JP2001273580A

JP2001273580A - 掘削管内遠隔計測送信器と掘削管内遠隔計測方法と掘削管遠隔計測システム

Info

Publication number: JP2001273580A
Application number: JP2000079044A
Authority: JP
Inventors: Rasshi Dareyooshu; ラッシダレヨーシュ; Tsurafurefu Julij; ツラフレフユーリー
Original assignee: Cryoton UK Ltd
Current assignee: Cryoton UK Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】掘削管内にある最低１個のトランスデューサか
ら得たデータからなる電磁気信号を送信するための有用
で有益な技術手段（掘削管内遠隔計測器・掘削管内遠隔
計測方法・掘削管遠隔計測システムなど）を創作し、こ
れを提供する。【解決手段】掘削管内に位置する遠隔計測送信器は、掘
削管（掘削管上部１０・掘削管下部１４）のパラメータ
と周囲媒体のパラメータの一方または両方を感知するた
めに配置された最低１個のトランスデューサから得たデ
ータの送信と受信をする一つのインプットからなる。送
信器は、電磁気データ信号を送信するために配置された
磁気ダイポール２４、電磁気データ信号を送信するため
に配置された電気ダイポール３８、それと掘削管の送信
器の格納部の向き方向と掘削管の送信器の格納部を取り
巻く媒体の電気的抵抗率にしたがい、磁気ダイポール２
４と電気ダイポール３８からの電力出力を適応的に可変
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は削井底から地上への
データ通信のための掘削管用無線遠隔計測技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】掘削中の掘削管からのデータ送信向上に
ついての問題は、かなりの間検討下にあったが、近年こ
の件に関する関心が高まってきている。これは掘削深度
の増大とくにガスや石油用の傾斜掘削に関連するもので
ある。その目的は信頼性の向上と地層特性、方向操作や
掘削機械の状況など、このようなデータの送信伝達率の
向上である。

【０００３】マッドパルス・音響・電磁気など現在使用
されている無線通信技術の場合、掘削の目的では、後者
が測定に関して潜在的可能性が最もあるといわれてい
る。既存の電磁気掘削管遠隔計測送信器は、典型的に
は、掘削ドリルビットに隣接して位置する低周波数無線
送信器で構成されている。ドリルビット内のトランスデ
ューサ（変換器）から得たデータは、まず計数化され、
その後に削孔（ボアホール）から岩層を通って地上に送
信される。この信号はその後、地上の掘削リグ現場に隣
接して設置された受信器により検知されて解読される。
この技術は、２．５〜５０ＨＺの周波数範囲内におい
て、地下５０００ｍの深さからのデータを受信する能力
がある。

【０００４】上記における電磁気信号は、つぎの２通り
の方法、いずれかで送信される。英国特許第２１４２８
０４号には、データをパルスコードの電気信号へと変調
し、それを削井底部を取り囲む周辺岩層内へ電流ダイポ
ール（双極子）で出射するという一つ方法が公開されて
いる。地上では、電流で形成された電磁気信号が検知さ
れ、データは復調により取り出される。上記のケースで
は、岩層自身が電流ダイポールからの信号用の電気的伝
導性をもつ媒体となる。この電流ダイポールは、電極の
役割をする電気的に絶縁された２つの素子から構成され
る。該信号の振幅が岩層内の電導率特性に強く依存する
ことは明白である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この電流ダイポール構
造の弱点は、掘削管内送信器格納部が垂直方向に向いて
いる場合に電流ダイポールから発する磁界が掘削管から
大きく放射状に拡大するため、地上においてほとんど磁
気信号が検知できないことだとわかる。

【０００６】また、別の既存電流ダイポールにおける弱
点は、抵抗率の値が高い苦灰石（ドロマイト）のような
ある種の岩層に対して、十分な電流の射出が困難なこと
である。

【０００７】一方で米国特許第４８００３８５号は、デ
ータが信号上に変調され、これが掘削管の外表に隣接し
て設けられたコイル形の磁気ダイポールに供給されると
いう２番目の方法を公開している。この磁気ダイポール
は、電気的に管自体から絶縁され、そして外側では掘削
泥土からも絶縁され、電源に接続されている。

