本公開總體上涉及鉆井操作，并且更具體地涉及用于使用牙輪鉆頭對地層進行電阻率測量的系統(tǒng)和方法。發(fā)明背景烴類，諸如油和氣體，常見地從可位于陸上或者海上的地下地層獲得。從地下地層去除烴類中涉及的地下操作和工藝的發(fā)展典型地涉及許多不同步驟，例如像在所希望的井場處鉆探井筒，處理所述井筒以便優(yōu)化烴類的生產(chǎn)，以及執(zhí)行必要步驟來生產(chǎn)并處理來自地下地層的烴類?，F(xiàn)代鉆井操作要求精確的操縱控制和操作來使鉆孔陷入薄層烴類儲層中，同時避免不合乎希望的地層。此類操縱操作可要求鉆孔起始于總體上豎直的軌跡并且在其接近于特定地層邊界時轉(zhuǎn)換成水平軌跡，以便陷入所希望的地層中。生成電磁波的工具可用來研究周圍地層以便獲得地層邊界，但是在長距離處，由于典型地層中多個層的存在以及遠離鉆孔的低工具靈敏度，工具識別地層邊界的效果有限。盡管電阻率傳感器可設(shè)置在鉆柱的井底鉆具組件(bha)中，但由于深度延遲，憑借bha中的傳感器將井筒精確布置到薄層儲層中總體上仍然是困難的。缺乏準確的深度地層測量使得難以足夠早地識別鉆孔的地層邊界以便有效地陷入所希望的地層中。附圖簡述為了更完全地理解本公開和其特征與優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合附圖來參閱以下描述，附圖中：圖1是根據(jù)本公開的實施方案的兩個牙輪鉆頭的透視圖，其示出環(huán)形天線待設(shè)置在鉆頭上的各個位置；圖2是根據(jù)本公開的實施方案的其上設(shè)置有環(huán)形天線的兩個牙輪的示意性透視圖；圖3是根據(jù)本公開的實施方案的牙輪中設(shè)置有環(huán)形天線的牙輪鉆頭的示意性剖視圖；圖4是根據(jù)本公開的實施方案的設(shè)置在圖3的牙輪中的環(huán)形天線的示意性剖視圖；圖5是根據(jù)本公開的實施方案的設(shè)置在圖3的牙輪中的天線短截線的示意性剖視圖；圖6是根據(jù)本公開的實施方案的設(shè)置在圖3的牙輪中的滑環(huán)組件的示意性剖視圖；圖7是根據(jù)本公開的實施方案的耦接到儀器接頭的圖3的鉆頭的示意性剖視圖；圖8是根據(jù)本公開的實施方案的利用其中設(shè)置有環(huán)形天線的牙輪鉆頭的鉆井系統(tǒng)的示意圖；圖9是根據(jù)本公開的實施方案的利用其中設(shè)置有環(huán)形天線的牙輪鉆頭的鉆井系統(tǒng)的框圖；圖10是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；圖11是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；圖12是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；圖13是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根發(fā)送天線和一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；圖14是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根發(fā)送天線和一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；圖15是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根發(fā)送天線和一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；圖16是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根發(fā)送天線和一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖；并且圖17是例示根據(jù)本公開的實施方案的具有一根發(fā)送天線和一根接收天線的牙輪鉆頭的靈敏度測量的一系列圖。具體實施方式本文詳細描述本公開的說明性實施方案。為了清晰，并非實際實現(xiàn)形式的所有特征都在本說明書中進行描述。當然，應(yīng)了解，在任何這種實際實施方案的開發(fā)中，必須做出大量實現(xiàn)方式特定的決策來實現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)約束和業(yè)務(wù)相關(guān)約束，所述目標在不同實現(xiàn)方式間將有所不同。此外，應(yīng)了解，這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時的，但是仍將是受益于本公開的本領(lǐng)域一般技術(shù)人員的常規(guī)任務(wù)。此外，以下實例決不應(yīng)被理解為限制或限定本公開的范圍。根據(jù)本公開的某些實施方案可涉及鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)使用其中設(shè)置有環(huán)形天線的牙輪鉆頭來實現(xiàn)待根據(jù)鉆頭進行的某些測量。例如，鉆井系統(tǒng)可利用設(shè)置在牙輪鉆頭中的一根或多根天線來實現(xiàn)地下地層的電阻率測量。兩根天線總體上用來進行此類電阻率測量。一根或多根天線充當基于供應(yīng)給發(fā)送天線的電流將電磁能發(fā)送到地層中的發(fā)送器。一根或多根天線充當接收或截獲反射出地層的電磁能的一部分的接收器并且輸出來自發(fā)送階段的電壓和相位差以供測量。根據(jù)鉆頭進行電阻率測量對于實現(xiàn)恰當?shù)摹扒罢靶浴焙汀罢邦櫺浴彪娮杪矢袦y可能是重要的。前瞻性感測是指在降低鉆井系統(tǒng)以鉆探井筒時鉆井系統(tǒng)檢測位于鉆頭之前的位置處的地層的某些特性的能力。瞻顧性感測是指鉆井系統(tǒng)檢測圍繞井筒被鉆探部分的位置處的地層特性的能力?，F(xiàn)有系統(tǒng)典型地利用構(gòu)建到設(shè)置在鉆柱的井底鉆具組件(bha)內(nèi)的隨鉆測井(lwd)或隨鉆測量(mwd)模塊中的電阻率感測系統(tǒng)。此類模塊位于鉆柱中的鉆頭上方，并且因此直到鉆頭已經(jīng)被移動到超過所述點才會達到鉆頭正鉆探到井筒中的深度。例如在一些實例中，lwd或mwd模塊中的感測設(shè)備直到鉆頭已經(jīng)在那里鉆探約5至6小時之后才可能會達到鉆頭正鉆探到其中的深度。此時間差在鉆探斜井時可能會更加糟糕。mwd/lwd模塊中的現(xiàn)有電阻率傳感器典型地不具有用來執(zhí)行電阻率測量以便基于所述測量提供在鉆井進程中作出實時變化所需的所希望的前瞻性和瞻顧性測量結(jié)果的天線中的視野深度。然而，在本發(fā)明的實施方案中，用來執(zhí)行這些測量的天線可直接位于鉆頭處。從此位置天線不再需要如此大的視野深度，并且因此可提供借以實時調(diào)整鉆井參數(shù)的更準確的前瞻性和瞻顧性電阻率測量結(jié)果。并且，設(shè)置在牙輪鉆頭中的一根或多根天線可用來檢測鉆柱穿過其下降的地層的電阻率。電阻率測量可告知改變鉆井進程或調(diào)整各種其他鉆井參數(shù)以便更有效地鉆井的某些決策。由于地層中的每種材料具有特定電阻率，因此電阻率測量可為鉆井操作者提供有關(guān)地層材料的信息。電阻率測量還可提供有關(guān)地層中各向異性的量的信息。也就是說，地層可包括不同類型的巖石層、沙層、頁巖層和其他材料層。層在厚度以及它們延伸的方向上可不同。在一些鉆井操作中可能合乎希望的是確定地層的各向異性方向。各向異性方向是指鉆柱可穿過地層行進以使得其快速地穿過若干不同層的地層的方向。在一些地層中，這可以是大致豎直方向，而在其他地層中其可以是更偏斜的方向。在各向異性方向上進行鉆井可使鉆井系統(tǒng)能夠更有效地穿過地層以便找出所希望的地層區(qū)段進行生產(chǎn)。當找出所希望的地層時，可能合乎希望的是隨后在一定方向(例如，各向異性方向)上操縱鉆頭從而使鉆柱的較大部分與地層對齊。牙輪鉆頭的幾何結(jié)構(gòu)可能特定適合用于收集用來確定地下地層中的各向異性的電阻率測量結(jié)果。確切地，此類型鉆頭上的牙輪在其延伸到井筒中時往往被安裝在相對于鉆頭本身的軸線的傾斜取向上。通過在鉆頭的傾斜牙輪部分中提供環(huán)形天線，環(huán)形天線可提供不同深度地層的電阻率測量結(jié)果以及圍繞鉆頭的地層的不同徑向位置。可解釋這些測量結(jié)果以確定可指示各向異性的地層電阻率的變化。另外，可使用設(shè)置在牙輪鉆頭中的少到剛好一個環(huán)形天線來執(zhí)行此類測量。牙輪鉆頭中的天線的其他應(yīng)用可包括使用鉆頭中的電阻率傳感器作為磁或電磁測距系統(tǒng)。這種測距感測是指檢測鉆井系統(tǒng)距地層或附近目標的邊界的遠近。例如，可在鉆頭處利用電磁或磁測距以便遵循現(xiàn)有鉆孔或者在井噴的情況下貫穿現(xiàn)有鉆孔以便鉆探減壓井。在其他操作中，電磁或磁測距可實現(xiàn)鉆柱與地層邊界的相對操縱或者地層電阻率值，以便使鉆柱維持在含油區(qū)域中而不是含水層中行進。通過設(shè)置在牙輪鉆頭中的天線進行這些測量可給予操作者更多的空間來在試圖貫穿井時做出調(diào)整或者遵循油層邊界。如以上所提及的，一個或多個環(huán)形天線可設(shè)置在牙輪鉆頭中。牙輪鉆頭可包括設(shè)置在其中的一個或多個牙輪，所述一個或多個牙輪可旋轉(zhuǎn)耦接到鉆頭的靜止部分(例如，軸頸臂)以便更有效地從地層切掉巖石。也就是說，牙輪可被附接到軸頸臂，其方式為使得牙輪能夠相對于鉆頭的軸頸臂旋轉(zhuǎn)。牙輪鉆頭(插入和臼齒變型兩者)典型地被認為是固定刀頭(諸如聚晶金剛石復(fù)合片(pdc)鉆頭)的廉價替代。另外，在一些巖石類型中，運行牙輪鉆頭比運行pdc鉆頭更具經(jīng)濟效益。因此，具有傳感器和其他儀器的pdc鉆頭是提供任何所希望的前瞻性、瞻顧性電阻率測量結(jié)果的相對昂貴的方式。所公開的牙輪鉆頭總體上比固定刀頭制造某些井筒并且在其內(nèi)操作更加便宜。本文所公開的實施方案提供一種牙輪鉆頭，其具有設(shè)置在鉆頭的牙輪部分中的環(huán)形天線，以便根據(jù)鉆頭執(zhí)行特定類型的電阻率或磁測距測量。在所公開系統(tǒng)的一些實施方案中，牙輪鉆頭可剛好包括接收環(huán)形天線。例如，設(shè)置在鉆井系統(tǒng)(例如，bha)的上部部分中的發(fā)送天線可將電磁波發(fā)送到地層中，并且設(shè)置在牙輪鉆頭中的環(huán)形天線可從地層截獲所述波以便提供測量結(jié)果。