CN1011353B - 勘测地层结构用的微感应装置 - Google Patents

Abstract

一种通过钻孔采用微感应技术来勘测地层结构的附着于孔壁上的装置包括一个安设在沿钻孔壁滑动的细长体内的天线装置。天线装置包括第一天线元件及第二、第三天线元件，后二者的位置及方向与第一天线元件为电磁对称，包括了分别与第二及第三天线元件相结合的装置。不论是第一天线元件或者是分别结合的第二及第三天线元件都可通电作为传送器，其余的则作为指示特征信号的接收器。其它的变化包括一个为电磁能聚焦的导体，一个使半回路天线元件起动的导体后面板，以及一个能改进天线装置操作的准静电屏蔽。

Description

本发明涉及经过钻孔测量地层结构的一种或多种特征所采用的方法及高分辨率装置，更为特别的是经过钻孔测量地层结构的一种或多种特征来决定这些地层基床的磁倾角、方位角的方法及其高分辨率装置。

对油、气钻探最有价值的工具之一是磁倾角测试仪。在勘探及钻孔程序发展两方面磁倾角测试仪能提供正确的结构及分层信息。随着磁倾角测试仪工具设计、磁带录音、机器的计算机化及描述方法的发展，使得认识诸如结构磁倾角，断层，不相称，障碍，沟槽及矿脉等地貌变成可能，此外沉积及挤出方向也可以预测。当同其他钻井的资料合并在一起时，磁倾角测试仪的信号还可帮助建立所研究地区的全部结构及分层图。

聚焦电流式的磁倾角测试仪特别易被电缆测井工业所接收，用于导电液体钻的钻孔测井中。聚焦电流磁倾角测试仪工具使用至少三个，普通是四个底座，每个包含一个或多个电极用以将聚焦电流束发射至相邻地层，每个电极的电流与相邻地层的导电率成比例。聚焦电流磁倾角测试仪的描述见多尔（Doll）的美国专利No.3，060，373，1962年10月23日公开;加里略等人（Cailliau）的美国专利No.4，251，773，1981年2月17日公开;及克拉弗（Clavier）的美国专利No.4，334，271，1982年6月8日公开，这些仪器在合理的测井速度时能完成好的垂直分辨能力。微电阻率传感器用在其中的一些工具上其分辨力可精确到0.2英寸。

磁倾角测试仪，特别是高分辨力聚焦电流磁倾角测试仪测得的大量资料，配合计算机可更有效的发挥作用，例如适当的提供相关技术的计算机，其描述见克拉弗（Clauier）等人的美国专利No.384，748，1982年9月7日公开，及陈（Chan）的美国专利No.4，355，357，1982年10月19日公开，改进磁倾角的测定可通过采用其他的计算机技术来得到，其描述见美国专利申请序号No.383，159，1982年5月28日提交。

关于导电液体钻孔中的磁倾角测试仪还推荐了其他的型式，包括电-环形式，其描述见高登因（Gondouin）的美国专利No.2，987，668，1961年6月6日公开，但它们没有一个得到象聚焦电流工具这样的被普遍采用。

可惜的是，电磁倾角测试仪，包括聚焦电流的型式并不是都能圆满的使用在采用非导电液体如空气或油基泥浆所钻的钻孔中，电磁倾角测试仪需要一个导电介质来允许电流从电极系统流至地层，这种导电介质在用空气及油基泥浆所钻的钻孔中就不存在。

为了得到用非导电液体钻井内的磁倾角资料，采用了各种应用安置底座的电极的近似法，其中一个近似法的例子是多尔（Doll）的美国专利No.2，749，503，1956年6月5日公开，较近的有（Colvert）的美国专利No.3，973，181，1976年8月3日发行，采用高频电磁能去量度从一个电极结合到地层的容量。另一个近似法，被描述在题为“用于非导电液体中的新磁倾角测试仪测井工具”文中，著者冯斯（Fons），油及气期刊，1966年8月1日发行124-26页，其中主张采用刀式单电极触点电极与地层直接接触。

有的取得非导电流体钻井中的磁倾角资料的近似法是所有电极都不用，讨论到应用安设底座的声 换能器的声学技术，例如，格雷（Grine）的美国专利No.3，376，950，1968年4月9日公开，希瓦兹（Schwartz）的美国专利No.3，526，874，1970年9月1日公开，及戴希等人（Desai）的美国专利No.3，564，814，1971年2月23日公开。一个电磁波测井磁倾角测试仪发表在米多（Meador）的美国专利No.4，422，043上，1983年12月20日公开。

此外，以感应测井理论为基础的技术曾被推荐用安设心轴线圈或安设底座的线圈来量度磁倾角，如多尔（Doll）的美国专利No.2，582，314，1952年1月15日公开，其中指出，在一般的感应测井中，由一个或数个励磁感应线圈所形成的振荡磁场在钻孔周围地层中感应电流，这些电流然后通过次级磁场促成在一个或多个接收线圈中产生感应电压。接收信号的分部电压与传送器电流同相，叫做R信号，近似的与地层导电率成比例。

当在匀质的钻孔中，操作心轴工具时，所产生的地电流回路与传送器初线磁场产生的初线电场重合，因此，地回路与接收及传送线圈及钻孔是同轴线。在周围地层结构的某些条件下，如基床倾斜，断裂，则地电流回路偏离重叠的轴线。这种现象发生在心轴式感应磁倾角测试仪中，在早期的一个心轴感应磁倾角测试仪中，有一个线圈阵在机械的旋转，使接收器信号在线圈阵同样转动频率下产生调制分量，这个调制分量经过处理得到磁倾角，磁倾角方位角或各向异性。更近一些推荐采用机械被动感应线圈阵的技术去测量地层磁倾角，磁倾角方位角，或各向异性。这种型式的系统如兰其（Runge）的美国专利No.3，808，520，1974年4月30日公开，摩朗（Moran）的美国专利No.4，302，723，1981年11月24日公开，及塞格斯曼（Segesman）的美国专利No.4，360，777，1982年11月23日公开。

其他的感应技术用安设底座的装置以产生磁场及传感转换器来测量如导电率，磁化率及介电常数等特性及地层磁倾角，一个较早的系统描述在史特勃林（Stripling）的美国专利No.3，388，323中，1968年6月11日公开，史特勃林仪器包括支撑在钻孔壁上，沿圆周布置的三个传感器。每个传感器建立并传感一个包括一个初级磁场及一个次级磁场的组合磁场。对传感信号用相分离，以量度磁化率及导电率。史特勃林仪器的传感器包括一个绕制在高透磁性材料做成芯的外面的线圈，以增加磁力线在线圈内的流动。线圈长度约3英寸，直径约1/2英寸，线圈的轴线与一个位于与工具轴线垂直的面内的圆相切。同样也考虑了分离的传送及接收线圈。这个仪器在频率60千赫下操作。

一个用来减少对钻孔液体导电的灵敏度的底座外貌示于杨曼史（Yaumans）的美国专利No.3，593，911上，1970年11月10日公开，底座包括一对传送器线圈，该线圈为反相串联，安设在底座内与细长探头的纵轴成一锐角，还有一个接收器线圈，其位置平行于两个传送器线圈中的纵轴，传送器线圈的架立角度是按能提供所谓的理想勘测对称场来选择的。仪器的操作频率约20千赫，考虑了同相及不同相的勘测技术。传送器及接收器线圈的轴向距离据说能影响勘测状态，线圈外形的相互平衡据说可用调整该距离来达到。

