CN104854480A - 用以在地下岩层中寻找位置的设备和方法 - Google Patents

Abstract

各种实施方案包括与在地下岩层中寻找位置相关的设备和方法。设备和方法可以包括：响应于由发射源产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述发射源中的每一者位于已知位置处；以及基于由所述发射源产生的所述信号而处理所述接收的信号，从而确定所述接收器的位置。可以应用许多技术来处理所述接收的信号。公开额外的设备、系统和方法。

Description

用以在地下岩层中寻找位置的设备和方法

技术领域

本发明大体上涉及用于进行关于油气勘探的测量的设备和方法。

技术背景

在用于油气勘探的钻井中，了解相关联的地质岩层的结构和特性提供用以帮助此类勘探的信息。用以提供所述信息的数据可以使用距地面较大距离处的位于地下岩层中的传感器来获得。知道这些传感器在地下岩层中的位置可用以制定用于勘探的信息。用以确定地下岩层中的传感器的位置的系统和技术可增强与钻井作业相关联的分析过程。

附图简述

图1展示根据各种实施方案的发射器和接收器的实例放置，所述放置可用以确定接收器的位置。

图2展示根据各种实施方案的用于分析频率的影响的模拟设定。

图3A-B展示根据各种实施方案的用于图2的模拟设定的针对不同频率的接收的信号的深度相对电压电平。

图4A-B展示根据各种实施方案的用于图2的模拟设定的用于固定操作频率下的不同岩层电阻率的接收的信号的深度相对电压电平。

图5A-B展示根据各种实施方案的用于图2的模拟设定的用于另一固定操作频率下的不同岩层电阻率的接收的信号的深度相对电压电平。

图6展示根据各种实施方案的用以确定地下岩层中的接收器的位置的实例反演方案的特征。

图7展示根据各种实施方案的用以确定地下岩层中的接收器的位置的受约束反演方案的实例的特征。

图8展示根据各种实施方案的用以验证反演方案以及用以分析在确定用于不同系统组态的一个或多个传感器的位置时获得的准确性的模拟的特征。

图9展示根据各种实施方案的用于在地面处具有两个x方向发射器的定位系统的模拟几何形状。

图10A-E展示根据各种实施方案的用于图9的模拟几何形状的蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟的结果。

图11A-E展示根据各种实施方案的用于图9的定位系统的蒙特卡洛模拟的结果，其中使用第二接收器，所述第二接收器相对于第一接收器的位置受约束。

图12展示根据各种实施方案的用于两个发射器定位系统的模拟几何形状，其中所述发射器中的一者在地下。

图13A-E展示根据各种实施方案的用于图12的定位系统的蒙特卡洛模拟的结果。

图14展示根据各种实施方案的用于具有四个三联式发射器的定位系统的模拟几何形状。

图15A-E展示根据各种实施方案的用于图14的定位系统的蒙特卡洛模拟的结果。

图16展示根据各种实施方案的具有在地面上的发射器和地下的接收器的二维实例，所述实例用以示出用以发现接收器相对于来自已知的源定向的源的位置的方法。

图17展示根据各种实施方案的具有在地面上的发射器和地下的接收器的二维实例，其中所述接收器具有参考方向。

图18展示根据各种实施方案的具有在地面上的发射器和地下的接收器的三维实例，其中所述接收器不具有参考方向。

图19A-B展示根据各种实施方案的使用用于图9中所示的定位系统的半解析解法的蒙特卡洛模拟结果。

图20展示根据各种实施方案的接收器处的归因于磁偶极的电场，所述电场垂直于接收器和发射器所位于的平面。

图21展示根据各种实施方案的用于基于电场的定位系统的模拟系统。

图22A-C展示根据各种实施方案的使用图21的基于电场的定位系统的蒙特卡洛模拟结果。

图23描绘根据各种实施方案的用以发现地下岩层中的位置的实例系统的特征的框图。

具体实施方式

以下具体实施方式涉及附图，所述附图借助于说明且非限制的方式来展示其中可以实践本发明的各种实施方案。充分详细地描述这些实施方案以使本领域技术人员能够实践这些和其它实施方案。可利用其它实施方案，且可对这些实施方案进行结构、逻辑和电性的改变。各种实施方案并非必须互相排斥，因为一些实施方案可与一个或多个其它实施方案组合而形成新的实施方案。因此，以下具体实施方式不以限制性意义来理解。

在各种实施方案中，用以寻找地下接收器的位置的系统和方法可包括根据接收器所进行的测量和产生用于测量的信号的源的已知位置来定位一个或多个接收器的位置。可以使用放置在地面处或地球表面以下的已知位置处的源，其中一个或多个接收器位于地下。可以根据精确知晓其位置的许多发射源所产生的信号的测量来确定地下接收器的位置。

可以在系统中使用电磁类型的发射源和接收器来确定地下位置。此类发射源可包括(但不限于)：偶极发射器；在地上或在地下产生电磁场的土地附近产生大量电流分布的源，其中所述电磁场可在接收器处进行测量；或可产生可在地下岩层深处的接收器处测量的信号的其它源。可将源的偶极定向在垂直于感兴趣区域的方向上，其中所述感兴趣区域包括将要定位的接收源。此定向可虑及沿着偶极的方向的零点。发射源可以通过一个或多个三联式发射器来实现。三联式发射器是具有在相同位置处的三个发射源的结构，其中所述三个发射源的位置或定向是彼此不同的。所述三联式的三个发射源可以安装在给定位置处的相同结构上。可以操作在地上或土地附近的发射源以产生具有用以深深地穿透地下的低频的信号，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。或者，可以在系统中使用用于油田勘探业中的其它类型的发射器(如，但不限于，声学传感器和地震传感器)，从而确定地下位置。发射源的数目可以包括三个或三个以上发射源。在实施方案中，三个发射源可以通过单个三联式发射器来实现。

一个或多个接收器可以由安置在地下的电子器件来控制。另外，可以将处理单元定位在井下以分析接收器所接收的信号。所述处理单元可以通过与接收器集成的电子器件来实现，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述处理单元可以通过安置在结构上的电子器件来实现，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。位于井下的处理单元和接收器控制件可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以位于地面处，响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据。

图1展示发射器和接收器的放置的实例实施方案，所述放置可用以确定接收器的位置。在图1中，示出表示为Tx₁、Tx₂和Tx₃的三个发射器，作为实例，所述三个发射器相对于接收传感器Rx₁而处于不同位置中。Tx₁和Tx₂在地面104上，而Tx₃在不同于其中安置Rx₁的一个井的井内部的地下。此图是2维(2D)图，展示用于说明目的，其中发射器线处于同一平面上。在各种实施方案中，用以定位接收传感器的位置的发射源位于不超过两个发射器和接收器传感器所共同的平面中。由于发射传感器满足此条件，所以可以在测量过程中在接收的信号中获得较佳的分辨率。另外，可以增加发射器的数目、接收器的数目、或发射器和接收器的数目，以改进分辨率。

取决于应用还可以使用已知优化技术来优化发射器的数目和发射器位置。然而，在实施方案的论述中，使用数值建模结果来分析发射器的数目及其的效应。在模拟中将接收器传感器及发射器选择为三联式天线，如图1中所示出，从而改进反演准确性，但方法的实施方案的操作没有必要确定在地下岩层中的位置。如图1中所示，构造为三个三联式的发射源Tx₁、Tx₂和Tx₃可以在三个位置提供9个发射源，具有9个位置或定向。接收传感器Rx₁还可以构造为在一个位置处具有三个接收器的三联式接收传感器，具有三个位置或定向。

增加发射源的数目(其中每个发射源在已知位置处)可以增加用以确定地下岩层中的一个或多个接收器的位置的信息量。另外，所述发射源并不限于使用相同类型的发射源。举例来说，布置可以包括在分布在显著较大区域上的三个或三个以上发射器之中的两个三联式发射器。其它布置可以包括构造为分布在地面或地面附近上的显著较大区域上的电路。所述电路可以包括具有载流导线的闭合环路，其中所述载流导线处于已知位置，且所述载流导线沿着直线路径布置而使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。接收器处的信号可以主要通过此单个载流导线提供，其中所述电路的靠近环路的其它部分位于距接收器一定距离处，使得来自这些其它部分的信号在到达接收器之前被有效衰减。或者，发射源可以构造为具有带有许多载流导线的闭合环路的电路，其中每个载流导线处于已知位置，且沿着直线路径布置而使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于这些各自直线路径的路径的部分忽略。接收器处的所接收的信号可以基于载流导线的数目的模型及其对应的直线路径来进行处理。

低频电磁波可以深深地穿透到地球的表面以下。通过使用低频源(f<10Hz)，所述源产生的场将可在深深埋入地下的位置处测量。在实施方案中，可以使用具有小于或等于50Hz的频率的低频源。放置在地面之下的井孔中的接收器可以测量所述源产生的信号。可以处理来自所述源中的每一者的这些信号以寻找距离、定向、或距离和定向。在各种实施方案中，可以执行在深达10,000米处的位置确定。

第一考虑因素包括频率对穿透岩层的信号的影响。随着频率升高，地下衰减升高，使得在较高频率下，衰减更严重且可以减少噪声电平以下的信号。另一需考虑因素是较高频率也对岩层更敏感，这可能显著影响所接收的信号。也就是说，在较高频率下，用于接收器的位置的解决方案将对于复杂的参数较敏感，且在大多数情况下并不准确地已知岩层信息。可以在单个频率操作下执行用以确定地下位置的方法的实例实施方案。然而，在其它实施方案中，可以在多频率操作下执行用以确定地下位置的方法的特征。