【０００８】この磁気ダイポール構造の弱点は、該ダイ
ポールから発する磁界が送信器からの距離の逆３乗（逆
立方）で低下するため、長距離では測定不可能な値に減
少してしまうことだとわかる。上記磁気ダイポール送信
器は、該送信器の設置場所の地層導電率から独立した一
つ方法を提供する。この場合、比較的浅い掘削では、よ
り大きな磁気信号（形成）を達成することが可能であ
る。したがって掘削の初期段階では（たとえば送信距離
が短く、磁気送信器の向きが垂直方向というケース）、
電流ダイポールよりも磁気ダイポールが有効である。し
かし掘削深さが地底２ｋｍを超える場合、磁気ダイポー
ルのソースで形成された信号は単純な磁力計検知とって
小さすぎる。消費電力も質量（大きさ）も電流ダイポー
ルが磁気ダイポールよりもかなり小さい。電流ダイポー
ルのソースの構造は（磁気ダイポールに比べて）単純で
あるため経済性が高い。

【０００９】前記磁界形成方法の両方によって地上で得
られるデータは、しばしば抵抗率と掘削管送信器格納部
の向き方向の一方または両方に依存する。それゆえ検知
不可能あるいは脆弱なものである。

【００１０】磁気遠隔計測送信器は、機械的高負荷、高
侵食性・高研磨性素材との接触、高温等の過激な条件下
で稼動する。さらに送信器の断面寸法は、削孔（ボアホ
ール）の大きさで制限される。

【００１１】技術研究について調査すると、送信器構造
の改良に一つの傾向が見られる。まず第１には、削孔底
から送信されるデータの質の向上に焦点が当っていた。
これは地層導電媒体での固有信号減衰を補償するため、
放出する信号の電力を強化することに関わる。加えて深
層掘削や、とくに石油・ガスの傾斜掘削では、ドリルが
それぞれ異なった電導率、誘電体特性をもつ層を何層も
横切る。それで炭化水素堆積部上部の粘土層の抵抗率
は、１００％以上（の割合）での変化が起こり得る。こ
れによりノイズ成分が重畳し、測定された遠隔計測信号
の振幅を変えることが考えられる。その結果、遠隔計測
信号解読（デコード）が複雑化する。

【００１２】

【発明の目的】本発明者らは上述したような技術的課題
に鑑み、掘削管内にある最低１個のトランスデューサか
ら得たデータからなる電磁気信号を送信するための有用
で有益な技術手段（掘削管内遠隔計測器・掘削管内遠隔
計測方法・掘削管遠隔計測システムなど）を創作し、こ
れを提供するというものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によるときは、掘
削管内にある最低１個のトランスデューサ（変換器）か
ら得たデータからなる電磁気信号を送信する手段をも
ち、掘削管のある部分に設置された送信器部の向き方向
と掘削管上記部を取り巻く媒体の電気的抵抗率にしたが
い、掘削管上記部に設置された送信器の磁気ダイポール
と電流のダイポールによる電力出力を適応制御すること
で構成される方法が提供される。

【００１４】本発明においては、電流ダイポール送信器
が垂直方向掘削や高抵抗率の岩層掘削等の用途に適さな
いということや、磁気ダイポール送信器によって輻射さ
れた磁界が距離により非常に急速に減少し深層掘削での
使用に不適当ということについて、真の理解が根底にあ
る。それゆえ本発明の送信器は、電流ダイポール・磁気
ダイポールの両ソースを組み合わせることで地上での最
適かつ信頼性のあるデータ受信が確立する。それで掘削
方向や地層特性にしたがい、これら二つのソース間の電
力が適応的に分配されることを可能とする。

【００１５】本発明における送信器は、電流ダイポール
ソースと磁気ダイポールソースから形成され、アジマス
（方位角）成分が大勢の（組み合わせ）複合磁場分布を
つくるため、それらのうちの一方または両方の操作が可
能である。

【００１６】本発明の磁気遠隔計測送信器は掘削管の一
部を形成し、望ましくは非強磁性導電材で作られたケー
ス素子付きで電気的絶縁体の少なくとも一箇所により、
送信器内の二つの導電部品／部分が分離されている。

【００１７】該送信器は、複合（組み合わせ）の電流ダ
イポールソースと磁気ダイポールソースで構成され、こ
こで電流ダイポールの電極は、周囲層に電流を射出する
能力がある。磁気ダイポール部は、望ましくは細長い延
べ棒状の強磁性磁心が入った数個のコイルからなり、こ
れらは送信器ケース内側の筒型空間において該送信器縦
軸に平行して配置される。電流ダイポールの電極と磁気
ダイポールのコイルは適応電力制御スイッチを通して電
源に接続される。

【００１８】磁界の複合ソースを使用した前記磁界形成
方法は、遠隔計測技術の向上を導き、これにより掘削が
どの方向であってもこの送信器からの磁気信号が検出・
探知可能となり、送信器の位置する場所ごとでの地層導
電率変動による影響がかなり減少する。加えて、極端な
環境条件下（大きな機械的ひずみ・振動・高温と高圧）
で操作稼動するということは、当該送信器には、製造面
での高い信頼性が必須であることを示唆している。