更近一些，米多（Meador）的美国专利No.4，019，126，1977年4月19日公开，发表了一个打算用以避免上述史特勃林（Stripling）仪器对温度及压力敏感的仪器。米多（Meador）指出，感应磁倾角测试仪臂的感应线圈可以不用高磁导率的芯来建造，这种芯对温度及压力都十分敏感，米多（Meador）建议采用的线圈包括两圈1/8英寸直径的铜丝，每圈约3/4英寸×3/8英寸。米多还建议每个底座用两个分离的线圈，一个线圈是传送器，另一个是接收器。安排线圈的纵轴与传感器轴平行，该线圈与一电容器相连形成槽路，该槽路与一个振荡电路相连。其操作频率最好在50兆赫及200兆赫范围内，在更低的频率也能同样满意的操作。米多（Meader）仪器意欲测量电阻率及介电常数。

安设底座的感应磁倾角测试系统一般的说使人失望，其中有的技术对钻孔直径及液体导电率或者对钻孔温度及压力较敏感，此外，其中有的系统本身对它们自己所意欲量度的参数就不是高度敏感，当受到温度，压力，对线不准确等影响时就更特别麻烦，操作不稳定影响被勘测的信号。

本发明的一个目的，因此，就是提供一个新的传感器，适于用微感应技术来测定地层结构的一个或多个特性，如导电率、介电常数或地层基床的磁倾角及方位角。

本发明的另一个目的就是提供一个微感应传感器，适用于非导电液体所钻的钻孔。

本发明还有另一目的就是提供一个可以在不同的钻孔压力及温度条件下都操作良好的微感应传感器。

这些及其他的目的可按照本发明采用一个附于钻孔壁上应用微感应技术的装置经过钻孔来勘测地层中的一种特性来完成。本装置包括一个架设在纵向细长体上的天线装置，细长体是用来沿着钻孔壁滑动的部件。天线装置包括一个将电磁能输入地层的传送器天线，一个传感特征指示信号的接收器天线，及一个准电静态屏蔽元件与两个传送器天线的磁双极轴共轴线。准电静态屏蔽元件包括一个导电，非磁性材料，具有一个导电中心的薄板;一个第一窄射线式环状频带的导电分部，每一个导电分部从导电中心整体的径向伸出，与每个相邻导电分部的间隔，为从第一个环状频带开始并横过各自的窄径向伸出的距离;最好但不是必要的一个第二射线式环形频带导电分部，导电分部从所述第一环状频带各自的导电分部之一成对的整体径向伸出，与相邻的第二环状频带的成对的导电带的间隔是从第一环状频带开始的各自的纵向距离，并相互被从第二环状频带起始并横过的一条窄径向延伸距离所隔开。

附图的简单描述

在附图中，相同的参考号码指示相同部分。

图1是对解释操作原理有用的插图。

图2是一个钻孔测井工具的平面图。

图3是一个传送器环路平面图。

图4是一个接收器环路平面图。

图5是一个准电静态屏蔽的平面图。

图6是一个组合天线装置的透视图。

图7是一个测井底座的断面图。

图8是一个电子电路的示意图。

图9、10、11及12为对解释设备特性曲线有用处的图。

图13是另一组天线装置的断面图。

图14是对解释操作原理有用的插图。

图15为解释设备特性曲线有用处的图。

图16是一个带底板部件的传感器的简单透视图。

图17是另一个测井底座的断面图。

图18及19是对解释操作原理有用的插图。

参照简化的代表图1来解释本具体装置的基本原理，可以对本发明有更深的了解。传感器7包括一个传送器环路10及两个接收器环路12及14，与传送器环路10共轴并名义上位于轴的对称位置。传送器环路10与振荡电流16相连接。接收器环路12及14与反接的接收器18串联，传感器7位于钻孔30内，其传送器环路10及接收器环路12及14的平面平行于与所勘测的地层36的钻孔壁相切的平面。振荡电流流经传送器环路10形成初级磁场B_p典型的磁场线示于图1。初级磁场B_p感应出一个初级电场（未表示出），初级电场导出振荡电流，名为涡流，在附近的导电材料中流动。涡流在闭合的环形线圈中流动，如果线圈是匀质材料则与传送器环路10共轴。一个地环路的涡流单位示于20，由于这些涡流与钻孔30及周围地层的边界不相交，所以绝缘的泥浆或泥块的存在不致中断地层中各自的电流回路。涡流的大小与传送器环路10的电流及地层的导电性成比例，涡流造成一个相当弱的次级磁场B_s，其典型的磁场线示于图1，是用接收器环路12及14检测出来的。

通常，由于存在相当强的初级磁场B_p，所以次级磁场B_s的检测是十分困难的。为克服这个问题，采用了接收器环路12及14与传送器环路10共轴，并对称的布置在两边，并用导线串联，在这种排列中，初级磁场B_p通过接收器环路12及14的磁力线是相等的;因此它们对初级磁场B_p的反应抵消。从图1可以清楚看出次级磁场B_s经过接收器环路12的磁力线比经过接收器环路14的磁力线要强些（即磁力线彼此间距离较近）。因此，由次级磁场在接收器环路12及14中所感应的电流中产生了电压V_L。电压V_L与地层的传导性成比例。

对本装置的理论基础的更好理解是用几何因子理论来描述传感器7的灵敏度。享利乔治多尔（Henri Georges Doll）首次采用了准静态近似值来描述感应测井工具。按照一个低频率近似值，被半径为ρ¹位于Z′的电流环路所产生的电磁场是，假定e^-iwt函数关系式为

其中

其中（ρ，Z）是观察点，F（K）及E（K）是椭圆积分，一个正规的电场E_φ被定为

在导电的介质中，在（α，0）的电流环路，例如由传送器环路10所提供的，引导出一个涡流的地环路如20所指出的，由下式给出

电流的地环路产生的次电场由下式表示

依次在相反串联的接收器12及14的两端导出电压，该电压是：

上式中（b₁，h₁）及（b₂，h₂）是接收器位置，所选择的位置是使传送器及接收器之间的直接互耦合等于零，当地平面不存在时，通常b₁＝b₂及h₁＝h₂

由于地层中所有电流环路至接收器环路12及14两端的总电压为

其中G（ρ′，Z′）是一个几何因子，指示在地层中信号是从何处发出的，可以表示为

已经发现几何因子的最大值大约为ρ≈L_e，其中L_e是根据天线阵的尺寸及距传感器距离而定的长度，因为几何因子是对称于ρ＝0，故对信号影响最大的这部分地层是截锥体形状。

