CN104903749B - 具有多极传感器的深方位系统 - Google Patents

Abstract

各种实施方案包括关于测井的操作的系统和方法。所述系统和方法可以包括经布置以操作为包括一个或多个多极传感器的系统的若干发射器传感器和若干接收传感器。此类系统可以经控制以产生深处高阶方位敏感性。公开额外的设备、系统和方法。

Description

具有多极传感器的深方位系统

相关申请的交叉引用

本申请案涉及与本案在同一日期(_______________，2012)申请的、题为“使用多极天线的岩层成像(FORMATION IMAGING WITH MULTI-POLE ANTENNAS)”的共同待决且共同受让的国际申请案第_____________号；所述共同待决的国际申请案的内容在此通过引用的方式全文并入本申请案中。

技术领域

本发明大体上涉及关于油气勘探的系统。

背景技术

在用于油气勘探的钻井中，理解在井孔周围的地质岩层的结构和特性提供了用以帮助此类勘探的信息。然而，钻井工具操作的环境常常处于地面以下较远距离处，且在这些位置处进行用以管理此类设备的操作的测量。测井是经由位于井下的传感器进行测量的过程，其可以提供关于岩层特性的有价值的信息。测量技术可以利用电磁信号，所述电磁信号可以进行深的测量和浅的测量，所述深的测量较不容易受到井孔和钻井所侵入的地带的效应的影响，所述浅的测量是在提供探测信号的工具附近。此外，此类测量的有用性可以与来源于此类测量的信息的精确性或质量相关。

在可以应用到井孔的电磁感测中，成像工具可以达到高的方位分辨率，但不能进行深的测量。另一方面，一些标准测井仪可以实现深处读取，但仅提供有限的方位信息。主要限制可以与在传统感应测井仪中使用偶极的事实相关。存在可以经实施以实现方位聚焦的三种类型的方法：通过定位、通过孔径和通过极化。

通过定位的聚焦可以通过将传感器放置在被感测的区域附近中来实现，例如，在可使得接触井孔壁的衬垫上。此用于井孔成像工具中；然而，其勘探深度在单个井应用中是有限的，这是因为勘探深度是依据方位分辨率的。图1中在垂直虚线的左边示出通过定位的聚焦的应用。

通过孔径的聚焦可以通过利用如喇叭形或抛物面天线的特殊孔径来实现。尽管此类系统非常有用且在空气中可以实现非常高的方位分辨率，但在导电岩层中，其可能由于所述岩层的色散特性而在距孔径较短的距离处丢失其方位焦点。图1中还在垂直虚线的左边展示通过孔径的聚焦的应用。

如在当前感应技术中使用的通过极化的聚焦可以是深的，但其可能至多实现三种方位模式，其中积极使用这些模式中的仅两者，其中电磁模式是电磁波的组态，如场型。此限制是由于偶极波现象的使用，所述现象限制了可能从岩层内部深处收集的方位信息，如图1中水平虚线下方所示。结果，尚未实现通过极化来获得岩层内深处的高保真度图像。