【００１９】前記送信器には、磁気ダイポールと電流
ダイポール間と、磁気ダイポール内部である程度の冗
長性があり、それは並列に繋がれたいくつのエミッタで
構成され、そのうちの一つの巻腺への損傷により装置全
体としての稼動が中断されないというのが前記送信器の
特徴である。望ましいのは、掘削管の送信器収納部が垂
直方向かそれに隣接しているときに、磁気ダイポールか
らの電力出力が増加することである。望ましいのは、掘
削管の送信器収納部周辺媒体の抵抗率があらかじめ決め
られた値以上であるときに、磁気ダイポールから電力出
力が増加することである。望ましいのは、磁気ダイポー
ルからの電力出力が増加するときに、電流ダイポールか
らの電力出力が減少するかあるいは抑制されることであ
る。望ましいのは、掘削管の送信器収納部が水平方向か
それに隣接しているときに、電流ダイポールからの電力
出力が増加することである。望ましいのは、掘削管の送
信器収納部周辺媒体の抵抗率が、あらかじめ決められた
値以下であるときに、電流ダイポールからの電力出力が
増加することである。望ましいのは、電流ダイポールか
らの電力出力が増加するときに、磁気ダイポールからの
電力出力が減少するかあるいは抑制されることである。

【００２０】具体案としては、地底の該送信器が受信し
た送信器の向き方向や周辺掘削媒体の抵抗率に関するデ
ータにしたがい、前記電気ダイポールソースと磁気ダイ
ポールソースからの電力出力を、地上から（地底のこ
の）送信器に制御電流を発信して制御することである。
また、別の具体案では、掘削管の該部の方向と掘削管前
記部周辺媒体の電気抵抗率が送信器により検出され、そ
れから感知された方向と抵抗値にしたがい、該送信器が
前記磁気ダイポールと電流ダイポールからの電力出力を
適応制御するように構成される。

【００２１】本発明は、また、掘削管のある部分内に置
かれた掘削管遠隔計測送信器が供給され、該送信器は、
掘削管のパラメータ、周辺媒体のパラメータの両方か片
方を感知するように配置された最低１個の変換器（トラ
ンスデューサ）からのデータ受信用インプットと、前記
データからなる電磁気信号を送信するように配置された
磁気ダイポールと、前記データからなる電磁気信号を送
信するように配置された電流ダイポールと掘削管前記部
分の向き方向と、掘削管前記部分周辺媒体の電気抵抗率
にしたがってそれぞれ（磁気・電流ダイポール）の出力
信号を変えるように、前記磁気ダイポールと電流タイポ
ールからの電力出力を適応的に可変する制御方法からな
る。

【００２２】一つの具体案として該送信器は、掘削管前
記部分の向き方向を感知するセンサと、前記方向センサ
のアウトプットにしたがって、前記磁気ダイポールと電
流ダイポールに供給される電力を適応的に可変するよう
手配された前記制御手段で構成されるのが望ましい。ま
た該送信器は、掘削管前記部分周辺媒体の電気抵抗率を
感知するセンサと、前記抵抗率センサのアウトプットに
したがい、前記磁気ダイポールと電流ダイポールに供給
される電力を適応的に可変するよう手配された前記制御
手段から構成されるのも望ましい。別の具体的手段で
は、制御手段が地上から受信した制御信号にしたがい、
前記磁気ダイポールと電流ダイポールに供給される電力
を適応的に可変するように構成される。一つの具体策で
は該送信器が前記トランスデューサに隣接して配置さ
れ、該送信器のインプットが、その１個か複数のトラン
スデューサのアウトプットに接続される。また別の具体
策では、該送信器のインプットが受信器に接続される。
この受信器には、前記単数または複数のトランスデュー
サに接続するインプットがあるので、遠隔送信器からの
信号を受信する。このような形でトランスデューサから
地上へ掘削管に沿って、リレーリンクの供給が可能であ
る。前記遠隔送信器が、掘削管に沿って適応送信器に信
号を送信することも可能である。もう一つの方法として
は前記遠隔送信器自身が適応送信器から構成されていて
もよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について添付の
図面を参照して説明する。

【００２４】図１・図２を参照して、本発明の遠隔計測
送信器は、掘削管（ドリルビットが取り付けられる先端
管）の上部１０と下部１４との間に配置される。ドリル
ビット１２は掘削管下部１４の下端に接合される。掘削
管の外表面全体は周辺岩層１６と良好の電気的接触があ
る。

