JP2816899B2 - 坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による地下構造評価方法 - Google Patents
坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による地下構造評価方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、坑井の掘削中に発生する弾性波（アコース
ティック・エミッション）の３次元粒子運動を表す波形
であるいわゆるリサージュパターンが、掘削ビットの方
向を向くという事実の発見に基づき、その弾性波を坑井
内三軸弾性波検出器を用いて検出し、しかるべき情報処
理を施すことにより、（１）掘削ビット前方にある弾性
波反射面（破砕帯、亀裂、地層境界等）の存在を事前に
予知し、あわせて（２）坑井周辺の地下構造の把握（VS
P）を可能ならしめる坑井掘削中の放出弾性波の三次元
粒子運動解析による地下構造評価方法に関する。
ティック・エミッション）の３次元粒子運動を表す波形
であるいわゆるリサージュパターンが、掘削ビットの方
向を向くという事実の発見に基づき、その弾性波を坑井
内三軸弾性波検出器を用いて検出し、しかるべき情報処
理を施すことにより、（１）掘削ビット前方にある弾性
波反射面（破砕帯、亀裂、地層境界等）の存在を事前に
予知し、あわせて（２）坑井周辺の地下構造の把握（VS
P）を可能ならしめる坑井掘削中の放出弾性波の三次元
粒子運動解析による地下構造評価方法に関する。
従来、音波等による三軸検出器を用いた地下構造を検
知する手段としては、特開昭63年第32085号公報記載の
ものや特開昭62年第90495号および特開昭62年第59792号
公報記載のものがある。また、掘削中の掘削ビットより
発生する振動波または弾性波等のいわゆる地震波データ
を地表に設置したジオフォンを通じて取得し、同時に掘
具編成最上部のレファレンス点に設置されたパイロット
センサを通じて掘削による振動波計を得、これらの２点
間から得られるデータの振動伝播時間の補正を行ない、
これに基づいて地下構造の解析を行なういわゆるTOMEX
法と称される技術が知られている。
知する手段としては、特開昭63年第32085号公報記載の
ものや特開昭62年第90495号および特開昭62年第59792号
公報記載のものがある。また、掘削中の掘削ビットより
発生する振動波または弾性波等のいわゆる地震波データ
を地表に設置したジオフォンを通じて取得し、同時に掘
具編成最上部のレファレンス点に設置されたパイロット
センサを通じて掘削による振動波計を得、これらの２点
間から得られるデータの振動伝播時間の補正を行ない、
これに基づいて地下構造の解析を行なういわゆるTOMEX
法と称される技術が知られている。
この従来のいわゆるTOMEX法と称される技術は、第11
図に示されるように掘削ビット１、坑井２、掘削リグ３
の基本構成の他に、ジオフォン４を前記掘削リグ３から
離れた地表に設置し、前記掘削ビット１が掘削の際に発
生する振動波の直接波および反射波をそれぞれリファレ
ンス点としての掘削リグ３位置および前記ジオフォン４
設置位置にて補足し、この間の相互の相関をとることに
より、例えば、坑井２に近傍に存在する地層境界を検知
するというものである。すなわち、前記リファレンス点
での観測データに対して掘削ビット１とリファレンス点
間の振動伝播時間の補正を行ない、掘削ビット１位置か
らの振動波計すなわち入力波データを得る。そして、こ
の入力波データと地表のジオフォン４による取得データ
に対しての相互相関処理を行ない、インパルス震源のば
あいに類似した記録を得るというものである。
図に示されるように掘削ビット１、坑井２、掘削リグ３
の基本構成の他に、ジオフォン４を前記掘削リグ３から
離れた地表に設置し、前記掘削ビット１が掘削の際に発
生する振動波の直接波および反射波をそれぞれリファレ
ンス点としての掘削リグ３位置および前記ジオフォン４
設置位置にて補足し、この間の相互の相関をとることに
より、例えば、坑井２に近傍に存在する地層境界を検知
するというものである。すなわち、前記リファレンス点
での観測データに対して掘削ビット１とリファレンス点
間の振動伝播時間の補正を行ない、掘削ビット１位置か
らの振動波計すなわち入力波データを得る。そして、こ
の入力波データと地表のジオフォン４による取得データ
に対しての相互相関処理を行ない、インパルス震源のば
あいに類似した記録を得るというものである。
このようなTOMEX法は、いわば、掘削ビット先端から
