專利名稱：用于井下器具的多軸天線和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線系統(tǒng)和電磁傳感器。 一些實施例涉及地下構(gòu)成的測量。一
些實施例涉及隨鉆測量(麗D)作業(yè)。
背景
電磁傳感器經(jīng)常用于井下作業(yè)，包括在鉆探的同時測量地下構(gòu)成的物理特 性。許多這樣的電磁傳感器使用一個或更多個線圈以產(chǎn)生磁場。這些傳感器例
如包括所謂的感應(yīng)、傳播和核磁共振(醒R)器具，它們使用發(fā)揮天線作用的 一個或更多個線圈以產(chǎn)生和/或接收磁場。通常，為了獲得要求的性能，這些
器具帶有多組磁矢量朝向不同方向的線圈。這些傳統(tǒng)器具的一個問題在于它 們的本體通常由導(dǎo)電材料(例如金屬)制成，這使設(shè)置線圈并使其以最佳方式 工作變得困難。這些傳統(tǒng)器具的另一問題在于線圈具有不同尺寸，因此需要 對每個線圈的尺寸和位置作出單獨(dú)的校準(zhǔn)。這使從整體上精確地調(diào)諧和校準(zhǔn)線 圈系統(tǒng)變得困難。
因此，需要具有改善的線圈性能的電磁傳感器。還需要當(dāng)線圈設(shè)置在導(dǎo)電 本體時具有改善的線圈性能的電磁傳感器。還需要更容易調(diào)諧和校準(zhǔn)的、用于
井下器具的共同定位的天線。
附圖簡述


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的多軸天線系統(tǒng)；
圖2A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第一線圈和器具本體的功能圖2B示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第一線圈、線軸和器具本體的橫截面
圖2C是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第二線圈和器具本體的功能7圖2D是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第二線圈、線軸和器具本體的橫截面圖； 圖2E示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的多軸天線系統(tǒng)的線圈的諸個部分的立 體圖2F示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的適用于多軸天線系統(tǒng)的線軸的立體
圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的用于測量地下構(gòu)成的地下測量系統(tǒng)的功 能性框詳細(xì)說明
下面的說明和附圖充分闡述了本發(fā)明的具體實施例以使本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人 員能夠?qū)崿F(xiàn)它們。其它實施例可包括關(guān)于結(jié)構(gòu)、邏輯、電路、工藝和其它方面 的變化。 一些實施例的部分和特征可包含在其它實施例的部分和特征中或代替 之。權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明實施例涵蓋那些權(quán)利要求的所有可得到的等效 物。本發(fā)明的諸實施例在本文中單獨(dú)或總括地由術(shù)語"發(fā)明"表示，這只是為 了方便而不旨在將本申請的范圍限制于任何一個發(fā)明或創(chuàng)新性概念，如果實際 上披露了一個以上實施例的話。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的多軸天線系統(tǒng)。多軸天線系統(tǒng)100包括 至少兩個共同定位的線圈，這兩個線圈纏繞在環(huán)形(torroial bobbin)線軸 102周圍。每個線圈可沿相互正交的方向產(chǎn)生磁場。在一些實施例中，多軸線 圈系統(tǒng)100可包括通過線軸102的中央凹口 112纏繞在一部分線軸102周圍的 第一線圈104，以在電流流過第一線圈104時產(chǎn)生基本沿第一方向134的磁場。 多軸天線系統(tǒng)100也可包括通過中央凹口 112纏繞在線軸102的第二部分周圍 的第二線圈106，以在電流流過第二線圈106時產(chǎn)生基本沿第二方向136的磁 場。第二方向136可正交于第一方向134。
