特表 2022-545211 光ケーブル、光ケーブル監視システム、および坑井の監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-26

(54)【発明の名称】光ケーブル、光ケーブル監視システム、および坑井の監視方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/44 20060101AFI20221019BHJP

   G01M 3/38 20060101ALI20221019BHJP

   G01D 5/353 20060101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

G02B6/44 381

G01M3/38 A

G02B6/44 396

G01D5/353 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022510826

(86)(22)【出願日】2020-08-14

(85)【翻訳文提出日】2022-04-15

(86)【国際出願番号】 MY2020050069

(87)【国際公開番号】W WO2021034184

(87)【国際公開日】2021-02-25

(31)【優先権主張番号】PI2019004724

(32)【優先日】2019-08-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】MY

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522062092

【氏名又は名称】ペトロリアム・ナショナル・ブルバド・（ペトロナス）

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】岸田 欣増

(72)【発明者】

【氏名】アマド・リザ・ガザーリー

(72)【発明者】

【氏名】モハマド・ファイザル・ビン・アブド・ラヒム

【テーマコード（参考）】

2F103

2G067

2H201

【Ｆターム（参考）】

2F103CA07

2F103EC09

2G067AA02

2G067BB22

2G067CC03

2G067EE08

2H201AX43

2H201AX49

2H201BB02

2H201BB22

2H201BB32

2H201BB33

2H201BB55

2H201BB68

2H201KK06

2H201KK20

(57)【要約】

光ケーブル（１０、１０ａ）を、油分中の炭化水素を吸収して膨張する性質を有する炭化水素吸収樹脂（２）の変形を感知する光ファイバ（１）と、この光ファイバ（１）の外周を覆うように配置された撚り線（２０）と、前記光ファイバ（１）と前記撚り線（２０）との間の空間に充填された炭化水素吸収樹脂（２）と、を含むように構成し、このように構成した光ケーブル（１０、１０ａ）を、計測対象となる坑井（１００）の深さ方向に、その全範囲にわたって敷設するとともに、前記光ファイバ（１）からの後方散乱光の周波数シフト信号を後方散乱光測定装置（４０）で計測して、坑井（１００）の深さ方向の全範囲にわたって、この坑井（１００）からの油の漏れの有無を検知する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバと、
この光ファイバの径方向に設けられた複数のケーブルが、前記光ファイバの外周を覆うように撚られて円環状に配置された撚り線と、
炭化水素を吸収し、前記光ファイバおよび前記撚り線間の空隙に充填された炭化水素吸収樹脂と、
を備えたことを特徴とする光ケーブル。

【請求項2】

前記光ファイバの径方向に設けられ、前記撚り線のケーブルよりも外径の大きい複数のケーブルが、前記撚り線の外周を覆うように撚られて円環状に配置された第２の撚り線と、前記撚り線および前記第２の撚り線間の空隙に充填された炭化水素吸収樹脂と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光ケーブル。

【請求項3】

光ファイバと、
この光ファイバの径方向に設けられた複数のケーブルが、前記光ファイバの外周を覆うように撚られて円環状に配置された撚り線と、
前記光ファイバの径方向に設けられ、前記撚り線のケーブルよりも外径の大きな複数のケーブルが、前記撚り線の外周を覆うように撚られて円環状に配置された第２の撚り線と、
前記第２の撚り線の１つのケーブルを置き換えて配置され、被測定体の物理特性である温度、歪あるいは圧力を計測する物理特性計測用光ファイバと、
前記光ファイバの径方向に設けられ、前記第２の撚り線のケーブルよりも外径の大きい複数のケーブルが、前記第２の撚り線の外周を覆うように撚られて円環状に配置された第３の撚り線と、
炭化水素を吸収し、前記光ファイバ、前記撚り線、前記第２の撚り線、および前記第３の撚り線間の空隙に充填された炭化水素吸収樹脂と、
を備えたことを特徴とする光ケーブル。

