用于井下器具的多轴天线和方法技术

本发明专利技术公开了多轴天线系统和测量地下构成的系统的实施例。还描述和要求了其它的实施例。在一些实施例中，该多轴天线系统包括缠绕在环形线轴周围的至少两个共同定位的线圈。各线圈产生沿相互正交方向的磁场。可调节提供给线圈的信号以模拟倾斜线圈天线系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线系统和电磁传感器。一些实施例涉及地下构成的测量。一些实施例涉及随钻测量(MWD)作业。背景电磁传感器经常用于井下作业，包括在钻探的同时测量地下构成的物理特性。许多这样的电磁传感器使用一个或更多个线圈以产生磁场。这些传感器例如包括所谓的感应、传播和核磁共振(NMR)器具，它们使用发挥天线作用的一个或更多个线圈以产生和/或接收磁场。通常，为了获得要求的性能，这些器具带有多组磁矢量朝向不同方向的线圈。这些传统器具的一个问题在于它们的本体通常由导电材料(例如金属)制成，这使设置线圈并使其以最佳方式工作变得困难。这些传统器具的另一问题在于线圈具有不同尺寸，因此需要对每个线圈的尺寸和位置作出单独的校准。这使从整体上精确地调谐和校准线圈系统变得困难。因此，需要具有改善的线圈性能的电磁传感器。还需要当线圈设置在导电本体时具有改善的线圈性能的电磁传感器。还需要更容易调谐和校准的、用于井下器具的共同定位的天线。附图简述图I示出根据本专利技术一些实施例的多轴天线系统；图2A是根据本专利技术一些实施例的第一线圈和器具本体的功能图；图2B示出根据本专利技术一些实施例的第一线圈、线轴和器具本体的横截面图；图2C是根据本专利技术一些实施例的第二线圈和器具本体的功能图；图2D是根据本专利技术一些实施例的第二线圈、线轴和器具本体的横截面图；图2E示出根据本专利技术一些实施例的多轴天线系统的线圈的诸个部分的立体图；图2F示出根据本专利技术一些实施例的适用于多轴天线系统的线轴的立体图；图3是根据本专利技术一些实施例的用于测量地下构成的地下测量系统的功能性框图；详细说明下面的说明和附图充分阐述了本专利技术的具体实施例以使本领域内技术人员能够实现它们。其它实施例可包括关于结构、逻辑、电路、工艺和其它方面的变化。一些实施例的部分和特征可包含在其它实施例的部分和特征中或代替之。权利要求中阐述的本专利技术实施例涵盖那些权利要求的所有可得到的等效物。本专利技术的诸实施例在本文中单独或总括地由术语“专利技术”表示，这只是为了方便而不旨在将本申请的范围限制于任何一个专利技术或创新性概念，如果实际上披露了一个以上实施例的话。图I示出根据本专利技术一些实施例的多轴天线系统。多轴天线系统100包括至少两个共同定位的线圈，这两个线圈缠绕在环形(torroial bobbin)线轴102周围。每个线圈可沿相互正交的方向产生磁场。在一些实施例中，多轴线圈系统100可包括通过线轴102的中央凹口 112缠绕在一部分线轴102周围的第一线圈104，以在电流流过第一线圈104时产生基本沿第一方向134的磁场。多轴天线系统100也可包括通过中央凹口 112缠绕在线轴102的第二部分周围的第二线圈106，以在电流流过第二线圈106时产生基本沿第二方向136的磁场。第二方向136可正交于第一方向134。在一些实施例中，多轴天线系统100也可包括纵向缠绕在线轴102周围的第三线圈108，以在电流流过第三线圈108时产生基本沿第三方向138的磁场。第三方向138可正交于第一方向134和第二方向136。在一些实施例中，由于线圈104、106和108的正交定位，线圈104、106和108之间的互感可明显降低甚至接近于零，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些实施例中，第一方向134可以是图示的X方向，第二方向136可以是图示的y方向，而第三方向138可以是图示的z方向，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些实施例中，第一线圈104和第二线圈106可包括多组帧形匝线而第三线圈108可包括螺线管。下文中将对这些实施例作更为详细的描述。在一些实施例中，多轴天线系统100可用来发出沿不同方向的磁场，而在其它实施例中，多轴天线系统100可用来接收来自不同方向的磁场。在一些实施例中，与多轴天线系统100类似的一个或更多个多轴天线系统可用来发射磁场，而与多轴天线系统100相似的其它一个或更多个多轴天线系统可用来感测由发射天线产生的回归磁场，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些其它实施例中，多轴天线系统100可用来发送和接收磁场，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些实施例中，天线系统100适于用作电磁传感器。在一些实施例中，天线系统100可充当一部分的测井器具，例如多构件感应器具、传播器具或核磁共振(NMR)传感器，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些这样的实施例中，可在随钻测量(MWD)作业、随钻测井(LWD)作业或缆线作业中使用天线系统100，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些这样的实施例中，中央凹口 112可基本呈圆形以接纳井下器具的器具本体120。器具本体120可包括金属或其它导电材料。第一和第二方向134、136可正交于器具轴线，所述器具轴线平行于第三方向138。在这些实施例中，第一和第二方向134、136可横越过线轴102的轴线。在一些实施例中，第一线圈104可相对第二线圈106成将近90度地设置在线轴102上，而第一和第二线圈104、106可如图所示地在线轴102上相隔圆心角105。第三线圈108可纵向缠绕在线轴102周围以形成三个共同定位的天线。在一些实施例中，可首先将第三线圈108缠绕在线轴102上，并其次将线圈104、106缠绕在线圈108周围，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些实施例中，线轴102可设有键以防止天线系统100相对器具本体120转动或滑动，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在一些选择性实施例中，线轴102可带有第一和第二线圈104、106，而独立的外部线轴可带有第三线圈108，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在这些实施例中，可独立地调节和固定两个线轴的轴线位置以为每个线轴的线圈提供独立的调谐。