第１反射部分２６０に適用される適切なモデリングにより、Ｔｗｉｎに含まれる残響波形がどのように見えるはずであるかの理論的予測が与えられる。これを行うために、ブロック６３０において、第１反射信号は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によってその周波数ドメイン均等値に変換される。これはＳ（ω）を生じる。モデリングが周波数ドメインにおいて行われるので、振幅および位相の誤差は排除される。この誤差の排除は数学的処理を簡素化する（それゆえ、より高速な処理が得られる）。
【００２５】
代替的に、精度を高めるために、個々の第１反射を個別に変換する代わりに、複数のファイヤリングからの第１反射が最初に平均化され、その結果がＦＦＴ処理によりブロック６３０において周波数ドメインに変換されてＳ（ω）を生じる。最も信頼できる第１反射平均は、先行の第１反射の移動平均から所定の偏差の上または下に振幅を有する第１反射を切り捨てることによって得ることができる。
【００２６】
ブロック６４０において、残響波の理論的予測は、残響信号ｘ（ｔ）の周波数ドメインバージョンＸ（ω）を得るために、周波数ドメインの第１反射信号Ｓ（ω）を周波数ドメイン理論的応答式Ｒ（ω）により乗算する（時間ドメインにおける畳込み(convolution)）ことによって得られる。平らな金属円板と仮定すれば、理論的周波数ドメイン応答は以下の式２によってモデル化され得る。
【００２７】
0003839376.tif 000002
0003839376.tif 000003
【００２８】
ここで、
Ｒ（ω）：角周波数ωの反射係数
Ｚm、Ｚs：それぞれ泥水および金属円板のインピーダンス
Ｖs：金属円板における音の速度
ＣT：金属円板の厚さ
【００２９】
上記の式は、変換器が円板に垂直な（すなわち直角の）入射を有する波を生成することを前提とする。Ｖs、ＺsおよびＣTは、金属円板の基本的な物理的性質として極めて精確に測定できる。
【００３０】
ブロック６４０において、周波数ドメイン信号Ｘ（ω）は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて時間ドメインに変換し戻される。それによって、ブロック６４０は、時間ドメインにおける観測された初期反射波形に関する理論的残響応答ｘ（ｔ）を与える。この理論的残響応答は、ボアホール流体インピーダンスＺmの関数でもある。これらの結果が時間ドメインに変換されると、理論的応答と受信応答との間に関係が確立される。次に、ブロック６５０においてボアホール流体特性を決定するための方法が使用される。
【００３１】
ブロック６４０における理論的応答および測定された応答を関連づけるための２つの実施形態は、１）曲線のあてはめ法、および２）非線形波形反転法を含む。両方法とも、式２に基づく理論的波形応答を演算するものである。しかし、曲線のあてはめ法は、反転法より少ない理論的モデリングステップを使用する。
【００３２】
図９は、曲線のあてはめ法を例示しており、測定式が決定される。初期事項として、関心のある残響窓Ｔwinについて、残響波形振幅（Ｓw）の和の自然対数は、坑井流体インピーダンスとともに線形に変化する。すなわち、坑井流体インピーダンスとＳwとの間の線形関係は以下のように表現され得る。
【００３３】
Ｚm＝ Ａ＋Ｂ ln (Sw)                        （３）
【００３４】
ここで、Ｓwは残響波形振幅の和であり、以下の形を有する。
【００３５】
0003839376.tif 000004
0003839376.tif 000005
【００３６】
小文字のｘ（ｔ）はＴwinに含まれる残響波形におけるあらゆる任意の点での振幅である。
【００３７】
曲線のあてはめ法の場合、ブロック６４０はブロック７００〜７６０を含む。ブロック７００において、初期理論的流体インピーダンスＺmが選択される。ブロック７１０では、理論的応答Ｒ（ω）が式２に従って計算される。ブロック７２０において、第１反射はブロック７１０で得られた理論的応答により畳込まれる (convolved)。ブロック７３０において、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が実行されて理論的残響波形を得る。次に、理論的残響波形振幅の和Ｓwがブロック７４０において決定される。ブロック７５０で、理論的応答Ｒ（ω）および残響波形振幅の和Ｓwが記憶される。ブロック７６０において、付加的なデータが必要であるかどうかが決定される。付加的なデータが必要な場合、別の理論的流体インピーダンスＺmがブロック７００で選択されるであろう。この線形関係の係数を決定するために、ステップ７００〜７６０が、異なる仮定の流体インピーダンスＺmについて少なくとも２回繰り返される。各回ごとに、結果として得られる和Ｓwが計算される。これらの重複点（Ｓw，Ｚm）から、係数Ａ，Ｂは、ブロック７７０で最小２乗曲線のあてはめを用いて決定することができる。その関係により、測定インピーダンスＺmは、ブロック７８０において式４を用いて観測されたＳwから決定できる。
