株式会社物理計測コンサルタント

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温度
業務内容 >> 物理検層 >> 温度

温度
検層名 温度検層
測定原理  温度検層は、孔内の温度を深度に対して連続的に測定して地層の温度を決定する手法で、一般に地層の対比、逸水層、出水層および帯水層などの位置判定に利用されています。また石油や地熱、温泉開発では、温度測定により生産あるいは圧入地層の深度を決定している。 この温度の測定においては、流体の流動により生ずる微細な温度変化を記録することが重要な要素となります。

 温度検層器の感熱素子としては、抵抗式温度測定素子であるサーミスターを使用しています。サーミスターの抵抗と温度の関係は以下の通りです。


サーミスターの抵抗と温度の関係
ここで、 R 温度T(K)の時の抵抗値(Ω)
  R0 温度T0(K)の時の抵抗値(Ω)
  B サーミスター係数(K)

 下図は測定原理の等価回路を示します。図に示すように地上から 1mA の一定電流を供給し、サーミスター両端の電位降下を孔内で測定して、その抵抗変化を求めます。ケーブル抵抗R1、R2の抵抗が十分小さくサーミスターRに比べて電位差計の入力インピーダンスが十分大きければ、測定電圧は V=IR となりケーブル抵抗に関係なくサーミスターの抵抗を知ることができます。しかし、実際にはケーブル抵抗が存在しますので、ケーブル補償回路が付加された機構になっています。
温度検層概念図
< 温度検層概念図 >

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温度
検層名 光ファイバー式温度測定
測定原理  光ファイバーの一端から入射したレーザーパルス光は、約200m/μsecの速度で光ファイバー内を進む間に、光ファイバーのガラス分子から微弱な散乱光を生成します。この散乱光を利用して温度情報を得るのが、本測定システムの特徴です。

 発生した散乱光の一部は、後方散乱光として再び入射端に戻ります。後方散乱光として再び入射端に戻ってくるまでの遅延時間を t とすると、入射端から後方散乱光が発生した位置の距離Xは、X=v×t/2 により求まります(光時間領域反射測定法;OTDR法:Optical Time Domain Reflectometry)。


後方散乱光の発生模式図
< 後方散乱光の発生模式図 >

 また、光ファイバーのガラス分子から発生する散乱光には、レイリー散乱光とラマン散乱光があります。ラマン散乱光は、その強度が温度に対して感応性の高いアンチストークス光(波長は短波長側にシフト)と低いストークス光(波長は長波長側にシフト)の両方が同時に発生します。その両者の強度比から温度情報を得ることができます。また、後方散乱光が発生した位置を連続的に移動して検出することにより、光フイバーに沿った温度分布が分かります。
ラマン散乱光発生模式図
< ラマン散乱光発生模式図 >


 本計測システムでは概ね1分毎に孔井全域の温度分布を知ることが可能です。
 これにより従来型の温度検層システムでは難しかった孔井全体の詳細な温度分布経時変化の測定が可能となり、全体の温度が同時に測定できます。
 このような特性により、孔口より流体を圧入することにより圧入層(逸水層)の位置を把握することは基より、低流量の流体移動の状況等も測定器による流体攪拌を一切発生させずに測定することができます。
 また、光ファイバーの保護チューブの先端に圧力ゲージを取り付けることにより、温度測定と同時に孔内圧力を測定することが可能です。

光ファイバー温度計測システムによる注水温度測定
< 光ファイバー温度計測システムによる注水温度測定 >


 下図は、本測定システムを用いて、孔井に注水(10:00〜12:00)を行った時の測定データを用いて、単位時間当たりの温度変化量をコンター図に示したものです。
 注水した水が、孔内を冷却していく様子がよくわかります。この温度変化量における等温線の勾配を求めることによって、孔井内の流体速度が求められ、孔井の透水性もわかります。
 また、注水停止後(12:00以降)の温度変化量をみますと、孔井内の真中あたりの深度(A点)から熱水が孔井内に流入し、孔底付近(B点)の地層に流入している下降流の存在が確認できます。

注水中の孔内の温度変化
< 注水中の孔内の温度変化 >

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