图2展示用于分析频率的影响的模拟设定。为了分析频率的影响，当存在单个发射器时，将信号电平随着深度的变化计算为频率的函数。将发射器和接收传感器模拟为线圈天线，其中所述天线的法线平行于地球的径向方向。此后，将垂直于地球表面的轴线表示为z轴。按此约定，模拟情况展示ZZ耦合。其它正交分量(XX耦合和YY耦合)展示类似的特性且未图示。

在此模拟中，接收传感器Rx在发射器Tx正下方。出于说明目的，假定接收器线圈和发射器线圈两者具有各自带有400匝的单位面积，且假定发射器载运25A的电流。设计参数可以按照用于给定应用的工程关注项而变化。然而，为了能够发射信号到这么深的深度，所发射的功率电平应较高且将接收传感器构造为高度敏感的接收器。关于功率电平的此关注项还可以使得将发射器放在地面204上比发射器中的一些或全部在土地下方的情况更实用。图2中还展示模拟中所使用的岩层参数。考虑导电岩层电阻率R_f等于1Ω-m的稍微最坏情况。分别将相对电容率(ε_r)和磁导率(μ_r)选择为5和1。

图3A-B展示用于图2的模拟设定的针对不同频率的接收的信号的深度相对电压电平。图3A展示具有用于四个不同频率的深度的电压的绝对值的改变，且图3B展示具有用于四个不同频率的深度的电压的相位的改变。曲线342、344、346和348分别将深度展示为在频率0.01Hz、0.1Hz、1Hz和10Hz下的电压的绝对值的函数。曲线352、354、356和358分别将深度展示为在频率0.01Hz、0.1Hz、1Hz和10Hz下的电压的相位的函数。对于1Hz和10Hz，信号迅速地衰减。还可以看见相位的回绕，所述回绕使反演较困难。相比之下，当频率变低时，信号衰减变得不成问题。然而，对于这些较低频率，信号的初始强度已经较低。因此，针对模拟发射器组态和接收器组态，甚至对于0.01Hz和0.1Hz，电压电平在10,000m下变为低至10毫微微伏。所得结果建议，其中所使用的参数在低于0.1Hz的频率的衰减改进方面是较小的。因此，在本文所论述的其它模拟中，假定操作频率为0.1Hz。

图4A-B展示用于固定操作频率下的不同岩层电阻率的接收的信号的深度相对电压电平。为了分析岩层电阻率的效应，使用图2中所示的相同设定，其中将频率设定为常数0.1Hz，且岩层电阻率在0.1Ω-m到100Ω-m之间变化。曲线442、444、446和448分别将深度展示为在岩层电阻率0.1Ω-m、1Ω-m、10Ω-m和100Ω-m下的电压的绝对值的函数。曲线452、454、456和458分别将深度展示为在岩层电阻率0.1Ω-m、1Ω-m、10Ω-m和100Ω-m下的电压的相位的函数。除了极其导电的岩层之外，可看见岩层电阻率对所接收的信号的效应是较小的。因此，可以忽略此效应，或可以使用基本的校正方案来消除此效应。然而，针对本文所论述的实例，假定岩层电阻率是确切已知的。

图5A-B展示根据各种实施方案的用于的另一固定操作频率下的不同岩层电阻率的接收的信号的深度相对电压电平。使用图2中所示的相同设定，其中将频率设定为常数0.01Hz，且岩层电阻率在0.1Ω-m到100Ω-m之间变化。曲线542、544、546和548分别将深度展示为在岩层电阻率0.1Ω-m、1Ω-m、10Ω-m和100Ω-m下的电压的绝对值的函数。曲线546和548重叠，使得所述差异在图5A的比例下不可辨别。曲线552、554、556和558分别将深度展示为在岩层电阻率0.1Ω-m、1Ω-m、10Ω-m和100Ω-m下的电压的相位的函数。针对图5中所示的0.01Hz的结果对于所考虑的深度范围展现了对岩层电阻率的非常小的依赖性。然而，此类低频可以引起系统硬件的实施方案的困难。

图6展示用以确定地下岩层中的接收器的位置的实例反演方案的特征。此反演方案示范了可以使用先前已知位置处的发射器阵列来确定接收传感器的位置的方式。在610，获取接收器处的归因于N个不同发射器的信号的测量。在620，这些信号组合为列向量，表示为V。尽管在610和620处论述相对于N个发射器的单个接收器，但可以类似的或相同的方式来考虑更复杂的测量。举例来说，如果接收器或发射器是多分量的，那么每一个别项(V_TxRx)变为向量，其具有作为向量的元素的个别分量。此类接收器和发射器的实例包括三联式接收器和三联式发射器。如果存在多个频率，那么可将这些测量的结果附加到测量向量，诸如此类。一旦获得此电压，即可取决于应用而进一步处理所述电压。举例来说，如果来自发射器中的一者的信号相比于其它发射器而太强，那么可使来自不同发射器的所接收的信号的振幅归一化以确定反演中的每一发射器的权重是相同的。

在反演方案中，接收传感器的位置和方向的确定是感兴趣的目标。因此，将感兴趣的参数表示为接收器传感器(x、y、z)的位置、其方位角(θ)及其高度角在630，进行位置及方向参数(x’、y’、z’、θ’、)的初始猜测。使用正演模型来模拟对应于位置及方向参数(x’、y’、z’、θ’、)的初始猜测的信号，所述正演模型在640处表示为V’。例如在每个反演方案中，在此方法中使用使待反演的参数与测量信号相关的准确的正演模型。

在650，比较V与V’之间的差的范数与阈值。在660，如果V与V’之间的差的范数低于预定阈值，那么处理可以停止，且可认为经处理参数(x’、y’、z’、θ’、)是真参数(x、y、z、θ、)的准确近似值。还可以在此步骤中应用其它收敛准则。

在670，如果收敛并不令人满意，那么可使迭代次数增加一。在680，为了防止例如针对可能没有解决方案在阈值以下的情况(如在高噪音环境中)的无限模拟，或者为了限制模拟时间，可以比较迭代的次数与先前设定的最大迭代次数。在685，如果达到最大迭代次数，那么处理可以在最近的猜测处或最小化误差的先前猜测处停止，返回作为回答。否则，在690处更新参数猜测向量，在640处，基于此猜测与比较过程信号与测量信号的上述过程而再次模拟V’，且可以重复后续的比较。猜测向量的更新可以基于最小化误差的梯度的计算。

可以使用具有相等的成功机会的替代反演方案。此类反演方案可以包括使用查找表。另一替代反演方案可以包括应用蛮力搜索方法，所述方法尝试大量的可能输入组合且选择最小化测量数据与正演模型之间的误差的一个输入组合。替代反演方案并不限于这些替代方案，但可以包括其它替代反演方案或其组合。

图7展示根据各种实施方案的用以确定地下岩层中的接收器的位置的受约束反演方案的实例的特征。可以将约束应用为许多不同技术中的一者，所述技术可被用来减少反演中的误差。一个此类技术是添加第二传感器，所述第二传感器相对于第一传感器的位置是确切已知的。尽管这些两个传感器将必须在电性意义上彼此接近，因此提供很少的独立信息，但单独传感器处的噪声应大部分独立的事实将改进反演准确性。此情况中的反演可以类似于具有与图6相关联的单个接收器的反演。

在710，获取两个接收器处的归因于N个不同发射器的信号的测量。在720，这些信号组合为列向量，表示为V，从而提供与图6相关的方法中的测量信号的两倍分量。可以按类似于关于图6的处理测量信号的变体的方式来获取和处理这些测量信号。

在反演方案中，接收传感器的位置和方向的确定是感兴趣的目标。因此，将感兴趣的参数表示为接收器传感器(x、y、z)的位置、其方位角(θ)及其高度角在730，对传感器中的一者进行位置和定向参数(x’、y’、z’、θ’、)的初始猜测。由于已知第二传感器相对于第一传感器的确切位置，所以在735，基于第一猜测来计算第二传感器的位置和定向在740，使用正演模型来模拟对应于两个接收器的位置和方向参数的初始猜测的信号，所述正演模型表示为V’。可以在此方法中使用使待反演的参数与测量信号相关的准确的正演模型。

在750，比较两个接收器的V与V’之间的差的范数与阈值。在760，如果V与V’之间的差的范数低于预定阈值，那么处理可以停止，且可认为经处理参数(x’、y’、z’、θ’、)是真参数(x、y、z、θ、)的准确近似值。还可以在此步骤中应用其它收敛准则。

在770，如果收敛并不令人满意，那么可使迭代次数增加一。在780，为了防止例如针对可能没有解决方案在阈值以下的情况(如在高噪音环境中)的无限模拟，或者为了限制模拟时间，可以比较迭代的次数与先前设定的最大迭代次数。在785，如果达到最大迭代次数，那么处理可以在最近的猜测处或最小化误差的先前猜测处停止，返回作为回答。否则，在790处更新参数猜测向量，其中用于其它接收器的参数经更新，这是因为已知第二传感器相对于第一传感器的确切位置。在740处，基于这些更新猜测与比较过程信号与测量信号的上述过程而再次模拟V’，且可以重复后续的比较。猜测向量的更新可以基于最小化误差的梯度的计算。