這可使系統(tǒng)能夠提供在接近鉆柱底部的點處的電阻率檢測，而無需在可替換的鉆頭部分中設(shè)置額外的電子部件。在其他實施方案中，牙輪鉆頭包括發(fā)送發(fā)送環(huán)形天線和接收環(huán)形天線兩者?？赡芎虾跸Ｍ氖菍⑦@些發(fā)送和接收環(huán)形天線相對于彼此定位在鉆頭內(nèi)的某些位置中。例如，發(fā)送和接收天線可相對于彼此設(shè)置在正交取向上。也就是說，環(huán)形天線中的一個所定向的平面可大致垂直于另一個環(huán)形天線所定向的平面。因為電磁波能夠從發(fā)送器傳播到地層中而不是從發(fā)送天線徑直穿過接收器，所以此正交傳感器布置可增大電阻率的動態(tài)測量范圍。發(fā)送天線和/或接收天線在牙輪鉆頭中的不同布置可促進適用于鉆探不同類型地層的電阻率測量。如以下詳細描述的，一些傳感器布置可實現(xiàn)圍繞鉆頭的小局部范圍內(nèi)非常高靈敏度的電阻率測量，而其他傳感器布置可實線具有更大范圍但分辨率較低的測量。另外，一些傳感器布置可提供鉆頭一側(cè)上的更詳細的電阻率測量(例如，方位角測量)。此類布置可特別適合用于鉆探地層，其中合乎希望的是集中在地層中的一個巖石區(qū)上。圖1例示一對牙輪鉆頭10，其沿著牙輪鉆頭10的不同點處配備有感測部件。確切地，這些感測部件可包括環(huán)形天線，所述環(huán)形天線圍繞牙輪鉆頭10的某些位置12設(shè)置以便提供所希望的電阻率測量或磁測距測量結(jié)果。這些位置12可包括但不限于鉆頭10的牙輪14、鉆頭10的側(cè)表面16上、或者圍繞鉆頭10的底座的圓周18。盡管每個牙輪鉆頭10中例示三個牙輪14，但此類鉆頭10的其他實施方案可包括一至六個或者更多個牙輪14。此類牙輪鉆頭10上的某些位置12可提供適于布置環(huán)形天線的幾何結(jié)構(gòu)。例示的實施方案示出用于環(huán)形偶極電磁波天線的若干可能的但未限制的位置12。具體地，天線可沿著圍繞鉆頭10的牙輪14中的一個的環(huán)12a設(shè)置。因為當在鉆頭10上施加力時，來自井底的對鉆頭10的外力確實可能不會直接沖擊鉆頭10的所述部分，所以此位置12a可以是放置傾斜或離軸環(huán)形天線的特別合乎希望的位置。另外，如以上所提及的，天線在此位置12a中的傾斜取向可使鉆井系統(tǒng)能夠使用設(shè)置在牙輪14上的單個環(huán)形天線對地層進行各向異性測量。在一些實施方案中，牙輪14的最外的環(huán)位置12a可表示提供其上放置的增強的耐用性和生存性的環(huán)形天線的位置。應(yīng)注意除牙輪14上的環(huán)12a之外，可利用鉆頭上的其他位置12。例如，在其他實施方案中，環(huán)形天線可設(shè)置在鉆頭柄(12b)上、圍繞鉆頭的主體(12c)、和/或圍繞鉆頭10的流動噴嘴。在一些實施方案中，多個環(huán)形天線可設(shè)置在牙輪14的相同外面20上，此面20被設(shè)計來在鉆井操作過程中接觸井筒的井底以便推進井筒。在鉆頭10的此類實施方案中，多個環(huán)形天線中的每一個可突出不同的直徑，這是因為可形成在牙輪14中以供根據(jù)所希望的位置12a插入天線的凹槽或者適應(yīng)牙輪14上的設(shè)計來與其他牙輪14嚙合的銑成齒。因此，由于用來適應(yīng)相鄰牙輪14的入齒和凹槽的定位，鉆頭面20上的一些天線可具有不同的大小。然而，只要設(shè)置在其特定位置12中的天線中的每一根的直徑是已知的，這些位置12就可充當天線站點以供電阻率傳感器提供測距或鄰近度感測。圖2例示另一個實施方案，其示出可用于將天線24放置在牙輪鉆頭10上的其他位置12d。在示意圖中，示出以某些環(huán)形路徑12d放置天線24的牙輪鉆頭10的兩個代表性牙輪14。未例示牙輪齒以便提供簡化圖。如圖所示，每個環(huán)形路徑12d可主要切過牙輪14的直徑26，從而遵循總體上循著牙輪14的外面20的形狀。當路徑12d到達牙輪14的圓形面28時，其隨后可沿著圍繞面28的圓周路徑30成環(huán)以便完成線圈。在沿著此圓周路徑30的某一點處，沿著線圈的天線24中可存在缺口32以將天線導(dǎo)線連接到天線24。然而，應(yīng)注意在其他實施方案中天線24中的缺口32可發(fā)生在沿著天線路徑12d的任何所希望的點處。現(xiàn)在已經(jīng)描述了用于所公開的鉆頭系統(tǒng)的環(huán)形天線24在牙輪14上的一般布置，將提供鉆頭系統(tǒng)部件的更詳細描述。圖3示意性地例示可存在于牙輪鉆頭10中的牙輪14和柄50的剖視圖。如圖所示，牙輪14可突出上述用于執(zhí)行所希望的電阻率測量的環(huán)形天線24。確切地，環(huán)形天線24圍繞牙輪14的背部部分52(與牙輪14的撞擊井筒的部分相對)圓周地設(shè)置。然而，應(yīng)注意在其他實施方案中，天線14可沿著牙輪14的其他直徑設(shè)置并且可未必遵循圓形路徑，這取決于牙輪天線或者鉆頭體上的天線的所希望的一般路徑方向的幾何結(jié)構(gòu)。非圓形路徑可例如通過使天線圍繞齒插入件布線(這可形成更加不規(guī)則的環(huán)形路徑)或者使天線圍繞桿布線(這由于桿形狀的原因而可以是更加卵形的)形成?？傮w上，盡管所有天線可具有環(huán)形路徑，這意味著天線的起點和終點將至少部分地圍繞某一路徑成環(huán)并且總體上返回到接近天線的另一端的起始點的位置。在一些實施方案中，鉆頭10可包括桿50、牙輪14、連接到平衡活塞或隔膜(未示出)的靜水壓平衡通道54、軸頸臂56、牙輪滑環(huán)和電子組件58、滾珠軸保持環(huán)60、滾珠軸承保持器(未示出)和保持銷62。桿50可為牙輪14提供結(jié)構(gòu)支撐并且可將例示的牙輪14耦接到鉆頭10的其他類似牙輪14。滾珠軸承保持環(huán)60和滾珠軸承保持器可用來使軸承在軸頸臂56與牙輪14之間固持在位，從而允許牙輪14在鉆井過程中相對于軸頸臂56旋轉(zhuǎn)。穿過桿50的靜水壓平衡通道54可提供用于將油從隔膜泵按制定路線輸送至保持環(huán)60中的滾珠軸承的路徑。保持銷62可使壓力平衡通道54與鉆頭10外的壓力密封以便在將軸承組裝到鉆頭10中之后使通道54維持在靜水壓下。額外的o形環(huán)密封件64可設(shè)置在軸頸臂56與牙輪14之間。設(shè)置在牙輪14中的環(huán)形天線24可包括用于將天線導(dǎo)線的相對端連接到用來執(zhí)行電阻率或磁測距計算的其他電子部件的兩個端部66(僅一個可見)。端部66中的每一個可通過牙輪14耦接到相應(yīng)導(dǎo)線68，所述相應(yīng)導(dǎo)線68可在環(huán)形天線24與其他電子部件之間發(fā)送電子信號。如圖所示，這些導(dǎo)線68可穿過牙輪14的牙輪滑環(huán)和電子組件58布線。例如，牙輪14可包括通道72，所述通道72被機加工到牙輪14中并且密封到其內(nèi)以便促進用于導(dǎo)線68從環(huán)形天線24引向牙輪滑環(huán)和電子組件58的路徑。通道72可包括形成在通道72的端部中插塞74，所述插塞74否則將延伸出牙輪14。應(yīng)注意例示的實施方案是具有用于進行電阻率和其他測量的嵌入式環(huán)形天線24的牙輪14的一個實例，并且在其他實施方案中可存在其他類型、形狀和布置的牙輪14。如以下詳細描述的牙輪滑環(huán)和電子組件58可使信號能夠從旋轉(zhuǎn)的牙輪14發(fā)送至相對靜止的軸頸臂56。在一些實施方案中，牙輪滑環(huán)和電子組件58可包括設(shè)計來濾波和/或放大或者以其他方式更改發(fā)送至或來自環(huán)形天線24的信號。額外的導(dǎo)線70可耦接到牙輪滑環(huán)和電子組件58與牙輪14相對的端部并且用來進一步向鉆頭10附接到其的井底鉆具組件(bha)上方發(fā)送去往或來自另一個電子組件的信號。為此，這些導(dǎo)線70可穿過已經(jīng)存在的壓力平衡通道54。因為不必對額外的通道進行機加工以攜載導(dǎo)線70穿過桿50，所以這可簡化牙輪鉆頭10的組裝。圖4例示環(huán)形天線24置于牙輪14的邊緣內(nèi)的天線組件110的剖視圖。應(yīng)注意天線組件110的其他布置可用來使所公開的環(huán)形天線24包含在牙輪14的其他實施方案內(nèi)。在例示的實施方案中，天線組件110包括環(huán)形天線24、聚焦元件92、模制部件112(例如，灌注材料)和鐵氧體棒114。聚焦元件92可以是環(huán)形天線24的設(shè)置在形成在主體116中的凹槽中的徑向聚焦元件92。徑向聚焦元件92可有助于聚焦電磁場并且為環(huán)形天線24提供防腐保護。徑向聚焦元件92還可為環(huán)形天線24提供某種結(jié)構(gòu)支撐。聚焦元件92可由金屬制成并且在一些實施方案中可涂布有電介質(zhì)以防止其允許渦旋流流遍牙輪14的背面52。在其他實施方案中，可通過使用3d金屬打印機來打印主體116內(nèi)的聚焦元件92使聚焦元件92與牙輪14的主體116成整體。在其他實施方案中，聚焦元件92可以是未絕緣的并且與牙輪主體116電接觸。在例示的實施方案中，環(huán)形天線24是中空管。然而，在其他實施方案中，環(huán)形天線24可包括實心管。環(huán)形天線24可由金屬制成，所述金屬諸如鈦、銅、銀、金屬合金或者某種其他導(dǎo)電材料。在一些實施方案中，環(huán)形天線24可由層疊材料制成，所述層疊材料諸如不銹鋼的具有更高導(dǎo)電性的一層覆蓋的另一種材料的核心。例如，覆蓋層可由銅、銀、石墨烯、碳納米管或者任何其他合適導(dǎo)體構(gòu)造而成。覆蓋層基于環(huán)形天線24的預(yù)期操作最小頻率可覆蓋有所希望的厚度。除了核心和覆蓋層之外，一些環(huán)形天線24還可涂布有電介質(zhì)層以防止天線上的電流并且降低特別是在牙輪14損壞的情況下牙輪14電流短路的任何可能性。因此，電介質(zhì)涂層可為環(huán)形天線24提供冗余的保護層。電介質(zhì)涂層可包括一層聚醚醚酮(peed)諸如arlon1000、聚四氟乙烯(ptfe)、尼龍、特氟龍或者某種其他合適絕緣體。通常來說，傳統(tǒng)牙輪鉆頭中使用的材料由制造相對廉價的高強度金屬(諸如鐵基合金鋼)制成。然而，在一些實施方案中，牙輪主體116和/或鉆頭體可由非磁性材料制成，所述非磁性材料諸如p550、或鉻鎳鐵合金、鈦、鎳鈷合金鋼或者某種其他非磁性金屬或金屬合金。