在一些實施例中，多軸天線系統(tǒng)100也可包括縱向纏繞在線軸102周圍的 第三線圈108，以在電流流過第三線圈108時產(chǎn)生基本沿第三方向138的磁場。 第三方向138可正交于第一方向134和第二方向136。
在一些實施例中，由于線圈104、 106和108的正交定位，線圈104、 106 和108之間的互感可明顯降低甚至接近于零，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在一些實施例中，第一方向134可以是圖示的x方向，第二方向136可以 是圖示的y方向，而第三方向138可以是圖示的z方向，盡管本發(fā)明的范圍不 局限于這方面。在一些實施例中，第一線圈104和第二線圈106可包括多組幀 形匝線而第三線圈108可包括螺線管。下文中將對這些實施例作更為詳細(xì)的描 述。
在一些實施例中，多軸天線系統(tǒng)100可用來發(fā)出沿不同方向的磁場，而在 其它實施例中，多軸天線系統(tǒng)100可用來接收來自不同方向的磁場。在一些實 施例中，與多軸天線系統(tǒng)IOO類似的一個或更多個多軸天線系統(tǒng)可用來發(fā)射磁 場，而與多軸天線系統(tǒng)IOO相似的其它一個或更多個多軸天線系統(tǒng)可用來感測 由發(fā)射天線產(chǎn)生的回歸磁場，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在一些其它 實施例中，多軸天線系統(tǒng)100可用來發(fā)送和接收磁場，盡管本發(fā)明的范圍不局 限于這方面。
在一些實施例中，天線系統(tǒng)100適于用作電磁傳感器。在一些實施例中， 天線系統(tǒng)100可充當(dāng)一部分的測井器具，例如多構(gòu)件感應(yīng)器具、傳播器具或核 磁共振(腿R)傳感器，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在一些這樣的實 施例中，可在隨鉆測量(MWD)作業(yè)、隨鉆測井(LWD)作業(yè)或纜線作業(yè)中使用 天線系統(tǒng)IOO，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些這樣的實施例中，中央凹口 112可基本呈圓形以接納井下器具的器 具本體120。器具本體120可包括金屬或其它導(dǎo)電材料。第一和第二方向134、 136可正交于器具軸線，所述器具軸線平行于第三方向138。在這些實施例中， 第一和第二方向134、 136可橫越過線軸102的軸線。
在一些實施例中，第一線圈104可相對第二線圈106成將近90度地設(shè)置 在線軸102上，而第一和第二線圈104、 106可如圖所示地在線軸102上相隔 圓心角105。第三線圈108可縱向纏繞在線軸102周圍以形成三個共同定位的 天線。在一些實施例中，可首先將第三線圈108纏繞在線軸102上，并其次將 線圈104、 106纏繞在線圈108周圍，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在 一些實施例中，線軸102可設(shè)有鍵以防止天線系統(tǒng)100相對器具本體120轉(zhuǎn)動 或滑動，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些選擇性實施例中，線軸102可帶有第一和第二線圈104、 106，而
9獨(dú)立的外部線軸可帶有第三線圈108，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在
這些實施例中，可獨(dú)立地調(diào)節(jié)和固定兩個線軸的軸線位置以為每個線軸的線圈
提供獨(dú)立的調(diào)諧。當(dāng)?shù)谝缓偷诙€圈104、 106尺寸相同時，則不需要獨(dú)立的 調(diào)諧線圈104、 106。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的器具本體的第一線圈的功能圖。圖2B示 出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第一線圈、線軸和器具本體的橫截面圖。如圖2A 和2B所示，第一線圈104可包括第一和第二部分114、 124?？衫p繞和連接第 一和第二部分114、 124以使流過部分114、 124的電流產(chǎn)生基本沿方向134的 合成磁場144。在一些實施例中，第一和第二部分114、 124可沿相反方向纏繞 以產(chǎn)生基本沿方向134的合成磁場144，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。 在其它實施例中，可沿相同方向纏繞第一和第二部分114、 124并沿相反方向 提供電流以產(chǎn)生基本沿方向134的合成磁場144，盡管本發(fā)明的范圍不局限于 這方面。線圈104由多個環(huán)形成，這些環(huán)可產(chǎn)生基本垂直于環(huán)平面的磁矩(即 沿磁場144的方向134)。為簡明起見，圖2A中未示出線軸102。