图8展示用以验证反演方案以及用以分析在确定用于不同系统组态的一个或多个传感器的位置时获得的准确性的模拟的特征。将这些模拟进行为蒙特卡洛模拟。在810，所述过程以真的位置/定向向量(x、y、z、θ、)而开始。在蒙特卡洛模拟中，在820处使用对应于位置/定向向量(x、y、z、θ、)的正演模型而找到理想信号。为了模拟环境和系统噪声以及其它测量不确定性，可以将随机噪声η_i添加到理想信号V_理想，从而产生图6的“测量”信号610和图7的信号710。将添加到每一行V_i(即每一信道)的噪声选择为彼此独立的。此处，下标i表示蒙特卡洛模拟的迭代次数。使用(-0.5与0.5)之间的均匀分布来产生随机噪声。接着按比例调整此随机噪声的振幅，且按倍增方式添加到原始信号，如下：

V_i，j＝V_理想，j×(1+u(-0.5，0.5)/SNR)     (1)

在等式(1)中，j表示向量V_i和V_理想的行的索引，u(-0.5,0.5)表示取其值在-0.5与0.5之间的均匀随机噪声，且SNR是表示信噪比的缩放因子。在模拟中，选择SNR为50。接着使V_i反演以产生用于迭代I的猜测(x_i、y_i、z_i、θ_i、)，在840处进行存储。在850处使用计数器将上述过程重复N次，从而能够准确地分析针对不同噪声的反演性能。在模拟中将迭代的次数(N)选择为100。

图9展示用于在地面处具有两个x方向发射器的定位系统的模拟几何形状。在图9中指示在(x,z)方面的参考坐标系，其中z是从地面904起的方向，其中在所展示的x轴和z轴处具有原点(0,0)。此实例的定位系统由两个相同发射器(Tx₁和Tx₂)组成，所述发射器是x方向磁偶极的。这些发射器位于相对于原点的(x,y,z)＝(1000,0,0)米和(3000,0,0)米的位置处，其中x、y和z是相对于参考坐标系的x方向、y方向和z方向的位置。接收器Rx是三联式磁偶极。将其位置选择为(2300,0,z_rec)，其中z_rec是真实的垂直深度(TVD)且在100m的步阶中从100m改变到10,000m以仿真接收器下降到地上。假定Rx具有70°的高度角和50°的方位角。假定岩层具有R_f＝1Ω-m的电阻率、ε_r＝5的相对介电常数和μ_r＝1的磁导率。尽管对于此特定实例Rx、Tx₁和Tx₂位于相同平面上，但反演并未并入此信息。换句话说，假定Rx可以位于3维空间中的任何地方。另外，钻机902、Tx₁和Tx₂出于说明性目的而位于地面904上，且假定岩层901是均质的。

对于此系统，在Rx传感器处接收的电压是具有六个分量的向量。以求解Rx的位置和定向为目标，在所述问题中存在五个未知项。因此，所述解是超定的。通过类似的推理，可见即使是单个发射器和单个三联式接收器，如果经由其它手段已知传感器的定向，定位仍然是可能的。举例来说，可通过使用倾角仪来确定Rx的定向。

图10A-E展示用于图9的模拟几何形状的蒙特卡洛模拟的结果。这些结果在Rx的每一深度点z_rec处具有100次重复。曲线1042、1052、1062、1072和1082指示传感器位置与模拟之间的平均误差。曲线1044、1054、1064、1074和1084展示与平均值的误差的加一标准偏差。曲线1046、1056、1066、1076和1086展示与平均值的误差的减一标准偏差。在蒙特卡洛模拟中，如果测量电压与使用反演参数而获得的电压之间的失配高于阈值，那么丢弃所述特定反演。这类似于实时情况，在所述情况中，如果根据反演参数计算的电压相对于测量电压具有较大的差，那么将认为反演是无用的。根据这些结果可见，可以甚至在较大深处处准确地确定传感器的定向。位置确定较不准确，但平均误差一般保持在每一位置部件的5米内。

图11A-E展示用于图9的定位系统的蒙特卡洛模拟的结果，其中使用第二接收器，所述第二接收器相对于第一接收器的位置受约束。在模拟中，第二接收器具有相对于第一接收器受约束的位置，使得第二接收器在刀具轴中的第一者下方10m，且两个接收器的定向相同。曲线1142、1152、1162、1172和1182指示传感器位置与模拟之间的平均误差。曲线1144、1154、1164、1174和1184展示与平均值的误差的加一标准偏差。曲线1146、1156、1166、1176和1186展示与平均值的误差的减一标准偏差。可以通过从此第二接收器获得的额外知识而观测到反演性能的轻微改进。

图12展示用于两个发射器定位系统的模拟几何形状，其中所述发射器中的一者在地下。此系统实质上与图9中所示的几何形状相同，除了发射器Tx₁相对于原点位于地下的点(1000,0,1000)处，其中发射器Tx₂在地面上(3000，0,0)处。假定(2300,0,z_rec)处的接收器Rx具有70°的高度角和50°的方位角。假定岩层具有R_f＝1Ω-m的电阻率、ε_r＝5的相对介电常数和μ_r＝1的磁导率。

图13A-E展示用于图12的定位系统的蒙特卡洛模拟的结果。曲线1342、1352、1362、1372和1382指示传感器位置与模拟之间的平均误差。曲线1344、1354、1364、1374和1384展示与平均值的误差的加一标准偏差。曲线1346、1356、1366、1376和1386展示与平均值的误差的减一标准偏差。所得结果类似于两发射器均在地面上的情况。实际上，可以观测到反演性能的轻微改进，所述改进可以归因于图12的定位系统中的发射器的位置较佳跨越空间的事实。因此，从这两个发射器获得的信息更加独立。

图14展示用于具有四个三联式发射器的定位系统的模拟几何形状。经模拟的实例定位系统由分别在位置(1000,0,1000)、(2000,1000,0)、(2000,-1000,0)和(3000,0,0)处的三联式发射器Tx₁、Tx₂、Tx₃和Tx₄组成。部署系统可以包括在不同位置处的发射器，且可以包括增加数目的发射器。对于所述模拟，接收器Rx是在位置(2300,0,z_rec)处的三联式接收器，其中zrec表示真实垂直深度，且Rx具有70°高度角和50°方位角。假定岩层具有R_f＝1Ω-m的电阻率、ε_r＝5的相对介电常数和μ_r＝1的磁导率。模拟结果指示可通过使用三联式发射器和增加发射器的数目而获得进一步的改进。

图15A-E展示用于图14的定位系统的蒙特卡洛模拟的结果。曲线1542、1552、1562、1572和1582指示传感器位置与模拟之间的平均误差。曲线1544、1554、1564、1574和1584展示与平均值的误差的加一标准偏差。曲线1546、1556、1566、1576和1586展示与平均值的误差的减一标准偏差。误差的标准偏差相比于图12中所描绘的系统几乎减少一半。

可以实施与使用完全反演不同的方法，以寻找地下岩层中的一个或多个接收器传感器的位置。这些其它方法提供半解析公式来寻找位置。举例来说，一旦根据测量找到源的角度位置，即可通过几何恒等式找到接收器的位置。如果来自所述源的信号的量值可以受到不同于距离的参数的影响，那么单独使用角度信息在一些情况下可以是有利的。举例来说，源与接收器之间的介质的色散或折射效应可以影响来自所述源的信号的量值。一旦如通过使用反演方法而发现所述源的方向，即已知每一源的角度(θ_源，)。一旦发现在地面处或岩层内部的不同源的定向，即可通过几何恒等式推论出地下接收器相对于源的位置。可以根据每一发射器天线的场的方向获得额外信息。关于所述场的方向的信息可以在确定接收器位置时帮助减小误差。

图16展示具有在地面上的发射器Tx₁、Tx₂、Tx₃和地下的接收器Rx的2维实例，所述实例用以示出用以发现接收器相对于来自已知的源定向的源的位置的方法。可以通过测量地面处的源的角定向以及求解与发射器和接收器相关联的三角问题而使用半解析公式来得到地下Rx的位置，其中地面处的源的位置是精确知晓的。可以根据每一发射器天线的场的方向获得额外信息。关于所述场的方向的信息可以在确定接收器位置时帮助减小误差。然而，在此实例中，假定仅知道天线的方向而不知道电场的方向。

在此2D实例中(图16中所示)，所有接收器和发射器位于同一平面上。在此情况下，Rx不具有用以测量所述源的角度的任何参考。测量的是所述源的方向之间的角度α和β。根据余弦定理的三角恒等式，可以导出以下三个方程式：

d₁ ²＝a²+b²-2ab cos(α)    (2)

d₂ ²＝b²+c²-2bc cos(β)    (3)

(d₁+d₂)²＝a²+c²-2ac cos(α+β)(4)

在方程式(2)、(3)和(4)中，未知项a、b和c可以作为d₁和d₂的函数而获得，d1和d2是地面上的源之间的距离。距离d₁是Tx₁与Tx₂之间的距离，且距离d₂是Tx₂与Tx₃之间的距离。这些距离可以是高精度已知的。为了求解Rx的位置，可以假定Tx1具有位置(0,0)。可以再次应用余弦定理以获得：

b²＝a²+c²-2ab cos(δ)，    (5)

根据上式可以获得角度δ。可以将接收器位置的坐标评估为x＝acos(δ)且y＝a sin(δ)。

图17展示具有在地面上的发射器Tx₁和Tx₂和地下的接收器Rx的二维实例，其中所述接收器具有参考方向。Tx₁和Tx₂分离距离d₁。Rx已知的参考可以是重力方向，所述重力方向大致指向地球的中心。重力方向是已知的，且可以建构垂直于重力方向的平面1706。所述源的方向可以参考垂直于重力的平面。角度α和β表示所述源的方向。假定垂直于重力方向的平面1706与地球表面平行于彼此，通过几何定理则可得到Ф₁＝β和Ф₂＝α。通过已知两个内部角Ф₁和Ф₂以及长度d₁，可以求解三角形的所有侧边和角度。因此，在提供参考方向的此实例中，对于此半解析公式仅需要两个源。