通過由非磁性材料制造牙輪和/或鉆頭體，有可能降低天線24在通過注入到環(huán)形天線24中的ac電流激勵將電磁波驅(qū)動到其周圍環(huán)境中時將經(jīng)歷的電感。牙輪14的一些實施方案還可突出從主體116延伸以便切入地層中的插入件118。此類插入件118可由任何合乎希望的硬質(zhì)材料形成，所述硬質(zhì)材料諸如具有非磁性黏結(jié)料(除純鈷之外)的多晶金剛石復(fù)合片(pdc)或碳化鎢插入件。如果牙輪主體116是非磁性的，如以上所描述，那么天線組件110可受益于圍繞環(huán)形天線24的至少一部分設(shè)置的鐵氧體(例如，鐵氧體棒114)或其他高磁性可滲濾材料。此鐵氧體棒114可增強由流動穿過環(huán)形天線24的電流生成的h場強(磁場強度)。這實際上可增大電感而使其返回到信號的磁路所更希望的大小。因而，根據(jù)所希望的頻率，如果以所希望的頻率調(diào)諧天線24的共振和/或諸如通過由含鐵材料制造牙輪來在環(huán)形天線24中添加鐵氧體或者其他含鐵材料，那么可能合乎希望的是對鉆頭使用一些含鐵部分。例示的模制材料112可用來填滿天線組件110的部件之間的空間，以便防止鉆屑和流體進入天線區(qū)。在一些實施方案中，模制材料112可包括注塑模制到圍繞環(huán)形天線24、鐵氧體棒114的空間中并且抵靠聚焦元件92的塑性材料(例如，環(huán)氧樹脂、陶瓷、橡膠、尼龍、特氟龍或peek)。在其他實施方案中，模制材料112可被構(gòu)造為稍后被插入以填充牙輪14內(nèi)的額外區(qū)的固體部分。可使用的來自模制材料112的其他材料包括橡膠或者任何其他非導(dǎo)電材料。圖5和圖6例示可存在于牙輪14中的部件的更詳細視圖。例如，圖5集中在環(huán)形天線24的一個端部130的天線標桿插入點上。例示的實施方案包括如上所述的兩根導(dǎo)線68。如剖視圖所示，導(dǎo)線68中的一根連接到天線端部130，而另一根延伸到朝向另一個環(huán)形天線端部(未示出)的面中。應(yīng)注意盡管環(huán)形天線24的一個端部130處僅示出一個插入點，但類似布置可存在于環(huán)形天線24的相對端。導(dǎo)線68可以是任何所希望類型的導(dǎo)體。這些導(dǎo)線68可被布線至牙輪14的止推軸承區(qū)中的滑環(huán)，如以下所詳細描述。在一些實施方案中，環(huán)形天線24的一個端部可地接到牙輪主體116，以使得只有一根絕緣導(dǎo)線68被連接到環(huán)形天線24的另一個端部以通過天線輸送電流。然而，此技術(shù)可能會限制控制電流的流動路徑的能力并且因此限制環(huán)形天線24內(nèi)的電磁輻射的方向。盡管例示為平行導(dǎo)線68，但耦接到環(huán)形天線24的端部的兩根導(dǎo)線68可設(shè)置在雙股電線(諸如雙絞電纜或同軸電纜)內(nèi)。如以上所提及的，導(dǎo)線68可遵循穿過牙輪14的主體116的路徑預(yù)加工或預(yù)形成的通道72。通道72可在形成主體116的底座金屬的澆鑄、3d打印或者放電機加工(edm)構(gòu)造過程中形成。在其他實施方案中，通道72可被鉆探為進入主體116中的洞。在此類實例中，可能希望使通道72彼此相對超過以確保通道72與彼此的完全貫穿132。通道72可形成路徑以便于導(dǎo)線68從牙輪14的滑環(huán)部分橫越至環(huán)形天線端部130。在構(gòu)造牙輪14的過程中，可能合乎希望的是使用流體諸如潤滑流體替換來自通道72的所有空氣，以使得壓力補償活塞或隔膜可用來在鉆頭被下降到井筒中時使牙輪流體潤滑區(qū)內(nèi)的流體與外部井筒壓力保持壓力平衡。這可允許旋轉(zhuǎn)密封件在平衡壓力情形下操作，由此提高旋轉(zhuǎn)密封件的壽命。對穿過通道72的空氣的這種替代還可通過使用填充材料134(諸如固化塑料或陶瓷環(huán)氧樹脂、橡膠或塑料注塑)灌注路徑來實現(xiàn)。在此情況下，流體連通路徑可形成在通道72與牙輪軸承區(qū)之間，所述牙輪軸承區(qū)已經(jīng)與如上所述的牙輪14的壓力平衡系統(tǒng)處于流體連通。如圖所示，導(dǎo)線68可遵循由通道72限定的路徑以便連接到天線端部130。天線端部130可包括大致垂直于環(huán)形天線24本身突出的天線短截線136。在一些實施方案中，導(dǎo)線68可通過接頭耦接到天線短截線136。然而，在例示的實施方案中，導(dǎo)線68的裸導(dǎo)線部分可通過形成在天線端部130內(nèi)的焊接凹槽138直接焊接到天線短截線136。在一些實施方案中，天線短截線136可被安置到電絕緣標桿載體140中。此載體140可由例如peek材料或者某種其他類型的可加工塑料制成。載體140可包括其上的密封件142以防止鉆井液進入天線組件110或通道72的背側(cè)。具有電介質(zhì)絕緣涂層的保持器蓋144，諸如上述聚焦元件92，可用來使環(huán)形天線24固持在位。保持器蓋144可通過形成在其中的安裝槽145安裝在牙輪14中。保持器蓋144隨后可由小螺栓或其他緊固件(未示出)緊固。在其他實施方案中，保持器蓋144可通過任何其他合乎希望的緊固方法(包括但不限于釬焊、焊接或膠合)緊固到牙輪14。其他灌注材料134可設(shè)置在保持器蓋144與環(huán)形天線24之間的空間中以便填滿組件并且還有助于將保持器蓋144綁定到牙輪14。圖6詳細例示軸頸臂56與牙輪14之間的界面，集中在除其他部件之外的牙輪滑環(huán)和電子組件58上。通過通道72從環(huán)形天線24布線的導(dǎo)線68可饋送到緊固(例如，螺接)至牙輪主體116的接頭150中。導(dǎo)線68隨后可饋送到用于每根導(dǎo)線68的單獨導(dǎo)體環(huán)152。彈簧觸頭154可圍繞相應(yīng)導(dǎo)體環(huán)152中的每一個設(shè)置以容許彈簧觸頭154與導(dǎo)體環(huán)152之間的電接觸。因此，當牙輪14在鉆井過程中相對于軸頸臂56旋轉(zhuǎn)時，電接觸可被維持在環(huán)形天線24的導(dǎo)線68與鉆頭10的軸頸臂側(cè)上的電氣部件之間。彈簧觸頭154可耦接到非導(dǎo)電彈簧載體156。彈簧載體156可由peek(諸如arlon1000)構(gòu)造而成，這是因為所述peek是不導(dǎo)電的可加工塑料，盡管在其他實施方案中也可使用其他材料。彈簧載體156可沿著軸頸臂56的止推軸承面157設(shè)置并且通過緊固件、螺紋或化學粘合工藝緊固到軸頸臂56以確保彈簧載體156不會相對于軸頸臂56旋轉(zhuǎn)。彈簧載體156的這種不合乎希望的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致絕緣導(dǎo)線158引向遠離彈簧載體156而斷裂。彈簧載體156還可包括其上設(shè)置的密封件160，用于維持軸頸臂56與彈簧載體156之間的空間中的所希望的壓力。在一些實施方案中，彈簧載體156還可配備有設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)滑環(huán)部件與靜止彈簧載體156之間的滑動片載體162。彈簧觸頭154可在沿著彈簧載體156的滑環(huán)彈簧緊固件點164處緊固到彈簧載體156。應(yīng)注意可利用若干其他技術(shù)來實現(xiàn)跨以不同速度旋轉(zhuǎn)(或者在此情況下一個靜止而另一個旋轉(zhuǎn))的兩個主體的電氣傳輸。例如，在一些實施方案中，系統(tǒng)可利用兩個電線圈的電感耦合來像互感器一樣相互誘導(dǎo)電能從一個線圈至另一個線圈。在其他實施方案中可使用其他形式的滑環(huán)。另外，可使用環(huán)形線圈耦接，在其中形成內(nèi)部電氣觸點以促進在兩個環(huán)形線圈之間施加能量耦合的局部回路電流。然而，例示的滑環(huán)實施方案可特別適合用于牙輪鉆頭10以提供所希望大小約束內(nèi)的相對明顯的連接。根據(jù)井下或預(yù)延伸的可選擇天線配置，引向遠離彈簧載體156的絕緣導(dǎo)線158可相當于接收天線或發(fā)送天線。在環(huán)形天線24被配置來操作為接收天線的實施方案中，額外的電子部件可設(shè)置在軸頸臂56中以在鉆頭10處實現(xiàn)電信號的處理。如圖所示，導(dǎo)線158可穿過饋通接頭(或壓力蓋罩)166到達軸頸臂56中的電路板168。電路板168可包括帶通濾波器、用來增強所感測信號強度的預(yù)放大或放大器電路、以及可改善被選擇性調(diào)諧或固定成傳感器系統(tǒng)發(fā)送器的發(fā)送頻率的接收天線的反應(yīng)的阻抗匹配電路。在一些實施方案中，電路板168還可包括數(shù)字電路，所述數(shù)字電路可被利用來將從導(dǎo)線158發(fā)送的所感測模擬信號轉(zhuǎn)換成待遞送至傳感器控制器的數(shù)字回波信號。在一些實施方案中，組件可包括承載所有導(dǎo)體引線遠離電路板168的屏蔽的傳感器電纜170。傳感器電纜170中的引線可承載去往和來自電路板168的電力、地線和傳感器信號。傳感器電纜170在穿過額外的壓力蓋罩172時可沿著路徑或通道174行進穿過鉆頭10(例如，穿過圖3的壓力平衡通道54)到達分離的傳感器控制器系統(tǒng)以供進一步處理。以下將詳細描述傳感器控制器。在例示的實施方案中，電路板168總體上設(shè)置在形成在壓力蓋罩166與172之間的壓力容器176中。蓋罩166和172可包括維持容器176內(nèi)所希望的壓力以支持電路板168上的電子設(shè)備的正常運作的密封件。應(yīng)注意在軸頸臂56的此位置使用電子設(shè)備(確切地電路板168)是任選的。在其他實施方案中，可能合乎希望的是通過設(shè)置在鉆頭10中的導(dǎo)線68和158而無需任何介入電子處理將來自環(huán)形天線24的信號從環(huán)形天線24一直發(fā)送到傳感器控制器。然而，通過在鉆頭10中包括這些小型輔助電子設(shè)備(例如，電路板168)，可能提高來自天線的傳感器信號的信噪比，所述信噪比否則將在從鉆頭10至傳感器控制器的距離內(nèi)變差。因此，可能合乎希望的是使用電路板168中的ac/dc轉(zhuǎn)換器來在鉆頭10的此部分處(如果空間容許)數(shù)字化所接收的傳感器信號，因為這種數(shù)字化可提高傳感器的準確度。數(shù)字濾波器根據(jù)需要還可包括在電路板168中，以便進一步優(yōu)化所接收的信號。然而，應(yīng)注意此類信號濾波器可在稍后任意時刻沿著從鉆頭10至傳感器控制器的位流應(yīng)用而不會發(fā)生由于距離導(dǎo)致的信號保真度丟失。