圖2C是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第二線圈和器具本體的功能圖。圖2D示 出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的第二線圈、線軸和器具本體的橫截面圖。如圖2C 和2D所示，第二線圈106可包括第三和第四部分116、 126?？衫p繞和連接第 三和第四部分116、 126來使流過部分116、 126的電流產(chǎn)生基本沿方向136的 合成磁場146。在一些實施例中，可沿相反方向纏繞第三和第四部分116、 126 以產(chǎn)生基本沿方向136的合成磁場146，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。 在其它實施例中，可沿相同方向纏繞第三和第四部分116、 126并沿相反方向 提供電流以產(chǎn)生基本沿方向136的合成磁場146，盡管本發(fā)明的范圍不局限于 這方面。線圈106由多個環(huán)形成，這些環(huán)可產(chǎn)生基本垂直于環(huán)平面的磁矩(即 沿磁場146的方向136)。為簡明起見，圖2C中未示出線軸102。
一并參照圖1和圖2A-2D，在一些實施例中，多軸天線系統(tǒng)IOO也可包括 第一穿過導(dǎo)線(thru-wires) 154以使第一線圈104的第一和第二部分114、 124電氣耦合。在這些實施例中，多軸天線系統(tǒng)也可包括第二穿過導(dǎo)線156以 使第二線圈106的第三和第四部分116、 126電氣耦合。在一些實施例中，可 捻合第一穿過導(dǎo)線154以形成使外部磁場最小的捻合線對。在一些實施例中，也可捻合第二穿過導(dǎo)線156以形成使外部磁場最小的捻合線對。在一些實施例
中，經(jīng)捻合的線對可穿過線軸102的溝槽，這將在下文中予以詳細(xì)說明。
在一些實施例中，第一穿過導(dǎo)線154可串聯(lián)地耦合第一和第二部分114、 124，而第二穿過導(dǎo)線156可串聯(lián)地耦合第三和第四部分116、 126，盡管本發(fā) 明的范圍不局限于這方面。在一些選擇性實施例中，第一穿過導(dǎo)線154可并聯(lián) 地耦合第一和第二部分114、 124，而第二穿過導(dǎo)線156可并聯(lián)地耦合第三和第 四部分116、 126，盡管其它組合方式也適用。
在一些實施例中，第一和第二線圈104、 106的尺寸和形狀可基本相同， 并且可以(例如相對器具本體120)共同定位在基本相同的縱向位置，盡管本 發(fā)明的范圍不局限于這方面。在這些實施例中，第一和第二線圈104、 106的 磁矩的原點(diǎn)可處于同一位置，這使第一和第二線圈104、 106的調(diào)諧和校準(zhǔn)能 夠更簡單和更快地實現(xiàn)。
在一些實施例中，線軸102可包括非導(dǎo)電和或絕緣的材料。在一些實施例 中，線軸102可由陶瓷材料、玻璃纖維、諸如聚醚醚酮的熱塑性塑料以及其它 塑料構(gòu)成，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些實施例中，天線系統(tǒng)IOO可受到射頻信號基本可透過的外殼或襯套 (未示出)的保護(hù)。外殼或襯套可由玻璃纖維或熱塑性塑料構(gòu)成，盡管其它材 料也適用。在一些選擇性實施例中，天線系統(tǒng)100的線圈104、 106和108可 在外殼或襯套中封裝在諸如橡膠或環(huán)氧樹脂的非導(dǎo)電材料內(nèi)，盡管本發(fā)明的范 圍不局限于這方面。在一些井下實施例中，可使外殼或襯套經(jīng)受壓力平衡處理 以補(bǔ)償井下的壓力，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些實施例中，線軸102可具有諸如鐵素體的高磁導(dǎo)率(y》鐵心， 盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。這些鐵心的磁導(dǎo)率可在一至幾千的范圍內(nèi) 變動。與傳統(tǒng)環(huán)形線圈不同，由于線圈104、106的纏繞方向和/或通過線圈104、 106的電流，在鐵心中環(huán)流著很小的磁通或者沒有磁通。