【請求項4】

前記炭化水素吸収樹脂は、前記撚り線の長手方向に間欠的に充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ケーブル。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の光ケーブルと、
ブリルアン散乱光とレイリー散乱光の周波数シフトとを計測する後方散乱光測定装置と、
を備え、
前記炭化水素吸収樹脂が被測定体に含まれる炭化水素を吸収したことによる前記光ファイバの周波数シフト変化と、前記被測定体の物理特性である圧力、歪あるいは温度の変化による前記光ファイバの周波数シフト変化とを判別して計測することを特徴とする光ケーブル監視システム。

【請求項6】

前記被測定体の物理特性である圧力、歪あるいは温度の変化による前記光ファイバの周波数シフト変化量と判別して計測された、前記被測定体に含まれる炭化水素を吸収したことによる前記光ファイバの周波数シフト変化と、前記被測定体に含まれる炭化水素を吸収したことによる前記光ファイバの周波数シフト変化が発生した前記光ファイバの発生位置とを対応させて計測することを特徴とする請求項５に記載の光ケーブル監視システム。

【請求項7】

請求項６に記載の光ケーブル監視システムを用い、炭化水素を検知する光ファイバを、坑井の外側位置である深さ方向に沿って敷設して前記坑井からの油のリークを監視する坑井の監視方法であって、
前記油のリークにより、前記光ファイバが検知した炭化水素による散乱光シフト量が他の位置での散乱光シフト量と異なる信号であるリーク信号の坑井内での位置についての経時変化を記録するとともに、
前記リーク信号を検出した位置において、前記坑井を補修するとともに補修後における前記リーク信号の検出の有無を確認することにより、前記坑井の補修が適切に行われたか否かを判断することを特徴とする坑井の監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、光ケーブル、光ケーブル監視システム、および坑井の監視方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来は、油井の使用寿命が終わった後は、油井の出口となっている、陸上であれば地面が基準となり洋上であれば海底が基準となる、地上の建築物などに影響を与えない一定の（５０ｍ程度の）深さにおいて、油井の構造物であるケーシング（casing）を切断し、ケーシングの最上端に設置されているスチール製の蓋を溶接することで油井の出口を密閉し、その上で、砂土でケーシングとの間にある空間を埋めるという方法で使用寿命が終わった油井の廃棄処理を済ませていた。
この廃棄処理の方法は、約８０年前に確立されており、これまで、１年間におよそ５万個、総計で約４百万個以上の油井がこの方法により廃棄処理されてきた。

【0003】

しかしながら、米国のカリフォルニア州で、廃棄された油井（以降、廃棄油井と呼ぶ）が原因と想定される炊事用水の汚染が見つかったことなど、日常生活への影響が出たことで、さらに厳重な廃棄方法で対応しなければならない事態となっている。
また、マレーシア沖の海底油井では、廃坑（廃棄油井）からの石油のリークが日々増加して、海洋汚染の問題が無視できなくなっている。

【0004】

このように、石油の大規模開発が始まってから約１００年が経過した現在、廃棄油井等の処理については、油井の数の増大、および大量の洋上の石油開発により、ますます重要な課題となりつつある。

【0005】

一方で、以上のような廃棄油井の処理について検討した例は、これまでほとんどなく、大抵は、石油または天然ガス等を産出するための坑井掘削で使用する掘削用一時目止め剤の発明（例えば、特許文献１参照）、石油井または天然ガス井から、石油あるいは天然ガスを取り出す際、同時に生産される随伴水（フラクチャリング水）の処理に関わる発明（例えば、特許文献２参照）などに見られるように、廃棄油井自体の処理ではなく、関連する一部の要素を対象としたものであった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開２０１５／０７２３１７号

【特許文献2】特開２０１８―４３２２１号公報

【特許文献3】国際公開２０１４／１８１６１７号

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Wu,Qian, et al.,“Advanced Distributed Fiber Optic Sensors for Monitoring Poor Zonal Isolation with Hydrocarbon Migration in Cemented Annui”, Society of Petroleum Engineers. 2016, September 14. doi:10.2118/180329-MS