の直達波と、反射面からの反射波との検出器までの伝搬
距離差を求めて、掘削リグからのリファレンス信号と検
知した信号との相関解析による反射面の推定を行なうと
するものであるが、その解析時間に関しては、通常１時
間程度の長時間にわたる信号の解析が必要であり、現場
で望まれるリアルタイムモニタリング法として適当でな
いばかりか、坑井の掘削率が大きい場合には、解析自体
が出来なくなるという欠点がある。
の直達波と、反射面からの反射波との検出器までの伝搬
距離差を求めて、掘削リグからのリファレンス信号と検
知した信号との相関解析による反射面の推定を行なうと
するものであるが、その解析時間に関しては、通常１時
間程度の長時間にわたる信号の解析が必要であり、現場
で望まれるリアルタイムモニタリング法として適当でな
いばかりか、坑井の掘削率が大きい場合には、解析自体
が出来なくなるという欠点がある。
また、このような従来のTOMEX法にあっては、通常の
方法では、傾斜した反射面に対しては、反射波のみ用い
ているので、その推定が困難であり、どうしても推定を
必要とする場合には、別途センサアレイの導入や、マイ
グレーション解析が必要となり、その結果、高コストと
なるばかりか、解析量が増大し、精度や低下するという
欠点がある。
方法では、傾斜した反射面に対しては、反射波のみ用い
ているので、その推定が困難であり、どうしても推定を
必要とする場合には、別途センサアレイの導入や、マイ
グレーション解析が必要となり、その結果、高コストと
なるばかりか、解析量が増大し、精度や低下するという
欠点がある。
また、この方法では、リグにおいて検出した信号を用
いて、掘削ビット先端からの放出音を推定する必要があ
り、そのため、掘削システムの伝達関数を高精度に推定
する必要がある。
いて、掘削ビット先端からの放出音を推定する必要があ
り、そのため、掘削システムの伝達関数を高精度に推定
する必要がある。
さらに、この方法では、地表を伝播するノイズや地表
附近の高減衰層に強く影響されるので、ノイズや高周波
成分の損失による分解能の低下を来たすという決定的な
欠点がある。
附近の高減衰層に強く影響されるので、ノイズや高周波
成分の損失による分解能の低下を来たすという決定的な
欠点がある。
上記の欠点を解決するため、本願発明者らは、坑井掘
削時に、坑井内三軸アコースティック・エミッション測
定（AE測定）を行なった結果、この計測によって得られ
る三次元リサージュ形状は、ある特定の周波数において
は、特定の分極方向を有することが見い出された。すな
わち、限られた周波数帯域のリサージュパターンの主軸
解析から得られた分極の方向は、掘削坑井のドリルビッ
トの方向と極めて一致していた。これは、AE信号中で
は、反射波やモード変換した横波よりも直接に到達する
縦波成分が卓越し、リサージュパターンが、極めて良い
方向性を示すものであった。
削時に、坑井内三軸アコースティック・エミッション測
定（AE測定）を行なった結果、この計測によって得られ
る三次元リサージュ形状は、ある特定の周波数において
は、特定の分極方向を有することが見い出された。すな
わち、限られた周波数帯域のリサージュパターンの主軸
解析から得られた分極の方向は、掘削坑井のドリルビッ
トの方向と極めて一致していた。これは、AE信号中で
は、反射波やモード変換した横波よりも直接に到達する
縦波成分が卓越し、リサージュパターンが、極めて良い
方向性を示すものであった。
そこで、このリサージュパターンの解析を行なうこと
によって、極めて容易に、かつ、簡便な構成で掘削ビッ
トの方向を検知することができ、さらに、この情報を利
用して、地層境界からの微弱な反射波の検出と、その遅
れ時間を評価することにより、掘削中の進行方向のより
高深度に存在する地層境界を検知できるというものであ
る。
によって、極めて容易に、かつ、簡便な構成で掘削ビッ
トの方向を検知することができ、さらに、この情報を利
用して、地層境界からの微弱な反射波の検出と、その遅
れ時間を評価することにより、掘削中の進行方向のより
高深度に存在する地層境界を検知できるというものであ
る。
本願発明は、坑井掘削のドリルビットをAE信号源とし
て利用し、三軸AEセンサによって得られるこのAE信号に
ついての３次元粒子運動解析を行なうことにより、特定
の周波数に関しては、そのリサージュパターンの主軸解
析から得られた分極方向が現実のドリルビットの方向と
一致することから、この解析によってドリルビットの方
向を決定すること、およびその結果を利用して、直接波
および反射波の相対的な進行方向と到達時間差から、掘