寻找地下位置所需的源的数目取决于有多少方向参考可用。如果重力给出指向地球中心的参考方向且已知局部磁场定向，从而提供了第二参考方向，那么可以仅通过地面上的两个源而发现地下接收器的位置，其中假定仅知道所述源的角度位置而不知道关于距离的信息。其它方法包括在没有给定参考的情况下使用关于发射器和接收器的3D情况，其方式类似于2D情况中的利用余弦定理的上述方法。

图18展示根据各种实施方案的具有在地面上的发射器和地下的接收器的三维实例，其中所述接收器不具有参考方向。S1、S2和S3是三个发射器在地面上的位置。接收器处于位置O。S1与S2之间的距离d₁、S2与S3之间的d₂以及S1与S3之间的d₃是精确知晓的。可以测量角度α、β和δ。根据图18，以下方程式成立：

d₁ ²＝a²+b²-2ab cos(α)    (6)

d₂ ²＝b²+c²-2bc cos(β)    (7)

d₃ ²＝a²+c²-2ac cos(δ)    (8)

其中可以得到未知项a、b和c。根据所述源的已知位置和求得的a、b和c，可以在这些半解析公式中得到在O处的接收器的位置。如果所述源是三联式且源偶极的方向是已知的，那么由于源场的振荡方向提供额外的信息而存在更多可用的信息。另外，为了能够区别不同的源，每一源可以使用不同的频率。使用较多的源由于可以改进定位的准确性而是方便的。

可以将模拟应用到半解析方法。通过使用图9A中所示的定位系统，可以使用2D半解析公式来呈现模拟实例。对于此2D实例，假定已知接收器位于与两个发射器相同的平面上。接着，可以得到图17中所描绘的角度α和β作为从每一发射器到接收器的垂直距离和水平距离的比率的反正切函数。可以通过使用归因于单个发射器而接收的数据而非使用先前论述的反演方案来得到这些距离。可以通过比较测量信号与所计算信号来进行此类方法，类似于先前论述的反演方案。半解析方法的结果可以在其中接收器和发射器的增益波动是个问题的情况下或者在色散/折射介质中更有用。

在一些其它应用中，如果发射器和接收器均为具有已知定向的三联式，那么发射器和接收器可按某一方式旋转以获得两个偶极，其中所接收的信号是零。这仅在以下情况下是可能的：如果接收器处于无穷远处，此情况下在实际应用中丢弃；或如果发射和接收偶极平行位于连接所述两者的线，此情况提供角度信息。还可使用上述方法的其它变体和组合以寻找角度信息。

图19A-B展示使用用于图9中所示的定位系统的半解析解法的蒙特卡洛模拟结果。使用角度信息得到在x平面和z平面中的接收器位置。真实的垂直深度在100m的步阶中在100米和10,000米之间改变，且在每一步阶对于SNR值50执行模拟的100次重复。曲线1942和1952指示传感器位置与模拟之间的平均误差。曲线1944和1954展示与平均值的误差的加一标准偏差。曲线1946和1956展示与平均值的误差的减一标准偏差。所得结果比图10中所示的结果稍微较不准确，这是因为角度信息是使用仅单个发射器与单个接收器之间的相互作用而获得的。

在各种实施方案中，用以寻找地下岩层中的位置的方法可以包括基于电场的定位。在先前实例中，假定发射器和接收器均为磁偶极。因此，接收器测量磁场。如果代替测量接收器处的电场，那么可以使用不同的方法来获得接收器的位置。

图20展示接收器处的归因于磁偶极的电场，所述电场垂直于接收器和发射器所位于的平面。磁偶极的电场仅具有圆周分量。因此，接收器处的电场E(x_rec,y_rec,z_rec)垂直于发射器T_x(x₀,y₀,z₀)和接收器所位于的平面。此平面因此可由以下公式来限定：

n_x0(x-x₀)+n_y0(y-y₀)+n_z0(z-z₀)＝0    (9)

在方程式(9)中，n_x0、n_y0和n_z0表示具有与电场相同的方向的单位向量的x、y和z分量，且(x₀,y₀,z₀)是发射器位置。如果存在用于三个不同发射器的三个此类线性独立方程式(换句话说，在根据方程式(9)获得的平面对于两个或两个以上发射器不同的情况下)，那么可以求解独立方程式而获得接收器位置，如方程式(10)中所示。向量(n_xi,n_yi,n_zi)是平行于接收器处的电场的单位向量，所述电池由位置(x_i,y_i,z_i)处的发射器i产生，其中i＝0、1、2。

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{n}_{x0}& n_{y0}& n_{z0}\\ n_{x1}& n_{y1}& n_{z1}\\ n_{x2}& n_{y2}& n_{z2}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{n}_{x0}{x}_0+n_{y0}{y}_0+n_{z0}{z}_0\\ n_{x1}{x}_1+n_{y1}{y}_1+n_{z1}{z}_1\\ n_{x2}{x}_2+n_{y2}{y}_2+n_{z2}{z}_2\end{array}\right]---\left(10\right)$

对于实际应用，应直接明了以满足感兴趣的体积中的独立要求。举例来说，如果所有三个发射器位于彼此隔开的平坦地面上，且接收器不在此地面上，那么由方程式(9)获得的平面将总是在接收器所位于的点处相交。

在实际应用中，噪声将影响结果的准确性。在那些情况下，可能需要添加额外信息以改进准确性。额外信息可以包括使用各自处于已知位置的额外发射源。对于这些情况，单位向量的矩阵可以不是正方形矩阵。因此，应代替在方程式(10)中使用矩阵的伪逆。在此方法中不应用迭代反演；因此，比所述反演方法更快地获得了结果。然而，必须经由其它手段而准确地已知接收器传感器的定向。

图21展示用于基于电场的定位系统的模拟系统。在图21中指示在(x,y,z)方面的参考坐标系，其中z是从地面2104起的方向，其中在所展示的x轴、y轴和z轴处具有原点(0,0,0)。此实例的定位系统具有三个发射器：Tx₁，在(1000,0,0)的x方向磁偶极；Tx₂，在(3000,0,0)的y方向磁偶极；和Tx₃，在(2000,-1000,0)的z方向磁偶极。接收器Rx，三联式电偶极，是在(2300,600,z_rec)处，其中z_rec表示TVD。与先前一样，当TVD在100m的步阶中从100m改变到10,000m且将SNR取为50时，在每一深度步阶处重复蒙特卡洛模拟100次。假定Rx具有70°的高度角和50°的方位角。假定岩层具有R_f＝1Ω-m的电阻率、ε_r＝5的相对介电常数和μ_r＝1的磁导率。

图22A-C展示使用图21的基于电场的定位系统的蒙特卡洛模拟结果。蒙特卡洛模拟结果是针对在图21中所示的接收器的x位置、y位置和z位置上的误差。曲线2242、2252和2262指示传感器位置与模拟之间的平均误差。曲线2244、2254和2264展示与平均值的误差的加一标准偏差。曲线2246、2256和2266展示与平均值的误差的减一标准偏差。准确性不如反演方法一样好，但仍获得真实接收器位置的合理近似值。

基于对偶定理，可在本文论述的实例中使用电偶极。举例来说，如果发射器是电偶极，那么磁场将垂直于含有接收器和发射器位置的平面而非电场。因此，本文所描述的方法可以通过测量接收器处的磁场来使用。

在各种实施方案中，用以定位井下接收器的方法的特征包括：响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；以及基于由所述三个或三个以上发射源所产生的信号使用反演过程来处理所接收的信号，从而确定接收器的位置。用以确定接收器的位置的信号的处理可以在井下进行。井下处理可以使用与接收器集成的电子器件来进行，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述井下处理可以使用安置在结构上的电子器件来定位，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。井下处理可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据而在地面处进行。

所述方法的特征可以包括控制三个或三个以上发射源，所述发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线处于已知位置，且所述载流导线沿着直线路径布置而使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。所述方法的特征可以包括：控制三个或三个以上发射源，所述发射源包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者处于已知位置且沿着直线路径布置，而使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略；以及基于许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。控制所述三个或三个以上发射源可以包括控制至少三个偶极发射器。控制三个或三个以上发射源可以包括控制在土地下方产生电磁场的土地附近或在地上产生较大电流分布的源，所述电磁场可在接收器处测量，所述较大电流分布是在已知位置处。三个或三个以上发射源包括定位在地上的一个或多个发射源。所述三个或三个以上发射源可以包括在井中的发射器。所述井可以不同于接收器定位在其中的井，或所述井可以是接收器定位在其中的井。所述三个或三个以上发射源可以在含有接收器的平面中包括不超过两个发射器。控制所述三个或三个以上发射源可以包括进行这些特征的实施方案的各种组合以控制三个或三个以上发射源。

所述方法的特征可以包括产生来自在地上或土地附近的发射源的所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。所述方法可以包括依序操作三个或三个以上发射源，使得三个或三个以上发射源中的仅一者在一个时间周期内是开启的。所述方法可以包括在小于约50Hz的频率下操作所述发射源中的每一者。

使用反演过程可以包括：产生来自发射源中的每一者的在接收器处预期的信号的值；产生所预期信号与从所述接收器接收的信号之间的差；当所述差小于阈值时，选择用于所述接收器的坐标值作为接收器的位置，所述操作针对所述差小于阈值的情况产生在接收器处预期的信号；以及当所述差大于阈值时，产生在接收器处预期的信号的新值且确定所述新值与从所述接收器接收的信号之间的差是否小于所述阈值。产生在接收器处预期的信号的值可以包括通过正演模型而使用接收器的位置的估计。产生在接收器处预期的信号的值可以包括通过查找表而使用接收器的位置的估计。