附图说明

图1展示用于定位、孔径和极化聚焦方法的关于勘探深度的方位模式的表示。

图2示出根据各种实施方案的经由多极感应的深处聚焦敏感性。

图3展示根据各种实施方案的具有用以测量的工具以提供高阶方位敏感性的实例系统的框图。

图4A展示根据各种实施方案的可操作为感应系统中的感测系统以提供极化聚焦的工具的实例实施方案。

图4B-4C展示根据各种实施方案的可能经实施在图4A的每一分站中以便激励较高模式的偶极的实例定向。

图5A-5C展示根据各种实施方案的可能实现n阶方位敏感性的三种实例传感器组态。

图6展示根据各种实施方案的用于对应于图5A中所示的布置的不同模式的实例传感器定位和敏感性。

图7展示根据各种实施方案的用于对应于图5B中所示的布置的不同模式的实例传感器定位和敏感性。

图8展示根据各种实施方案的用于对应于图5C中所示的布置的不同模式的实例传感器定位和敏感性。

图9A示出根据各种实施方案的经由个别控制线圈的多极感应工具的实例。

图9B展示根据各种实施方案的在图9A的多极感应工具的圆周周围的个别线圈的俯视图。

图9C以表格形式展示根据各种实施方案的用于用以应用到图9A的多极感应工具的线圈的不同模式的实例激励极性。

图10A示出根据各种实施方案的使用旋转线圈的多极感应工具的实例的实施方案。

图10B展示根据各种实施方案的当图10A的个别线圈在多极感应工具的圆周周围旋转时的俯视图。

图10C以表格形式展示根据各种实施方案的用于用以在不同角度位置应用到多极感应工具的线圈的不同模式的实例激励极性。

图11A示出根据各种实施方案的经由周期性包装的多极感应工具的实例。

图11B展示根据各种实施方案的可以用于图11A的工具上的耦接到激励源的实例周期性包装。

图11C-11D展示根据各种实施方案的可以用于图11A的工具上的实例周期性包装。

图12示出根据各种实施方案的经由磁通量的多极感应工具的实例的实施方案。

图13展示根据各种实施方案的数据获取系统的实施方案的框图。

图14展示根据各种实施方案的实例处理方法。

图15展示根据各种实施方案的实例处理方法。

图16展示根据各种实施方案的归因于使用模拟结果的机械缺陷的模式混合。

图17展示根据各种实施方案的用于不同聚焦方位的方位聚焦结果。

图18示出根据各种实施方案的用于关于基于脉冲介质分析的响应的去卷积的实例操作。

图19示出根据各种实施方案的用于实例工具的应用。

图20A-20D展示根据各种实施方案的关于多极工具的实施方案的深处成像能力的四个不同模拟情况。

图21描绘根据各种实施方案的包括多极传感器工具的系统的实施方案的特征的框图。

图22描绘处于钻井现场的系统的实施方案，其中所述系统包括根据各种实施方案的多极传感器工具。

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，基于极化聚焦的感应系统可以实现深处方位感测。通过此类系统，甚至可以从单个钻井孔来实现深处方位感测。实例系统包括多极天线，所述多极天线可以产生深处方位敏感性和岩层电磁特性的三维(3D)图像。关于与勘探深度相关的方位模式，实例感应系统的极化聚焦方法可以提供在图1的图表的水平虚线上方和垂直虚线右边的区域中的应用。另外，极化聚焦方法可以提供在图1的图表的水平虚线上方和垂直虚线左边的区域中的应用。

在各种实施方案中，系统和方法包括经布置以产生深处高阶方位敏感性的一个或多个多极传感器。深处意味着检测到接近的电磁散射体(如边界)的范围，且所述范围实质上与感测发射器与接收器之间的距离成线性比例。此情况关于与井孔的大小成正比的范围相反。高阶方位敏感性意味着周期性大于2的形状为周期性的敏感性型样。所述周期性形状可以是正弦或任何其它周期性形状。深处高阶方位敏感性意味着深处和如上文论述的高阶方位敏感性的组合。

为了本文档的目的，“多极传感器”是可以产生具有实质上高阶谐波方位分布的电场的传感器，即E_q(φ)＝K(r)exp(i(nφ+φ₀))，其中n>2且r>r₀，φ是以传感器为中心的圆柱坐标的方位角，φ₀是相位，r₀是相当于波长的距离，q是圆柱坐标或球面坐标，且i是虚数。应理解，归因于多极传感器的谐波性质，在一些实施方案中，可以组合具有不同阶数n的多极来产生基于傅里叶级数的所要方位场型。

图2示出经由多极感应的深处聚焦敏感性。在图2中，展示高阶方位模式在敏感性方面的组合，其中用于模式2、4、6和8的系数K是用于归一化的。在此实例中，组合这些模式。下标i_f、i_s和是频率、间隔和方位角的索引。此类感应系统可以产生敏感性的高阶方位模式；实现深处方位敏感性；产生岩层特性的深处3D图像；显著改进岩层评估和地球物理学/地质力学解释；显著改进地质导向；以及改进烃的检测、评估和回收。

图3展示根据各种实施方案的具有用以测量的工具以提供高阶方位敏感性的实例系统的实施方案的框图。工具305可以具有发射传感器和接收传感器的布置，如相对于工具305的纵轴307构造的发射器和接收器310-1、310-2...310-(N-1)、310-N。发射器和接收器310-1、310-2...310-(N-1)、310-N可以经布置来提供多极天线操作。发射器天线和接收器天线的布置可以沿着工具305的纵轴307来构造，所述纵轴实质上垂直于工具的横截面，例如对应于钻柱中的钻挺的横截面。

发射器和接收器310-1、310-2...310-(N-1)、310-N的布置可以通过选择由发射器-接收器对中的发射器与接收器之间的间隔所限定的每一相应对而操作。较大间隔可用以在钻头前方进行探测且获取深处信号。较小间隔可用以在工具305周围的岩层区域中探测。举例来说，浅的测量可以包括来自距工具约一英寸到约10ft的区域的贡献，且深处测量可以包括来自距工具约5ft到约200ft的区域的贡献。