【００２５】磁気ダイポール２４は、素子２０を通じて
掘削管上部１０や素子２２を通じて掘削管下部１４に接
続されている。磁気ダイポール２４は強磁性の磁心２６
からなり、これは掘削管の軸方向に伸び、導電性巻線２
８で覆われている。巻線２８は導線３０を通して電源３
２に接続している。電源３２は、電磁場という形で地上
に送信されるデータによって変調される電流を供給す
る。電源３２はリード線３４ａ・３４ｂを介して掘削管
上部１０・掘削管下部１４に接続されているので、掘削
管上部１０・掘削管下部１４は、電流ダイポール３８の
電極をそれぞれ形成する。磁気ダイポール２４と電流ダ
イポール３８はそれぞれ個別に、必要によっては同とき
にも操作が可能である。

【００２６】図１の電流Ｉｃ（符号４０参照）は、導線
すなわちリード線３４ａ・３４ｂを通って電流ダイポー
ル３８のそれぞれの電極に流れ、地層の電気伝導率に比
例して上昇する。電源３２からの出力が定電力Ｐである
と、図のごとく磁気ダイポール２４と電流ダイポール３
８が並列に接続されている場合に、磁気ダイポール２４
の巻線２８を流れる電流ＩｍはＩｃに逆比例する。

【００２７】図１の遠隔計測送信器が図２に詳細に示さ
れている。図２を参照して掘削管上部１０と掘削管下部
１４とがカップリング４２・４４で接合されている。ド
リルビット１２は掘削管下部１４の下端に取付けられて
いる。電源３２と掘削管と周辺岩層など種々のパラメー
タを測定するための他の計器（図示せず）は、掘削管下
部１４内に形成された電源計器収納場所４６に配置され
る。該遠隔計測センサは、この計器のトランスデューサ
に接続され、電源３２に基づく電流を変調することで遠
隔計測データのコード化を可能にする。一つの操作方法
についていえば、掘削管自身を通じての電流帰還（フィ
ードバック）により、この送信器を地上から制御するこ
とも可能である。この帰還電流は電流ダイポール３８の
電極に接続された電位差計などのようなセンサで検出さ
れる。

【００２８】磁気ダイポール２４は、組となった何個か
の長方形をなす延べ棒４８からなり、これは掘削管上部
１０の外表面に沿い軸方向に伸びる。延べ棒４８の数は
変化があるかもしれないが、およそ典型的なケースでは
１０〜２０本の間であろうと考えられる。電磁気送信器
として機能させるために巻線２８が個々の延べ棒４８に
個別に巻かれる。その結果、各延べ棒４８の一本一本が
磁気ダイポール２４を形成する。このダイポール２４
は、機械的損傷とか泥土や水の侵入を防ぐために、保護
シールドでその長さ全体にわたって覆われている。それ
ぞれのシールドは電気的に絶縁された表膜と裏膜が付
き、長さ０．３〜１ｍに分かれたものが１組となって構
成される。このシールドの全長は１０ｍかそれ以上とで
ある。シールドの絶縁層５２は、また、電流ロスを削減
するためにも、コイル巻線のショートを防ぐためにも必
要である。

【００２９】減磁効果を防ぐため、前記延べ棒端と成形
カップリング５６とを真近に接近させる。定形をなす成
形カップリング５６は軟磁性材でつくられたもので本質
的に磁極片の機能を果たす。磁気ロスを削減するために
素子１０・５２は非磁性ステンレススチールでつくられ
ている。素子４２・４４は、延べ棒４８の強磁性材の実
質的な長さを延長し、それによって前記送信器の消費電
力を削減するため、磁性スチールでつくられている。

【００３０】電源３２からの電流はリード線５８を通じ
てコイル巻線２８の下部端子３０に供給される。巻線２
８それぞれの上部端子のリード線（図示せず）は掘削管
の上部につながれ、それによって全部の磁気ダイポール
２８が並列に通電される。

【００３１】掘削管の上部１０は前述したように電流ダ
イポール３８の上部電極の機能を果たす。絶縁層５２の
内側表面と、結合素子５６・４２の内部の外表面は電気
的絶縁材６２で被覆されている。また、中間部６６があ
り、これは非導電材でつくられる。したがって掘削管上
部１０と掘削管下部１４との間では電気的な接触がな
い。電気的接触は、この送信器の外側表面と岩層１６と
の間にあり、この接触の度合いは水性掘削泥土が周囲に
存在すると向上する。実際には掘削管の下部１０の長さ
は約１０ｍかそれ以上である。

【００３２】図３を参照して、磁気ダイポールのコイル
は高分子密封化合物などのような電気的絶縁材６２によ
りシールド５２と硬接合している。磁気ダイポールから
なる該組立部は、掘削管上部の外周に沿って楔形のクラ
ンプ７０により固定される。このクランプを固定するボ
ルト７２は、クランプ７０とシールド５２から電気的に
絶縁されている。