使用反演过程可以包括：产生接收器的位置的估计，将所述接收器当作第一接收器；产生一个或多个其它接收器的每一位置的估计，所述一个或多个其它接收器中的每一者具有相对于第一接收器的已知位置；产生在第一接收器处和在来自发射源中的每一者的一个或多个其它接收器处预期的信号的值；产生预期信号的值与在第一接收器处接收的信号和在一个或多个其它接收器处接收的信号的组合的值之间的差；当所述差小于阈值时，选择第一接收器的坐标的值作为第一接收器的位置，所述操作针对所述差小于阈值而产生在第一接收器处预期的信号；以及当所述差大于阈值时，如果反演过程是在最大迭代内，那么产生第一接收器的位置的新估计。

使用反演过程可以包括：产生在接收器处预期的信号的值的集合，每一集合由接收器的位置的不同估计产生；针对每一集合产生所预期信号的值与从接收器接收的信号的值之间的差；以及选择最小化所预期信号的值与从接收器接收的信号的值之间的差的误差的估计。产生在接收器处预期的信号的值的集合可以包括将正演模型用于估计中的每一者。

在各种实施方案中，用以定位井下接收器的第二方法的特征包括：响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；基于接收的信号来确定关于发射器相对于接收器的角度；以及基于角度和已知位置来确定接收器的位置。角度的确定和接收器的位置的确定可以在井下进行。确定角度和确定接收器的位置可以使用与接收器集成的电子器件来进行，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述井下处理可以使用安置在结构上的电子器件来定位，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。井下处理可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据而在地面处进行。

第二方法可以包括控制三个或三个以上发射源，所述发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。所述第二方法的特征可以包括：控制三个或三个以上发射源，所述发射源包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略；以及基于许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。控制所述三个或三个以上发射源可以包括至少三个偶极发射器。所述三个或三个以上发射源可以包括定位在地上的一个或多个发射源。所述第二方法可以包括产生来自在地上或土地附近的发射源的所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

第二方法可以包括使用重力来提供参考。确定接收器的位置可以包括使用角度和已知位置来评估几何恒等式。评估几何恒等式可以包括使用余弦定理。第二方法可以包括在不同于许多发射器中的其它发射器的频率的频率下操作所述发射器中的每一者。所述发射器还可以依序操作。

在各种实施方案中，用以定位井下接收器的第三方法的特征包括：响应于由位于已知位置处的三个或三个以上磁偶极所产生的信号而确定位于地下岩层中的接收器处的电场，使得存在分别由三个或三个以上磁偶极中的一者的位置和接收器处的归因于相应磁偶极的电场而限定的至少三个不同平面；以及基于已知位置和电场的方向来确定接收器的位置。接收器的位置的确定可以在井下进行。确定接收器的位置可以使用与接收器集成的电子器件来进行，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述井下处理可以使用安置在结构上的电子器件来定位，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。井下处理可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据而在地面处进行。

在第三方法的实施方案中，三个或三个以上磁偶极可以位于地上或土地附近。在实施方案中，不超过两个发射器和接收器处于平面中。

在各种实施方案中，可操作以寻找地下岩层中的位置的系统的部件可以如本文所描述或按照类似的方式通过组合基于硬件和软件的实施方案来实现。这些实施方案可以包括具有用以寻找地下岩层中的位置的机器可执行指令的机器可读存储装置，如具有计算机可执行指令的计算机可读存储装置。所执行指令还可以包括用以操作一个或多个发射器以产生信号的指令。所执行指令还可以包括用以根据本文的教示响应于一个或多个发射器所产生的信号而操作一个或多个接收器以提供信号的指令。所述指令可以包括用以提供数据到处理单元使得所述处理单元进行一个或多个过程来评估信号、数据或信号和数据的指令。此外，本文的机器可读存储装置是存储由所述装置内的物理结构表示的数据的物理装置。机器可读存储装置的实例包括(但不限于)：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储装置、光学存储装置、快闪存储器和其它电子、磁性和/或光学存储器装置。

在各种实施方案中，机器可读存储装置的实施方案的特征可以包括具有存储在其上的指令，所述指令在被机器执行时致使所述机器执行操作以：响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；以及基于由所述三个或三个以上发射源所产生的信号使用反演过程来处理所接收的信号，从而确定接收器的位置。指令可以包括用以控制三个或三个以上发射源的指令，所述发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。所述指令可以包括用以进行以下操作的指令：控制三个或三个以上发射源，所述发射源包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者沿着直线路径布置，而使得来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略；以及基于许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。所述指令可以包括用以控制包括至少三个偶极发射器的三个或三个以上发射源的指令。所述指令可以包括用以控制三个或三个以上发射源的指令，所述三个或三个以上发射源包括在土地下方产生电磁场的土地附近或在地上产生较大电流分布的源，所述电磁场可在接收器处测量，所述较大电流分布是在已知位置处。所述三个或三个以上发射源可以在含有接收器的平面中包括不超过两个发射器。所述三个或三个以上发射源可以包括在井中的发射器。所述井可以不同于接收器定位在其中的井，或所述井可以是接收器定位在其中的井。.控制三个或三个以上发射源的指令可以包括进行这些特征的各种组合以控制所述三个或三个以上发射源。

所述指令可以包括用以产生来自在地上或土地附近的发射源的所产生信号的至少一个信号的指令，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。所述指令可以包括用以依序操作三个或三个以上发射源的指令，使得三个或三个以上发射源中的仅一者在一个时间周期内是开启的。所述指令可以包括用以操作定位在地上的发射源中的一个或多个的指令。所述机器可读存储装置可以包括用以在小于约50Hz的频率下操作所述发射器中的每一者的指令。

在存储于机器可读存储装置中的指令中,使用反演过程可以包括：产生来自发射源中的每一者的在接收器处预期的信号的值；产生所预期信号与从所述接收器接收的信号之间的差；当所述差小于阈值时，选择用于所述接收器的坐标值作为接收器的位置，所述操作针对所述差小于阈值的情况产生在接收器处预期的信号；以及当所述差大于阈值时，产生在接收器处预期的信号的新值且确定所述新值与从所述接收器接收的信号之间的差是否小于所述阈值。产生在接收器处预期的信号的值可以包括通过正演模型而使用接收器的位置的估计。产生在接收器处预期的信号的值可以包括通过查找表而使用接收器的位置的估计。

在存储在机器可读存储装置中的指令中，使用反演过程可以包括：产生接收器的位置的估计，将所述接收器当作第一接收器；产生一个或多个其它接收器的每一位置的估计，所述一个或多个其它接收器具有相对于第一接收器的已知位置；产生在第一接收器处和在来自发射源中的每一者的一个或多个其它接收器处预期的信号的值；产生预期信号的值与在第一接收器处接收的信号和在一个或多个其它接收器处接收的信号的组合的值之间的差；当所述差小于阈值时，选择第一接收器的坐标的值作为第一接收器的位置，所述操作针对所述差小于阈值而产生在第一接收器处预期的信号；以及当所述差大于阈值时，如果反演过程是在最大迭代内，那么产生第一接收器的位置的新估计。

在存储于机器可读存储装置中的指令中，使用反演过程可以包括：产生在接收器处预期的信号的值的集合，每一集合由接收器的位置的不同估计产生；针对每一集合产生所预期信号的值与从接收器接收的信号之间的差；选择最小化所预期信号的值与从接收器接收的信号的值之间的差的误差的估计。产生在接收器处预期的信号的值的集合可以包括将正演模型用于估计中的每一者。

在各种实施方案中，机器可读存储装置的第二实施方案的特征可以包括具有存储在其上的指令，所述指令在被机器执行时致使所述机器执行操作以：响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；基于接收的信号来确定关于发射器相对于接收器的角度；以及基于角度和已知位置来确定接收器的位置。指令可以包括用以控制三个或三个以上发射源的指令，所述发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。所述指令可以包括用以进行以下操作的指令：控制三个或三个以上发射源，所述发射源包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者处于已知位置且沿着直线路径布置，而使得来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略；以及基于许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。

所述指令可以包括用以控制包括至少三个偶极发射器的三个或三个以上发射源的指令。所述指令可以包括用以控制包括位于在地上的发射源的三个或三个以上发射源的指令。所述指令可以包括用以产生来自在地上或土地附近的发射源的所产生信号的至少一个信号的指令，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

在机器可读存储装置的第二实施方案中可以包括用以执行操作的指令，其中用以确定位置的操作可以包括使用角度和已知位置来评估几何恒等式。评估几何恒等式可以包括使用余弦定理。操作可以包括使用重力来提供参考方向。操作可以包括在不同于许多发射器中的其它发射器的频率的频率下操作所述发射器中的每一者。操作可以包括使用单个频率来依序操作发射器。

在各种实施方案中，机器可读存储装置的实施方案的特征可以包括具有存储在其上的指令，所述特征在由机器执行时，致使所述机器执行操作以：响应于由位于已知位置处的三个或三个以上磁偶极所产生的信号而确定位于地下岩层中的接收器处的电场，使得存在分别由三个或三个以上磁偶极中的一者的位置和接收器处的归因于相应磁偶极的电场而限定的至少三个不同平面；以及基于已知位置和电场的方向来确定接收器的位置。所述三个或三个以上磁偶极可以位于地上或土地附近。可以布置三个或三个以上磁偶极，其中不超过两个发射器和接收器处于平面中。