在一些實施例中，可改變提供給第一、第二和第三線圈104、 106和108 的電流的相位和/或振幅以分別在第一、第二和第三方向134、 136和138中產(chǎn) 生磁場。在這些實施例中，天線系統(tǒng)100能夠模擬用于井下作業(yè)的固定的傾斜 線圈天線系統(tǒng)，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在一些這樣的實施例中，每個線圈104、 106和108可工作在相同的一個或一組頻率下，盡管本發(fā)明的 范圍不局限于這方面。在一些這樣的傾斜線圈實施例中，可沿表示成三個正交 矢量、與之共線并橫越過LWD器具的軸線的方向來產(chǎn)生和/或感測磁場。在一 些實施例中，當(dāng)LWD器具轉(zhuǎn)動并進(jìn)入到巖層時，可通過多軸天線系統(tǒng)100來掃 描井孔附近的整個體積。在采用傳統(tǒng)傾斜線圈系統(tǒng)的一些情形下，LWD器具可 無轉(zhuǎn)動地進(jìn)入或離開巖層(例如在泥漿馬達(dá)動作的同時滑動)禾B/或LWD器具 的轉(zhuǎn)動可能太慢而無法對周圍介質(zhì)進(jìn)行充分的掃描。在這些情形下，傳統(tǒng)的傾 斜線圈系統(tǒng)變得低效率。為了幫助克服傳統(tǒng)傾斜線圈系統(tǒng)在滑動模式下的限 制，多軸天線系統(tǒng)100可通過用移動的相位信號驅(qū)動線圈104、 106和108來 實現(xiàn)磁場的虛擬轉(zhuǎn)動。在這些實施例中，可改變線圈104、 106和108中的電 流和/或移相來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些實施例中，可以時移(即時間移位)方式將信號提供給第一、第二 和第三線圈104、 106和108。在這些實施例中，可一次驅(qū)動線圈104、 106和 108中的一個，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些實施例中，線圈104、 106和108可包括多匝導(dǎo)線。在另外一些實 施例中，可通過將金屬跡線沉積在線軸102的表面上而制造線圈104、 106和 108。在一些其它實施例中，可通過蝕刻沉積在線軸102表面上的導(dǎo)電層而制 造線圈104、 106和108，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
在一些實施例中，線圈104禾P/或106的匝線可以是并聯(lián)的，而在其它實 施例中，匝線可以是串聯(lián)的。在又一些實施例中，可適用并聯(lián)和串聯(lián)的結(jié)合。 在一些實施例中，當(dāng)天線系統(tǒng)100是接收天線系統(tǒng)的一部分時，第一線圈104 的多個匝線可串聯(lián)而第二線圈106的多個匝線也可串聯(lián)。在一些實施例中，當(dāng) 天線系統(tǒng)100是發(fā)射天線系統(tǒng)的一部分時，第一線圈104的至少一些匝線可并 聯(lián)而第二線圈106的至少一些匝線可并聯(lián)。在一些實施例中，尤其當(dāng)天線系統(tǒng) 100是發(fā)射天線系統(tǒng)的一部分時，可選擇第一和第二線圈104、 106并聯(lián)的匝數(shù) 以匹配信號發(fā)生器或發(fā)射機(jī)的輸出阻抗，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
圖2E示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的多軸天線系統(tǒng)的線圈的諸個部分的立 體圖。如圖2E所示，線圈104可包括部分114和部分124。穿過導(dǎo)線154可使 第一線圈104的第一部分114和第二部分124電氣耦合。為簡明起見，在圖2E
12中未示出線軸102。
除了它們在線軸102上的位置以外，線圈106的部分116和126可基本相似，甚至可與圖2E所示的線圈104的第一和第二部分114、 124相同。如上所述，穿過導(dǎo)線154可以串聯(lián)或并聯(lián)中的任一構(gòu)型來連接部分114和124，以產(chǎn)生相同方向(即線圈104的方向134)的磁場。