【００３３】図４を参照して、磁気ダイポール棒の磁心
（コア）は、電気的にそれぞれが絶縁された変圧器（ト
ランスフォーマー用）スチール積層板の積み重ねからな
る。この積み重ねについては、幅が「Ｂ」、高さが
「Ｈ」、長さが「Ｌ」である。シート板７４の素材は高
飽和磁化材・高透磁率・低比損失（特定損失）・低磁歪
・低コストということに基づいて選択される。大型変圧
器に使用されているような電気的（エレクトリカル）ス
チールのタイプは、上記の要求につき、最高２Ｔの飽和
磁化、透磁率が３０，０００〜４０，０００、総損失が
周波数５０ＨＺで１Ｗ／ｋｇ以下で、全て満たし材料と
して適当である。

【００３４】図５は前記遠隔計測送信器の回路図を示し
ている。電源３２はタービン発電機か電池パック７６を
含んで変調器７７に接続され、変調器７７は振幅Ｕのパ
ルス化した出力信号をその出力７８から出力する。かか
る変調は、様々なセンサ（図示せず）から受信する遠隔
計測器のデータにしたがい、制御回路７９により制御さ
れる。変調器７７の出力は、一次巻線Ｌ_１にｎ_１の巻
数、二次巻線Ｌ_２にｎ_２の巻数、抵抗Ｒ_２を装備した昇
圧変圧器８０に接続される。

【００３５】スイッチ８１は制御回路７９により制御さ
れて磁気タイポール２４と電流ダイポール３８を選択す
る。この回路には、掘削ボーリング工程や環境パラメー
タ、それに、地上から送信される当該遠隔計測送信器の
パラメータを制御するための、制御信号等のモニタに使
用されるセンサの数にしたがって、入力（端子）Ｓ_１〜
Ｓ_ｎがいくつかある。地上からの制御信号を受信するよ
うに配置された受信器は磁気センサと電流センサの両方
を備えており、磁気ダイポール２４や電流ダイポール３
８から出力される電力を別個または同時に制御すること
ができる。後者の場合は、スイッチ８１が導線３０と導
線３４へ並列に接続する。この送信器には、また、該送
信器の指向方角を感知するセンサや周辺岩層の抵抗率を
感知するセンサ（図示せず）が備わっている。したがっ
てスイッチ８１は磁気ダイポール２４と電流ダイポール
２８が出力する電力を該センサ（図示せず）によって自
動的または地上からの制御信号という方法で自動的に制
御することができる。

【００３６】各磁気ダイポール２４の巻線２８は並列に
接続されている。実効抵抗Ｒｃと電流ダイポール３８の
電極１０・１４間の容量Ｃ１がインピーダンスＺを形成
し、これが電流Ｉｃの大きさ（すなわち磁界の大きさ）
を決定することになる。このインピーダンスＺは周辺地
層の電気的および誘電的特性に依存する。

【００３７】図６に示されているように、石油やガスの
傾斜掘削の際は、既存の技術にしたがって掘削管を垂直
と水平両方向に向き方向を定めることが可能である。

【００３８】垂直方向の位置９０では、磁気ダイポール
２４から発する磁束線１０４が掘削管の軸方向に大きく
延長しているのが見られる。それに対して電流ダイポー
ル３８からの磁束線は、掘削管から遠心方向／放射状に
大きく拡大しているのが見られる。したがって垂直方向
の位置９０では、地上９４で受信される信号は、ほとん
ど全面的に磁気ダイポール２４により供給されることが
理解できる。

【００３９】しかし水平方向の位置９２では、電流ダイ
ポール３８から受信する信号が、磁気ダイポール２４か
ら受信する信号よりも大きい。磁界線図には数量的特徴
が示されているが、現存する強磁性質量や電物理的な変
動、あるいは、岩層特徴、また、通常水性か油性の掘削
泥土の導電率の変動などを一切考慮していない。

【００４０】地上９４においてプロセッサ１００に接続
された磁力計が前記磁界を検出する。必要であれば、一
つの操作方法としては、送信器が受信した向き方向（掘
削送信器）と周囲岩層１６の抵抗率の詳細データにした
がい、磁気ダイポール２４と電流ダイポール３８からの
電力出力を適応制御で可変すべく、制御信号を掘削管内
の前記送信器に送り返すことも可能である。ここで特記
すべきは前記送信器から受信する磁界が送信器軸からの
距離ｒにより磁気ダイポールでは１／ｒ^３、電気ダイポ
ール３８では１／Ｒ^２で減少することである。