在各种实施方案中，实例系统的实施方案可以包括：三个或三个以上发射源，所述源中的每一者位于已知位置处，三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；控制单元，其经布置以控制来自三个或三个以上发射源的信号的产生；地下岩层中的接收器，所述接收器可操作以响应于由三个或三个以上发射源的产生而接收信号；以及处理单元，其经布置以基于三个或三个以上发射源所产生的信号而使用反演过程来处理所述接收的信号，从而确定接收器的位置。处理单元可以位于井下。所述处理单元可以通过与接收器集成的电子器件来实现，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述处理单元可以通过安置在结构上的电子器件来实现，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。处理单元可以位于井下，此情况可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以位于地面处，响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据。

三个或三个以上发射源可以包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。三个或三个以上发射源可以包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者处于已知位置且沿着直线路径布置，而使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略；以及所述处理单元经布置以基于许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。所述三个或三个以上发射源可以包括可操作以在土地下方产生电磁场的土地附近或在地上产生较大电流分布的源，所述电磁场可在接收器处测量，所述较大电流分布是在已知位置处。所述三个或三个以上发射源可以包括定位在地上的一个或多个发射源。所述三个或三个以上发射源可以包括在井中的发射器。所述井可以不同于接收器定位在其中的井，或所述井可以是接收器定位在其中的井。所述三个或三个以上发射源可以在含有接收器的平面中包括不超过两个发射器。所述三个或三个上发射源可以通过三个或三个以上发射源的这些实例实施方案的各种组合来布置。

控制单元可以经构造以是可操作的来产生来自在地上或土地附近的发射源的所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。所述控制单元可以经构造来依序操作三个或三个以上发射源，使得三个或三个以上发射源中的仅一者在一个时间周期内是开启的。所述控制单元可以经布置来在小于约50Hz的频率下操作所述发射源中的每一者。

所述处理单元可以经布置来使用反演过程，所述反演过程包括处理单元可操作以：产生来自发射源中的每一者的在接收器处预期的信号的值；产生所预期信号与从所述接收器接收的信号之间的差；当所述差小于阈值时，选择用于所述接收器的坐标值作为接收器的位置，所述操作针对所述差小于阈值的情况产生在接收器处预期的信号；以及当所述差大于阈值时，产生在接收器处预期的信号的新值且确定所述新值与从所述接收器接收的信号之间的差是否小于所述阈值。所述处理单元可以经构造以是可操作的，从而通过正演模型来使用接收器的位置的估计。所述处理单元可以经构造以是可操作的，从而通过查找表来使用接收器的位置的估计。

所述处理单元可以经布置以使用反演过程，所述反演过程包括处理单元可操作以：产生接收器的位置的估计，将所述接收器当作第一接收器；产生一个或多个其它接收器的每一位置的估计，所述一个或多个其它接收器中的每一者具有相对于第一接收器的已知位置；产生在第一接收器处和在来自发射源中的每一者的一个或多个其它接收器处预期的信号的值；产生预期信号的值与在第一接收器处接收的信号和在一个或多个其它接收器处接收的信号的组合的值之间的差；当所述差小于阈值时，选择第一接收器的坐标的值作为第一接收器的位置，所述操作针对所述差小于阈值而产生在第一接收器处预期的信号；以及当所述差大于阈值时，如果反演过程是在最大迭代内，那么产生第一接收器的位置的新估计。

所述处理单元可以经布置以使用反演过程，所述反演过程包括处理单元可操作以：产生在接收器处预期的信号的值的集合，每一集合由接收器的位置的不同估计产生；针对每一集合产生所预期信号的值与从接收器接收的信号的值之间的差；以及选择最小化所预期信号的值与从接收器接收的信号的值之间的差的误差的估计。所述处理单元可以经构造以是可操作的，从而将正演模型用于所述估计中的每一者。

在各种实施方案中，系统的第二实例可以包括：三个或三个以上发射源，所述发射源中的每一者位于已知位置处，三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；控制单元，其经布置以控制来自三个或三个以上发射源的信号的产生；地下岩层中的接收器，所述接收器可操作以响应于由三个或三个以上发射源的产生而接收信号；处理单元，其经布置以基于接收的信号来确定关于发射器相对于接收器的角度以及基于所述角度和已知位置来确定接收器的位置。处理单元可以位于井下。所述处理单元可以通过与接收器集成的电子器件来实现，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述处理单元可以通过安置在结构上的电子器件来实现，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。处理单元可以位于井下，此情况可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以位于地面处，响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据。

在实例系统的第二实施方案中，所述三个或三个以上发射源可以包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略。三个或三个以上发射源可以包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者处于已知位置且沿着直线路径布置，而使得在来自闭合环路的接收器处接收的信号可以从闭合环路的沿行不同于直线路径的路径的部分忽略；以及所述处理单元经布置以基于许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。所述三个或三个以上发射源可以包括至少三个偶极发射器。所述三个或三个以上发射源可以包括定位在地上的一个或多个发射源。

控制单元可以经构造以是可操作的来产生来自在地上或土地附近的发射源的所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。控制单位可以经布置以在不同于许多发射器中的其它发射器的频率的频率下操作所述发射器中的每一者。所述发射器还可以依序操作。

在实例系统的第二实施方案中，处理单元可以经布置以使用角度和已知位置来评估几何恒等式。处理单元可以经布置以使用余弦定理来评估几何恒等式。处理单位可以经构造以操作来使用重力来提供参考方向。

在各种实施方案中，第三实例系统的实施方案可以包括：位于地下岩层中的接收器；三个或三个以上磁偶极，其位于已知位置处而使得存在分别由三个或三个以上磁偶极中的一者的位置和接收器处的归因于相应磁偶极的电场而限定的至少三个不同平面；控制单元，其经布置以控制来自三个或三个以上磁偶极的信号的产生；以及处理单元，其经布置以响应于产生所述信号而确定接收器处的电场，以及基于已知位置和电场的方向来确定接收器的位置。处理单元可以位于井下。所述处理单元可以通过与接收器集成的电子器件来实现，其中关于发射传感器的已知位置的信息连同用以处理信号的指令一起由所述电子器件存储。所述处理单元可以通过安置在结构上的电子器件来实现，在所述结构上安置接收器，且电子器件与接收器分离。处理单元可以位于井下，此情况可以允许自动的地质导向。或者，处理单元可以位于地面处，响应于接收到信号或关于来自接收器的信号的数据。

在实例系统的第三实施方案中，三个或三个以上磁偶极是位于地上或土地附近。在实施方案中，布置可以在一个平面中包括不超过两个磁偶极和所述接收器。

本文所论述方法的特征的排列可以在不同的方法当中实现。本文所论述的机器可读存储装置的特征的排列可以在不同的机器可读存储装置当中实现。本文所论述系统的特征的排列可以在不同的系统当中实现。

图23描绘可操作以发现地下岩层中的位置的系统2300的实例实施方案的特征的框图。系统2300经组配有位于已知位置处的一个或多个发射传感器和位于地下岩层中的一个或多个接收器。系统2300包括发射传感器2312和接收传感器2310的布置，所述布置可以按照与本文所论述的传感器的布置类似或相同的方式来实现。系统2300可经组配以根据本文教示来操作。

系统2300可以包括控制器2325、存储器2330、电子设备2365和通信单元2335。控制器2325、存储器2330和通信单元2335可以经布置以操作为控制单元和处理单元，从而控制发射传感器2312和接收传感器2310的布置的操作以及对所收集的信号执行一个或多个处理操作，按照与本文所论述的程序类似或相同的方式来确定接收传感器2310中的一个或多个的位置。可以将此类处理单元实现为处理单元2320，所述处理单元可以被实施为单个单元或分布在包括电子设备2365的系统2300的部件中。控制器2325和存储器2330可以操作以控制发射器传感器2312的激活和接收器传感器2310的选择，以及根据如本文所描述的测量程序和信号处理来管理处理方案。系统2300可以经构造来以与处理来自接收单元的一个或多个信号的发射布置和方法相关联的结构类似或相同的方式来运作，所述接收单元的位置可以通过处理来确定。

通信单元2335可以包括用于适当定位的传感器的井下通信。此类井下通信可以包括遥测系统。通信单元2335可以在不干扰持续测量的频率下使用有线通信技术和无线技术的组合。通信单元2335可以包括用以与分布在较大空间区域内的发射传感器通信的接口。

系统2300可以包括网络2327，其中网络2327可操作为向分布在较大空间区域内的系统2300的子系统当中提供导电性的网络，所述较大空间区域包括地面定位的发射器、地下发射器和地下岩层中的接收器。地面定位的发射器和地下发射器可以定位在已知位置处，与一个或多个接收器通信，来提供信号到处理单元以寻找一个或多个接收器的位置。网络2327可以包括地址总线、数据总线和控制总线，每一总线经独立地组配或以集成格式来组配。网络2327可以使用许多不同的通信介质来实现，所述网络允许控制和管理可以分布在较大空间区域内的系统2300的部件和子系统。网络2327的使用可以通过控制器2325来调节。

在各种实施方案中，外围装置2345可以包括可以结合控制器2325和/或存储器2330而操作的额外的存储存储器和/或其它控制装置。在实施方案中，控制器2325被实现为处理器或处理器群组，所述处理器可以取决于所指派函数而独立地操作。外围装置2345可以用一个或多个显示器2355布置为地面上的分布式部件，所述部件可供存储在存储器2330中的指令使用，以实施用以监视系统2300和/或系统2300内分布的部件的操作的用户接口。用户接口可用以输入操作参数值，使得系统2300可以在实质上没有用户介入的情况下自主地操作。