盡管具有上述電子設(shè)備的電路板168被例示在鉆頭10的軸頸臂部分中，但在其他實施方案中電路板168可在傳感器信號傳遞穿過滑環(huán)之前被設(shè)置在牙輪14內(nèi)的位置178處。在另外其他的實施方案中，電路板168和對應(yīng)電子設(shè)備可與環(huán)形線圈一起設(shè)置在牙輪14中，所述環(huán)形線圈能夠通過局部回路電流與進一步向鉆頭10上方設(shè)置或者設(shè)置在bha的另一部分上的另一個環(huán)形線圈通信。在此類實施方案中，例示的滑環(huán)組件可能是不必要的，這是因為經(jīng)處理傳感器信號能夠被從牙輪14直接傳達到傳感器控制器?，F(xiàn)在已經(jīng)總體上描述了用來將來自環(huán)形天線24的傳感器信號通過牙輪鉆頭10傳達的部件，將提供用來在牙輪14與傳感器控制器之間傳達這些信號的部件的詳細描述。傳感器控制器可在鉆頭10中或在近鉆頭接頭中。圖7是根據(jù)本公開的方面的具有環(huán)形天線24的牙輪鉆頭10的圖，其中用于環(huán)形天線24的相關(guān)聯(lián)傳感器控制器190位于耦接到鉆頭10的螺紋端部194的儀器接頭192中。像上述鉆頭10一樣，環(huán)形天線24位于旋轉(zhuǎn)耦接到軸頸臂56的牙輪14中。并且，鉆頭10可包括用于將來自牙輪14內(nèi)的環(huán)形天線24的傳感器信號發(fā)送到軸頸臂56中以及濾波和/或數(shù)字化信號的滑環(huán)和電子組件58。軸頸臂56可從耦接到鉆頭10的鉆頭體198的支腿196延伸，并且可通過導(dǎo)線或電纜170可通信地耦接到傳感器控制器190和相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200。在其他實施方案中，包含環(huán)形天線24的牙輪鉆頭10還可包括其中的一些或所有相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200，而不是將其包含在外部位置諸如接頭192中。在所示實施方案中，電纜170的第一部分將滑環(huán)和電子組件58耦接到支腿196上的接頭202，并且電纜170的第二部分將鉆頭體198上的接頭204耦接到另一個接頭206。當支腿196被耦接到鉆頭體198時，接頭202可被定位成與接頭204對準，并且可有助于將支腿196從鉆頭體198移除，盡管支腿196并不一定是可移除的。當支腿196與鉆頭體198成整體時，接頭202和204可被省略，并且單根連續(xù)的電纜170可從滑環(huán)和電子組件58穿過支腿196和鉆頭體198延伸到接頭206。接頭206可提供界面以通過電纜170將環(huán)形天線24可移除地耦接到儀器接頭192中的傳感器控制器190。在所示實施方案中，接頭206可包括柱塞式接頭206，其中接頭206的凹形部分被耦接到電纜170并且還通過鉆頭體198的內(nèi)腔209中的鎖環(huán)/凹槽接合208耦接到鉆頭10。相反，接頭206的凸形部分通過電纜210耦接到傳感器控制器190和其他相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200，通過保持器環(huán)和緊固件212耦接到接頭192并且被對準以當儀器接頭192耦接到鉆頭10時與凹形部分接合。凸形和凹形部分相對于鉆頭10和接頭192的相對位置可被切換，正如凸形和凹形部分分別耦接到鉆頭10和儀器接頭192的方式那樣。同樣地，其他接頭類型和配置是可能的，包括位于鉆頭體198的內(nèi)腔214外部的電感耦合。在所示實施方案中，相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200可包括傳感器控制器190以及位于密封外殼218內(nèi)的電源216。密封外殼218可保護相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200免于穿過接頭192的內(nèi)部鉆孔220的鉆井液流，如以下將詳細描述。傳感器控制器190和電源216均可通過電纜210耦接到接頭206。電源216可包括儲能元件(諸如電池組)或發(fā)電元件(諸如渦輪機)等。例如在一些實施方案中，電源216可包括發(fā)電機，所述發(fā)電機包括具有附接到其外表面并且定位在對應(yīng)線圈內(nèi)的交變極性的永磁體的渦輪機。穿過內(nèi)部鉆孔220的鉆井液流可致使渦輪機旋轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生由于永磁體的交變極性而有待在線圈內(nèi)生成的電流。在某些實例中，電源216可包括儲能元件，諸如可再充電電池組或超級電容器，其被耦接到線圈以便存儲由線圈生成的能量并且當渦輪機不旋轉(zhuǎn)時將所存儲能量提供給γ射線檢測器。在某些實施方案中，相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200還可包括耦接到電源216的高壓電源，通過所述高壓電源將來自電源216的電力從線圈直接地或者通過儲能元件從線圈間接地供應(yīng)給環(huán)形天線24或者鉆頭10中的其他電子部件。在本公開的范圍內(nèi)可使用其他類型、組合和配置的發(fā)電機和存儲元件，包括耦接到中心軸發(fā)電機的葉片渦輪機。另外，本文所描述的發(fā)電機可被適配用于上述鉆頭10中。來自電源216的電力可通過電纜210和170提供給環(huán)形天線24和/或滑環(huán)和電子組件58。在某些實施方案中，電源216可耦接到電纜210和170并且因此可通過高壓電源222耦接到天線和相關(guān)聯(lián)鉆頭電子設(shè)備。傳感器控制器190可執(zhí)行以下中的一些或所有：通過電纜170和210從天線24接收傳感器信號；存儲、處理和/或發(fā)送所接收傳感器測量結(jié)果至另一個控制單元；以及通過電纜170和210將控制信號發(fā)送到環(huán)形天線24和/或鉆頭電子設(shè)備。如本文所用，控制單元可包括裝置，所述裝置包含可通信地耦接到非暫態(tài)計算機可讀存儲裝置的至少一個處理器，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲裝置包含一組指令，所述一組指令在被處理器執(zhí)行時致使其進行某些行動。示例性處理器包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)或者配置來解釋和/或執(zhí)行程序指令和/或處理數(shù)據(jù)的任何其他數(shù)字或模擬電路。在某些實施方案中，相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200可包括其他電氣元件，諸如至少一個附加傳感器。在所示實施方案中，至少一個附加傳感器包括陀螺儀224和磁力儀226，它們兩者均被耦接到傳感器控制器190。傳感器控制器190可從環(huán)形天線24、陀螺儀224和磁力儀226中的所有接收測量結(jié)果。當在環(huán)形天線24處進行測量時，來自陀螺儀224和磁力儀226的測量結(jié)果可識別接頭192和鉆頭10的旋轉(zhuǎn)取向。在某些實施方案中，傳感器控制器190可通過將這些測量結(jié)果與鉆頭10的對應(yīng)旋轉(zhuǎn)取向相關(guān)聯(lián)來處理從環(huán)形天線24接收到的測量結(jié)果。在某些實施方案中，相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備200還可包括通信系統(tǒng)，用于允許傳感器控制器190將環(huán)形天線24的所接收和/或經(jīng)處理測量結(jié)果發(fā)送至另一個控制單元以供存儲或處理。在所示實施方案中，通信系統(tǒng)可包括耦接到傳感器控制器190的通信界面228以及耦接到所述界面228并且定位在接頭192的外表面上的環(huán)形線圈230。環(huán)形線圈230可以是可用來使用經(jīng)調(diào)制電磁(em)信號形成短距離遙測系統(tǒng)以便于雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粚Νh(huán)形線圈中的一個，同時另一個環(huán)形線圈遠離環(huán)形線圈230一定的短距離(諸如30英尺)定位或者定位在鉆柱中的另一點處。鉆柱中的所述另外的點可包括圍繞井口的表面位置，以用于長距離遙測系統(tǒng)的em遙測的方式。還可使用接近井口的地線中的電極以及從井口和電極延伸到地面em收發(fā)器的導(dǎo)線在地面上采用其他方法以進行雙向通信。盡管示出短距離em遙測系統(tǒng)，但在其他實施方案中可使用其他類型的通信系統(tǒng)，包括接頭被集成到接頭192中的有線通信系統(tǒng)，其他長距離或短距離遙測系統(tǒng)，使用聽覺、扭矩或泥漿脈沖通信機構(gòu)，或者兩個或更多個遙測系統(tǒng)的組合。遙測系統(tǒng)的組合可同時并行地實現(xiàn)或者以從一個遙測格式到另一個遙測格式的轉(zhuǎn)化方法實現(xiàn)，所述轉(zhuǎn)化方法諸如將em或聽覺短距離遙測轉(zhuǎn)化成去往和/或來自地面的泥漿脈沖長距離遙測。圖8是根據(jù)本公開的方面的結(jié)合用于電阻率或磁測距檢測(未示出)的牙輪鉆頭10、環(huán)形天線24的示例性鉆井系統(tǒng)270的圖。鉆井系統(tǒng)270可包括定位在地面274處的鉆井平臺272。在所示實施方案中，地面274包括地層276的包含一個或多個巖石層或巖層278的頂部，并且鉆井平臺272可與地面274相接觸。在其他實施方案中，諸如在場外鉆井操作中，地面274可通過一定體積的水與鉆井平臺272分離。吊桿280可由鉆井平臺272支撐并且具有用于使鉆柱284上升和下降通過由鉆頭10產(chǎn)生的井筒286的行進塊282。鉆頭10可被耦接到鉆柱284并且由井下電機和/或旋轉(zhuǎn)臺、方鉆桿對鉆柱284的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動或者通過頂部驅(qū)動進行驅(qū)動。在所示實施方案中，鉆頭10通過包含用于鉆頭10中的環(huán)形天線24的相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備的儀器接頭192耦接到鉆柱284。