削進行方向に存在する地層境界を評価するというもので
ある。
て利用し、三軸AEセンサによって得られるこのAE信号に
ついての３次元粒子運動解析を行なうことにより、特定
の周波数に関しては、そのリサージュパターンの主軸解
析から得られた分極方向が現実のドリルビットの方向と
一致することから、この解析によってドリルビットの方
向を決定すること、およびその結果を利用して、直接波
および反射波の相対的な進行方向と到達時間差から、掘
削進行方向に存在する地層境界を評価するというもので
ある。
本願発明を一実施例概念図に基づいて説明する。第１
図は、この発明に係るAE三軸測定の場合の概念図であ
る。
図は、この発明に係るAE三軸測定の場合の概念図であ
る。
図において、11はドリルビット、12は掘削坑井、13は
掘削リグ、14は監視用測定坑井、15は三軸AEセンサ、16
は計測車である。そして、いま、このシステム概念の理
解のため、計測車16の計測概要を同図に示している。す
なわち、図中、17は、三軸メインアンプ（3 Ch.Main Am
p.）、18は固定用モータコントローラ（Fixing Motor C
ontroller）、19は電子式方位検出装置（Electric Comp
ass Driver）、20は自動データ採取システム（Automati
c data Acquision System）、21はパーソナルコンピュ
ータ、22は記録ディスク、23はデータ記録器、24はデジ
タルストレージオシロスコープ、25はRMS DCコンバー
タ、26はＸ−ｔ記録器である。このような構成のシステ
ムに基づいて380mの坑井を掘削する目的で、313m-355m
の間においてドリルビット11を回し、掘削による岩石破
砕音を発生させ、これを掘削坑井12から80m程離れた距
離で掘削された監視用坑井15内に設けられた前記三軸AE
計測センサ14によってAE信号を採取した。この坑井内AE
センサ14は前記監視用坑井15内に206mの深度で設置され
ているようにした。
掘削リグ、14は監視用測定坑井、15は三軸AEセンサ、16
は計測車である。そして、いま、このシステム概念の理
解のため、計測車16の計測概要を同図に示している。す
なわち、図中、17は、三軸メインアンプ（3 Ch.Main Am
p.）、18は固定用モータコントローラ（Fixing Motor C
ontroller）、19は電子式方位検出装置（Electric Comp
ass Driver）、20は自動データ採取システム（Automati
c data Acquision System）、21はパーソナルコンピュ
ータ、22は記録ディスク、23はデータ記録器、24はデジ
タルストレージオシロスコープ、25はRMS DCコンバー
タ、26はＸ−ｔ記録器である。このような構成のシステ
ムに基づいて380mの坑井を掘削する目的で、313m-355m
の間においてドリルビット11を回し、掘削による岩石破
砕音を発生させ、これを掘削坑井12から80m程離れた距
離で掘削された監視用坑井15内に設けられた前記三軸AE
計測センサ14によってAE信号を採取した。この坑井内AE
センサ14は前記監視用坑井15内に206mの深度で設置され
ているようにした。
このような計測システムにおいて、前記三軸AEセンサ
14によって得られたAE信号に対して三次元粒子運動解析
を行なった結果、これを生の状態でのリサージュパター
ンを第２図に、および80Hzのカットオフ周波数でフィル
タリングをした結果を第３図に示す。なお、第２図およ
び第３図において、図（ａ）は、その水平方向のリサー
ジュパターンを、同（ｂ）はその垂直方向のリサージュ
パターンを示し、矢印方向にドリルビット11があるもの
とする。この第２図および第３図に示すリサージュパタ
ーンを比較検討すれば、生データのリサージュパターン
（第２図）ではあまり分極は見られないが、フィルタリ
ングの結果のリサージュパターンは楕円形状を示し（第
３図）、その主軸方向は現実のドリルビット11の方向に
一致していることを示している。
14によって得られたAE信号に対して三次元粒子運動解析
を行なった結果、これを生の状態でのリサージュパター
ンを第２図に、および80Hzのカットオフ周波数でフィル
タリングをした結果を第３図に示す。なお、第２図およ
び第３図において、図（ａ）は、その水平方向のリサー
ジュパターンを、同（ｂ）はその垂直方向のリサージュ
パターンを示し、矢印方向にドリルビット11があるもの
とする。この第２図および第３図に示すリサージュパタ
ーンを比較検討すれば、生データのリサージュパターン