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本願が解決しようとする課題をより明確にするため、廃棄油井における石油がリークする原理について、図１４を用いて説明する。図１４は、廃棄油井において石油がリークする原理を説明するための図である。

【0009】

この図に示すように、地中の二酸化炭素（ＣＯ２）、空気（Ｏ２）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）などの成分により、地面あるいは海底面の下方にある坑井を構成するケーシング、あるいはこのケーシングを取り囲むセメントに、ケーシングとセメント面間のクラック（上部）、およびセメント内部のクラック（下部）の発生を誘発され、これにより、外部ケーシングの腐食も誘発される。また、地質変動による応力によっても、このクラックの発生が誘発される。このように、坑井の周囲に発生したクラックが、その後の時間の経過とともに成長して、含油層から地下の飲用水層、あるいは海水へのチャネルが形成され、リークが発生する事故につながっていた。その他の原因として、ケーシングに坑内の側から内部腐食穴が生じている場合にも、この内部腐食穴が上記クラックと繋がることなどによりリークが生じることがある。

【0010】

上述の米国カリフォルニア州のケースでは、地上から廃棄油井に放射線同位元素を含んだ水を注入することで、地下水中で放射線を検出した場合には、その油井にリークが存在することが特定された。このカリフォルニア州のケースでは、何らかの方法により、ケーシングの腐食破壊を判定できれば、その判定した部分が油井の上部であれば、該当する部分を工事により修復していた。

【0011】

また、リーク経路を特定できれば、図１５に示すように、廉価で有効な修復方法である坑内ツールを使って、該当するケーシングの特定箇所に穴あけして、この穴からリークの原因となったクラックが発生した隙間に、特殊接着剤である充填グラウト（grout）を注入して補修する方法もある。この図で、一点鎖線Ｓ１は上記坑内ツールの移動経路を示し、矢印の先端が上記ケーシングの特定箇所を示している。また、充填グラウトで補修した部分は、台形の一点鎖線で囲んだ範囲Ｓ２であり、油井の外側のセメント内に生じたクラックのうち、油井に最も近い側に生じたものが存在する部分である。しかし、この方法では、補修した効果の確認、すなわち、リークが発生していないことの検証は困難である。なお、記号Ｐは地表面、あるいは海水面である。

【0012】

ところで、最近、光ファイバに特殊なオーバーコートを施すことにより、そのオーバーコートが、油分中のハイドロカーボン、即ち炭化水素（ＨＣ）を選択吸収して膨張する性質を利用して、その変形を光ファイバで感知して炭化水素の存在を示すことができることが発表された（例えば、非特許文献１参照）。また、炭化水素が消失したとき、膨らんだ変形が消失することがあり、リーク経路を切断した後の効果を確認できる可能性を示したが、補修した効果を確認する方法については、未解決のままである。

【0013】

さらに、最近、油井の規模がますます大きくなり、これに伴って２つの大きな問題が起こっている。１つ目の問題は、当初使用した鋼材、あるいはセメントの腐食耐力の認識が不十分であって、晩期の油井での二酸化炭素（ＣＯ_２）の濃度が、７７％以上にもなることが想定されていなかったことである。２つ目の問題は、油井の開発時に掛かったコストでは、これらの問題に対処することはできないということである。
以上説明したように、光ファイバでの検知可能性は確認されたが、油井に実施する方法については、未だ検証されていないのが現状である。

【0014】

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、腐食耐力を考慮した石油技術による規制および普及を促進して、油井からのリーク経路を検知することでリーク経路を特定することにより、油井の補修方法による効果を検証するとともに、油井についての長期の監視が可能となる光ケーブル、光ケーブル監視システム、および坑井の監視方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本願に開示される光ケーブルは、
光ファイバと、
この光ファイバの径方向に設けられた複数のケーブルが、前記光ファイバの外周を覆うように撚られて円環状に配置された撚り線と、
炭化水素を吸収し、前記光ファイバおよび前記撚り線間の空隙に充填された炭化水素吸収樹脂と、
を備えたものである。