所述相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備包括與上述那些類似的短距離em遙測系統(tǒng)的環(huán)形線圈230。在其他實施方案中，可使用鉆頭10，其中相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備位于鉆頭10中。泵可通過進料管道將鉆井液循環(huán)到方鉆桿，向井下通過鉆柱284的內(nèi)部，通過鉆頭10中的孔口，經(jīng)由圍繞鉆柱284的環(huán)290回到地面，并且進入保持坑中。鉆井液將鉆屑從井筒286輸送到坑中，并且?guī)椭３志?86的完整性。鉆井系統(tǒng)270還可包括在鉆頭10附近耦接到鉆柱284的井底鉆具組件(bha)292。bha292可包括各種井下測量工具和傳感器，諸如lwd/mwd工具294以及遙測系統(tǒng)296和井下電機298。與儀器接頭192中的環(huán)形線圈230對應(yīng)的環(huán)形線圈300可位于bha292的控制單元內(nèi)并且耦接到所述控制單元，并且可在bha292與儀器接頭192之間形成em遙測信道302。在所示實施方案中，環(huán)形線圈300被耦接到lwd/mwd工具294，盡管這種配置是不需要的。lwd/mwd工具294可包括不同類型的傳感器，所述不同類型的傳感器可收集總體上圍繞工具294和bha292的地層276的測量結(jié)果。在某些實施方案中，lwd/mwd工具294可包括耦接到傳感器的控制單元(未示出)，所述控制單元從傳感器接收測量結(jié)果并對其進行存儲、處理測量結(jié)果和/或?qū)⑦@些測量結(jié)果發(fā)送到鉆井系統(tǒng)中的不同控制單元。在所示實施方案中，環(huán)形線圈300可被耦接到lwd/mwd工具294內(nèi)的控制單元，并且控制單元可將環(huán)形線圈300看作lwd/mwd工具294中的另一個傳感器并且將通過環(huán)形線圈300接收的信號看作環(huán)形線圈300的對應(yīng)測量結(jié)果。因為通過環(huán)形線圈300接收的信號相當于由環(huán)形天線24生成的電信號，所以lwd/mwd工具294的控制單元可有效地將環(huán)形天線24看作lwd/mwd工具294的電阻率傳感器，即使檢測器位于鉆頭10中也同樣如此。井下電機298可包括井下泥漿電機，所述井下泥漿電機響應(yīng)于穿過鉆柱284的鉆井液流生成轉(zhuǎn)矩并且將所述轉(zhuǎn)矩施加給鉆頭10。在所示實施方案中，井下電機298還包括致使鉆頭10相對于鉆柱284以一定角度鉆探的彎折外殼304。在某些實施方案中，彎折外殼304可以是可調(diào)整的，使得可在井下改變鉆井角度，從而允許在鉆井工藝過程中“操縱”鉆頭10。在其他實施方案中，除了電機298和彎折外殼304之外或者替代地可使用分離的操縱工具或裝置來操縱鉆頭10。例如，當鉆頭10處的轉(zhuǎn)矩由旋轉(zhuǎn)臺或頂部驅(qū)動通過鉆柱284而不是通過電機298生成時，指向鉆頭和推動鉆頭類型的旋轉(zhuǎn)式可操縱系統(tǒng)中的一個或多個可用來改變鉆頭10的角度。鉆頭10可被操縱來貫穿包含烴類的地層278中的一個，避免某些所不希望的層或地層主體，遵循現(xiàn)有鉆孔，或者貫穿現(xiàn)有鉆孔以在井噴的情況下鉆探減壓井。bha292的工具和傳感器可被可通信地耦接到遙測系統(tǒng)296。遙測系統(tǒng)296自身可包括控制單元(未示出)并且可將來自bha292的測量結(jié)果和信號傳送至地面接收器305和/或從地面接收器305接收命令。遙測系統(tǒng)296可包括泥漿脈沖遙測系統(tǒng)、聽覺遙測系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、或者任何其他類型的通信系統(tǒng)，這將由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員鑒于本公開所了解。在某些實施方案中，在bha292處獲得的測量結(jié)果中的一些或所有還可被存儲以用于稍后在地面檢索。在某些實施方案中，鉆井系統(tǒng)270可包括定位在地面處的地面控制單元306。在某些實施方案中，地面控制單元306可提供在井筒286內(nèi)的控制單元處不可獲得的附加供能，諸如允許地面處的用戶與地面控制單元306交互的鍵盤和監(jiān)測器。地面控制單元306可被可通信地耦接到地面接收器305并且可通過地面接收器305從bha292接收測量結(jié)果和信號和/或?qū)⒚畎l(fā)送到bha292。由于地面沒有大小約束，地面控制單元306典型地比位于井下的控制單元具有更大的處理能力。當使用鉆井系統(tǒng)270時，鉆頭10可旋轉(zhuǎn)并且使井筒286延伸穿過地層276位于鉆頭10前方的一部分。鉆頭10內(nèi)的電阻率檢測器(例如，環(huán)形天線24)可檢測地層276位于鉆頭10前方或側(cè)面的部分的電阻率并且生成對應(yīng)的電信號，如以上所描述。此對應(yīng)的電信號可包括前瞻性和瞻顧性測量結(jié)果，所述前瞻性和瞻顧性測量結(jié)果可由鉆井系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個控制單元處理以便確定地層276的部分的至少一個特性。示例性特性包括所述部分的幾何結(jié)構(gòu)、所述部分的成分、以及所述部分內(nèi)的兩個巖層之間的邊界的位置和取向。在某些實施方案中，所述特性在被確定時可用來作出關(guān)于鉆井系統(tǒng)270的操作的決策。例如，如果所述部分的特性包括地層之間的邊界位置，那么所述決策可包括用電機298改變鉆頭10的鉆井角度或者在邊界交叉之前停止鉆井工藝。圖9是根據(jù)本公開的方面的鉆井系統(tǒng)270的框圖，并且例示鉆井系統(tǒng)270的控制單元和電氣元件。如以上所提及的，這些控制單元和電氣元件可用來生成、發(fā)送、存儲和/或處理來自鉆頭10的前瞻性和瞻顧性測量結(jié)果。鉆井系統(tǒng)270的例示圖還包括可存在于電氣元件之間以促進前瞻性或瞻顧性測量結(jié)果的生成、發(fā)送、存儲和/或處理的通信信道和信號。如可見的，鉆頭10包括可耦接到儀器接頭192內(nèi)的傳感器控制器190和其他電子設(shè)備的環(huán)形天線24和任選的相關(guān)聯(lián)電子設(shè)備。在一些實施方案中，可能合乎希望的是最小化牙輪鉆頭10的牙輪14內(nèi)所存在的電子設(shè)備的數(shù)目。這可降低鉆頭中的牙輪14的成本(其可能被損壞或者需要被更換)，同時維持相對昂貴的電子設(shè)備物品遠離牙輪14以使得它們在鉆頭10由于鉆井而腐蝕的過程中不會被使用。這在選擇設(shè)置在牙輪14中的環(huán)形天線24用作發(fā)送天線時可能是特別有用的。在此情況下，可能合乎希望的是將用于發(fā)送環(huán)形天線24的所有支持電子設(shè)備定位在傳感器控制器190中而不是鉆頭10中。相反，在此類實施方案中，具有嵌入的環(huán)形天線24的牙輪14(或者整個鉆頭10)可被設(shè)計為可在一定數(shù)量地使用鉆頭10之后被丟棄并且隨后被替換的物品。在環(huán)形天線24將要用作接收器的實施方案中，具有環(huán)形天線24的牙輪14可以是可被替換的一次性部分，而軸頸臂56內(nèi)的牙輪滑環(huán)和電子組件58的至少部分可重新用于新的鉆頭10。因此，圖9中例示的布局表示鉆井系統(tǒng)270的一個實施方案，而在其他實施方案中可利用所例示部件的其他布置。在例示的布置中，鉆井系統(tǒng)270包括允許環(huán)形天線24在發(fā)送器或接收器之間選擇性切換的任選配置。確切地，此配置可包括電路部件(例如，電路板168)、發(fā)送器直通通路330、發(fā)送器/接收器切換機構(gòu)332和滑環(huán)334。在一些實施方案中，電路板168可包括濾波器、預(yù)放大或其他放大器、數(shù)字化儀、取向傳感器或它們的某種組合。另外，滑環(huán)334可配備有基于在滑環(huán)334處獲得的測量結(jié)果檢測牙輪14的角度位置的任選的角度位置傳感器。與地層或者鉆頭10的其他牙輪相比，這些位置和取向傳感器的其他布置可在鉆頭10內(nèi)被利用來確定牙輪14的獨立和相應(yīng)距離以及取向。如圖所示，鉆頭10的牙輪滑環(huán)和電子組件58可通過多條控制線耦接在一起，所述多條控制線可包括在部件之間布線的導(dǎo)體。例如，發(fā)送器/接收器切換器332可通過三條線耦接到電路板168，所述三條線可包括電源線336、地線338和信號線340。類似地，發(fā)送器/接收器切換器332可通過兩條線(用來攜載去往或來自環(huán)形天線24的信號的信號線342和地線344)耦接到發(fā)送器直通通路330。進一步地，電路板168可通過兩條線(用來攜載去往或來自環(huán)形天線24的電信號的信號線346和地線348)耦接到滑環(huán)334。再進一步地，發(fā)送器直通通路330可通過兩條線(用來攜載去往或來自環(huán)形天線24的電信號的信號線350和地線352)耦接到滑環(huán)334。電路板168和發(fā)送器直通通路330還可通過用來將發(fā)送器/接收器332的狀態(tài)傳達至這些部件的控制線354耦接到發(fā)送器/接收器切換器332。如圖所示，發(fā)送器/接收器切換器332還可通過三條線耦接到傳感器控制器190，所述三條線可包括電源線356、地線358和信號線360。所述三條線可存在于從鉆頭10延伸到儀器接頭192的上述傳感器電纜170內(nèi)。電源線336和356可將來自電源(例如，位于傳感器控制器190中)的電流傳輸至電路板168并且分別傳輸至發(fā)送器/接收器切換器332。根據(jù)環(huán)形天線24的操作狀態(tài)，信號線360、340、342、346和350以及地線358、338、344、348和352可促進來自傳感器控制器190的電流穿過環(huán)形天線24的流動、或者從環(huán)形天線24到傳感器控制器190的流動。發(fā)送器/接收器切換器332可用來基于來自傳感器控制器190的信號切換環(huán)形天線24的操作模式。確切地，發(fā)送器/接收器切換器可基于環(huán)形天線24的所希望的操作模式通過控制線354向電路板168并且向發(fā)送器直通通路330提供控制信號。