一个标准的几何因子是一个从钻孔壁支托出的天线的函数式。用下式表示

视在导电率由下式表示：

其中G（ρ′，Z′）及G（ρ′，Z′）关系如下：

接收器的电压与地层的导电率有关。

应注意到由公式（7）给出的地层信号所引出的接收器环路12及14两端的电压与ω2μ2成比例，直接互耦合的接收器环路12及14两端的初级电压如果不抵消的话，与由等式（1）给出的电场成比例，如与iωμ成比例。当直接互耦合被对称布置的传感器7抵消时，抵消的稳定性必定依靠地层信号对直接互耦合信号的比例而定。地层信号对初级信号的比例约为iωμ6L_e，其中L_e是由天线阵参数决定的有效长度。因此，为了增加稳定性传感器应优先用高频率来操作。线圈组的解的近似值是L_e，勘测的深度也是L_e的数量级。

几何因子理论是一个准静态的近似值，除非ωμ6² _eL² _e比1小得多，否则其效果不会很好，这是因为表皮及传播影响均略去未计。但是在许多重要的频率上，几何因子理论还是十分合适的。

在横向各向同性的分层介质上电流回路放射的问题可精确的由全波效应来解答，由位于（ρ′，Z′）的电流回路所产生的电场是

其中R^TE是菲涅耳反射系数，用于水平分层的介质，其中分层介质的起点在Z＝do，如存在地平面，电场作如下修正：

本发明的许多新的形式对钻孔的测量一般都是有用的，本发明对用非导电液体钻孔的结构及地层倾斜的勘测有特别的效益。配合本发明的一个“磁倾角测试仪”工具示于图2用51表示，安设在钻孔30内，钻孔30可以是用非导电液体如油基泥浆钻成，横向标准地层构造为页岩地层32及36，还有一个中间砂层34。砂层34包括沙基42及46，有页岩层如44嵌在其中。一个标准的结构边界38，位于地层32及34之间，边界40位于地层34及46之间，一个标准的地层边界用边界48及边界50来表示。此外，沙层42及46可以包含各种具有不同性质的砂层（未示出），如颗粒是粗的或细的砂，其他特征的地层也可能存在。工具51包括一个在钻孔30中移动的，细长的中间支撑部件52，细长部件52支撑四个基本上相等的底座54（1）、54（2）、54（3）及54（4）（图中看不见），它们各自用机械的臂56（1），56（2），56（3）及56（4）支撑在钻孔30的壁上，556（4）及与之相结合的套60在本图中看不见。套60固定在细长支撑部件52上，并在部件52上滑动以便臂的机械56（1）～56（4）伸展及回缩。工具51还包含一个与细长支撑部件52相结合的适宜的中线导向组件，其中包含弯曲的弹簧臂62（1），62（2），62（3）及62（4）（图中看不见），它们与相应的套64及66相连，套64及66中的一个与支撑部件52固定，;另一个套安装在支撑部件52上并在其上滑动以允许弹簧臂62（1）～62（4）伸展及回缩。中线导向组件包含弹簧62（1）～62（4）和与其共同作用的底座54（1）～54（4）及相连的臂机械56（1）～56（4）保持工具51在钻孔30中处于中心位置。

工具51在上端用一条铠装多触点电缆68与地面设备相连，地面设备包括一个滑轮11，多触点电缆68经过滑轮至一适宜的圆筒绞车机构13，可以将工具51在钻孔30中升起降下。电缆68及遥测装置，控制及电源电路17的电路联结是通过一个适当的多元滑环及电刷触点组件（图中未示出），及电缆15来完成。工具的深度是根据所用的测量轮机构19而定，该机构也是用电缆21与遥测装置，控制及电源电路17相连结。其余的地面测量装置包括信息处理机25，遥测装置，控制及电源电路17及操作终端及输入输出装置27均与信息处理机25相连。

底座54的形式可以是图7的120，图17的400或下面描述的其他形式。下面对天线装置的实验仪器的描述有助于对这些具体装置的了解。为这些装置用的传送器环路10，接收器环路12及14及各个屏蔽元件均采用光刻掩膜印刷电路板工艺制成。印刷电路板是由聚酰亚铵色层的一英两黄铜制成，为了防止氧化在黄铜上镀了一层薄金，板材料厚度1.5毫米并较为坚固。

传送器环路10示于图3，平的铜环线直径为2.0厘米，在终端引出72及74处断开。接收器环路12示于图4。平的铜环线直径为1.0厘米，在终端引出76及78处断开。接收器环路14与接收器环路12相等。传送器环路10及接收器环路12及14的传输特征定在10兆赫及50兆赫之间。传送器环路10的电感为88毫微亨（nH）及串联电阻0.3欧姆。接收器环路12及14的电感为63毫微亨及串联电阻0.6欧姆。这些装置的谐振频率为数百兆赫。应理解到环路10，12及14的大小尺寸会支配输出信号的大小，所勘测岩层的体积（立体的解答）及勘测的深度。通常，增加环路尺寸这些因素就可增大。

实验的传感器是由传送器环路10，接收器环路12及14所构成的各个印刷电路板组合而成。接收器环路12及14的布置对传送器环路10是“电磁对称”，通常电磁对称为M_ac＝M_bc，其中包括相对位置、方向和天线参数，天线A，B，C的排列是为了使在天线C及A的互感可用于抵消天线C及B间的互感。在本具体装置中采用电磁对称来达到，例如采用实际上布置接收器环路12及14与传送器环路10共轴并对称。一个适宜的传送-接收器环路内面距离被发现是0.69厘米，当然如果允许损失些灵敏度的话距离可以更近些。

准电静态耦合被发现存在于各种天线环路之间及天线装置与地层之间。这种准电静态在许多场合可以允许，当然如果希望的话可以采用屏蔽元件来消除。一个适宜的屏蔽元件80示于图5。屏蔽80 由一些导电部件组成，例如由110（1），110（2），……110（256）所表示的256，从一个传导中心放射出，屏蔽元件80是放射状的切口以避免由磁场所引起的方位电场所产生的方向涡流。可以注意到屏蔽80的腐蚀线伸至金属外罩的边缘，此外，256蚀刻线相距非常近，以保证由于磁场所引起的干扰为最小。一般的电路联结仅在传导中心适用，那里具有较完全的屏蔽及放射电流的自由通道，屏蔽80是方形，每边长为10厘米。屏蔽终端引出是82。

一个减少由传送器环路10对接收器环路12及14，与天线阵对地层的谐振耦合对实验传感器的敏感度的方法是采用在传送器环路10及每个接收器环路12及14之间，每个接收器环路12，14及外围环境之间各放置屏蔽元件的办法来达到。单个的屏蔽元件80是与传送器环路10共轴线并对称布置，其距离是1.5毫米，即印刷线路板的厚度。单个屏蔽元件80还与接收器环路12及14的外边对称并共轴线，其距离也是1.5毫米。组合实验传感器的全部厚度，包括屏蔽元件及印刷板材料的外面保护层共为2.0厘米。此外，当实验天线装置采用如象80那样的屏蔽时则使传感器因周围环境变化而增加敏感的不需要的谐振就可以消除。