【００４１】このテレメトリ遠隔計測送信器プロトタイ
プで行った分析・モデル（模型）づくりの作業中、数々
の事象が明らかになった。

【００４２】垂直方向（図６の符号９０）の第１段階
で、テレメトリ遠隔計測送信器から送信される磁気信号
の大きさは主に磁気ダイポールのソース部で決まり、こ
れは下記の式（１）であらわすことができる。Ｂ_ａ＝Ｍ／２πｒ^３［Ｗｂ／ｍ^２］‥‥‥‥‥（１）Ｍ：磁気ダイポールの総磁気能率ｒ：前記ソースからの距離

【００４３】均一に磁化された物体の磁気能率は下記の
式（２）に示すとおり、その容積と該容積内の磁気誘導
との積である。Ｍ＝ＶＢ［Ｗｂ．ｍ］‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）Ｖ：磁化物の容積Ｂ：磁化された物体内の磁気誘導の値したがって、ある一定距離での前記磁気送信器からの磁
界を最大にするときは、その磁気能率を最大にしなけれ
ばならず、それは材料の容積を可能最大限に大きくし、
それを可能限り最大に磁化しなければならないことを意
味する。磁化の値は、下記の式（２）に示すとおり、磁
化材の透磁率と外部から加わる／供給される磁界によ
る。Ｂ＝μ_０μＨ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３） μ_０：自由空間透磁率 μ：磁化材の透磁率Ｈ：供給された磁界の磁力

【００４４】この外部からの磁化用磁界は通常、たとえ
ば巻導線等のソレノイドに電流を印加して形成する。電
流Ｉが流れるソレノイド内の磁界は、つぎの式（４）で
与えられる。この磁界は明らかに電流の振幅とコイルの
巻数にのみ依存する。Ｂ＝μ_０μＮＩ／Ｌ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４）Ｎ：巻数Ｌ：ソレノイドの長さ

【００４５】磁化というのは磁化材の性質にのみなら
ず、その形状にも依存し、磁化材の「実効」透磁率は、
つぎの式（５）で与えられる。 μ_ｅｆｆ＝μ／〔１＋ｎ（μ−１）〕‥‥‥‥（５）ｎ：いわゆる「反磁場係数（減磁要因）」

【００４６】およその決まりは、一つの物体の半径に対
する長さの比率が大きければ大きいほど、磁化しやすい
といわれる。長楕円形体の反磁場係数（減磁要因）に関
する分析的な回答はつぎの式（６）のとおりである。ｎ＝〔（１−ｅ^２）／ｅ^３〕〔tanh^−１（ｅ）−ｅ〕‥‥‥（６）ここで、ｅ＝（１−ｂ^２／ａ^２）^−１／２における
「ａ」と「ｂ」は、ａが楕円体の長い半軸、ｂが楕円体
の短い半軸である。

【００４７】テレメトリ遠隔計測送信器の水平の向き方
向において、地上での磁気信号は、下記の式（７）のと
おり磁気ダイポールと電流ダイポール、それぞれの関与
分の合計となる。Ｂ_ｅ＝Ｍ／４πｒ^３＋（μ_０／４π）（Ｉｄ／ｒ^２）‥‥‥（７）Ｉ：電流ｄ：電流ダイポールの物理的な長さ

【００４８】テレメトリ遠隔計測送信器の性能に対する
実験的検証は、代表的な環境ノイズ（図７参照）のも
と、高感度の低温磁力計を使って実行した。下記の設計
によるテレメトリ遠隔計測送信器モデル（磁気ダイポー
ルと電流のダイポール）で測定を行った。ａ：磁気ダイポール部の長さ２．４ｍｂ：寸法が５×３．５×２４００ｍｍの磁化ロッド（計
１２本）を応力に耐えるスチール管（径３０ｍｍ）の周
りに設置ｃ：上記ロッドの実効透磁率２０００（１．５Ｔ磁化で
測定）ｄ：磁化ソレノイドコイル３０００巻数／ｍ、径０．２
７ｍｍ導線、各コイルは抵抗値４０で（アセンブリーで
の）測定インダクタンスが３００ｍＨｅ：各電流ダイポール電極は、径２０ｍｍ、長さ０．５
ｍｍで並列接続の３個の埋込銅管からなる。ｆ：電流ダイポールの長さ２０ｍｇ：電源電力１２Ｖ、１０Ａ、１〜５００Ｈｚ反相
「有」または「無」で、長方形信号を形成