在一些實施方案中，另一根導(dǎo)線可從傳感器控制器190延伸到發(fā)送器/接收器切換器332以便用信號通知此切換功能。在其他實施方案中，dc電壓偏置可被施加(例如，在電源線356兩端)來執(zhí)行發(fā)送器/接收器切換器332。在一些實施方案中，切換器332可包括用來實現(xiàn)電子設(shè)備的配置以使得環(huán)形天線24充當發(fā)送器或接收器的固態(tài)繼電器、場效應(yīng)晶體管(fet)、機械繼電器或者某種其他切換裝置。用于執(zhí)行切換器332的信號可總體上由傳感器控制器190管理，所述傳感器控制器190包含處理器、存儲器、從鉆柱硬布線或者由電池組/電容器本地生成或供應(yīng)的電源。應(yīng)注意在任何給定時間可使用具有多個不同的發(fā)送頻率的多個發(fā)送器和接收器以便選擇性地控制所希望的測量的種類。例如，如果在水平井筒中存在低于傳感器的地層邊界，那么可能合乎希望的是使用當環(huán)形線圈的焦點掃過井筒的下側(cè)時被選擇性打開的發(fā)送器和接收器的組合以便在所希望的關(guān)注方向上更好地專注于測量。天線24可在鉆頭10旋轉(zhuǎn)并且所希望的環(huán)形天線24進入范圍內(nèi)時被同步激活。這可節(jié)省電力以便不會消耗掃過洞的電阻率測量沒有問題的其他部分的能量。在其他實施方案中，可采用使用環(huán)形天線位置和頻率進行的各種天線之間的信號的選擇性定相以便在所希望的方向上產(chǎn)生聚焦的合成孔徑來檢測特定方向上的更高反應(yīng)。在另一個實施方案中，傳感器可用來檢測嵌入在附近地層中的高度導(dǎo)電的人造結(jié)構(gòu)或人造對象，諸如另一個井筒的套筒或襯墊或者相鄰井中的丟失的洞內(nèi)鉆柱。電阻率傳感器可通過改變頻率或者選擇鉆頭10上的某些天線24來選擇性調(diào)諧以提高對此類人造結(jié)構(gòu)或?qū)ο蠖皇堑貙犹匦缘臋z測。例如，用于測量地層電阻率的適當?shù)姆磻?yīng)頻率可能未必是用于檢測地層中的套筒結(jié)構(gòu)的最佳頻率。在其他實施方案中，環(huán)形天線24可包括呈天線繞組形式的多個線圈，所述多個線圈可使天線24能夠在較低頻率下更有效地操作以實現(xiàn)更深的穿透深度。繞組層可高達大致60,000線圈以實現(xiàn)非常低頻率的發(fā)送。在此情況下，天線導(dǎo)線將可能必須是典型地繞在鉆頭牙輪14或鉆頭體之上的極細磁導(dǎo)線。在操作中，當環(huán)形天線24將被操作為發(fā)送器時，傳感器控制器190可用信號通知發(fā)送器/接收器切換器332以便根據(jù)需要對電路板168和發(fā)送器直通通路330進行配置。例如，因為環(huán)形天線24正在發(fā)送而不是正在接收，所以電路板168可能不需要濾波并數(shù)字化任何傳感器信號。傳感器控制器190從這里可輸出電信號穿過發(fā)送器直通通路330并且輸出到環(huán)形天線24，以使得環(huán)形天線24可將所希望的信號發(fā)送到正被鉆探的地層中。當環(huán)形天線24將被操作為接收器時，傳感器控制器190可用信號通知發(fā)送器/接收器切換器332以便根據(jù)需要對電路板168和發(fā)送器直通通路330進行配置。例如，切換器332可用信號通知電路板168以便為即將到來的傳感器信號提供所希望的傳感器濾波、放大和/或數(shù)字化。信號(例如，反射出地層的經(jīng)發(fā)送信號的一部分)從這里可通過環(huán)形天線24被接收、通過電路板168上的電子設(shè)備被處理、并且被引向傳感器控制器190以用于進一步處理。在通過線圈24發(fā)送或接收信號的過程中，設(shè)置在鉆頭10上的其他傳感器(例如，取向傳感器或角度位置傳感器)可用來在環(huán)形天線24正采集或發(fā)射信號的同時測量關(guān)于鉆頭操作的其他因素。在環(huán)形天線24正充當接收器的實施方案中，可能合乎希望的是向地面安裝的控制單元提供所收集的電阻率測量結(jié)果，如以上所描述。為此，例示的鉆井系統(tǒng)270可包括耦接到傳感器控制器190的附加部件。如以上所描述的，傳感器控制器190可被耦接到儀器接頭192的環(huán)形線圈，并且傳感器控制器190可在接頭192與bha292之間的雙向短距離em遙測信道302上發(fā)送來自環(huán)形天線24的經(jīng)處理或原始測量結(jié)果。此發(fā)送可被引向bha292內(nèi)的控制單元，如以下將描述，或者可通過bha292被引向地面控制單元如中間裝置。其他實施方案可包括其他通信信道、機構(gòu)和配置，包括傳感器控制器190與bha292之間的有線通信以及傳感器控制器190與地面控制單元之間的直接通信路徑。如圖所示，傳感器控制器190可使用bha292內(nèi)的長距離遙測系統(tǒng)364將測量結(jié)果發(fā)送到地面遙測收發(fā)器362。具體地，傳感器控制器190可通過短距離遙測信道302將測量結(jié)果發(fā)送到bha292，并且bha292可在遙測系統(tǒng)364與地面收發(fā)器362之間的單一(單向，在此情況下向上)或雙重(雙向)遙測信道上傳達測量結(jié)果。圖8的地面控制單元306可從地面收發(fā)器362接收測量結(jié)果。在其他實施方案中，地面控制單元306可在這些控制單元被移除到地面之后從傳感器控制器190或者某種其他井下控制單元接收測量結(jié)果。地面控制單元306可處理所接收測量結(jié)果以便確定地層相當于所接收測量結(jié)果的一個或多個特性。在某些實施方案中，經(jīng)確定特性可用于在地面控制單元306處運行的鉆井控制程序中以便作出鉆井決策(類似于以上所描述的那個)并且生成相當于鉆井決策的控制信號。如果在bha292定位在井下時作出決策，那么所生成的控制信號可通過遙測信道364傳輸?shù)絙ha292的井下操縱控制器366。如先前論述的，當傳感器控制器190已經(jīng)從鉆頭10接收到前瞻性測量結(jié)果時，傳感器控制器190可存儲所接收的測量結(jié)果、進一步處理并且隨后存儲所接收的測量結(jié)果以便確定地層的一部分的特性和/或?qū)⑺邮盏幕蛱幚淼臏y量結(jié)果發(fā)送到上述地面控制單元306。在某些實施方案中，傳感器控制器190可根據(jù)所接收的測量結(jié)果確定地層的所述部分的特性并且隨后基于作為指令存儲在耦接到傳感器控制器190的處理器的存儲裝置中的所確定的特性和決策算法自動作出鉆井決策。例如，如果所確定的特性是地層邊界在地層的部分內(nèi)的位置，那么傳感器控制器190可通過短距離遙測模塊302向電機井下操縱控制器366輸出致使電機或旋轉(zhuǎn)式可操縱工具改變鉆頭10的角度和方向的控制信號。這可使得能夠基于從牙輪電阻率傳感器接收到的數(shù)據(jù)在更加合乎希望的方向上操縱井筒，諸如通過使鉆孔操縱到經(jīng)檢測的產(chǎn)油層中或者通過維持與地層邊界的固定距離來維持產(chǎn)油層內(nèi)的井筒位置。如上所述，用于鉆頭內(nèi)環(huán)形天線24的相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備可位于鉆頭外部，諸如位于儀器接頭中，或者位于鉆頭中。將相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備定位在鉆頭外部可降低鉆頭的成本并且允許相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備在初始鉆頭在鉆井工藝過程中磨損之后由新的鉆頭重新使用。因為典型的鉆井操作磨損掉許多鉆頭，所以這是特別有益的。然而，當相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備位于鉆頭外部時，新的鉆頭將需要被校準成相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備以便優(yōu)化由鉆頭內(nèi)天線接收器進行的測量。已經(jīng)描述了具有設(shè)置在牙輪14中的環(huán)形天線24的鉆井系統(tǒng)270的物理布局，以下提供天線傳感器的操作中所使用的計算的詳細描述?？墒褂靡韵聟⒘糠匠?描述一根或多根天線24在牙輪鉆頭10中的位置。方程1用來描述x-y平面中的圓，其中θ表示圍繞環(huán)形天線24的長度的角度位置并且其中ρ表示環(huán)形天線24的半徑?？赡芎虾跸Ｍ氖敲枋鲋行难刂魏屋S線在三維上從鉆頭10的中心處的位置偏移的環(huán)形天線24。例如，如果環(huán)形天線24被定位成與鉆頭10的中心軸線距離徑向距離，那么這可通過方程1中描述的沿著x或y軸線中的一條偏移的圓的中心來模擬。另外，如果環(huán)形天線24被定位在鉆頭上方或下方，那么這可通過在z軸線上偏移的圓的中心來模擬。應(yīng)注意將環(huán)形天線24定位在鉆頭10下方在一些實施方案中可能是不可接受的。然而，如果在貫通鉆頭測井工具的背景下使用，那么環(huán)形天線24可至少暫時定位在鉆頭10下方。進一步地，應(yīng)注意坐標系和軸線可定位在沿著鉆柱的長度的任意點處。無論環(huán)形天線24相對于經(jīng)選擇的坐標系的相對定位的位置如何，可更新表示由環(huán)形天線24形成在其中的圓的方程以便反映沿著軸線中的任意一條的轉(zhuǎn)變。例如，在環(huán)形天線24從z軸線偏移沿著x軸線的一定距離l的給定實施方案中，方程可更新如下。除了在坐標系中適當?shù)囟ㄎ粓A的中心之外，可能合乎希望的是基于設(shè)置在牙輪14上的環(huán)形天線24的相對角度位置提供方程的角度調(diào)整。為了實現(xiàn)所述角度調(diào)整，天線方程可在y軸線上旋轉(zhuǎn)，使得其以與軸頸臂56相同的角度傾斜，所述角度是對于給定鉆頭10已知的角度α。為了以此方式旋轉(zhuǎn)天線方程，可應(yīng)用以下旋轉(zhuǎn)矩陣以便于圍繞y軸線旋轉(zhuǎn)，從而生成以下方程3。在以下方程中，α表示軸頸臂56與鉆頭10的中心縱向軸線的角度，θ表示圍繞環(huán)形天線24的角度位置，并且ρ表示環(huán)形天線24的半徑。類似的旋轉(zhuǎn)矩陣可適用于圍繞x軸線或z軸線的旋轉(zhuǎn)。在一些實施方案中，鉆頭10可包括設(shè)置在其上的若干環(huán)形天線24。相反，任何合乎希望數(shù)目的環(huán)形天線24可設(shè)置在具有任何數(shù)目的牙輪14的鉆頭10上?？