传感器的一个更为实用的实例70示于图7传感器70提供对地层导电率的绝对量度，包括一个最好是在侧壁及后部均金属化的天线装置69。传感器70安放在示范底座120的金属体122中心的一个圆形孔洞中，并用胶粘剂固定。在后面金属化的部分126形成一个高度导电的后面板，其功能是使天线装置69避免探头及钻孔的影响如下面所将解释的。此外，后面板126及导电金属化侧壁部分127共同作用以增进各种磁场的聚焦，如下面所解释的。天线装置69的金属化可以略去，在那时后面板126及侧壁127的功能将由空洞本身提供。这种对聚焦及绝缘的改进是十分有利的，不需要再提供一个功能传感器。

图7的天线装置69较详细的示于图6，包括传送器环路10，接收器环路12及14，如果希望的话还包括准电静态屏蔽元件，其主要布置如上面所述。至于传感器实验仪器只需要一个改变即采用后面板。其他主要区别包括在天线装置69周围采用了侧壁以增进组合磁场的聚焦作用，传感器70的各种元件及一个屏蔽元件仪器的组合方法，在某些情况下为了避免过多的热量希望采用一块较厚的铜片来制造传送器环路10，应理解到此处所给的尺寸仅是举例，其他的尺寸也完全可以同样满足要求。

后面板126是一块导电板，使天线装置69避开钻孔30中的导电物质的影响并对天线装置69施加一个可预测的，因此是正确的作用。即使是在采用非传导液体的钻孔中，要避免导电物质实际上也是不可能的，特别是如臂的机械56及工具支撑部件52都是金属的。后面板126对射频磁场来讲很象一面反射镜。一个带有后面板的具体装置其空间分辨率不改变，一个没有后面板的具体装置的探测深度仅有轻微减少。在理论上，地平面中一个电流环路产生的电场由下式给出：

其中E_φ定义见公式（3），上面引出相似理论，下面的分析如前面进行的分析一样。

后面板的适当位置被认为是在接收器环路14后面约1.0厘米处，虽然这个距离不是极限的，如果采用较薄的传感器还可用更小的距离，为了补偿由于后面板126的影响象电流联结到接收器环路12及14的磁力线差异，接收器环路12及14中的一个必须从准确的物理对称移到保持电磁对称的位置，在底座120的天线装置69中，接收器环路14向传送器环路10移近了0.08毫米。

天线装置69周围的导电圆筒侧壁127有两个主要影响，一个是十分有利的，另一个则十分麻烦，在一方面圆筒侧壁127较大的增强了传感器70的分辨率，因此增进了它的薄基底响应，另一方面侧壁127的金属表面及底座120的导电面引起一个X-信号，这个信号实质上比所研究的R-信号要大并且比在天线装置69附近没有导电物体时所遇到的X-信号大。由于本发明所达到的电磁对称程序及稳定性，因此这个很大的X-信号被抵消掉而获得了高分辨率。

增强分辨率的重要参数被发现是平行于底座120移动方向的孔径的长度，孔径的纵向长度短些可以使分辨率增强。

解释聚焦的理论可以凭直觉理解到，由于趋肤效应高频磁场被从金属内部排除，例如金属后面板 126及金属侧壁127从金属体122内排除高频磁场，并将磁场紧密的限制在孔洞内。此外，由于加在磁场上的边界条件，高频磁场还倾向于限制在孔洞外面，平行于圆筒孔洞的侧壁。

天线装置69的元件是采用适合的材料制成，组装在一个袋内，以便于在钻井附近使用，同时传感器70的普遍的对称使得它可以对由于温度引起的膨胀及压力引起的压缩大部自行补偿，因此量度不变化，保证主要尺寸不变是可以使传感器操作良好。因此严重影响尺寸稳定的部件都要用低热膨胀系数及低压缩性的材料制成。不导电的材料，还要求有低介质消耗。例如，在制造传送器环路10，接收器环路12及14及各个屏蔽元件就优先采用陶瓷衬底材料，此外，天线装置69的各种陶瓷衬底在适当选择衬底厚度后可以方便的作为间隔元件。

组合天线装置69有一个附着壁面112及相对的面114由衬垫86，88，90，92，94及96组成见图6，每个衬垫直径约4.4厘米。传送器环路10大约位于天线装置69的中间平面上，在薄衬垫90及92之间，与引出处100相连。传送器环路10及接收器环路12之间距0.69厘米是由衬垫90及88重叠而得，二者厚度各为约1.5毫米及0.675厘米。一个如在图5中80的屏蔽元件但直径仅有4.4厘米，因此只有128分部，此屏蔽元件位于衬垫90及88之间，与传送器环路10共轴线，传送器环路10及接收器环路14之间的约0.68厘米的距离是由重叠衬垫92及94而得到的，二者尺寸大致是1.5毫米及0.665厘米。一个如图5中80的屏蔽元件，但尺寸仅为直径4.4厘米，因此仅有128个分部，此屏蔽元件位于衬垫92及94之间，与传送器环路10共轴线，另外两个如图5中80的屏蔽元件但直径仅有4.4厘米，因此仅有128个分部，分别放置在接收器12，14及外面环境之间，这些屏蔽元件与接收器环路12及14共轴线，与接收器环路12及14的间距是衬垫86及96的厚度，各自厚约1.5毫米。可以理解到这些尺寸都是作为解说用的。

一个能沿着天线装置69的轴线移动并进入天线装置69的螺栓（未示出）用来微调以消除直接互感，在采用调节螺栓的情况下，螺栓通过的屏蔽元件如80的传导中心须加大孔口以便螺栓的调节。最后的环状传导中心应沿径向开口以避免涡流的感应。

在接收器环路14及其外围环境之间，在表面114提供的屏蔽元件即图7中的后面板126，如上所述是建造在衬垫96之上。在接收器环路12及外围环境之间，外围环境即是所将勘测的地层，在表面112提供的屏蔽元件的附加功能是保护天线装置69避免受钻孔30的壁的磨擦。因此，这些屏蔽元件应由一块适于导电的材料如铜或不锈钢加工而成。

一个传送器环路，接收器环路或者天线装置69的屏蔽元件可以造在它位于其中的，与之相接的衬垫的任一面，例如，传送器环路10可以造在靠近面112的垫层92的面上，或者靠近面114的衬垫90的面上。各个衬垫均用适合的胶粘剂按各自相接的面的一个个的固定在一起，在组合天线装置69时必须细心避免在传送器环路10及接收器环路12及14之间可以引起残留直接互耦合的构造上的缺陷。接收器环路12及14及屏蔽元件必须与传送器环路10共轴线。那里的所有元件，包括陶瓷衬垫及未屏蔽的出口，及采用的任何固定件，除上面提到的以外，都必须尽可能的对称放置。

在底座120中，导体128及129将传送器环路10及接收器环路12及14各与电路网络130及132相连，其目的将在下面解释，电路网络130由电缆134与探头体的传送器线路相连，电路网络132由电缆136与探头体的接收器线路相连，电缆134及136可以是柔性共轴型式。在未屏蔽的低频输出端及共轴电缆的外面导线上采用了在有关频率范围内有大的介质损耗的铁氧体磁珠以减少在这些结构上的射频电流。

也可采用其他的底座布置。例如，当不希望有由于天线装置69的金属化或底座体122的孔洞所产生的聚焦及隔离作用时，底座体可以大部分由绝缘材料制作，同时采用如传感器7那样的一种传感器安放其中，也可设想其他不同的天线装置69，例如，当减少传送器-接收器环路间距时，通常是减少输出信号级。传送器-接收器环路间距能减少两倍而不致显著影响操作，此外，一个减少了面积的屏蔽也是有效的。