【００４９】テレメトリ遠隔計測送信器模型内磁気ダイ
ポール部の磁気能率は、測定したところ「７×１０^−４
Ｗｂ・ｍ」であった。このソースは、周波数５Ｈｚでピ
ークピーク値が５６ｐＴの磁界信号を形成し、距離１０
０ｍで図７左側に描かれているように低温磁力計により
該信号が検出された。磁気ダイポールの実物では寸法が
この５倍にも考えられる。そうなると磁気能率が１２５
倍となるので、３０００ｍ以上のデータ通信能力があ
る。テレメトリ遠隔計測送信器模型内の電流ダイポール
部が、ピークピーク値２００ｍＡの電流を射出し、図７
右側示すように、１００ｍの距離で４５ｐＴの信号が形
成される。掘削管により形成される実効長さ１００ｍの
電流ダイポールでは、台の電流１Ａを広範囲な導電率を
持つ地層に射出できるので、磁気ダイポールと比較し、
同等の距離かそれ以上の通信距離を提供する。この組み
合わせ／複合テレメトリ遠隔計測送信器は送信器がどの
方向でも磁気遠隔計測器に十分な信号レベルを供給す
る。

【００５０】言及された実験測定は、地層を通した掘削
機器ツールからのデータ遠隔計測の評価のために特別に
設計考案された。しかしこのテレメトリ遠隔計測送信器
は、他の応用分野でのデータ通信にも利用が可能で、た
とえばケース（枠組）付きと無ケースの掘削井戸/抗井
の遠隔モニタ用、たとえば従来の電気的井戸／抗井ロギ
ングセンサ使用の米国特許第３９７３１８８号、海低探
査掘削用の米国特許第３０５２８３６号や音響や磁気井
戸/抗井ロギング用、地上からの削井底物体の位置認識
や方向操縦、それに制御されたソースの電磁気試掘など
がある。言い換えればテレメトリ遠隔計測送信器が異種
の情報の送信器として使用されても本発明の本質は変わ
らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明遠隔計測送信器が含まれた掘削管のブロ
ック図である。

【図２】図１における遠隔計測送信器の縦断面図であ
る。

【図３】図１における掘削管遠隔計測送信器の断面図で
ある。

【図４】図１における遠隔計測送信器の磁気ダイポール
磁心組み立て部を示した図である。

【図５】図１における遠隔計測送信器の回路図である。

【図６】図１の掘削管遠隔計測送信器から発する磁界
（それぞれ異なる掘削方向のもの）を示した地殻の断面
図である。

【図７】図１における掘削管遠隔計測送信器の縮小模型
で得られた実験データのグラフである。

【符号の説明】

１０掘削管の上部１２ドリルビット１４掘削管の下部１６周辺岩層２０素子２２素子２４磁気ダイポール２６磁心２８導電性巻線３０導線３２電源３４ａリード線３４ｂリード線３８電流ダイポール４０電流Ｉｃ４２カップリング４４カップリング４６電源計器収納場所４８延べ棒５２絶縁層５６カップリング５８リード線６２絶縁材６６中間部７０クランプ７２ボルト７４シート板７６電池パック７７変調器７８出力７９制御回路８０変圧器８１スイッチ９０垂直方向の位置９２水平方向の位置９４地上１００プロセッサ１０４磁束線