尽管本文已说明和描述了具体的实施方案，但本领域技术人员将了解，计划来实现相同目的的任何布置可代替所展示的具体实施方案。各种实施方案使用本文所描述实施方案的排列和/或组合。应理解，以上描述意图是说明性且非限制性的，且本文所采用的措辞或术语是用于描述的目的。本领域的技术人员将通过学习以上描述而显而易见以上实施方案和其它实施方案的组合。

Claims (97)

1.一种方法，其包括：

响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；以及

基于由所述三个或三个以上发射源产生的所述信号通过使用反演过程来处理所述接收的信号，从而确定所述接收器的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中用以确定所述接收器的所述位置的所述信号的所述处理是在井下进行的。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括控制所述三个或三个以上发射源，所述三个或三个以上发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线是处于已知位置，所述载流导线沿着直线路径而布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括

控制包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源的所述三个或三个以上发射源，所述许多载流导线中的每一者是处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略；以及

基于所述许多载流导线的模型及其对应的直线路径来处理所述信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括控制包括至少三个偶极发射器的所述三个或三个以上发射源。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括控制所述三个或三个以上发射源，所述发射源包括在土地下方产生电磁场的土地附近或在地上产生较大电流分布的源，所述电磁场可在所述接收器处测量，所述较大电流分布是在已知位置处。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述三个或三个以上发射源包括定位在地上的一个或多个发射源。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括产生来自在地上或土地附近的发射源的所述所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和所述整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括依序操作所述三个或三个以上发射源，使得所述三个或三个以上发射源中的仅一者在一个时间周期内是开启的。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述三个或三个以上发射源包括在井中的发射器。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述三个或三个以上发射源在含有所述接收器的平面中包括不超过两个发射器。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在小于约50Hz的频率下操作所述发射源中的每一者。

13.如权利要求1所述的方法，其中使用所述反演过程包括：

由所述发射源中的每一者产生在所述接收器处预期的信号的值；

产生所述所预期信号与从所述接收器接收的所述信号之间的差；

当所述差小于阈值时，选择所述接收器的坐标值作为所述接收器的所述位置，所述操作针对所述差小于所述阈值的情况产生在所述接收器处预期的所述信号；以及

当所述差大于所述阈值时，产生在所述接收器处预期的信号的新值，且确定所述新值与从所述接收器接收的所述信号之间的差是否小于所述阈值。

14.如权利要求13所述的方法，其中产生在所述接收器处预期的所述信号的值包括通过正演模型而使用所述接收器的所述位置的估计。

15.如权利要求13所述的方法，其中产生在所述接收器处预期的所述信号的值包括通过查找表而使用所述接收器的所述位置的估计。

16.如权利要求1所述的方法，其中使用所述反演过程包括：

产生所述接收器的所述位置的估计，所述接收器被当作第一接收器；

产生一个或多个其它接收器的每一位置的估计，所述一个或多个其它接收器中的每一者具有相对于所述第一接收器的已知位置；

产生在所述第一接收器处和在来自所述发射源中的每一者的所述一个或多个其它接收器处预期的信号的值；

产生所述所预期信号的所述值与在所述第一接收器处接收的所述信号和在所述一个或多个其它接收器处接收的信号的组合的所述值之间的差；

当所述差小于阈值时，选择所述第一接收器的坐标值作为所述第一接收器的所述位置，所述操作针对所述差小于所述阈值的情况产生在所述第一接收器处预期的所述信号；以及

当所述差大于所述阈值时，如果所述反演过程在最大迭代内，那么产生所述第一接收器的所述位置的新估计。

17.如权利要求1所述的方法，其中使用所述反演过程包括：

产生在所述接收器处预期的信号的值的集合，每一集合由所述接收器的所述位置的不同估计产生；

针对每一集合产生所述所预期信号的所述值与从所述接收器接收的所述信号的所述值之间的差；以及

选择最小化所述所预期信号的所述值与从所述接收器接收的所述信号的所述值之间的所述差的误差的所述估计。

18.如权利要求17所述的方法，其中产生在所述接收器处预期的信号的值的所述集合包括将正演模型用于所述估计中的每一者。

19.一种方法，其包括：

响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；

基于所述接收的信号来确定关于所述发射器相对于所述接收器的角度；以及

基于所述角度和所述已知位置来确定所述接收器的位置。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述角度确定和所述接收器的所述位置的所述确定是在井下进行的。

21.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括控制所述三个或三个以上发射源，所述三个或三个以上发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线是处于已知位置，所述载流导线沿着直线路径而布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略。

22.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括

控制包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源的所述三个或三个以上发射源，所述许多载流导线中的每一者是处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略；以及

基于所述许多载流导线的模型及其对应的直线路径来处理所述信号。

23.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括控制包括至少三个偶极发射器的所述三个或三个以上发射源。

24.如权利要求19所述的方法，其中所述三个或三个以上发射源包括定位在地上的一个或多个发射源。

25.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括产生来自在地上或土地附近的发射源的所述所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和所述整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

26.如权利要求19所述的方法，其中确定所述位置包括使用所述角度和所述已知位置来评估几何恒等式。

27.根据权利要求26所述的方法，其中评估几何恒等式包括使用余弦定理。

28.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括使用重力来提供参考。

29.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括在不同于所述许多发射器中的所述其它发射器的频率的频率下操作所述发射器中的每一者。

30.一种方法，其包括：

响应于由位于已知位置处的三个或三个以上磁偶极所产生的信号而确定位于地下岩层中的接收器处的电场，使得存在分别由所述三个或三个以上磁偶极中的一者的位置和所述接收器处的归因于所述相应磁偶极的所述电场而限定的至少三个不同平面；以及

基于所述已知位置和所述电场的方向来确定所述接收器的所述位置。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述确定所述接收器的所述位置是在井下进行的。

32.如权利要求30所述的方法，其中所述三个或三个以上磁偶极是位于地上或土地附近。

33.如权利要求30所述的方法，其中不超过两个发射器和所述接收器处于平面中。

34.一种机器可读存储装置，其具有指令存储在其上，所述指令在由机器执行时致使所述机器执行操作以：

响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；以及

基于由所述三个或三个以上发射源产生的所述信号通过使用反演过程来处理所述接收的信号，从而确定所述接收器的所述位置。

35.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以控制所述三个或三个以上发射源的指令，所述三个或三个以上发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线是处于已知位置，所述载流导线沿着直线路径而布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略。

36.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以进行以下操作的指令：

控制包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源的所述三个或三个以上发射源，所述许多载流导线中的每一者是处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略；以及

基于所述许多载流导线的模型及其对应的直线路径来处理所述信号。

37.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以控制包括至少三个偶极发射器的所述三个或三个以上发射源的指令。

38.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以控制所述三个或三个以上发射源的指令，所述三个或三个以上发射源包括在土地下方产生电磁场的土地附近或在地上产生较大电流分布的源，所述电磁场可在所述接收器处测量，所述较大电流分布是在已知位置处。

39.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以产生来自在地上或土地附近的发射源的所述所产生信号的至少一个信号的指令，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和所述整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

40.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以依序操作所述三个或三个以上发射源的指令，使得所述三个或三个以上发射源中的仅一者在一个时间周期内是开启的。

41.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以操作定位在地上的所述发射源中的一个或多个的指令。

42.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述三个或三个以上发射源包括在井中的发射器。

43.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述三个或三个以上发射源在含有所述接收器的平面中包括不超过两个发射器。

44.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以在小于约50Hz的频率下操作所述发射器中的每一者的指令。

45.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中使用所述反演过程包括：

由所述发射源中的每一者产生在所述接收器处预期的信号的值；

产生所述所预期信号与从所述接收器接收的所述信号之间的差；

当所述差小于阈值时，选择所述接收器的坐标值作为所述接收器的所述位置，所述操作针对所述差小于所述阈值的情况产生在所述接收器处预期的所述信号；以及

当所述差大于所述阈值时，产生在所述接收器处预期的信号的新值，且确定所述新值与从所述接收器接收的所述信号之间的差是否小于所述阈值。

46.如权利要求45所述的机器可读存储装置，其中产生在所述接收器处预期的所述信号的值包括通过正演模型而使用所述接收器的所述位置的估计。

47.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中产生在所述接收器处预期的所述信号的值包括通过查找表而使用所述接收器的所述位置的估计。

48.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中使用所述反演过程包括：

产生所述接收器的所述位置的估计，所述接收器被当作第一接收器；

产生一个或多个其它接收器的每一位置的估计，所述一个或多个其它接收器具有相对于所述第一接收器的已知位置；

产生在所述第一接收器处和在来自所述发射源中的每一者的所述一个或多个其它接收器处预期的信号的值；

产生所述所预期信号的所述值与在所述第一接收器处接收的所述信号和在所述一个或多个其它接收器处接收的信号的组合的所述值之间的差；

当所述差小于阈值时，选择所述第一接收器的坐标值作为所述第一接收器的所述位置，所述操作针对所述差小于所述阈值的情况产生在所述第一接收器处预期的所述信号；以及

当所述差大于所述阈值时，如果所述反演过程在最大迭代内，那么产生所述第一接收器的所述位置的新估计。

49.如权利要求34所述的机器可读存储装置，其中使用所述反演过程包括：

产生在所述接收器处预期的信号的值的集合，每一集合由所述接收器的所述位置的不同估计产生；

针对每一集合产生所述所预期信号的所述值与从所述接收器接收的所述信号的所述值之间的差；

选择最小化所述所预期信号的所述值与从所述接收器接收的所述信号的所述值之间的所述差的误差的所述估计。

50.如权利要求49所述的机器可读存储装置，其中产生在所述接收器处预期的所述信号的值的所述集合包括将正演模型用于所述估计中的每一者。

51.一种机器可读存储装置，其具有指令存储在其上，所述指令在由机器执行时致使所述机器执行操作以：

响应于由三个或三个以上发射源所产生的信号而接收来自地下岩层中的接收器的信号，所述三个或三个以上发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；