一个适于操作传感器70的电路示于图8，底 座54（1）包括传送器环路10及其作用为双次级互导线圈装置的接收器环路12及14。传送器环路10及接收器环路12、14通过电路网络130及132分别与传送器部分141及接收器部分143相连。电路网络130及132最好与各自的天线环路调谐好。电路网络130及132安置在底座54（1）之上，最好各自靠近传送器环路10及接收器环路12及14，因为在天线环路及相应的电路网络间，导线的电的性质的改变将不利于调谐，电路网络130的构造是要使得传送器环路10在平衡状态下驱动，以减少电场的单极分力。电路网络130减小了从传送器环路10来的影响，传送器环路10的实际阻抗小于1欧姆。接收器环路12及14反接串联后经过网络132，该网络是一个相减电路网络如平衡-不平衡变换电路，四孔混合连接或差动放大器等，并且使直接互导不存在的衬垫网络，一个校准开关横跨接收器环路14的引出与之相连。校准开关138的功能叙述如下：

一个包括传送器部分141及接收器部分143的传感器线路140（1））安置在工具51内部。传送器部分141包括一个在预定的高频下工作的连续波源的振荡器142，其输出经过定向耦合器144至放大器146，在这里能源被放大并经过网络130供应至传送器环路10，能源在定向耦合器144分枝，作为参考信号输至接收器部分143中的鉴相器148的参考频道中。鉴相器148在其信号频道还接收经过放大器149的接收器环路12及14输入的信号。鉴相器148的输出端为从接收器环路12及14发来的信号，提供表示功率比及相位移的信号。传达器部分141及接收器部分143的良好的隔离是必需的，因为当传导地层不存在时，传感器70有一个负120分贝或者更多的介入损失。

实质上相同的传感器线路140（2），140（3）及140（4）各自分别与底座54（2），54（3）及54（4）相连。从传感器线路140（1），140（2），140（3）及140（4）传来的功率比及相位移信号输入至多路调制器150，从这里采样后提供给一个交直流换流器152，其输出提供给遥测系统154的输入端以传至包括信息处理机25的地面设备。

由实验传感器勘测的地层信号包括两个部分，一个主要是受地层的导电率的影响，另一个主要受地层介电常数的影响。受导电率影响的部分（R-信号）比受介电常数影响的部分（X-信号）优先用于决定倾斜度，因为地层介电常数的对比率通常比导电率的对比率要小。R-信号与接收器联结，与驱动信号同相。其他信号，通常组合成“嘈杂”信号，包括X-信号，由归因于不平衡的直接互感信号，归因于金属的信号都结合到接收器线路90中，与驱动信号不同相。

相敏探测可以有利的用于排斥所有的不需要的相关信号及不相关的噪音。鉴相器148必须定期的进行校正，因为在传感器线路内的电缆，变压器、放大器及其他类似部件都对相移产生影响，因为直接互感相移与驱动信号相移相差90°，所以仅将接收器环路12及14的其中之一缩短，就可产生一个很大的90°相位差信号，一个校正开关138（图8）就是为此目的而设置的。从90°中减去这样量得的角度，并将校正角度存入信息处理机25中，所以地层相位测量可以将这些混杂的相移加以调整。确定与导电率成比例的参数，所量得的振幅要乘以信息处理机中的调整相位的余弦，所有有害的影响均在正弦部分中被排除了。

本发明的操作方法在考察了用上述实验传感器所完成的实验结果就可以清楚了。建造一个含盐水的层及综合的粗颗粒及有孔材料的饱含盐水的相间层的实验地层。这种综合材料是克隆待特（Kellundite）（商标FAO-100，由纽约、罗彻斯特非罗公司制造（Ferro    Coporation    of    Rochester，New    York）。这种材料在扫描电子显微镜下观察时与干净的砂石相似，其孔隙率约为40%，地层系数5.5及数个达西（Darcies）的渗透力。这个样品饱含电阻率为1欧姆-米的水份，大约与页岩电阻率相同。在实验室试验所用的电路与传感器线路140（1）及电路网络130及132相似。振荡器及相移检测器是休赖特-柏喀德（Hewlett-Packard）型号8505A网络分析器中的一部分部件。一个具有33分贝增益宽波段放大器供给网络分析器的信号频道，同时有一个40分贝的衰减源信号供给参考频道。网络分析器为休赖特-柏喀德（Hewlett-Pachard）型号9845B计算机所控制，该计算机也监督实验机械的动作。

实验传感器的特性曲线通过一个简单和近似的叫做“平均回路”特性曲线的模型可以直觉的理解到，“平均回路”被认为是唯一的地回路，是从所有 的地回路直径中所采取的平均几何因素最好的近似值。

对于如象图2中页岩带44那样的薄基床，实验传感器的特征曲线是依靠薄基床较两肩的电阻大还是导电大而定。一个薄的基床被认为在四周导电的地层中可以减少涡流，并在特性曲线中形成一个简单的负向尖峰，位于有电阻的条带中心，这个特性曲线，一个“正常”的特征曲线示于图9，一个薄的有电阻的基床158，包括位于相当导电的基床156（1）及156（2）之中的0.64厘米厚的绝缘层。有电阻的基床158可以立即被勘测出，如轨迹157中所示的负向尖峰。一个地层系列的正常的曲线特征示于图10。地层系统包括有电阻基床160（1）、160（2）、160（3）、160（4）及160（5）及导电基床170（1）、170（2）、170（3）、170（4）及170（5）相间排列。每个电阻基床160厚1.26厘米，电阻率5.5欧姆·米。每个导电基床170厚3.81厘米，电阻率1.0欧姆·米，导电机床170的厚度是和平均回路的直径一般大或者要大些，实验传感器的特性曲线如轨迹180所示，对于导电基床170是一联列单个的正向尖峰，同时对于薄基床160的实验传感器的特性曲线则是一系列单个负向尖峰。

对于导电地层带的实验传感器特性曲线就比较复杂些。根据平均回路的设想，实验传感器的特性曲线可以大致认为是与平均回路的弧长度成比例，弧长是当平均回路穿过薄基床时被截的那部分。当平均回路的边与薄基床相交时弧的长度最大，当传感器在薄基床中间时则是局部最小。实质上，薄基床正被几何因子的“角”所拾起，这个倒转的特性曲线示于图11，该图表示一个厚0.64米，1欧姆·米的层埋于一个均匀的5.5欧姆·米的地层190中。由曲线185所代表的信号级随着实验传感器接近薄的导电基床180而上升，当实验传感器直接移至薄导电基床180上时，曲线陡直下降，当实验传感器从薄导电基床180移开时则上升，最后当实验传感器完全离开薄导电基床180时则降落。曲线185上的不对称及干扰是由于试验模型及设备的限制所致。