【0016】

また、本願に開示される光ケーブルは、
光ファイバと、
この光ファイバの径方向に設けられた複数のケーブルが、前記光ファイバの外周を覆うように撚られて円環状に配置された撚り線と、
前記光ファイバの径方向に設けられ、前記撚り線のケーブルよりも外径の大きな複数のケーブルが、前記撚り線の外周を覆うように撚られて円環状に配置された第２の撚り線と、
前記第２の撚り線の１つのケーブルを置き換えて配置され、被測定体の物理特性である温度、歪あるいは圧力を計測する物理特性計測用光ファイバと、
前記光ファイバの径方向に設けられ、前記第２の撚り線のケーブルよりも外径の大きい複数のケーブルが、前記第２の撚り線の外周を覆うように撚られて円環状に配置された第３の撚り線と、
炭化水素を吸収し、前記光ファイバ、前記撚り線、前記第２の撚り線、および前記第３の撚り線間の空隙に充填された炭化水素吸収樹脂と、
を備えたものである。

【発明の効果】

【0017】

本願に開示される光ケーブル、光ケーブルを用いた光ケーブル監視システム、および坑井の監視方法によれば、腐食耐力を考慮した石油技術による規制および普及を促進して、油井からのリーク経路を検知することでリーク経路を特定することにより、油井の補修方法による効果を検証するとともに、油井についての長期の監視が可能となる光ケーブル、光ケーブル監視システム、および坑井の監視方法を提供できるという顕著な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態１による光ケーブル監視システムの実施例を説明するための図である。

【図2】実施の形態１による光ケーブルの基本構造の一例を説明するための図である。

【図3】図２の光ケーブルの軸に垂直な方向の断面の模式図である。

【図4】実施の形態１による光ケーブルの基本構造の別の例を説明するための図である。

【図5】図４の光ケーブルの軸に垂直な方向の断面の模式図である。

【図6】実施の形態１による光ケーブル監視システムに用いられる光ケーブルの浸油試験装置の概略構成図である。

【図7】図６の浸油試験に用いられる光ケーブルサンプルを説明するための図である。

【図8】図６の浸油試験に用いられる光ケーブルの特性を測定する測定装置の仕様を示した表図である。

【図9】図８に示した特性測定試験における光ケーブルサンプルの中心周波数特性の一例を示した図である。

【図10】図６に示した浸油試験における２つの光ケーブルサンプルの歪分布の測定例を示した図である。

【図11】図６に示した浸油試験における光ケーブルサンプルの歪分布の経時変化の一例を示す図である。

【図12】図６に示した浸油試験の光ケーブルサンプルの歪分布測定における充填材の効果を説明するための図である。

【図13】実施の形態１による光ケーブル監視システムの監視データの一例を示す模式図である。

【図14】光ケーブル監視システムの課題を説明するための図である。

【図15】従来の光ファイバケーブル監視システムの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本願の実施の形態について図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による光ケーブル監視システム５０の一例を示す図である。
この図に示すように、海底に設けられた坑井１００を監視するため、監視センター１１０には、光ファイバからの信号を処理するため、ブリルアン散乱とレイリー散乱の双方を利用したハイブリッドタイプの後方散乱光測定装置４０が設置されている。また、炭化水素の検知機能を有する光ファイバを有する光ケーブル１０を、この監視センター１１０から上記坑井１００の設置されている位置まで、海底に沿わせ、上記坑井１００の設置位置（坑井１００の最上部）に到達した後は、さらに、この坑井１００の外周に沿って、この坑井１００の底（最下部）まで届くように配設する。なお、図中、記号Ｑは海面を示す。

【0020】

この際、上記後方散乱光測定装置４０と炭化水素の検知機能を有する光ケーブル１０とを接続して、上記後方散乱光測定装置４０により、光ケーブルの設置位置に対応させて散乱光の周波数シフトを計測し、この計測値を基に、坑井からの油のリーク箇所を検知する光ケーブル監視システム５０とした。すなわち、光ケーブル監視システム５０は、その主要構成要素として、光ケーブル１０と後方散乱光測定装置４０を備える。