圖2F示出根據(jù)本發(fā)明一些實施例的適用于多軸天線系統(tǒng)的線軸的立體圖。在這些實施例中，線軸102可以是單個單元并包括縱向溝槽214，用以容納第一線圈104 (圖1)的部分114 (圖2B)的匝線；縱向溝槽216，用以容納第二線圈106 (圖l)的部分116 (圖2D)的匝線；以及周向槽218，用以容納第三線圈108 (圖1)的匝線，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。多個溝槽的使用允許線圈更精確地纏繞，這將為線圈提供在諸如溫度、壓力和振動的不同環(huán)境條件下的額外的尺寸穩(wěn)定性。
在一些實施例中，線軸102也可包括穿過導(dǎo)線溝槽254和258，以允許穿過導(dǎo)線154 (圖2E)在線圈104和106的各部分之間穿過(圖l)。穿過導(dǎo)線溝槽254、 258如圖所示可比縱向溝槽214、 216禾口/或周向槽218更深，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在一些實施例中，溝槽214、 216、 218、 254和258可在線軸102表面上研磨而成，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。
線軸102可使線圈104、 106和108共同定位和纏繞而不會在它們的纏繞之間形成任何空間干涉。此外，線圈104、 106和108的共同定位使每個線圈磁矩的原點(diǎn)位于基本同一地點(diǎn)。線軸102的凹口 112可包括適于屏蔽的空間以利于防止由線圈104、 106和108產(chǎn)生的電磁場透過器具本體120。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的用于測量地下構(gòu)成的地下測量系統(tǒng)的功能性框圖。地下測量系統(tǒng)300可用來測量地表309以下的地下構(gòu)成310。地下測量系統(tǒng)300可包括井下器具301和地表設(shè)備322。井下器具301可包括發(fā)射天線302、接收天線304、信號發(fā)生電路306和系統(tǒng)控制器308。發(fā)射天線系統(tǒng)302可包括纏繞在環(huán)形線軸周圍的至少兩個共同定位的線圈。信號發(fā)生電路306可將信號提供給發(fā)射天線系統(tǒng)302的線圈，以產(chǎn)生相互正交方向的磁場。在一些實施例中，例如多軸天線系統(tǒng)100 (圖1)的多軸天線系統(tǒng)適于用作發(fā)射天線系統(tǒng)302和/或接收天線系統(tǒng)304，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在發(fā)射和接收采用獨(dú)立天線系統(tǒng)的這些實施例中，發(fā)射和接收天線系統(tǒng)302和304 可位于圖3所示器具本體120的鄰近部分，盡管這不是必需的。
在一些實施例中，信號發(fā)生電路306可將具有可變振幅和/或相位的電流 提供給發(fā)射天線系統(tǒng)302的線圈以產(chǎn)生沿傾斜方向的磁矢量，從而模擬傾斜的 線圈天線系統(tǒng)。在一些其它的實施例中，信號發(fā)生電路306可將具有移位相位 的信號提供給發(fā)射天線系統(tǒng)302的線圈來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，盡管本發(fā)明的范圍不 局限于這方面。在井下作業(yè)中，井下器具301可位于井孔302內(nèi)的器具本體120 上。
在一些實施例中，發(fā)射天線系統(tǒng)302產(chǎn)生入射到地下構(gòu)成310上的磁場， 而接收天線系統(tǒng)304可從地下構(gòu)成310接收返回的磁場。在這些實施例中，系 統(tǒng)控制器308可處理返回的磁場并進(jìn)一步將控制信號提供給信號發(fā)生電路 306，以通過發(fā)射天線系統(tǒng)302控制入射磁場的產(chǎn)生。
在一些實施例中，發(fā)射天線系統(tǒng)302可包括第一和第二發(fā)射天線線圈。第 一發(fā)射天線線圈的至少一些匝線可以是并聯(lián)的而第二發(fā)射天線線圈的至少一 些匝線也可以是并聯(lián)的，盡管本發(fā)明的范圍不局限于這方面。在這些實施例中， 接收天線系統(tǒng)304也可包括第一和第二接收天線線圈。第一接收天線的匝線可 以是串聯(lián)的，而第二接收天線線圈的匝線也可以是串聯(lián)的，盡管本發(fā)明的范圍 不局限于這方面。