设备300可包括用以控制工具305的发射器的激活以及工具305的接收器处的信号的接收的控制单元320。当设备在井中在井下操作时，控制单元320可以被构造为可操作的，从而在经布置以提供高阶方位敏感性的一个或多个发射器-接收器对中选择多个天线的天线。控制单元320结合数据处理单元326来操作，以处理从工具305中的接收器所接收的信号。

数据处理单元326可以经构造为可操作的，以处理来自一个或多个深处测量的数据。数据处理单元326可以包括用以执行一个或多个技术来处理来自发射器和接收器310-1、310-2...310-(N-1)、310-N的布置中的接收器的信号的手段。数据处理单元326还可以使用所产生的信号来确定其中安置所述工具的井孔周围的岩层特性。所述工具处的接收信号可以用以进行地质导向决策。地质导向是用以调整钻井方向的蓄意控制。

用以分析接收信号的技术可以包括使用合成测井和过滤技术的反演操作、正演建模的各种应用。反演操作可以包括测量与模型的预测的比较，使得可以确定物理性质的值或空间变化。反演操作可以包括根据感应的电场和磁场的测量来确定岩层中的导电性的变化。如正演模型等其它技术关于假定模型来处理计算预期的观测值。合成测井是基于已知岩层参数中的工具的建模响应的建模测井。所述合成测井通过对工具与岩层的相互作用进行数值建模来创建，通常涉及逐点地模拟所述测井的每一深度。

控制单元320和/或数据处理单元326可以与工具305集成，使得控制单元320和/或数据处理单元326可在井302中在井下操作。控制单元320和/或数据处理单元326可以沿着工具305来分布。控制单元320和/或数据处理单元326可以位于井302的地面处，经由通信机制以可操作方式与工具305通信。此类通信机制可以被实现为用于井操作的标准的通信车辆。控制单元320和/或数据处理单元326可以沿着借以在井302中将工具305放置在井下的机制来分布。设备300可以针对井的井孔中的实施方案而被构造为随钻测量(MWD)系统，如随钻测井(LWD)系统。或者，设备300可以经组配在测井电缆布置中。

图4A展示可操作为感应系统中的感测系统以提供极化聚焦的实例工具405的实施方案。工具405可以用在与图3的系统300相同或类似的系统中。所述工具可以在感应系统中受控制，从而提供用以实现多极感测系统的机制。工具405可以包括在多个站中的发射传感器阵列和接收传感器阵列。每一站可以包括处于不同定向中或以不同信号振幅操作的大量传感器。发射器站和接收器站可以在成对布置中操作。每一发射和接收站对可以有效地产生敏感性方面的单个高阶方位模式或所述模式的组合。图2中展示一些模式的实例。

多个站可用以实现不同的检测深度，且可增强径向方向的敏感性。每一站处的传感器可以均匀地或非均匀地安置在其上安置传感器的工具结构的圆周周围。所述传感器还可形成任意的二维(2D)或3D阵列。即使实现在敏感性方面的较高方位模式可能依赖于发射和接收传感器位置、定向和强度之间的具体关系，但可存在无限数目个此类布置。可以将每一传感器实现为磁偶极、电偶极或电极。

为了激励高阶方位模式，每一分站中的偶极的定向可以变化，其中图4B-4C中展示实例。在实施方案中，所有传感器可以用单根导线馈入，且如图4B中所示的传感器馈入中所示交替所述导线的卷绕方向。此允许不同传感器强度之间的的自然平衡，这是因为实质上相同的电流可以通过每一传感器。独立导线还可以用于每一传感器，如图4C中所示出的传感器馈入中所示。此可以允许显式控制传感器强度，且帮助补偿传感器之间的制造差异。

可以使用任一线圈或螺线管来实现磁偶极。电偶极的实现可以包括导线天线、环形线圈或电极。由于地球岩层中的电磁波现象的线性度，可以在测量之后以合成方式组合不同定向上的偶极来产生来自不同定向的假设偶极的信号。使用此的组态是倾斜线圈组态。此外，由于互易性，可以在被处理的应用的物理学的特性没有任何改变的情况下交换发射器和接收器的角色。可以将深度偏移应用到来自发射器-接收器站对的信号，所述发射器-接收器站对未并置且具有实质上相同的发射器接收器间隔。可以调整深度偏移来确保不同的对针对实质上相同的岩层体积是敏感的。