【0021】

このように、光ケーブル監視システム５０を配備することにより、坑井１００の最上部位置である海底に相当する高さ位置から、坑井１００の最下部位置まで、監視対象である石油等の漏れの有無を５０年以上の長期間にわたり監視することができる。以下、光ケーブル監視システム５０に用いる光ケーブルを中心に上記光ケーブル監視システム５０の詳細について説明する。

【0022】

まず、上記光ケーブル監視システム５０に使用される光ケーブル１０について図を用いて説明する。
図２、図３は、実施の形態１による光ケーブル監視システムに用いることのできる光ケーブル１０の基本構造の一例を示す図である。このうち、図２は、この光ケーブル１０の構造を説明するための模式図であり、３次元的にこの光ケーブルの構造を示したものである。また、図３は、この光ケーブルの軸に垂直な方向の断面を示した図である。

【0023】

図２、図３に示すように、複数の撚られた鋼線３が円環状に構成された撚り線２０の中心軸部分には、光ファイバ１が設置されている。この光ファイバ１の周囲には、炭化水素を吸収する樹脂である炭化水素吸収樹脂２ａが充填されている。この撚り線２０の外側には、上記鋼線３よりも外径の大きな複数の鋼線４が、撚り線２０とは逆向きに撚られて円環状に構成された第２の撚り線２１が配置されている。

【0024】

なお、撚り線２０、および第２の撚り線２１は、通常アーマードケーブルで構成されており、その内部に光ファイバを配置することにより、通信、あるいはデータ伝送用のいわゆるユニバーサルな用途として使用することが可能となる。

【0025】

また、本実施の形態１の光ケーブル１０においては、上記撚り線２０（図２、図３では計６本のケーブルで構成されている）、および第２の撚り線２１の空隙には、上記と同様の炭化水素吸収樹脂２ｂが充填されている。なお、通常は、光ファイバ１と撚り線２０、第２の撚り線２１が組み合わされて構成された後に、それらの空隙に上記炭化水素吸収樹脂２が充填されることにより、光ケーブル１０が製造される。

【0026】

また、上記炭化水素吸収樹脂２は、上記空隙をすべて埋める形態で充填され、通常、３ｋｍ以上の長尺となる光ケーブル１０が作製されている。
なお、炭化水素吸収樹脂２は、光ケーブル１０の軸方向に間欠的に充填されていてもよく、この場合の炭化水素吸収樹脂２が充填される位置のピッチは、石油等の漏れの位置検出精度によって決定される。

【0027】

上記炭化水素吸収樹脂２は、一般に、拘束が無い場合には、炭化水素を吸収した場合に、３軸方向（３次元の各軸の方向）に膨張する性質を持ち、この結果、炭化水素を吸収した樹脂の影響により、光ファイバには引張応力による歪が生ずる（例えば、非特許文献１参照）が、本実施の形態の光ケーブル１０においては、炭化水素吸収樹脂２が炭化水素を吸収した場合、例えば撚り線２０の存在により、この炭化水素吸収樹脂２の変形が拘束される結果、光ファイバ１には圧縮歪（圧縮応力による歪）が生じているという違いがある。

【0028】

なお、上記においては、光ファイバ１の外側に２重（２層）の撚り線を構成した光ケーブル１０について説明したが、これに限らず、光ファイバ１とこの光ファイバ１の外側に配置した撚り線２０だけで構成された光ケーブルであっても、同様の効果を生ずる。
また、撚り線の撚り方向と第２の撚り線の撚り方向との関係については、実施の形態１の図２に示したように、第２の撚り線の撚り方向を撚り線の撚り方向と逆にした構造の光ケーブルとすることが、撚り線のほつれを防ぐ上で最適な構造となる。