筛鶕?jù)如以上所提供的那些類似方程對這些環(huán)形天線24進行建模。在一些實施方案中，多個環(huán)形天線24可在彼此相關(guān)的位置處圍繞鉆頭10設(shè)置。例如，鉆頭10可包括三根天線24，每根天線設(shè)置在三牙輪鉆頭的相應(yīng)牙輪14上。另外，這些環(huán)形天線24可包括相對于鉆頭縱向軸線相同半徑和角度的軸頸臂56。然而，應(yīng)注意假設(shè)鉆頭構(gòu)造中沒有對稱性，以下方程可被處理成支持任何半徑和取向的環(huán)形天線24。方程3中提供的表述可出于標繪目的被翻譯成簡易參量方程。例如，環(huán)形天線24可定位在x-z平面中，其中y軸線位于線圈的中心。在此實例中，軸頸臂56和環(huán)形天線24的角度位置根據(jù)α＝0.5π定義。為了標繪此環(huán)形天線24，可使用以下參量方程。x＝cos(θ)*cos(0.5π)y＝sin(θ)z＝-cos(θ)*sin(0.5π)(4)對于上述具有相同適當半徑和與鉆頭軸線的角度的三個環(huán)形天線24的三牙輪鉆頭，另外兩個環(huán)形天線24可遠離彼此大致旋轉(zhuǎn)120度。為了對這些線圈進行建模，可應(yīng)用兩個附加的旋轉(zhuǎn)矩陣來將上述圓旋轉(zhuǎn)到這些其他平面中。所述另外兩個方程可通過向方程3應(yīng)用z軸線旋轉(zhuǎn)矩陣來獲得。在以下方程中，β表示牙輪14圍繞鉆頭10的z軸線的角度位置。方程5是可用來對具有環(huán)形天線24的牙輪14相對于鉆頭10的軸線的角位置θ、半徑ρ、傾斜角α以及圍繞鉆頭10的軸線定位的牙輪14的角β的任何環(huán)形天線24進行建模的一般方程。使β等于牙輪14圍繞鉆頭10的z軸線的任何角度位置可允許方程5變成置于鉆頭10的牙輪14上的任何環(huán)形天線24的一般表述。因此，三牙輪鉆頭可突出成以下角度的環(huán)形天線24。β1＝0°＝0弧度弧度弧度每個角度β表示圍繞環(huán)形天線24定位在其中的鉆頭10的中心軸線的角度位置。這些β值對于牙輪鉆頭10的其他實施方案可能不同。例如，如果鉆頭10具有4個牙輪14、那么每個牙輪14包括環(huán)形天線24，那么方程可包括沿著圍繞鉆頭軸線360度或2π弧度定位的4個β。如以上所論述的，這些方程表示可用來根據(jù)本發(fā)明技術(shù)對設(shè)置在牙輪鉆頭10的牙輪14上的環(huán)形天線24的位置和取向進行建模的一組一般化笛卡兒坐標系。這些方程可形成配置來將電磁能發(fā)送到井地層中的天線以及配置來接收從地層反射回的電磁能的天線的電感耦合的基礎(chǔ)。使用這些方程，可能合乎希望的是檢查來自不同的接收天線和發(fā)送天線的反應(yīng)差，如以下所詳細論述。例如，可能合乎希望的是比較來自使用單根發(fā)送天線的任何兩根接收天線的反應(yīng)以及來自使用兩根發(fā)送天線的單根接收天線的反應(yīng)，而鉆頭10在井筒中靜止并且同時鉆頭10旋轉(zhuǎn)。給定收發(fā)器天線在空間中的任何給定點處的靈敏度可被定義為與總接收信號相比給定點的導(dǎo)電率的相對變化因素。一般地，天線可從相關(guān)聯(lián)靈敏區(qū)接收其大部分信號。因此，空間中的給定點的靈敏度可通過擾亂所述特定點的導(dǎo)電率并且記錄接收信號的變化來獲得。確切地，空間中的給定點的靈敏度可由以下方程6表示。在方程6中，s(x,y,z)表示坐標系(x,y,z)中的環(huán)形天線24的靈敏度，v(σ)表示針對導(dǎo)電率分布σ所接收的電壓，δσ(x,y,z)表示僅在點(x,y,z)處為非零值的微擾項；以及δσ是微擾項的大小。由于3維(3d)靈敏度圖可能難以形象化，因此2d靈敏度圖和對應(yīng)的1d靈敏度圖總體上用來例示環(huán)形天線的靈敏度。這些圖可根據(jù)以下方程提供。s(y,z)＝s(x,y,z)沿著x的積分s(x,z)＝s(x,y,z)沿著y的積分s(x,y)＝s(x,y,z)沿著z的積分(7)s(x)＝s(x,y,z)沿著y和z的雙積分s(y)＝s(x,y,z)沿著x和z的雙積分s(z)＝s(x,y,z)沿著x和y的雙積分(8)靈敏度研究已經(jīng)被執(zhí)行來比較環(huán)形天線24設(shè)置在牙輪鉆頭10上的若干不同位置的靈敏度。研究總體上集中在環(huán)形天線24的導(dǎo)電靈敏度上。然而，所公開的環(huán)形天線系統(tǒng)還對介質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)敏感，所述環(huán)形天線系統(tǒng)也可用來解出介電常數(shù)。還可能同時確定環(huán)形天線24的導(dǎo)電靈敏度和介電常數(shù)，如在現(xiàn)有導(dǎo)線電介質(zhì)工具中所執(zhí)行。某些環(huán)形天線位置在靈敏度研究過程中被考慮。返回到圖1，例示的鉆頭10突出設(shè)置在研究中所考慮的某些位置處的環(huán)形天線24。更確切地，鉆頭10可包括定位在以下位置中的每一個處的環(huán)形天線24：a1、a2、b1、b2和c。這些位置在圖1中被如下指定。a1對應(yīng)于若干環(huán)形天線390中的設(shè)置在牙輪14中的一個的12a位置中的一個。a2對應(yīng)于若干環(huán)形天線392中的設(shè)置在牙輪14中的另一個的12a位置中的一個。b1對應(yīng)于設(shè)置在12b位置中的兩個牙輪14之間的一個中的環(huán)形天線394。b2對應(yīng)于設(shè)置在另一個12b位置中的環(huán)形天線396，這個位置直接鄰近牙輪14中的一個定位。c對應(yīng)于圍繞鉆頭10設(shè)置在12c位置中的環(huán)形天線398。如圖所示，12a定位的環(huán)形天線390和392可彼此大致成120度定位，如圍繞鉆頭10的z軸線400所測量。用于靈敏度研究的環(huán)形天線390和392各自可具有相同的半徑。在例示的實施方案中，12b定位的環(huán)形天線394和396可彼此大致成90度，如圍繞z軸線400所測量。盡管這些位置a1、a2、b1、b2和c用于本發(fā)明的研究，可以類似的方式利用和研究其他位置以便確定發(fā)送天線和接收天線執(zhí)行所希望的功能的適當鉆頭位置。圖10例示圖，其示出作為接收器定位在位置a1處的環(huán)形天線的2d和1d靈敏度，如在靈敏度研究過程中所測量。類似地，圖11例示圖，其示出作為接收器定位在位置b1處的環(huán)形天線的2d和1d靈敏度。圖12例示圖，其示出作為接收器定位在位置c處的環(huán)形天線的2d和1d靈敏度。應(yīng)注意這些圖10-12所示的天線布置和鉆頭取向是僅出于例示目的使用的適當位置。在圖10-12中，單次1mhz頻率激勵用來驅(qū)動電線。地層的電阻率假定為10ωm。圖10示出收發(fā)器天線的靈敏度分布和軸向靈敏度分布兩者均包含在天線位置的1-2英寸內(nèi)。這由2d圖430中的相對接近鉆頭10定位的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖432所示的高靈敏度測量結(jié)果所指示。另外，x-y靈敏度圖430c和x-z靈敏度圖430b例示鉆頭一側(cè)、特別是牙輪與天線一起延伸的側(cè)面上的更高靈敏度。因此，此位置a1展現(xiàn)出相對高的方位靈敏度。此方位靈敏度在其中確定鉆頭一側(cè)上的電阻率是重要的某些背景中可能是合乎希望的。使用在a1位置中的接收天線的布置可尤其適用于非常膚淺的和方位電阻率測量結(jié)果。圖11示出收發(fā)器天線的靈敏度分布和軸向靈敏度分布兩者均包含在天線位置約1-2英寸內(nèi)，其類似于圖10。這由2d圖434中的相對接近鉆頭10定位的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖436所示的高靈敏度測量結(jié)果所指示。然而，由于設(shè)置在b1位置中的天線具有更小的天線大小，因此徑向方向(即，約鉆頭的z軸線)上的靈敏度總體上比來自a1的靈敏度膚淺。圖12示出收發(fā)器天線的靈敏度分布和軸向靈敏度分布兩者均包含在天線位置約5英寸內(nèi)，其比圖10和圖11大得多。這由2d圖438中的進一步遠離鉆頭10延伸的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖440所示的更寬間隔的靈敏度測量結(jié)果所指示。另外，例示的天線的c布置產(chǎn)生方位對稱的靈敏度分布，如x-y平面2d圖438c中所指示，這意味著所述靈敏度分布在圍繞鉆頭的z軸線的所有方向上總體上相同。因此，此特定天線配置不存在方位靈敏度。因此，此c布置配置可更加適用于更深且非方位感測應(yīng)用。圖13例示圖，其示出兩根天線(發(fā)送器-接收器)線圈系統(tǒng)的2d和1d靈敏度，其中一個環(huán)形天線定位在位置a1處，而另一根天線定位在位置a2處，如在靈敏度研究過程中所測量。類似地，圖14例示圖，其示出兩根天線(發(fā)送器-接收器)線圈系統(tǒng)的2d和1d靈敏度，其中一個環(huán)形天線定位在位置a1處，而另一根天線定位在位置b1處。圖15例示圖，其示出兩根天線(發(fā)送器-接收器)線圈系統(tǒng)的2d和1d靈敏度，其中一個環(huán)形天線定位在位置a1處，而另一根天線定位在位置c處。進一步地，圖16例示圖，其示出兩根天線(發(fā)送器-接收器)線圈系統(tǒng)的2d和1d靈敏度，其中一個環(huán)形天線定位在位置b1處，而另一根天線定位在位置b2處。再進一步地，圖17例示圖，其示出兩根天線(發(fā)送器-接收器)線圈系統(tǒng)的2d和1d靈敏度，其中一個環(huán)形天線定位在位置b1處，而另一根天線定位在位置c處。應(yīng)注意，由于電磁互易性，發(fā)送器和接收器的角色在這些實施方案中的每一個中可互換而不會影響例示的靈敏度分布。如前所述，這些圖13-17所示的天線布置和鉆頭取向是僅出于例示目的使用的適當位置。圖13示出a1-a2配置的靈敏度以兩條光線的形狀被傾斜聚焦，其具有約2-3英寸的調(diào)查深度。這由2d圖442中的接近鉆頭10的兩側(cè)定位的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖444所示的兩個峰值靈敏度測量結(jié)果所指示。由于a1-a2實施方案中的雙方位靈敏度焦點，此配置可能不適用于方位電阻率測量。