フロントページの続き (72)発明者ユーリーツラフレフイギリスエスエイ１７イーピースオンジーペントレッチワイスペニガーン 24 Ｆターム(参考） 2F073 AA01 AA19 AA21 AB02 AB12 BB01 BC02 CC01 FF01 5K012 AB02 AB10 AC02 AC08 AC09 BA02 5K048 BA21 BA35 DB01 DC01 EB02 EB10 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掘削管内に位置する最低１個のトランスデ
ューサから得たデータからなる電磁気信号を送信するた
めの方法であって、掘削管内のある部分に位置する送信
器の向き方向にしたがい、かつ、掘削管の該部周辺媒体
の電気的抵抗率にしたがい、掘削管の該部に位置する送
信器の磁気ダイポールと電流ダイポールとによる電力出
力を適応制御することを特徴とする掘削管内遠隔計測方
法。
【請求項２】掘削管内の前記送信器の収納部が垂直方向
かその方向に隣接する場合に、磁気ダイポールによる電
力出力が増加される請求項１記載の掘削管内遠隔計測方
法。
【請求項３】掘削管内の送信器収納部を取り巻く媒体の
抵抗率があらかじめ値かそれ以上のときに、磁気ダイポ
ールによる電力出力が増加される請求項１または２記載
の掘削管内遠隔計測方法。
【請求項４】電流ダイポールによる電力出力が低下ある
いは抑制される請求項２または３記載の掘削管内遠隔計
測方法。
【請求項５】掘削管内の送信器収納部が水平方向かその
方向に隣接する場合に、電流ダイポールによる電力出力
が増加される請求項１記載の掘削管内遠隔計測方法。
【請求項６】掘削管内の送信器収納部を取り巻く媒体の
抵抗率が、あらかじめ決められた値かそれ以下のとき
に、電流ダイポールによる電力出力が増加される、請求
項１または５記載の方法。
【請求項７】磁気ダイポールによる電力出力が低下ある
いは抑制される請求項５または６記載の掘削管内遠隔計
測方法。
【請求項８】電気ダイポールソースと磁気ダイポールソ
ースとによる電力出力が、地上から制御信号を送信器に
送信することで制御される請求項１〜８いずれかに記載
の掘削管内遠隔計測方法。
【請求項９】掘削管内の前記部分の向き方向や、掘削管
内の前記部分を取り巻く媒体の電気的抵抗率を感知し、
感知された向き方向と抵抗率にしたがい、磁気ダイポー
ルと電流ダイポールによる電力出力を適応制御する請求
項１〜７いずれかに記載の掘削管内遠隔計測方法。
【請求項１０】掘削管のある部分に位置する送信器であ
って、掘削管のパラメータと、その周囲媒体のパラメー
タと、それらのうちの一方または両方を感知するために
配置された最低１個のトランスデューサから得られるデ
ータ受信用のインプットと、前記データからなる電磁気
信号を送信するために配置された磁気ダイポールと、前
記データからなる電磁気信号を送信するために配置され
た電気ダイポールと、掘削管内の前記部分の向き方向お
よび掘削管内の前記部分を取り巻く媒体の電気的抵抗率
とにしたがい、磁気ダイポールと電気ダイポールからの
電力出力を適応的に可変するための制御手段をもつ掘削
管内遠隔計測送信器。
【請求項１１】掘削管内の前記部分の向き方向を感知す
るためのセンサと前記方向センサのアウトプットとにし
たがい、磁気ダイポールと電気ダイポールに供給される
電力を適応的に可変するように配置された前記制御手段
をもつ請求項１０記載の掘削管遠隔計測送信器。
【請求項１２】掘削管内の前記部分を取り巻く媒体の電
気的抵抗率を感知するためのセンサと前記抵抗率センサ
のアウトプットとにしたがい、前記磁気ダイポールと電
気ダイポールに供給される電力を適応的に可変するよう
に配置された前記制御方法に用いられる請求項１０また
は１１記載の掘削管遠隔計測送信器。
【請求項１３】地上からの制御信号にしたがい、磁気ダ
イポールと電気ダイポールに供給される電力を適応的に
可変するように配置された前記制御手段をもつ請求項１
０記載の掘削管遠隔計測送信器。
【請求項１４】前記インプットが前記トランスデューサ
（複数）に接続されている請求項１０記載の掘削管遠隔
計測送信器。
【請求項１５】前記トランスデューサに接続された別の
インプットを備え、遠隔地にある送信器からの信号を受
信する受信器と該インプットとが接続されている請求項
１０記載の掘削管遠隔計測送信器。
【請求項１６】掘削管下部に位置する第１送信器、掘削
管パラメータと周辺媒体パラメータのうちの一方または
両方を感知するように配置された最低１個のトランスデ
ューサと接続するインプット、該トランスデューサから
の出力データを送信するように配置されている前記送信
器からなる前記第１送信器、および、掘削管上部に位置
する第２送信器、前記第１送信器により送信されるデー
タを受信するように配置された受信器、前記データから
なる電磁気信号を送信するように配置された磁気ダイポ
ール、前記データからなる電磁気信号を送信するように
配置された電流ダイポール、および、前記掘削管上部の
向き方向と前記掘削管上部を取り巻く媒体の電気的抵抗
率にしたがい前記磁気ダイポールと電気ダイポールから
の電力出力を適応的可変するための制御手段をもつ前記
第２送信器で構成された掘削管遠隔計測システム。
【請求項１７】前記第１送信器が前記データを伝送する
信号が掘削管に沿い第２送信器の前記受信器へ送信され
るように配置されている請求項１６記載の掘削管遠隔計
測システム。
【請求項１８】前記第１送信器が、前記データからなる
電磁気信号を送信するように配置された磁気ダイポー
ル、前記データからなる電磁気信号を送信するように配
置された電気ダイポール、および、前記掘削管下部の向
き方向と前記掘削管下部を取り巻く媒体の電気的抵抗率
にしたがい、前記磁気ダイポールと電気ダイポールから
の電力出力を適応的可変するための制御手段をもつ請求
項１６記載の掘削管遠隔計測システム。