当观测一个如图11基床180那样的单独薄的导电基床时，所求得的中心磁倾角表现为与包括许多这样基床的地层的信号相反，这表示在图12上。该图表示一个10厘米厚的有阻抗的基床，后面是不同的薄导电基床202及较厚的有阻抗基床204，薄的导电基床202厚0.63厘米，电阻率1欧姆·米，较厚的有阻抗基床204原1.27厘米，电阻率5.5欧姆·米，厚的有阻抗基床200的特性曲线的走向如所预料的是正的。在包括不同基床202及204的细致分层区域内，大的信号是与有阻抗区域204相联系，这就是“倒转”的特性曲线，表示在图12上的实验传感器特性曲线210是用来与图10的“正常”特性曲线180相比较的，小于2.5厘米的导电基床具有倒转的性质，较厚的基床则无。

虽然所勘测的导电基床的厚度能影响特性曲线是正常或是倒转，但这种影响并不干扰磁倾角的计算。磁倾角的一个主要特征是所产生的信号在几个底座间是相关的。在正常或倒转的特性曲线型式都能满足这个条件。任何相关技术，其中有几个已在上面提到，都可有效的用来决定磁倾角。

传感器70可在很大范围的频率内操作，能获得足够信号能的最低频率是1兆赫，虽然能选择其他尺寸及参数来减少这个低限度，但无论如何，因为地层信号电压与频率平方成比例，高频率操作还是较优越，几个因素限制了频率的上限，一个基本的限制是趋肤效应，它将电磁信号限制在导体表面的一个有限表面深度内，表面深度δ由下式给出。

$\mathrm{\delta \; =\; (}\frac{1}{\mathrm{\pi \; \mu \; f\; 6}}{)}^{\frac{1}{2}}\mathrm{(\; 17\; )}$

如δ单位为米，则μ是以H/μ为单位的磁导率，f是频率以HZ为单位，δ是导电率以mho/m为单位。只要表面深度大于由传送器环路10所产生并被接收器环路12及14所传感的场的空间范围，则传感器的分辨力及勘测深度将与地层传感导率无关。这种无关是所希望的。另外一个限制是天线及电缆的自谐振，实际传感器所用的天线回路的自谐振频率范围有几百兆赫，不过相当短的电缆附件将这频率减少到90兆赫左右。在这种频率或者超过这种频率时，传感器对地层性质就不敏感了，如果对电缆装置适当注意就可以合理的使用100兆赫的频率或者更多些。

有些实验室的试验采用12兆赫，25兆赫及55兆赫来检验传感器在不同频率下的操作。如所料到的，在较高频率时信号对噪音的比例戏剧性的增加了。在55兆赫，1欧姆·米内的地层其表面 深度是6.8厘米，比地层信号所传感到的距离要大些。

如果采用适于钻孔应用的陶瓷技术，传感器70能在超过20瓦（watts）能源级下操作。20瓦（watts）的能源能被输送至实验传感器。检测了实验传感器在低能源下的灵敏度，接收器频带宽度定在10千赫，地层由相间的厚1.27厘米，电阻率5.5欧姆·米的层及厚0.63厘米，电阻率1.0欧姆·米的层组成。100毫瓦（mw）的结果基本上没有噪音，10毫瓦（mw）的结果明显的有少量噪音，1毫瓦（mw）的结果有明显的，相当大的噪音。不过还不足以完全使地层的层次分不清。

接收器的频带宽度及钻孔的测井速度被发现是互相关连的。接收器频带宽度对噪音信号级有直接影响，如热噪音能就直接与它成比例。实验传感器采用中间频率滤波器，频带宽10千赫及1千赫，还采用了一个频带宽30赫的视频（平均能量）滤波器。频带宽度的限制对增加噪音信号比有好处。尽管如此，为了允许有一个合理的测井速度，测量必须有一个足够的宽频带。在这种情况，如希望测井速度为1800英尺/小时并每0.2英寸收集数据，则接收器的取样速度是30次/秒。因此，接收器的频带宽度不能少于30赫左右。在对本发明的传感器的设计及操作方面对权衡动力范围、能源节约、测井速度及信号噪音比等都必须考虑。

一个不依靠物理对称用于绝对地层测量的电磁对称传感器的实体示于图13，传感器包括一个天线装置669及安设在由不导电的底座体622提供的，圆柱形孔洞内的模型602及天线610，612及614。图13中天线装置669的轴与底座体622的面垂直，不过天线装置669的轴也可以安设在与底座体622面平行的位置，同样可完成绝对测量。由于导电的侧壁及后壁的影响，安设在金属的底座上是可能的，其结果可增强聚焦及增加可靠性，基本上如前所讨论过的。

陶瓷模型602的作用是作为传送器天线回路610，接收器天线回路612及用光刻技术制造的，绕于模型602上的接收器螺旋环路614的衬垫。天线610，612及614各自的中心平面最好是共同的，不过当增加天线装置厚度时它们就可能偏离。安设天线装置669的孔洞在底座622的面处密封与外面环境隔开（图中未示出），天线装置669的一些参数的值是a＝1厘米，b＝2厘米，c＝3厘米，Na/Nb＝4.732。

操作原理基本如下：如果一个天线A（内面的螺旋线圈614）其转数为“Na”，半径为“a”;一个天线B（中间天线612）有半径为“b”的“Nb”转数（其中Nb＝1），及一个天线C（外面的天线610）有半径为“C”的“Nc”转数（其中Nc＝1）;于是接收器A及B从Mac及Mbc互感系数而来的电压V⁰ _a及V⁰ _b是

V⁰ _a＝jωM_acI_c（18）

V⁰ _b＝jωM_bcI_c（19）

选择半径及转数比Na/Nb使Mac＝Mbc所以：

直接相互抵消后，立即得到地层信号。

考虑在地层中半径为γ的单位环，与底座距离为Z，断面积为△γ△Z，在环中所感应电压为：

其中M_fc是在环及天线C间的互感应系数，在环中的涡流是

△I_f＝△V_f〔 (△Z△γ)/(2πγ) σ_f〕 （22）

在天线A中的感应电压由下式给出：

其中M_af是天线A及环中的互感应系数，同样在天线B中的信号是：

△V_b＝-ω²I_cσ_fM_bfM_fc(△Z△γ)/(2πγ) （25）

在这一对接收器中总的信号是电压的差对地层的积分，

在括号中的项是“几何因子”该项乘以地层导电率。

作为例子，天线装置669可以和图8的线路一起操作。相敏探测是用于改进信号对噪音的比 例。因为测量是一个浅层高分辨力的测量所以采用高频率操作以进一步加强信号对噪音的比例，因为地层信号与ω²成比例，同时直接相互信号与ω成比例。

在天线装置669中的其他天线也可作为传送器操作。例如，当希望一个深度较大的勘测时可以选择天线614，虽然垂直的解答相应的会大些。对这样的传感器的合适参数是a＝1厘米;b＝2厘米;c＝3厘米;及Nc/Nb＝1.596。

当象图1及图7所示那样定位时，如7及70这样的传感器对地层导电率提供一个绝对测量。被认为当传送器环路10及接收器环路12及14的方位安放在与传感器7所保持的方位成90°时就提供一个差异测量。在图14中示出传感器270这种型式，其中传送器环路10及接收器环路12及14在钻孔的径向平面内旋转了90°，因此向钻孔30的壁“靠边”了。传感器270与传感器7的操作原理相同，但与所勘测地层的相互作用则不同。图14表示一个地层280，例如是页岩基床，位于砂质基床275及290之间，其相交边界分别为283及285，传送器环路10建立了一个初级磁场，在图14中以示范的磁场线B_p表示。初级磁场B_p建立了一个电场与钻孔30的壁相交，并在上面导致电荷聚集，所产生的平均单位地回路287依次感应一个次级磁场B_s，其磁场线与接收器环路12及14相交。