圖14示出a1-b1配置的靈敏度以兩條光線的形狀被傾斜聚焦，其具有約2-3英寸的調(diào)查深度，其類似于圖13。這由2d圖446中的接近鉆頭10的兩側(cè)定位的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖448所示的兩個峰值靈敏度測量結(jié)果所指示。然而，兩條光線處于不同的軸向位置并且具有不同的長度，如由1d圖448所例示的大小峰值組合以及y-z平面2d圖446a中的黑暗部分的不同大小和延伸所例示。這是部分由于設(shè)置在a1和b1位置中的天線的不同相應(yīng)大小所致，以及由于這些天線以距鉆頭的z軸線不同距離放置所致。并且，由于雙方位靈敏度聚焦，此a1-b1配置可能不適用于方位解讀。圖15示出a1-c配置的靈敏度相對較深(5-10英寸)，其中具有某種小的方位靈敏度。這由2d圖450中的相對遠離鉆頭10的不同側(cè)面的黑暗部分所指示，所述黑暗部分在鉆頭的一側(cè)上比在另一側(cè)上延伸到更大的深度。此配置可適用于對泥漿體積(例如，對超過泥漿被泵送通過鉆頭到達的地層)作出穩(wěn)定的電阻率測量。然而，軸向電阻率測量的分辨率總體上局限于a1-c配置。圖16示出b1-b2配置的靈敏度以三條方位光線的形狀被聚焦，其具有僅約1-2英寸的調(diào)查深度。這由2d圖454中的相對接近鉆頭10的三側(cè)定位的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖456所示的多峰值靈敏度測量結(jié)果所指示。盡管方位分辨率由于覆蓋大致120度角的三條聚焦光線的原因而可能較低，但此配置可適用于進行膚淺的方位讀取。圖17示出b1-c配置的靈敏度分布為大致1-2英寸深。這由2d圖458中的總體上接近鉆頭10定位的黑暗部分、以及對應(yīng)的1d圖460所示的高峰值靈敏度測量結(jié)果所指示。此配置示出其他配置中的最大方位靈敏度，如由聚焦在x-y平面2d圖458c以及y軸線1d圖460a所示的鉆頭的一側(cè)上的高靈敏度所示。因此，b1-c配置可特別適用于在方位靈敏度比調(diào)查深度更重要的情況下使用。如圖10-17的圖所示，通常在視野深度與可通過設(shè)置在牙輪鉆頭10中的天線執(zhí)行的測量分辨率之間存在權(quán)衡。例如，以上參照圖10所描述的a1傳感器布置在距鉆頭相對小的距離內(nèi)具有相對高的靈敏度大小。因此，此傳感器布置可生成具有相對高的分辨率并且具有低視野深度的電阻率測量結(jié)果。相比之下，以上參照圖15所描述的a1-c傳感器布置在距鉆頭相對大的距離內(nèi)具有相對低的靈敏度大小。因此，此傳感器布置可生成在大的視野深度內(nèi)并且具有相對低分辨率的電阻率測量結(jié)果。根據(jù)地層的類型和有待收集的所希望的測量結(jié)果，可選擇具有合適天線布置的鉆頭以供操作。以下示出的表1列舉針對圖13-17的配置所測量的從發(fā)送器到接收器的直接信號大小。確定具有1amp激勵的單匝天線的這些信號大小，以及天線與鐵氧體襯墊114(如以上參照圖4所論述)之間的0.1英寸間隔。應(yīng)注意表1中所列舉的所有電壓大到足以使用標準測量系統(tǒng)進行檢測和測量，所述標準測量系統(tǒng)典型地對高達大致10nv是靈敏的。配置a1-a2a1-b1a1-cb1-b2b1-c電壓大小180.21μv13.71μv32.63μv45.10μv42.18μv表1上述環(huán)形天線可由電壓控制的或者電流控制的電路驅(qū)動。在一些實施方案中，控制電路可使用單頻、多頻或者具有任意瞬態(tài)信號的脈沖激勵來驅(qū)動天線?？筛鶕?jù)時間或者根據(jù)頻率進行測量。就時間測量而言，可記錄接收天線(或收發(fā)器)上的感應(yīng)電壓或感應(yīng)電流。所接收信號的相位可被稱為發(fā)送器或者任何其他任意時鐘。在不可獲得相位同步的情況下，只可使用幅值數(shù)據(jù)進行解讀?？赏ㄟ^將所接收信號與解讀表中的那些比較來執(zhí)行解讀。在一些實施方案中，解讀表可通過對天線進行建?；蛘咴趯嶒炇冶尘跋逻M行實驗構(gòu)造而成。就時間測量而言，解讀表可根據(jù)以下方程9所提出的進行構(gòu)造。在此方程中，ri表示序數(shù)i的電阻率并且vi(t1)表示序數(shù)i的對應(yīng)于時間t1的電壓。測量時間可基于所希望的調(diào)查深度進行選擇。也就是說，就膚淺測量而言，經(jīng)選擇時間可較小。就深度測量而言，經(jīng)選擇時間可更大。ri→vi(t1)(9)就頻率測量而言，解讀表可根據(jù)以下方程10-12所提出的進行構(gòu)造。在方程10中，ci(f1)是序數(shù)i的對應(yīng)于頻率f1的復(fù)合電流或電壓測量結(jié)果。ai(f1)是序數(shù)i的對應(yīng)于頻率f1的電流或電壓大小測量結(jié)果。pi(f1)是序數(shù)i的對應(yīng)于頻率f1的電流或電壓相位測量結(jié)果。測量頻率可基于所希望的調(diào)查深度進行選擇。也就是說，就膚淺測量而言，經(jīng)選擇頻率可較大。就深度測量而言，經(jīng)選擇頻率可更小?？衫脕磉M行測量的示例性頻率范圍包括100khz-10ghz。當電流保持恒定時，信號大小與頻率的平方成比例。信號的衰減可隨頻率按指數(shù)增大。因此，對于給定的電阻率測量，可存在最佳工作頻率。ri＝ci(f1)(10)ri＝ai(f1)(11)ri＝pi(f1)(12)上述解讀表可通過將牙輪鉆頭置于充滿不同鹽度水的水槽中來實驗性地計算。隨后可使用單獨的流體電阻率測量裝置進行電阻率測量ri以獲得每個鹽度值。隨后可進行對應(yīng)的測量vi(t1)、ci(f1)、ai(f1)、以及pi(f1)，并且將結(jié)果存儲在表中。此表稍后可用來使用上述測量值中的任一個來回算以獲得ri。此計算總體上稱為反解。在一些實施方案中，可使用迭代格式而不是反解以便校準并解出電阻率測量結(jié)果。在迭代格式中，在每次迭代下由于在輸入測量空間中的游動會獲得ri的更好估量。當測量結(jié)果與建模測量結(jié)果之間的失配達到所希望的更低閾值時，迭代可終止。本文所公開的實施方案包括：a.一種系統(tǒng)，其包括用于穿過地下地層鉆探井筒的牙輪鉆頭。所述牙輪鉆頭包括軸頸臂、可旋轉(zhuǎn)地耦接到所述軸頸臂的牙輪、以及第一環(huán)形天線，所述第一環(huán)形天線被設(shè)置在所述牙輪中以檢測指示所述地下地層或者所述地下地層中的人造結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟮哪繕恕㈦娮杪驶蜻吔绲拇拍芑螂姶拍?。b.一種鉆井系統(tǒng)，其包括牙輪鉆頭，所述牙輪鉆頭包括牙輪和至少一個環(huán)形天線，所述至少一個環(huán)形天線被設(shè)置在所述牙輪中以用于檢測來自地下地層或者人造結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟮拇拍芑螂姶拍?。所述鉆井系統(tǒng)還包括傳感器控制器，所述傳感器控制器被設(shè)置在所述牙輪鉆頭的外部并且被通信耦接到所述至少一個環(huán)形天線以便從所述至少一個環(huán)形天線接收指示所述監(jiān)測到的磁能或電磁能的信號。c.一種方法，其包括旋轉(zhuǎn)牙輪鉆頭的牙輪以便鉆探到地下地層中。所述方法還包括通過設(shè)置在所述牙輪中的第一環(huán)形天線接收從所述地下地層或者人造結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟀l(fā)散的磁能或電磁能的至少一部分。實施方案a、b和c中的每一個可具有組合的下面另外的要素中的一個或多個：元素1：還包括第二環(huán)形天線，其被設(shè)置在所述牙輪鉆頭中以充當用于所述第一環(huán)形天線的發(fā)送器或接收器。元素2：其中所述牙輪鉆頭還包括圍繞所述軸頸臂設(shè)置的鉆頭柄，其中所述第二環(huán)形天線設(shè)置在所述鉆頭柄上。元素3：其中所述牙輪鉆頭還包括用于將所述牙輪鉆頭耦接到另一個鉆井部件的主體，其中所述第二環(huán)形天線圍繞所述主體的圓周設(shè)置。元素4：其中所述第一環(huán)形天線形成圍繞所述牙輪的面的圓周路徑。元素5：其中所述第一環(huán)形天線以總體上循著所述牙輪的外面以及沿著圍繞所述牙輪的相對面的圓周路徑的環(huán)形的形狀切過所述牙輪的直徑。元素6：其中所述牙輪鉆頭還包括設(shè)置在所述牙輪與所述軸頸臂之間的滑環(huán)組件，以及電耦接在所述第一天線的相對端與所述滑環(huán)組件之間的一對導(dǎo)線。元素7：其中所述牙輪鉆頭還包括設(shè)置在所述牙輪鉆頭中以用于接收和處理通過所述第一天線輸出的信號的電子組件。元素8：其中所述電子組件設(shè)置在所述軸頸臂中。元素9：其中所述牙輪鉆頭還包括穿過所述軸頸臂設(shè)置的壓力平衡通道以及穿過所述壓力平衡通道布線以攜載指示所述地下地層或者穿過所述牙輪鉆頭的人造結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟮乃瞿繕?、電阻率或邊界的信號的電纜。元素10：其中所述牙輪鉆頭還包括圍繞所述牙輪中的所述第一環(huán)形天線設(shè)置的聚焦元件和鐵氧體部件。元素11：其中所述牙輪鉆頭包括三個牙輪并且其中所述第一天線設(shè)置在所述三個牙輪中的一個中。元素12：其還包括耦接到所述牙輪鉆頭的儀器接頭，其中所述傳感器控制器設(shè)置在所述儀器接頭中。元素13：其還包括將所述儀器接頭耦接到設(shè)置在所述儀器接頭上方的井底鉆具組件(bha)模塊的短距離遙測系統(tǒng)。元素14：其還包括通信耦接到所述傳感器控制器以便基于從所述至少一個環(huán)形天線接收到的所述信號調(diào)整所述鉆井系統(tǒng)的操縱的井下操縱控制器。元素15：其中所述牙輪鉆頭還包括用于在所述信號到達所述傳感器控制器之前濾波和/或數(shù)字化來自所述至少一個環(huán)形天線的所述信號的電子組件。元素16：其還包括通過第二環(huán)形天線將電磁能發(fā)送到所述地下地層中。元素17：其還包括輸出指示所述截獲的磁能或電磁能的信號；通過傳感器控制器接收所述信號；以及確定所述地下地層的一部分的電阻率并且基于所述確定的電阻率通過所述傳感器控制器輸出控制信號。盡管已詳細描述本公開及其優(yōu)點，但應(yīng)理解，可在不脫離如由所附權(quán)利要求書限定的本公開的精神和范圍的情況下，在本文中進行各種改變、替代和更改。當前第1頁12