当第一和第二线圈104、106尺寸相同时，则不需要独立的调谐线圈104、106。图2A是根据本专利技术一些实施例的器具本体的第一线圈的功能图。图2B示出根据本专利技术一些实施例的第一线圈、线轴和器具本体的横截面图。如图2A和2B所示，第一线圈104可包括第一和第二部分114、124。可缠绕和连接第一和第二部分114、124以使流过部分114、124的电流产生基本沿方向134的合成磁场144。在一些实施例中，第一和第二部分114、124可沿相反方向缠绕以产生基本沿方向134的合成磁场144，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在其它实施例中，可沿相同方向缠绕第一和第二部分114、124并沿相反方向提供电流以产生基本沿方向134的合成磁场144，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。线圈104由多个环形成，这些环可产生基本垂直于环平面的磁矩(即沿磁场144的方向134)。为简明起见，图2A中未示出线轴102。图2C是根据本专利技术一些实施例的第二线圈和器具本体的功能图。图2D示出根据本专利技术一些实施例的第二线圈、线轴和器具本体的横截面图。如图2C和2D所示，第二线圈106可包括第三和第四部分116、126。可缠绕和连接第三和第四部分116、126来使流过部分116、126的电流产生基本沿方向136的合成磁场146。在一些实施例中，可沿相反方向缠绕第三和第四部分116、126以产生基本沿方向136的合成磁场146，尽管本专利技术的范围不局限于这方面。在其它实施例中，可沿相同方向缠绕第三和第四部分116、126并沿相反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量地下构成的地下测量系统，所述系统包括：环形线轴，所述环形线轴包括用来容纳线圈绕组的沟槽；第一线圈，所述第一线圈包括设置在第一相对的部分周围的相对的分段，以产生基本沿第一方向的磁场，所述第一线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中；第二线圈，所述第二线圈包括设置在线轴的第二相对部分周围的相对的分段，以产生基本沿第二方向的磁场，所述第二方向正交于所述第一方向,所述第二线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中；以及第三线圈，所述第三线圈设置在所述线轴上，以产生基本沿第三方向的磁场，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量地下构成的地下测量系统，所述系统包括环形线轴，所述环形线轴包括用来容纳线圈绕组的沟槽；第一线圈，所述第一线圈包括设置在第一相对的部分周围的相对的分段，以产生基本沿第一方向的磁场，所述第一线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中； 第二线圈，所述第二线圈包括设置在线轴的第二相对部分周围的相对的分段，以产生基本沿第二方向的磁场，所述第二方向正交于所述第一方向，所述第二线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中；以及第三线圈，所述第三线圈设置在所述线轴上，以产生基本沿第三方向的磁场，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。2.如权利要求I所述的地下测量系统，其特征在于，所述第三线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中。3.如权利要求2所述的地下测量系统，其特征在于，所述线轴的沟槽使第一、第二和第三线圈共同定位和缠绕而不会在它们的缠绕之间形成任何空间干涉。4.如权利要求3所述的地下测量系统，其特征在于，所述第一、第二和第三线圈共同定位成使所述第一、第二和第三线圈的各自磁矩各自具有的原点基本上处于同一位置。5.如权利要求I所述的地下测量系统，其特征在于，对应于第一线圈和第二线圈的线轴的沟槽是周向槽。6.如权利要求5所述的地下测量系统，其特征在于，对应于第三线圈的线轴的沟槽是纵向沟槽。7.如权利要求I所述的地下测量系统，其特征在于，所述线轴包括穿过导线沟槽，以允许穿过导线在第一线圈的相对的分段之间和在第二线圈的相对的分段之间穿过。8.如权利要求7所述的地下测量系统，其特征在于，穿过导线沟槽比容纳线圈绕组的沟槽更深。9.如权利要求I所述的地下测量系统，其特征在于，还包括电气耦合所述第一线圈的相对的分段的第一穿过导线，所述第一穿过导线形成并联地耦合所述第一线圈的相对的分段的捻合线对，以及电气耦合所述第二线圈的相对的分段的第二穿过导线，所述第二穿过导线形成并联地耦合所述第二线圈的相对的分段的捻合线对。10.如权利要求I所述的地下测量系统，其特征在于，还包括信号发生电路，以改变至第一、第二和第三线圈的信号，以产生相对第一、第二和第三方向倾斜的的磁场矢量，从而模拟倾斜的线圈。11.如权利要求10所述的地下测量系统，其特征在于，所述信号发生电路构造成将具有移位相位的电流提供给相应线圈来产生旋转磁场。12.如权利要求I所述的地下测量系统，其特征在于，所述中央凹口接纳井下器具的器具本体。13.一种多轴天线系统，其线轴包括环形本体，所述环形本体形成用来容纳线圈绕组的沟槽；第一线圈，所述第一线圈包括设置在第一相对的部分周围的相对的分段，以产生基本沿第一方向的磁场，所述第一线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中；第二线圈，所述第二线圈包括设置在线轴的第二相对部分周围的相对的分段，以产生基本沿第二方向的磁场，所述第二方向正交于所述第一方向，所述第二线圈的绕组容纳在所述线轴的相应沟槽中；以及第三线圈，所述第三线圈设置在所述线轴上，以产生基本沿第三方向的磁场，所述第三方向正交于所述第一和第二方向。14.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·可尼茨尼克，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：