盡管地下測量系統(tǒng)300被圖示為具有若干獨(dú)立的功能性單元，然而一個或 更多個功能單元可相互組合或通過例如包括數(shù)字信號處理器(DSP)的處理單 元之類的軟件配置單元和/或其它硬件單元的組合來實現(xiàn)。例如， 一些單元可 包括一個或更多個微處理器、DSP、專用集成電路(ASIC)和實現(xiàn)至少本文所 述功能的各種硬件和邏輯電路的組合。在一些實施例中，地下測量系統(tǒng)300的 功能單元指運(yùn)行在一個或更多個處理單元上的一個或更多個進(jìn)程。
為了符合要求使讀者確定技術(shù)公布的屬性和要旨的摘要的款項37C.F.R 部分1.72(b)，提供摘要。要理解，摘要不用來限制或解釋權(quán)利要求書的范圍 或意義。在前面的詳細(xì)說明中，各個特征有時被一起分入一個實施例以使公布 內(nèi)容精簡。公布的這種方法不被解釋成反映這樣一個意圖即所要求的主題事 項的實施例需要用到比每個權(quán)利要求中明示的特征更多的特征。相反，如下列權(quán)利要求所反映的那樣，本發(fā)明可通過比一個公布的實施例的所有特征更少的 特征來實現(xiàn)。因此，下面的權(quán)利要求在此包含于詳細(xì)說明中，每個權(quán)利要求作 為獨(dú)立的較佳實施例而自行存在。
權(quán)利要求
1. 一種具有共同定位的線圈的多軸天線系統(tǒng)，包括通過線軸的中央凹口設(shè)置在環(huán)形線軸的一部分周圍的第一線圈，以在電流流過所述第一線圈時產(chǎn)生基本沿第一方向的磁場；通過中央凹口設(shè)置在線軸的第二部分周圍的第二線圈，以在電流流過所述第二線圈時產(chǎn)生基本沿第二方向的磁場，所述第二方向正交于所述第一方向；以及縱向設(shè)置在所述線軸周圍的第三線圈，以在電流流過第三線圈時產(chǎn)生基本沿第三方向的磁場，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。
2. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有所述中央凹口以接納 井下器具的器具本體；其中所述第一和第二方向正交于器具軸線，所述器具軸線處于第三方向； 并且所述第一和第二方向相對于所述環(huán)形線軸沿徑向延伸。
3. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述第一線圈相對所述第 二線圈成將近卯度地設(shè)置在所述線軸上，其中所述第一和第二線圈在所述線軸上分隔開；并且所述第三線圈縱向地纏繞在所述線軸周圍，所述第三線圈與所述線軸的第 一部分和第二部分重疊以提供三個共同定位的天線。
4. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述第一線圈包括設(shè)置在 所述線軸相對兩側(cè)上的第一和第二部分，以在電流流過所述第一線圈時產(chǎn)生沿 第一方向的磁場；并且其中所述第二線圈包括設(shè)置在所述線軸第二相對兩側(cè)上的第三和第四部分，以在電流流過所述第二線圈時產(chǎn)生沿第二方向的磁場。
5. 如權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二和第三線 圈包括纏繞在所述線軸周圍的導(dǎo)線。
6. 如權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二和第三線 圈中的至少一個包括沉積在所述線軸上的金屬跡線。
7. 如權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，還包括 電氣耦合所述第一線圈的第一和第二部分的第一穿過導(dǎo)線；以及電氣耦合所述第二線圈的第三和第四部分的第二穿過導(dǎo)線， 其中所述第一穿過導(dǎo)線形成捻合線對并串聯(lián)地耦合所述第一和第二部分， 并且所述第二穿過導(dǎo)線形成捻合線對并串聯(lián)地耦合所述第三和第四部分。
8. 如權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，還包括 電氣耦合所述第一線圈的第一和第二部分的第一穿過導(dǎo)線；以及 電氣耦合所述第二線圈的第三和第四部分的第二穿過導(dǎo)線； 其中所述第一穿過導(dǎo)線形成捻合線對且并聯(lián)地耦合所述第一和第二部分，并且所述第二穿過導(dǎo)線形成捻合線對且并聯(lián)地耦合所述第三和第四部分。
9. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二線圈的尺 寸和形狀基本相同，且共同定位在基本相同的縱向位置，并且其中所述線軸包括用來容納所述線圈的繞組的多個溝槽。
10. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述線軸由非導(dǎo)電材料 構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述線軸具有高磁導(dǎo)率 Ur)鐵心。
12. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，信號可在所述第一、第 二和第三線圈上變化以產(chǎn)生相對所述第一、第二和第三方向傾斜的磁場矢量， 從而模擬傾斜線圈。
13. —種用于測量地下構(gòu)成的地下測量系統(tǒng)，包括天線系統(tǒng)，包括設(shè)置在環(huán)形線軸周圍的至少兩個共同定位的線圈；以及 將信號提供給所述線圈以沿相互正交的方向產(chǎn)生磁場的信號發(fā)生電路。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)生電路改變發(fā)送 至所述線圈的信號以產(chǎn)生傾斜的磁場矢量，用來模擬傾斜的線圈。
15. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)生電路將具有移 位相位的電流提供給所述線圈以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
16. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)生電路以時移方 式將信號提供給所述第一、第二和第三線圈。
17. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述天線系統(tǒng)是用來產(chǎn)生入 射到地下構(gòu)成的磁場的發(fā)射天線系統(tǒng)，并且其中所述系統(tǒng)還包括用來從所述地下構(gòu)成接收返回的磁場的接收天線系統(tǒng)。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射天線系統(tǒng)包括第一 和第二發(fā)射天線線圈，所述第一發(fā)射天線線圈的至少一些匝線是并聯(lián)的，而所 述第二發(fā)射天線線圈的至少一些匝線也是并聯(lián)的；并且所述接收天線系統(tǒng)包括第一和第二接收天線線圈，所述第一接收天線線圈 的匝線是串聯(lián)的，而所述第二接收天線線圈的匝線也是串聯(lián)的。
19. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述天線系統(tǒng)包括 通過所述線軸的中央凹口設(shè)置在環(huán)形線軸的一部分周圍的第一線圈，以在電流流過所述第一線圈時產(chǎn)生基本沿第一方向的磁場；通過所述中央凹口設(shè)置在線軸的第二部分周圍的第二線圈，以在電流流過 所述第二線圈時產(chǎn)生基本沿第二方向的磁場，所述第二方向正交于所述第一方 向；以及縱向地設(shè)置在所述線軸周圍的第三線圈，以在電流流過所述第三線圈時產(chǎn) 生基本沿第三方向的磁場，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中央凹口接納井下器具 的器具本體；其中所述第一和第二方向正交于器具軸線，所述器具軸線處于第三方向； 并且所述第一和第二方向相對于所述環(huán)形線軸沿正交的徑向延伸。
21. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一線圈相對所述第二 線圈成將近90度地設(shè)置在所述線軸上，其中所述第一和第二線圈在所述線軸上分隔開，并且所述第三線圈縱向地纏繞在所述線軸周圍，所述第三線圈與所述線軸的第 一部分和第二部分重疊以提供三個共同定位的天線，這三個天線具有基本共同定位的磁矩原點(diǎn)。
22. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一線圈包括設(shè)置在所 述線軸相對兩側(cè)上的第一和第二部分，以在電流流過所述第一線圈時產(chǎn)生沿第 一方向的磁場；并且其中所述第二線圈包括設(shè)置在所述線軸第二相對兩側(cè)上的第三和第四部 分，以在電流流過所述第二線圈時產(chǎn)生沿第二方向的磁場。