【0029】

実施の形態２．
本実施の形態２による光ケーブル監視システム５０では、上記実施の形態１に用いる光ケーブル１０の構成を変更し、温度、歪、あるいは圧力等の影響を補償して、油井中に含まれる純粋な炭化水素の信号のみを取り出すことが可能な光ケーブルを採用している。以下、この光ケーブル１０の構成を変更した光ケーブル１０ａについて説明する。

【0030】

本実施の形態２の光ケーブル１０ａにおいては、上述の光ケーブル１０の第２の撚り線２１を構成している鋼線４の一部を変更し、温度、歪、圧力等を感知するための光ファイバセンサを併設する。温度、歪、圧力等を感知可能な光ファイバセンサを目的に応じて併設することにより、これらの光ファイバセンサによって得られた計測結果を用いて、温度、歪、あるいは圧力等の影響を補償した、炭化水素を吸収した影響だけによる光ファイバ１からの信号を取り出すことが可能となる。

【0031】

つまり、ＤＰＡＴＳ（Distributed Pressure, Acoustic, Temperature and Strain sensing の略称）の機能を併せ持ったケーブルを採用する必要が生じた場合には、この実施の形態２の光ケーブル１０ａを用いることができる。別の言い方をすれば、温度の補償が必要であれば温度計測用の別の光ファイバを用意すればよく、歪の補償が必要であれば歪計測用の別の光ファイバを用意すればよく、圧力の補償が必要であれば圧力計測用の別の光ファイバを用意すればよい。

【0032】

このような、ＤＰＡＴＳ機能を持った光ケーブルの具体例について、以下、図を用いて説明する。図４は、被測定体の物理特性計測のための物理特性計測用光ファイバ６を構成要素とする光ケーブル１０ａの基本構成の一例を示す図である。また、図５は、図４の光ケーブル１０ａの軸に垂直な方向の断面の模式図である。

【0033】

図４、図５に示したように、光ケーブル１０ａでは、その最外周部に該当する位置である、実施の形態１で説明した光ケーブル１０の外側に該当する位置に、複数の鋼線５で構成される第３の撚り線２２が、新たに配置されるとともに、この第３の撚り線２２の内側に、第２の撚り線２１の一部を置き換える形態で、新たに、被測定体の温度、歪、圧力などを計測するための物理特性計測用光ファイバ６が設けられていることが特徴である。なお、光ファイバ１、撚り線２０、第２の撚り線２１、および第３の撚り線２２の間の空隙には、上述の光ケーブル１０の場合と同様に、炭化水素吸収樹脂２が充填されている。そして、油はこの炭化水素吸収樹脂２が充填されているエリアに入ってくる。

【0034】

このように構成されている理由は、通常、撚り線が多層（多重）の光ケーブルにおいては、物理特性計測用光ファイバ６（ここでは特に温度計測用光ファイバを意味する）は、多少内部に配置されていても、外部の温度は伝わってゆくため、その検出が可能であること、また、内部に設置した方が、物理特性計測用光ファイバ６自体を保護する上では有利であるからである。なお、光ケーブル自体は油のリーク通路にはなれない。

【0035】

なお、通常、多層の光ケーブルにおいては、光ケーブルの外層と内層間の間隙が保護材などで充填されるため、石油等の漏れを検出する目的を持つケ－ブル線を光ケーブルの最外周に配置することも可能であり、検出性能を上げる意味でさらに有利である。

【0036】

なお、以上において、炭化水素吸収樹脂２は、光ファイバ１、撚り線２０、および第２の撚り線２１の間の空隙、あるいは、光ファイバ１、撚り線２０、第２の撚り線２１、および第３の撚り線２２の相互間の空隙を埋める形態で作製されている光ケーブルについて説明したが、これに限らず、光ファイバ１の表面上にオーバーコートする形態で作製されたものでも、同様の効果を奏する。
また、この炭化水素吸収樹脂２を充填した光ケーブルは、２００℃の環境下で少なくとも５０年の寿命があるものである。なお、温度が低い、浅い深度の環境下でこの光ケーブルを使用した場合には、半永久的な寿命を期待できる。