图15是为钻孔30绘出的关于传感器270的特性曲线质的了解的。传感器270对均匀，各向同性地层290的特性曲线主要是平的（见曲线308部分）一直到传感器270靠近地层290及280中间的边界285为止。传感器270逐渐靠近地层280，该地层对非导体泥浆过滤液是相当不渗透的，因此较地层275及290导电率大，地层涡流移向导电率大的地层280，换句话说，平均单位地回流移向接收器环路14的平面较接收器环路12的平面为近，因此，接收器环路14较接收器环路12与次级磁场B_s有更多的磁力线相交。其结果形成正向的特性曲线高峰（见曲线310段）。当传送器环路10移向地层八导电地层280时差异测量曲线逐渐下降，直到再次平缓为止（见曲线312段）。当传送器环路心移向地层280及275的边界283时上述程序就反过来。当传送器环路10跨过边界283时差异测量曲线下降至负向高峰（见曲线314段），当传送器环路10移至远离边界283时，差异测量曲线上升然后平缓伸出（见曲线316段。）

图15是由实验室的试验所产生的，导电层280是用盐水槽模拟。相当不导电的地层275及290是用空气模拟的。

其轴线方位平行于有钻孔经过的地层的传感器270及天线装置669适用于具有底座54的钻孔工具51，每个底座的厚度必须足以容纳传送器环路10，接收器环路12及14的直径及任何其他希望采用的屏蔽元件，一个能使底座54具有厚度较小，并提供天线装置较好的隔离的布置示于图16，用在与传感器270类似的布置上。传感器370位于靠近地层300的钻孔30内，传感器370包括一个后面板302及一个传送半回路310，两个接收半回路312及314，与传送半回路310共轴，并在其两边对称布置。传送半回路310由经过后面板302的导线320及321与振荡电流电源相接。接收半回路312及314由导线323反相串联，并由导线322及324与接收器18相连，传感器370在后面板302上产生图象电流，传感器370的操作与图14的传感器270完全相同。

一个包括传感器370的示范底座400示于图17。一个包括由上面所述的陶瓷技术制造的传送器半回路310及接收器半回路312及314的天线装置369，安设在由底座400的金属体422形成的四方形孔洞内，用一个合适的有耐磨强度的绝缘材料421固定之。天线装置369最好位于孔洞的中心。天线装置369及孔洞壁之间的距离是在所希望的聚焦级别的基础上来选择的。天线装置369用金属体422的后面板302作为后背，传送器半回路310及接收器半回路312及314由电线428及429各自与电路网络430及432相连。网络430由电缆434与传感器体的传送器电路相连，网络432由电缆436与传感器体的接收器电路相连。电缆434及436可以是柔性共轴式。应选择在有关系的频率范围内具有大的介质损耗的铁氧体磁珠用在未屏蔽的低频引出处及共轴电缆的外面导线上，以减少这个结构物上的射频电流。

传感器370的合适电路已叙述如上。传感器370的操作也已配合图14叙述如上。因为传感器 370的输出与其他类似传感器的输出有相互关系，所以几种常用的决定磁倾角的技术中的任一种都可用来决定磁倾角。

本发明就有关的几种特别具体设备进行了叙述，可以理解这些都仅是为了举例，本发明的意图并不仅仅只限于所例举的具体装置。有经验的人员可以按照本发明的精神及范围进行变化及组合。一种适合于差异测量的这种改变示于图18及19，在图18中共平面相分离的传送器环路501及503或其他产生磁场的装置，如在回路501及503平面内的一个单独的传送器环路，其轴与a-a′线重合，使它们的轴保持在与所勘测的地层510表面垂直的位置。传送器环路510及503与振荡电源505相接以便各自产生相反的初级磁场，用示范的磁力线B_p表示。组合的初级磁场在地层510感应产生涡流，其最大值是与传送器环路510及503的轴等距离点的轨迹上，在图18中以a-a′线表示。共平面接收器环路507及509与由a-a′线代表的平面镜象布置，并最好如图所示与传送器环路501及503共轴，接收器环路507及509与由引导的涡流产生的次级磁场的磁力线相交。电磁对称的接收器环路507及509反相串联至接收器511。接收器环路507及509对初级及次级磁场的响应，当在均匀，各向同性的地层中时互相抵消，如在肩部附近则仅对初级磁场抵消。对图18有改变的传感性示于图19，其中传送器天线环路510及接收器天线环路512及514位于同一平面，当然上面所讨论的光刻技术及组合技术对图18及图19的传感器均同样有效。因此，可以设想各种不同的形状，均在本发明范围之内。此外，如用改变传送器天线及接收器天线性能而能得到与此处所描述的同样的传感器，将得到赏识。因此，传送器天线的电磁对称同接收器天线一样都同样被考虑。要知道，电磁对称天线对其他天线或者几个具体装置中任一个的天线的轴线最优方位在这里是描写为垂直或者平行，但根据具体情况，如按照本发明的精神，采用其他中间方位也同样可以达到电磁对称目的。

Claims (23)

1、一种采用微感技术来勘测通过钻孔的地层结构特性的贴附于钻孔壁上的微感应装置，它包括：

一个附着在所述的钻孔壁上滑动的纵向细长体；

安设在所述细长体上的天线装置，包括：一条用于耦合电磁能的第一天线元件；用于耦合电磁能的第二天线元件，它具有根据所述的第一天线元件来选择的第一位置；用于耦合电磁能的第三天线元件，它具有根据所述的第一天线元件来选择的第二位置；

分别与第二和第三天线元件结合的装置；

将所述三个天线元件固定在所述纵向细长体上的装置；分别给所述三个天线元件提供一定频率范围的电流的装置及分别与所述三个天线元件相耦合连接的接收装置；使所述纵向细长体附着在钻孔壁上滑动的装置；

其特征在于，所述天线装置中的第一及第二位置是这样选择的，即把第二及第三天线元件放在与第一天线元件平行，并与它在电磁上对称的位置。

2、如权利要求1的一套装置，其特征在于还包括：给所述第一天线元件提供频率范围从1兆赫至300兆赫的电流的装置;以及与所述分别与第二及第三天线元件结合的装置相连接的接收装置。

3、如权利要求1的一套装置，它的另外特征包括：给所述分别与第二及第三天元件置结合的装置提供频率范围从1兆赫至300兆赫的电流的装置，及与第一天线元件相连接的接收装置。

4、如权利要求1的一套装置，它的另外特征是：

所述的第一天线元件包括一个合适的安装在一个固定形状构件上的导电构件;