（第２図）ではあまり分極は見られないが、フィルタリ
ングの結果のリサージュパターンは楕円形状を示し（第
３図）、その主軸方向は現実のドリルビット11の方向に
一致していることを示している。
また、AEデータのスペクトル行列解析［J.C.Samsom,
“Matrix and Stokes Vector Representation of Detec
tors for Polarized Waveforms:Theory and Some Appli
cations to Teleseimic Waves,"Geophycs.J.R.Astr.So
c.,51,pp.583-603（1977）］によって得られる固有ベク
トルの垂直投影図は、一例として、第４図に示すように
なる。この図は、分極方向を周波数の関数として表した
もので、この図から明らかなようにAEセンサ10の共振周
波数よりも充分に低い100Hz以下の周波数レンジにおけ
るAEリサージュパターンは、ドリルビットの方向に分極
していることを示している。これは次のような原因に由
来するものと思われる。
“Matrix and Stokes Vector Representation of Detec
tors for Polarized Waveforms:Theory and Some Appli
cations to Teleseimic Waves,"Geophycs.J.R.Astr.So
c.,51,pp.583-603（1977）］によって得られる固有ベク
トルの垂直投影図は、一例として、第４図に示すように
なる。この図は、分極方向を周波数の関数として表した
もので、この図から明らかなようにAEセンサ10の共振周
波数よりも充分に低い100Hz以下の周波数レンジにおけ
るAEリサージュパターンは、ドリルビットの方向に分極
していることを示している。これは次のような原因に由
来するものと思われる。
（ａ）掘削ビットによって生成される弾性波は、横波よ
り縦波の方が卓越している。
り縦波の方が卓越している。
（ｂ）弾性波の地層境界における反射、屈折およびモー
ド変換波は、相対的に小さい。
ド変換波は、相対的に小さい。
したがって、センサの共振周波数よりも充分に低い周
波数レンジでは、ドリルビットの方向をAE信号の三次元
リサージュ解析によって、求めることが可能となる。
波数レンジでは、ドリルビットの方向をAE信号の三次元
リサージュ解析によって、求めることが可能となる。
本願発明者らは、上記結果に基づき、掘削ビット方向
の検出のため、fc＝80Hzのローパスフィルタを通したAE
リサージュパターンの主軸成分分析（PCA）を行なっ
た。その結果を第５図に示す。第５図（ａ）は水平成分
を、同（ｂ）は垂直成分を解析した結果である。第５図
（ａ）（ｂ）から明らかなように、水平、垂直の両方向
におけるPCAにより、極めて高精度に掘削ビット方向が
検知できているものである。本実施例において、実際の
掘削ビット方向と比較対照してみた結果、検知の誤差は
水平、垂直両平面共15°以内であった。この誤差は、地
下の速度構造や付加されたノイズの影響と考えられる。
の検出のため、fc＝80Hzのローパスフィルタを通したAE
リサージュパターンの主軸成分分析（PCA）を行なっ
た。その結果を第５図に示す。第５図（ａ）は水平成分
を、同（ｂ）は垂直成分を解析した結果である。第５図
（ａ）（ｂ）から明らかなように、水平、垂直の両方向
におけるPCAにより、極めて高精度に掘削ビット方向が
検知できているものである。本実施例において、実際の
掘削ビット方向と比較対照してみた結果、検知の誤差は
水平、垂直両平面共15°以内であった。この誤差は、地
下の速度構造や付加されたノイズの影響と考えられる。
また、この実施例において、常時ではないが、時折ド
リルパイプと坑壁との摩擦によって生じる強いエネルギ
ーの波が、掘削ビットの位置の検出に影響することを知
り得た。すなわち、前記摩擦の強さは、AEのRMS（実効
値）信号中にあって、ドリルパイプの回転に対応した一
定の周期的な信号として発生するため、エネルギー密度
分布比（EDDR′）によって評価できる。第６図にEDDR′
と掘削ビット位置の角度誤差に付いての関係を示す。第
６図においては、標定誤差は、EDDR′が10以上の高い状
態で大きくなる傾向にあることが知り得る。
リルパイプと坑壁との摩擦によって生じる強いエネルギ
ーの波が、掘削ビットの位置の検出に影響することを知
り得た。すなわち、前記摩擦の強さは、AEのRMS（実効
値）信号中にあって、ドリルパイプの回転に対応した一
定の周期的な信号として発生するため、エネルギー密度