【0037】

次に、上記の光ケーブルの持つ炭化水素検出機能について行った検証実験とその結果について、以下、図を用いて説明する。特にここでは、上記実施の形態１で説明したように、炭化水素を検出する樹脂を充填した場合の作用と効果を確認するための基本構造である、光ファイバとこの光ファイバのすぐ外側の最内層の（１層の）撚り線だけで構成された構造の光ケーブルを用いて検証を行った。

【0038】

図６は、この検証実験に用いた実験装置の概要構成を示す図である。２つの軽油容器中にそれぞれ１個の供試ケーブル（炭化水素検出機能を持った光ファイバケーブル）が浸けられ、これらのケーブルが軽油中の炭化水素を吸収した場合に生ずる、後方散乱光のシフト量を、これらのケーブルに接続した、一台で２種類の周波数シフトを計測できる、ハイブリッド後方散乱光測定装置ＤＴＳＳ（Distributed Temperature and Strain Sensing）で計測する。

【0039】

ここで２種類の周波数シフトとは、１つは、ブリルアン散乱光用のＰＰＰ－ＢＯＴＤＡ（Pulse Pre-Pump Brillouin Optical Time Domain Analysis）による周波数シフト解析、もう１つは、レイリー散乱光用のＴＷ－ＣＯＴＤＲ（Tunable Wavelength Coherent Optical Time Domain Reflectometry）と呼ばれる周波数シフト解析である。従って、温度と歪が同時に変化した場合でも、両方の変化量を解析できる。

【0040】

図７は、この検証実験に用いた供試ケーブルの詳細仕様を示す図である。炭化水素検出機能を持った樹脂が光ファイバの周囲に充填されたセンシング部を有する光ファイバが、アーマードケーブルの内部に保持されている。この図中のセンシング部として示した長さ９ｃｍの部分が炭化水素を検出するセンシング部分である。

【0041】

このセンシング部を代表するＡＡ位置での断面図を、上記センシング部の下方に断面ＡＡとして示している。この断面図に示したように、中心部に配置した光ファイバの周囲には、多点模様で示した炭化水素検出機能を持った樹脂が充填されている。一方、上記アーマードケーブルのＢＢ位置での断面図を断面ＢＢとして、断面ＡＡの左側に示した。この断面図に示したように、このＢＢ位置では、光ファイバの周囲には、上記の炭化水素検出機能を持った樹脂は充填されていない。以上のように、センシング部には、炭化水素検出機能を持った樹脂が充填されているのに対して、アーマードケーブルのセンシング部以外の部分には、炭化水素検出機能を持った樹脂は充填されていない。

【0042】

また、上記光ファイバの両端には１ｍの長さを持つ参照ファイバ（アーマードケーブル形態ではない）が繋がっている。このように構成された供試ケーブルは、アーマードケーブル部分全体が軽油の入った容器（炭化水素含有）中に浸されて保持されている。

【0043】

上記のように、センシング部分の長さは他の部分に比較して短いため、その温度変化、圧力変化による歪変化は、炭化水素成分を吸収したことによる歪変化に比較して小さく無視できると考えられる。

【0044】

図８は、上記ハイブリッド後方散乱光測定装置の仕様を示した表である。測定機能として、上述したＰＰＰ－ＢＯＴＤＡとＴＷ－ＣＯＴＤＲの２大機能を持つため、これらの機能ごとに分けてその仕様を示した。この表のように、距離レンジ、距離分解能などは同一であるが、周波数特性は大きく異なっていることが特徴である。

【0045】

次に、図９は、上述の供試ケーブルについて、ＰＰＰ－ＢＯＴＤＡ方式による周波数シフト解析した場合の、２つの供試ケーブルの各構成要素部分における中心周波数分布を示した図である。
そして、この図は供試ケーブルを軽油に浸す前の特性を示している。測定対象のアーマードケーブル部分は１１．１ＧＨｚ程度の中心周波数であり、参照用ファイバ部分の中心周波数は、約１０．８ＧＨｚになっていることが分かる。