基于所述接收的信号来确定关于所述发射器相对于所述接收器的角度；以及

基于所述角度和所述已知位置来确定所述接收器的位置。

52.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以控制所述三个或三个以上发射源的指令，所述三个或三个以上发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线是处于已知位置，所述载流导线沿着直线路径而布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略。

53.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以进行以下操作的指令：

控制包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源的所述三个或三个以上发射源，所述许多载流导线中的每一者是处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略；以及

基于所述许多载流导线的模型及其对应的直线路径来处理所述信号。

54.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以控制包括至少三个偶极发射器的所述三个或三个以上发射源的指令。

55.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以控制包括定位在地上的发射源的所述三个或三个以上发射源的指令。

56.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述指令包括用以产生来自在地上或土地附近的发射源的所述所产生信号的至少一个信号的指令，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和所述整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

57.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中用以确定所述位置的操作包括使用所述角度和所述已知位置来评估几何恒等式。

58.根据权利要求57所述的机器可读存储装置，其中评估几何恒等式包括使用余弦定理。

59.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述操作包括使用重力来提供参考方向。

60.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述操作包括在不同于所述许多发射器中的所述其它发射器的频率的频率下操作所述发射器中的每一者。

61.如权利要求51所述的机器可读存储装置，其中所述操作包括使用单个频率来依序操作所述发射器。

62.一种机器可读存储装置，其具有指令存储在其上，所述指令在由机器执行时致使所述机器执行操作以：

响应于由位于已知位置处的三个或三个以上磁偶极所产生的信号而确定位于地下岩层中的接收器处的电场，使得存在分别由所述三个或三个以上磁偶极中的一者的位置和所述接收器处的归因于所述相应磁偶极的所述电场而限定的至少三个不同平面；以及

基于所述已知位置和所述电场的方向来确定所述接收器的所述位置。

63.如权利要求62所述的机器可读存储装置，其中所述三个或三个以上磁偶极是位于地上或土地附近。

64.如权利要求62所述的机器可读存储装置，其中不超过两个发射器和所述接收器处于平面中。

65.一种系统，其包括：

三个或三个以上发射源，所述源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；

控制单元，其经布置以控制由所述三个或三个以上发射源进行的信号的产生；

地下岩层中的接收器，所述接收器可操作以响应于由所述三个或三个以上发射源的所述产生而接收信号；

处理单元，其经布置以基于由所述三个或三个以上发射源产生的所述信号通过使用反演过程来处理所述接收的信号，从而确定所述接收器的位置。

66.如权利要求65所述的系统，其中所述处理单元位于井下。

67.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线是处于已知位置，所述载流导线沿着直线路径而布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略。

68.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者是处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略；以及所述处理单元经布置以基于所述许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。

69.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括至少三个偶极发射器。

70.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括可操作以在土地下方产生电磁场的土地附近或在地上产生较大电流分布的源，所述电磁场可在所述接收器处测量，所述较大电流分布是在已知位置处。

71.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括定位在地上的一个或多个发射源。

72.如权利要求65所述的系统，其中所述控制单元是可操作的以产生来自在地上或土地附近的发射源的所述所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和所述整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

73.如权利要求65所述的系统，其中所述控制单元是可操作的以依序操作所述三个或三个以上发射源，使得所述三个或三个以上发射源中的仅一者在一个时间周期内是开启的。

74.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括在井中的发射器。

75.如权利要求65所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源在含有所述接收器的平面中包括不超过两个发射器。

76.如权利要求65所述的系统，其中所述控制单元经布置以在小于约50Hz的频率下操作所述发射源中的每一者。

77.如权利要求65所述的系统，其中使用所述反演过程的所述处理单元包括可操作以进行以下动作的所述处理单元：

由所述发射源中的每一者产生在所述接收器处预期的信号的值；

产生所述所预期信号与从所述接收器接收的所述信号之间的差；

当所述差小于阈值时，选择所述接收器的坐标值作为所述接收器的所述位置，所述操作针对所述差小于所述阈值的情况产生在所述接收器处预期的所述信号；以及

当所述差大于所述阈值时，产生在所述接收器处预期的信号的新值，且确定所述新值与从所述接收器接收的所述信号之间的差是否小于所述阈值。

78.如权利要求77所述的系统，其中可操作以产生在所述接收器处预期的所述信号的值的所述处理单元包括可操作以通过正演模型而使用所述接收器的所述位置的估计的所述处理单元。

79.如权利要求77所述的系统，其中可操作以产生在所述接收器处预期的所述信号的值的所述处理单元包括可操作以通过查找表而使用所述接收器的所述位置的估计的所述处理单元。

80.如权利要求65所述的系统，其中使用所述反演过程的所述处理单元包括可操作以进行以下动作的所述处理单元：

产生所述接收器的所述位置的估计，所述接收器被当作第一接收器；

产生一个或多个其它接收器的每一位置的估计，所述一个或多个其它接收器中的每一者具有相对于所述第一接收器的已知位置；

产生在所述第一接收器处和在来自所述发射源中的每一者的所述一个或多个其它接收器处预期的信号的值；

产生所述所预期信号的所述值与在所述第一接收器处接收的所述信号和在所述一个或多个其它接收器处接收的信号的组合的所述值之间的差；

当所述差小于阈值时，选择所述第一接收器的坐标值作为所述第一接收器的所述位置，所述操作针对所述差小于所述阈值的情况产生在所述第一接收器处预期的所述信号；以及

当所述差大于所述阈值时，如果所述反演过程在最大迭代内，那么产生所述第一接收器的所述位置的新估计。

81.如权利要求65所述的系统，其中使用所述反演过程的所述处理单元包括可操作以进行以下动作的所述处理单元：

产生在所述接收器处预期的信号的值的集合，每一集合由所述接收器的所述位置的不同估计产生；

针对每一集合产生所述所预期信号的所述值与从所述接收器接收的所述信号的所述值之间的差；以及

选择最小化所述所预期信号的所述值与从所述接收器接收的所述信号的所述值之间的所述差的误差的所述估计。

82.如权利要求81所述的系统，其中可操作以产生在所述接收器处预期的信号的值的所述集合的所述处理单元包括可操作以将正演模型用于所述估计中的每一者的所述处理单元。

83.一种系统，其包括：

三个或三个以上发射源，所述发射源中的每一者位于已知位置处，所述三个或三个以上发射源中的至少一个发射源与不同于所述三个或三个以上发射源中的至少一个其它发射源的结构分离且安装在所述结构上；

控制单元，其经布置以控制由所述三个或三个以上发射源进行的信号的产生；

地下岩层中的接收器，所述接收器可操作以响应于由所述三个或三个以上发射源的所述产生而接收信号；

处理单元，其经布置以基于所述接收的信号而确定关于所述发射器相对于所述接收器的角度，以及基于所述角度和所述已知位置而确定所述接收器的位置。

84.如权利要求83所述的系统，其中所述处理单元位于井下。

85.如权利要求83所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括具有电路的闭合环路的载流导线的发射源，所述载流导线是处于已知位置，所述载流导线沿着直线路径而布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略。

86.如权利要求83所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括具有形成电路的闭合环路的许多载流导线的发射源，所述许多载流导线中的每一者是处于已知位置且沿着直线路径布置，使得在来自所述闭合环路的所述接收器处接收的信号可以从所述闭合环路的沿行不同于所述直线路径的路径的部分忽略；以及所述处理单元经布置以基于所述许多载流导线的模型及其对应的直线路径而处理所述信号。

87.如权利要求83所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括至少三个偶极发射器。

88.如权利要求83所述的系统，其中所述三个或三个以上发射源包括定位在地上的一个或多个发射源。

89.如权利要求83所述的系统，其中所述控制单元是可操作的以产生来自在地上或土地附近的发射源的所述所产生信号的至少一个信号，所述信号具有用以深深地穿透地下的低频，使得所述信号可在深度从一百英尺延伸到几千英尺和所述整个深度从一百英尺到几千英尺的地下体积中测量。

90.如权利要求83所述的系统，其中经布置以确定所述位置的所述处理单元包括经布置使用所述角度和所述已知位置来评估几何恒等式的所述处理单元。

91.如权利要求83所述的系统，其中经布置以评估几何恒等式的所述处理单元包括经布置以使用余弦定理的所述处理单元。

92.如权利要求83所述的系统，其中所述处理单元包括可操作以使用重力来提供参考方向的所述处理单元。

93.如权利要求83所述的系统，其中所述控制单元经布置以在不同于所述许多发射器中的所述其它发射器的频率的频率下操作所述发射器中的每一者。

94.一种系统，其包括：

接收器，其定位在地下岩层中；

三个或三个以上磁偶极，其定位在已知位置处而使得存在分别由所述三个或三个以上磁偶极中的一者的位置和所述接收器处的归因于所述相应磁偶极的所述电场而限定的至少三个不同平面；

控制单元，其经布置以控制由所述三个或三个以上磁偶极进行的信号的产生；以及

处理单元，其经布置以响应于产生所述信号而确定所述接收器处的电场，以及基于所述已知位置和所述电场的所述方向而确定所述接收器的位置。

95.如权利要求94所述的系统，其中所述处理单元位于井下。

96.如权利要求94所述的系统，其中所述三个或三个以上磁偶极是位于地上或土地附近。

97.如权利要求94所述的系统，其中不超过两个磁偶极和所述接收器处于平面中。