【００３８】
最後に、ブロック６５０（図８）において、Ｓwが式３に代入され、坑井流体インピーダンスＺmが決定される。流体の音響速度はブロック６５０でも計算され得る。変換器と円板との間の離間が既知であるので、速度は測定された遷移時間Ｔtranから計算できる。インピーダンス（ρ）および速度（ｖ）から、流体密度（Ｚm）は、関係式Ｚm＝ρｖにより計算することができる。
【００３９】
上述の通り、第２の実施形態では、理論的残響と測定された残響との間の関係を決定するために非線形波形反転がブロック６４０において使用され得る。波形反転法は、上述の曲線のあてはめ法より低速であるが、振幅および位相の両方を用いて全体の残響波形窓を一致させるので、より正確な結果を生じる。結果として、密度および減衰を含む多くの流体の音響特性が同時に計算できる。好ましい方法はLevenberg-Marquardt（レーベンベルグ・マルカート）法を使用する。概要については、参照により本願に導入される、以下の文献を参照されたい。W. Press et al, Levenberg-Marquardt Method, p. 542 (Numerical Recipes in C, 1988)。
【００４０】
図１０に示された非線形波形反転の実施形態では、速度、密度および減衰といった流体特性は、最初にブロック８００で推定される。ブロック８１０において、理論的応答Ｒ（ω）が式２に従って計算される。ブロック８２０で、第１反射がブロック７１０で得られた理論的応答により畳込まれる(convolved)。ブロック８３０で、推定残響波形を得るために逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が実行される。ブロック８４０で、推定波形と測定波形との間の誤差が決定される。誤差は式５に従って計算される。
【００４１】
0003839376.tif 000006
0003839376.tif 000007
【００４２】
ブロック８５０において、ブロック８４０で演算された誤差は所定の許容差と比較される。演算された誤差が所定の許容差より大きければ、ブロック８００において、別の推定がLevenberg-Marquardt法を用いて実行される。このサイクルは、演算誤差が所定の許容差より小さくなるまで繰り返される。演算誤差が所定の許容差より小さい場合、推定された流体速度、密度および減衰は測定された特性としてブロック８６０において受け入れられる。
【００４３】
本発明の好適な実施形態を図示説明したが、その変更は、本発明の教示または精神を逸脱することなく当業者によって行うことができる。ここに記載された実施形態は例示的なものであるにすぎず、限定的なものではない。例えば、本発明は坑井の掘削中の使用について記載したが、完成および生産の際においても使用することができる。システムおよび装置の多くの変更および変形が本発明の範囲内で可能である。従って、保護の範囲は、ここに記載された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は特許請求の範囲の主題のあらゆる等価物を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】好適な実施形態におけるツールを示す概略図である。
【図２】図１の構成要素部分を例示する部分図である。
【図３】波形の反射および残響を示す図である。
【図４】受信音響波形を示すグラフである。
【図５】図４の構成要素部分を例示する線図である。
【図６】好適な実施形態に従って構築された地表下システムの線図である。
【図７】好適な実施形態に従って構築された地上システムの線図である。
【図８】好適な実施形態の全体のフローチャートである。
【図９】好適な実施形態のフローチャートである。
【図１０】好適な実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ツール
２１０  坑井流体
２００  音響変換器
２２０  金属円板
２００  音響トランシーバ
２６０  第１反射部分
２７１〜２７６  円板残響部分
２５０  音響信号
５１０  ダウンホールプロセッサ
５９０  アップホールプロセッサ
【図１】
0003839376.tif 000009
【図２】
0003839376.tif 000010
【図３】
0003839376.tif 000011
【図４】
0003839376.tif 000012
【図５】
0003839376.tif 000013
【図６】
0003839376.tif 000014
【図７】
0003839376.tif 000015
【図８】
0003839376.tif 000016
【図９】
0003839376.tif 000017
【図１０】
0003839376.tif 000018