所述的第二天线元件包括一个合适的安装在一个固定形状构件上的导电构件;及

所述的第三天线元件包括一个合适的安装在一个固定形状构件上的导电构件;所述的第一、第二及第三天线元件相互间本质上尺度不变。

5、如权利要求4的一套装置，其特征是：所述第一、第二及第三天线元件本质上在同一平面;所述第一、第二及第三天线元件的导电构件的轴是共轴的，并与所述细长体所贴附的孔壁面垂直。

6、如权利要求5的一套装置，其特征是：

所述的固定形状构件包括一个陶瓷圆盘，该圆盘与一个陶瓷圆柱体共轴地组成一整体;

所述第一天线元件的导电构件包括一个具有预定直径的第一环路，并合适地安置在所述圆盘上并与之共轴;

所述第二天线元件的导电构件包括一个具有与所述第一环路的直径不同的预定直径的第二环路，并合适地安置在所述圆盘上并与之共轴;

所述的第三天线元件的导电构件包括一个线圈，所选择的线圈直径及匝数是使得第二及第三天线元件能处于电磁对称位置，并合适地安置在所述圆柱体上。

7、如权利要求4的一套装置，它的特征是：所述的第一、第二及第三天线元件本质上是共平面的;所述的第一、第二及第三天线元件的导电构件的轴是共轴的，并与所述细长体所贴附的孔壁面平行。

8、如权利要求7的一套装置，它的特征是：所述的固定形状构件包括一个陶瓷圆盘，该圆盘与一个陶瓷圆柱体共轴地结合成一整体;

所述第一天线元件的导电构件包括一个具有预定直径的第一环路并被合适地安置在所述的圆盘上，并与之共轴;

所述第二天线元件的导电构件包括一个具有与所述第一环路的直径不同的预定直径的第二环路，并合适地安置在所述圆盘上并与之共轴;

所述的第三天线元件的导电构件包括一个线圈，所选择的线圈直径及匝数是使得第二及第三天线元件能处于电磁对称位置，并合适地安置在所述圆柱体上。

9、如权利要求1的一套装置，它的另外特征是：

所述的第一天线元件包括一个合适地安置在一个固定形状构件上的导电构件;

所述的第二天线元件包括一个合适地安置在一个固定形状构件上的导电构件，及

所述第三天线元件本质上与所述第二天线元件相同;

上面所述的第一、第二及第三天线元件相互间尺度不变，并整体地组合在一起;

所选择第二及第三天线元件各自的位置及方位使得所述第二及第三天线元件对第一天线元件处于电磁对称位置。

10、如权利要求9的一套装置，其特征是：为了得到差异特性的测量，所述第二及第三天线元件的对称平面与所述细长体所贴附的孔壁面垂直。

11、如权利要求10的一套装置，其特征是：所述细长体包括一个与所述贴附的孔壁面平行的导电的后面板部件，第一、第二及第三天线元件位于后面板部件及细长体所贴附的孔壁面之间。

12、如权利要求9的一套装置，其特征是：为了得到所述特性的绝对测量，把所述第二及第三天线元件的对称平面调整到与所述细长体所贴附的孔壁面相平行。

13、如权利要求12的一套装置，其特征是：所述细长体包括一导电的后面板部件，该部件被调整到与所贴附的孔壁面相平行，所说第一、第二及第三天线元件位于后面板部件及细长体所贴附的孔壁之间。

14、如权利要求9的一套装置，其特征在于：

第一天线元件包括一个具有预选直径、光刻在一个陶瓷衬垫的导电环路;

第二天线元件包括一个具有预选直径、光刻在一个陶瓷衬垫上的导电环路;及

第三天线元件包括一个与第二天线元件的导电环路直径相等的、光刻在一个陶瓷衬垫上的导电环路。

15、如权利要求9的一套装置，其特征是：第一、第二及第三天线元件是共轴环路天线，其中第二及第三天线元件的天线环路位置关于第一天线元件的天线环路为相对称。

16、如权利要求9的一套装置，其特征是：第一、第二及第三天线元件是共平面的环路天线，其中第二及第三天线元件的天线环路位置是关于第一天线元件的天线环路为相对称的。

17、如权利要求1、9、14、15或16的一套装置，它的另外特征是：

一个准静电屏蔽元件，其位置与所述天线元件中的一个磁双极轴共轴，包括一个导电而不导磁的材料的薄板，该元件具有：一个导电中心，一个第一窄射线式环状频带的导电分部，每一个导电分部从导电中心整体的径向伸出，与每个相邻导电分部的间隔是从第一个环状频带开始并横过各自的窄径向延伸的距离;

一个第二射线式环状频带的导电分部，导电分部从所述第一环状频带各自的导电分部之一成对的整体径向伸出，与相邻的第二环状频带成对的导电带的间隔，是从第一环状频带开始的各自的纵向距离，并相互被从第二环状频带起始并横过的一条窄径向延伸的距离所隔开。

18、如权利要求7的一套装置，它的另外特征是：第三个射线式环状频带导电分部，它从所述第二环状频带各自的导电分部之一成对的整体径向伸出，与相邻的第三环状频带成对的导电带的间隔是从第二环状频带开始的各自的纵向距离，并相互被从第三环状频带起始并横过一条窄径向延伸距离所隔开。

19、如权利要求1的一套装置，其另外的特征是：

一个安设在细长件上的导电后面板部件;其中

所述第一天线元件选在与后面板的图象电流相结合的位置;

所述第二天线元件选在与后面板的图象电流相结合的位置;及

所述第三天线元件选在与后面板的图象电流相结合的位置。

20、如权利要求19的一套装置，其特征是：

所述后面板部件与细长体所贴附的孔壁面平行;

所述第一、第二及第三天线元件是共轴半环路天线，各自的末端位于后面板部件上;

第二及第三天线元件的半回路天线位于关于第一天线元件的半回路为互相对称的位置。

21、一种采用微感应技术来勘测通过钻孔的地层结构特性的贴附于钻孔壁上的微感应装置，包括：

一个适宜于与所说钻壁面滑动结合的物体，所说物体具有一个孔壁结合面;

一个装于该物体上的天线装置，该天线装置具有：

安装在所说物体上的一个导电后面板构件;

位于与所述后面板的图象电流相结合的位置上的第一天线元件;

位于与所述后面板的图象电流相结合的位置上的第二天线元件;

位于与所述后面板的图象电流相结合的位置上的第三天线元件;

其中第二和第三天线元件的位置并且被选择在关于第一天线元件为互相电磁对称的位置;

分别与所说第二和第三天线元件相结合的装置;

使所述物体与钻孔壁结合并使其沿孔壁滑动的装置;分别给所述三个天线元件提供一定频率范围电流的装置及分别与所述三个天线元件相耦合连接的接收装置;

其特征在于，所说天线装置被安装在所说物体的一个孔洞内，该孔洞部分地由所说整个导电后面板及导电侧壁所限制并对所说物体所贴附的孔壁面张开，以便将聚焦后的电磁能量通过所说物体的贴附面与地层相结合。

22、如权利要求21的一套装置，它的另外特征是：所述的勘测装置包括一个接收器天线，该接收器天线与传送器天线相结合并安放在孔洞内。

23、如权利要求22的装置，其另外的特征是：所述后面板与所述物体所贴附的孔壁面平行，所述传送器及接收器天线位于后面板及物体所贴附的孔壁面之间。

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