分布比（EDDR′）によって評価できる。第６図にEDDR′
と掘削ビット位置の角度誤差に付いての関係を示す。第
６図においては、標定誤差は、EDDR′が10以上の高い状
態で大きくなる傾向にあることが知り得る。
前記の結果から、本願発明者らは、ドリルビット11か
らの直接波ばかりでなく、反対波を補足することによっ
て、地下構造の評価に応用することとした。すなわち、
前述するように、掘削による岩石破壊から生じるAE信号
は、横波よりも縦波の方が卓越しているので、このAE信
号の直接波および反射波を検出することにより、地下構
造解析が可能となる。
らの直接波ばかりでなく、反対波を補足することによっ
て、地下構造の評価に応用することとした。すなわち、
前述するように、掘削による岩石破壊から生じるAE信号
は、横波よりも縦波の方が卓越しているので、このAE信
号の直接波および反射波を検出することにより、地下構
造解析が可能となる。
そこで、本願発明者らは、第７図に示す方法で、三軸
VSP計測を行った。第７図は計測概念をのみ示すもので
あり、その基本的計測構成は第１図に示したものと異な
るものではない。したがって、符号は、第１図に使用し
たものと同じ構成のものは同一の符号で示した。なお、
20は概念的に示される地層境界である。第７図に示すよ
うに、この地層境界は、直接波および反射波の相対的な
波の進行方向と時間おくれの両方から評価できる。すな
わち、粒子運動のクロススペクトル解析を到達時間差の
評価として試算するため、「（ａ）掘削ビットは点信号
源として縦波を発生している、（ｂ）地層境界におる横
波へのモード変換のエネルギーは、縦波の反射に比較し
て無視し得るほど小さい」との前提の下で算定した。こ
のような前提の下では、三軸AEセンサによる粒子運動の
ベクトルは次のように表記できる。
VSP計測を行った。第７図は計測概念をのみ示すもので
あり、その基本的計測構成は第１図に示したものと異な
るものではない。したがって、符号は、第１図に使用し
たものと同じ構成のものは同一の符号で示した。なお、
20は概念的に示される地層境界である。第７図に示すよ
うに、この地層境界は、直接波および反射波の相対的な
波の進行方向と時間おくれの両方から評価できる。すな
わち、粒子運動のクロススペクトル解析を到達時間差の
評価として試算するため、「（ａ）掘削ビットは点信号
源として縦波を発生している、（ｂ）地層境界におる横
波へのモード変換のエネルギーは、縦波の反射に比較し
て無視し得るほど小さい」との前提の下で算定した。こ
のような前提の下では、三軸AEセンサによる粒子運動の
ベクトルは次のように表記できる。
ここで、 は、各々直接に到達した縦波と反射して到達した縦波の
粒子運動のベクトルである。また、 は、ノイズ成分のベクトルである。反射した縦波は、時
間遅れτおよび垂直面内での進行方向の差をθを有する
とすると、時間遅れと進行方向の差は、仮想的な反射面
からの波の粒子運動ベクトル という概念を使用することで求めることができる。ここ
で、粒子運動ベクトル は、実際のAE信号源の方向を知っていれば三次元粒子運
動から計算できる。すなわち、直接波と仮想反射波のク
ロススペクトルは、角周波数ωと反射面の相対的方向φ
の関数として表すことができ、次式が導かれる。
粒子運動のベクトルである。また、 は、ノイズ成分のベクトルである。反射した縦波は、時
間遅れτおよび垂直面内での進行方向の差をθを有する
とすると、時間遅れと進行方向の差は、仮想的な反射面
からの波の粒子運動ベクトル という概念を使用することで求めることができる。ここ
で、粒子運動ベクトル は、実際のAE信号源の方向を知っていれば三次元粒子運
動から計算できる。すなわち、直接波と仮想反射波のク
ロススペクトルは、角周波数ωと反射面の相対的方向φ
の関数として表すことができ、次式が導かれる。
相対的な反射面の方向は、 のピークにおける仮想的な反射面の相対的方向φから求
めることができ、反射面と相対的な距離もクロススペク
トル の位相から求めることができる。
めることができ、反射面と相対的な距離もクロススペク
トル の位相から求めることができる。
この方法により求められた結果をフィルタリング処理
をしたAE信号に適用すると、その結果は第８図に示すよ
うになる。
をしたAE信号に適用すると、その結果は第８図に示すよ
うになる。
第８図から知る得るように、表示されたクロススペク
トル のノルムにいくつかのピークが存在することがわかる。
すなわち、クロススペクトルのノルムに最大値を与える
φの方向に反射面が推定されている。