23. —種多軸天線系統(tǒng)，包括設(shè)置在環(huán)形線軸周圍的至少兩個共同定位的線圈，每個線圈產(chǎn)生沿相互正交方向的磁場。
24. 如權(quán)利要求23所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述線軸具有中央凹口， 并且其中多個共同定位的線圈包括下面內(nèi)容中的至少兩個具有設(shè)置在所述線軸的相對兩側(cè)的第一和第二部分并通過所述中央凹口的 第一線圈，以在電流流過所述第一線圈時產(chǎn)生基本沿第一方向的磁場；具有設(shè)置在所述線軸的第二相對兩側(cè)的第三和第四部分并通過所述中央凹 口的第二線圈，以在電流流過所述第二線圈時產(chǎn)生基本沿第二方向的磁場，所 述第二方向正交于所述第一方向；以及縱向地設(shè)置在所述線軸周圍的第三線圈，以在電流流過所述第三線圈時產(chǎn) 生基本沿第三方向的磁場，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。
25. 如權(quán)利要求24所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述中央凹口用來接納 井下器具的器具本體，其中所述第一和第二方向正交于所述器具本體的器具軸線，所述器具軸線 處于第三方向；并且所述第一和第二方向正交于所述環(huán)形線軸的徑向。
26. 如權(quán)利要求24所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述第一線圈相對所述 第二線圈成將近90度地設(shè)置在所述線軸上，其中所述第一和第二線圈在所述線軸上分隔開，并且 所述第三線圈縱向地纏繞在所述線軸周圍，所述第三線圈與所述線軸的第 一部分和第二部分重疊以提供三個共同定位的天線。
27. 如權(quán)利要求23所述的天線系統(tǒng)，其特征在于，選擇提供給所述第一、第二和第三線圈的信號以產(chǎn)生相對所述第一、第二和第三方向傾斜的磁場矢 量，以模擬傾斜線圈。
28. —種測量地下構(gòu)成的方法，包括將信號提供給第一、第二和第三線圈以產(chǎn)生沿相互正交方向的磁場， 其中，這些線圈中的至少兩個是設(shè)置在環(huán)形線軸周圍的共同定位的線圈。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括選擇提供給所述第一、 第二和第三線圈的信號以產(chǎn)生相對所述第一、第二和第三方向傾斜的磁場矢 量，用以模擬傾斜線圈。
30. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括將信號以時移方式提 供給所述第一、第二和第三線圈。
31. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括將具有移位相位的電 流提供給所述第一、第二和第三線圈以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
32. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一線圈通過線軸的中 央凹口纏繞在環(huán)形線軸的一部分周圍，以在電流流過所述第一線圈時產(chǎn)生基本 沿第一方向的磁場；所述第二線圈通過中央凹口纏繞在線軸的第二部分周圍，以在電流流過所 述第二線圈時產(chǎn)生基本沿第二方向的磁場，所述第二方向正交于所述第一方 向；并且所述第三線圈縱向設(shè)置在所述線軸周圍，以在電流流過所述第三線圈時產(chǎn) 生基本沿第三方向的磁場，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。
全文摘要
本文公開了多軸天線系統(tǒng)和測量地下構(gòu)成的系統(tǒng)的實施例。還描述和要求了其它的實施例。在一些實施例中，該多軸天線系統(tǒng)包括纏繞在環(huán)形線軸周圍的至少兩個共同定位的線圈。各線圈產(chǎn)生沿相互正交方向的磁場?？烧{(diào)節(jié)提供給線圈的信號以模擬傾斜線圈天線系統(tǒng)。
文檔編號H01Q7/08GK101536252SQ200680055829
公開日2009年9月16日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者S·可尼茨尼克 申請人:哈里伯頓能源服務(wù)公司