【0046】

次に、図１０は、２つの供試ケーブルの歪分布の測定例を示す図である。いずれのサンプルについても、軽油中に浸されていたことにより、炭化水素を吸収して歪を生じたと考えられる歪の発生（各サンプルの歪分布が中央部分で凹んでいる）が認められる。

【0047】

次に、図１１は、供試ケーブル＃２について、約１ヶ月間、歪分布を測定した時の歪分布の経時変化を示したものであり、図中の数字で示したデータは、歪分布の測定日を示している。
この図に示したように、歪分布は大きく変化する。これは、充填材への炭化水素化合物の含有割合が徐々に増えていった結果であると考えられる。

【0048】

最後に、図１２は、炭化水素検出機能を持った樹脂である充填材の有無による歪分布の経時変化を、横軸に測定日時を取って示した図である。この図で下向きの矢印（計２箇所）は、供試ケーブルを軽油中に浸した時点を示し、上向き矢印（計２箇所）は、浸していた軽油から供試ケーブルを取り出した時点を示している。なお、両矢印区間Ｔｓは計測を停止していた期間を示している。軽油中に（充填材を有する）供試ケーブルを浸すことで、この充填材が炭化水素を吸収した結果、歪変化が明らかに生じていることが判る。

【0049】

次に、上記光ケーブル１０あるいは１０ａを、油井などの（５０年程度の）長期の監視に用いる場合について、図１、図１３を用いて説明する。

【0050】

石油等の漏れの有無の監視は、この光ケーブル１０が石油の主成分である炭化水素を検出したか否かにより判定する。すなわち、この光ケーブル１０に備えられている樹脂が、図１に示した坑井１００の最上部位置（図１で、海底に相当する高さ位置。図１３では、深度の値が０（ゼロ）の点がこの海底に相当する高さ位置）から、坑井１００の最下部位置（図１３では、深度の値が１に相当する高さ位置）までの間のどこかで炭化水素を検出すると、その検出した箇所での散乱光シフト量が他の位置でのシフト量と異なってリーク信号として出力される（図１３参照）。この異なって出力された地点（深さ位置）が石油等の漏れのあった箇所である。また、この図１３では、油井の設置からの経過時間が５０年経って初めてリーク信号が検出されたことが判る。また、リーク位置は、坑井１００の中央高さ位置からやや下側であることが判る。

【0051】

ここで、樹脂が吸収した炭化水素により変化した散乱光シフト量は、深さ方向に対しては、坑井１００の深さ方向の位置には影響されず、その吸収した炭化水素の量によってのみ変化すると考えられるのに対して、温度、圧力、歪等は、この深さ方向によって変化している可能性が大であり、これらの影響が大きい場合には、これらによる散乱光シフト量を補正する必要がある。このような場合には、上述のＤＰＡＴＳ機能を持った光ケーブル１０ａを用いることができる。

【0052】

以上説明したように、この光ケーブル１０あるいは１０ａを用いた光ケーブル監視システム５０によれば、検査対象となった坑井での、石油等の漏れ深さ位置が検出されるため、この漏れが検出された位置での局部補修を行うことで、坑井の修復が可能となり、坑井全体を廃棄することなく、寿命を延ばすことが可能となる。

【0053】

また、上記局部補修後に、この光ケーブル監視システム５０のリーク信号の有無を検査することにより、漏れ信号（リーク信号）が検出されなければ、漏れを補修した効果があったことを確認することができる。

【0054】

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0055】

１ 光ファイバ、
２、２ａ、２ｂ 炭化水素吸収樹脂、
３、４、５ 鋼線、
６ 物理特性計測用光ファイバ、
１０、１０ａ 光ケーブル、
２０ 撚り線、
２１ 第２の撚り線、
２２ 第３の撚り線、
４０ 後方散乱光測定装置、
５０ 光ケーブル監視システム、
１００ 坑井

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】