トル のノルムにいくつかのピークが存在することがわかる。
すなわち、クロススペクトルのノルムに最大値を与える
φの方向に反射面が推定されている。
第９図および第10図に周波数レンジ20〜40Hzにおける
クロススペクトルの最大値を選定することにより、得ら
れた距離と方向の変化を掘削深度の関数として各々示
す。この変化は、このフィールドにおける反射層が385m
に存在するシルト層を想定しており、これを破線で示し
た。第９図では、距離は若干ずれているように見える
が、第10図から対照した結果では、その方向は、実際の
シルト面に一致していることが知る得る。
クロススペクトルの最大値を選定することにより、得ら
れた距離と方向の変化を掘削深度の関数として各々示
す。この変化は、このフィールドにおける反射層が385m
に存在するシルト層を想定しており、これを破線で示し
た。第９図では、距離は若干ずれているように見える
が、第10図から対照した結果では、その方向は、実際の
シルト面に一致していることが知る得る。
本実施例では、掘削坑井の他に監視用坑井を別途に設
けたが、この数に限定されるものではない。この坑井を
複数本設置することにより、三次元地下解析の精度は格
段に向上する。
けたが、この数に限定されるものではない。この坑井を
複数本設置することにより、三次元地下解析の精度は格
段に向上する。
本発明は、掘削中の掘削ビットを信号源としてこれを
三軸AEセンサで補足し、三次元解析することにより、そ
のフィルタリングされたAE信号のリサージュパターンは
掘削ビット方向に分極し、容易に掘削ビット方向を求め
ることができる。
三軸AEセンサで補足し、三次元解析することにより、そ
のフィルタリングされたAE信号のリサージュパターンは
掘削ビット方向に分極し、容易に掘削ビット方向を求め
ることができる。
また、掘削ビットからの直接波と反射波の両者の時間
差から反射面の存在を容易に知ることができ、これによ
り掘削進行方向の地下構造解析に寄与できる。
差から反射面の存在を容易に知ることができ、これによ
り掘削進行方向の地下構造解析に寄与できる。
すなわち、本発明によれば、坑井内三軸AEセンサによ
り検知した粒子運動のクロススペクトル解析による反射
面の推定が容易に行なえるので、掘削作業と独立に地下
構造推定を行なうことが可能となり、しかも、僅か数分
間の時間で得られた信号の解析によって地下構造の解析
が可能となるという極めて優れた効果が見い出し得る。
このことは、現場において容易にリアルタイムモニタリ
ングが可能なことを意味し、その結果、地下構造評価の
ための掘削に際して、破砕帯、貯留層等の存在に対する
事前予知が可能であるという現場に即した効果がある。
り検知した粒子運動のクロススペクトル解析による反射
面の推定が容易に行なえるので、掘削作業と独立に地下
構造推定を行なうことが可能となり、しかも、僅か数分
間の時間で得られた信号の解析によって地下構造の解析
が可能となるという極めて優れた効果が見い出し得る。
このことは、現場において容易にリアルタイムモニタリ
ングが可能なことを意味し、その結果、地下構造評価の
ための掘削に際して、破砕帯、貯留層等の存在に対する
事前予知が可能であるという現場に即した効果がある。
また、直達波と反射波の伝播距離差、伝播方向差を用
いて地下構造の評価を行なうことが出来るので、地下に
おける傾斜面の推定をも可能となり、さらには、一点観
測による深部地下構造の高精度な推定が可能となる等の
極めて優れた効果がある。
いて地下構造の評価を行なうことが出来るので、地下に
おける傾斜面の推定をも可能となり、さらには、一点観
測による深部地下構造の高精度な推定が可能となる等の
極めて優れた効果がある。
また、本発明は、従来のTOMEX法とことなり、掘削ビ
ット先端から放出された信号の推定を必要としないの
で、演算時間の短縮を図ることが出来、また、これによ
って、ドリルパイプの信号伝達関数等の不確定要素の低
減を図ることができる。
ット先端から放出された信号の推定を必要としないの
で、演算時間の短縮を図ることが出来、また、これによ
って、ドリルパイプの信号伝達関数等の不確定要素の低
減を図ることができる。
また、坑井内において計測するので、ノイズや地表附
近の高減衰層の影響を回避することができるので、高S/
N計測を行うことができ、さらに、高周波成分をも検出
することができるため、高い分解能を有する解析が可能
となる等極めて優れた地下構造評価方法を得ることが出
来る。
近の高減衰層の影響を回避することができるので、高S/
N計測を行うことができ、さらに、高周波成分をも検出
