[发明专利]用于井下器具的多轴天线和方法

说明书

本申请是名称为“用于井下器具的多轴天线和方法”、申请日为2009年3月13日、进入中国的申请号为200680055829.5、国际申请日为2006年9月15日、国际申请号为PCT/US2006/036009的分案申请。

技术领域

本发明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1示出根据本发明一些实施例的多轴天线系统；

图2A是根据本发明一些实施例的第一线圈和器具本体的功能图；

图2B示出根据本发明一些实施例的第一线圈、线轴和器具本体的横截面图；

图2C是根据本发明一些实施例的第二线圈和器具本体的功能图；

图2D是根据本发明一些实施例的第二线圈、线轴和器具本体的横截面图；

图2E示出根据本发明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示出根据本发明一些实施例的适用于多轴天线系统的线轴的立体图；

图3是根据本发明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发明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发明实施例涵盖那些权利要求的所有可得到的等效物。本发明的诸实施例在本文中单独或总括地由术语“发明”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发明或创新性概念，如果实际上披露了一个以上实施例的话。

图1示出根据本发明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，尽管本发明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，尽管本发明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，尽管本发明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，尽管本发明的范围不局限于这方面。