することができるため、高い分解能を有する解析が可能
となる等極めて優れた地下構造評価方法を得ることが出
来る。
第１図は、この発明に係るAE三軸測定の一実施例を示す
概念図、第２図は、前記実施例から得られたAE信号に対
して三次元粒子運動解析のそのままの状態でのリサージ
ュパターンを示す図、第３図は、これを80Hzのカットオ
フ周波数でフィルタリングをした結果を示す図、第４図
は、前記AEデータのスペクトル行列解析によって得られ
た固有ベクトルの垂直投影の一例を示す図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）は、fc＝80Hzのローパスフィルタを通し
たAEリサージュパターンの主軸成分分析（PCA）の結果
を示すもので、その内第５図（ａ）は、水平成分を、同
（ｂ）は垂直成分の解析結果を示す図、第６図は、エネ
ルギー密度分布比（EDDR′）と掘削ビット位置の角度誤
差に付いての関係を示す図、第７図は、ドリルビットか
らの反射波を用いた三軸VSP計測の概念図、第８図は、
時間遅れと進行方向の差を仮想的な反射面20からの波の
粒子運動ベクトル という概念を使用して表した結果をフィルタリング処理
をしたAE信号に適用した結果を表した図、第９図および
第10図は、周波数レンジ20〜40Hzにクロススペクトルの
最大値を選定することにより、得られた距離と方向の変
化を掘削深度の関数として各々示した図、第11図は、従
来のいわゆるTOMEX法と称されるAE三軸計測の基本概念
を示す図である。 １……掘削ビット、２……坑井、３……掘削リグ、４…
…ジオフォン、10……AEセンサ、11……ドリルビット、
12……掘削坑井、14……坑井内AEセンサ、16……計測
車、 τ……時間遅れ、φ……相対的方向、ω……角周波数、
概念図、第２図は、前記実施例から得られたAE信号に対
して三次元粒子運動解析のそのままの状態でのリサージ
ュパターンを示す図、第３図は、これを80Hzのカットオ
フ周波数でフィルタリングをした結果を示す図、第４図
は、前記AEデータのスペクトル行列解析によって得られ
た固有ベクトルの垂直投影の一例を示す図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）は、fc＝80Hzのローパスフィルタを通し
たAEリサージュパターンの主軸成分分析（PCA）の結果
を示すもので、その内第５図（ａ）は、水平成分を、同
（ｂ）は垂直成分の解析結果を示す図、第６図は、エネ
ルギー密度分布比（EDDR′）と掘削ビット位置の角度誤
差に付いての関係を示す図、第７図は、ドリルビットか
らの反射波を用いた三軸VSP計測の概念図、第８図は、
時間遅れと進行方向の差を仮想的な反射面20からの波の
粒子運動ベクトル という概念を使用して表した結果をフィルタリング処理
をしたAE信号に適用した結果を表した図、第９図および
第10図は、周波数レンジ20〜40Hzにクロススペクトルの
最大値を選定することにより、得られた距離と方向の変
化を掘削深度の関数として各々示した図、第11図は、従
来のいわゆるTOMEX法と称されるAE三軸計測の基本概念
を示す図である。 １……掘削ビット、２……坑井、３……掘削リグ、４…
…ジオフォン、10……AEセンサ、11……ドリルビット、
12……掘削坑井、14……坑井内AEセンサ、16……計測
車、 τ……時間遅れ、φ……相対的方向、ω……角周波数、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅沼 宏 宮城県仙台市青葉区水の森３丁目40番11 号 (72)発明者 大里 和己 東京都三鷹市上連雀８丁目７番６号 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21B 47/024 E21B 47/12
Claims (6)
- 【請求項１】掘削中の掘削ドリルビットから放出される
弾性波を坑井内３軸弾性波検出器により検出し、その検
出結果に、センサの共振周波数よりも充分に低い周波数
レンジでフィルタリング処理を施し、かつ、AE信号の三
次元粒子運動の主軸成分分析をすることにより、前記ド
リルビットの方向を検出する方法。 - 【請求項２】掘削中の掘削ドリルビットから放出される
弾性波を坑井内３軸弾性波検出器により検出し、その検
出結果の三次元粒子運動のクロススペクトル解析におい
て、前記ビットからの直接波および反射波の相対的な進
行方向およびそれらの到達時間差から地下構造を解析す
る坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による
地下構造評価方法。 - 【請求項３】掘削中の掘削ドリルビットから放出される
弾性波を坑井内３軸弾性波検出器により検出し、その検
出結果の三次元粒子運動のクロススペクトル解析におい
て、前記ビットからの直達波と反射面からの反射波の伝
達距離差、および前記直達波と前記反射波の前記センサ
に対する伝播方向差の双方から、掘削進行方向に存在す
る地層境界を評価する請求項２項記載の坑井掘削中の放
出弾性波の３次元粒子運動解析による地下構造評価方
法。 - 【請求項４】前記坑井内３軸弾性波検出器の検出結果の
三次元粒子運動のクロススペクトル解析は、所定のカッ
トオフ周波数でフィルタリングをした結果得られるもの
であることを特徴とする請求項１項記載の掘削ドリルビ
ット方向検出方法。 - 【請求項５】前記坑井内３軸弾性波検出器の検出結果の
三次元粒子運動のクロススペクトル解析は、所定のカッ
トオフ周波数でフィルタリングをした結果得られるもの
であることを特徴とする請求項２項ないし３項記載の坑
井掘削中の放出弾性波の３次元粒子運動解析による地下
構造評価方法。 - 【請求項６】前記坑井内３軸弾性波検出器の検出結果の
三次元粒子運動のクロススペクトル解析において、三軸
AEセンサによる粒子運動のベクトルを 各々直接に到達した縦波と反射して到達した縦波の粒子
運動のベクトル）および直接波と仮想反射波のクロスス
ペクトルを、角周波数ωと仮想の反射面の相対的方向φ
の関数、 で表される式で処理されることを特徴とする請求項２項
ないし３項記載の坑井掘削中の放出弾性波の３次元粒子
運動解析による地下構造評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33650490A JP2816899B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による地下構造評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33650490A JP2816899B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による地下構造評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04203196A JPH04203196A (ja) | 1992-07-23 |
| JP2816899B2 true JP2816899B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=18299818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33650490A Expired - Lifetime JP2816899B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による地下構造評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2816899B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE518938C2 (sv) * | 2000-04-04 | 2002-12-10 | Guideline Ab | Metod för att bestämma positionen för en borrkrona under borrning |
| JP5466023B2 (ja) * | 2010-01-20 | 2014-04-09 | 大成建設株式会社 | 削孔管の先端位置測定方法および先端位置測定システム |
| JP6186673B2 (ja) | 2012-06-11 | 2017-08-30 | ヤマハ株式会社 | ヒンジ装置及び筐体 |
| CN105298482B (zh) * | 2015-10-19 | 2018-06-01 | 中国石油天然气集团公司 | 一种井旁构造反射波与井壁直达波的分离方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33650490A patent/JP2816899B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04203196A (ja) | 1992-07-23 |
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