包括发射器和接收器的传感器系统的敏感性是发射器的空间发射型样和接收器的空间接收型样的产物。结果，为了具有系统中的方位敏感性，发射器或接收器中的至少一者具有方位发射/接收型样。可以观测到，具有用于传感器的方位发射/接收型样(例如经由多极天线)并未直接导致具有用于组合的发射器-接收器系统的对应的方位敏感性。实际上，使用发射器传感器位置和定向与接收器传感器位置和定向之间的具体关系来实现深处高阶方位敏感性。

图5A-5C展示可以实现n阶方位敏感性的三种实例传感器组态。每一布置包括n个发射偶极传感器。图5A和图5B展示除了n个发射偶极传感器之外包括n个接收偶极传感器的两个传感器布置。图5C中所示的第三传感器布置除了n个发射偶极传感器之外包括仅一个接收传感器。第三传感器布置的单个接收传感器沿着所述工具的轴线来安置。在图5A-5C中，r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置和第i接收器的定向向量。定向向量是在传感器的偶极的方向上的向量。向量和是圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的单位向量。因为定向向量仅涉及方向，所以定向向量u_i是单位向量参数a是其中安置传感器的圆圈的半径，也就是说，其是在其上安置传感器的工具结构的半径，其中所述工具结构具有圆柱形形状。这些布置中的所有偶极可以具有相等的强度。图5A-5C仅提供可以通过对传感器设定进行修改来实现的具有相同效应的实例和不同布置。这些修改可以包括改变偶极的位置、定向、强度，或其组合。

图6-8分别展示用于图5A-5C中所示的三种布置的不同模式的传感器定位和敏感性。在每一图内，存在展示不同模式的四个子图。在子图上方指示模式编号。在子图的左手侧，展示传感器位置和定向。“里”和“外”分别表示指向在其上安装传感器的工具结构的圆周内部和外部。“C”和“CC”分别表示顺时针和逆时针指向在工具结构的圆周周围的传感器。对于每一模式，紧靠其传感器位置和定向来标绘两个维度上的敏感性，且在2D图案的右边标绘一个维度(1D)上的敏感性。可以将产生2D子图的数据分类或指派为多个色彩，使得产生2D子图的数据的显示器通过色彩来指示敏感性的量值，例如使用红色用于正和使用蓝色用于负。

图6的1D子图中的曲线672-1、672-2、674-1、674-2、676-1、676-2、678-1和678-2指示几何因子。图6的1D子图中的曲线672-3、672-4、674-3、674-4、676-3、676-4、678-3和678-4指示集成几何因子。图7的1D子图中的曲线772-1、772-2、774-1、774-2、776-1、776-2、778-1和778-2指示几何因子。图7的1D子图中的曲线772-3、772-4、774-3、774-4、776-3、776-4、778-3和778-4指示集成几何因子。图8的1D子图中的曲线871-1、871-2、872-1、872-2、873-1、873-2、874-1和874-2指示几何因子。图8的1D子图中的曲线871-3、871-4、872-3、872-4、873-3、873-4、874-3和874-4指示集成几何因子。在用于根据这些图中的组态而操作的工具的模拟中，一个发射器站和一个接收器站轴向分离10ft，其中传感器半径a＝4英寸，且使用频率25KHz。将所有布置和模式的参考相位选择为0°，因此在0°下的所有情况中观测到最大的正敏感性。可能旋转两个发射器和接收器来实现激励中的不同相位。大体来说，使用用于相同模式的两个不同相位来恢复用于单个模式的相位和振幅信息。

在图6-8的最顶端2D子图中清晰地看见图5A-5C的所有布置中的方位敏感性，而图6-8的最底端1D子图展示正弦型样。如图6-8的最顶端1D子图中所示的径向敏感性指示所述系统被感测有多深。观测到前两个布置(图5A和5B)可以产生深处感测，而对于第三布置(图5C)感测深度随着增加方位模式而减小。图6-8的中间1D子图展示轴向(z-)敏感性，其对应于工具的垂直分辨率。其通常希望针对增加的垂直分辨率而具有在轴向敏感性图表上的小宽度。然而，在中间1D子图的宽稳定期上的狭窄较大峰值指示所谓的尖角效应，其一般是不合要求的。从所述图可见，前两个布置(图5A和5B)展示一些可接受的尖角效应。最后布置(图5C)未展示任何尖角效应且其具有较大的垂直分辨率。

大体来说，所述工具的操作利用多个(N)高阶方位模式{n1,n2,…nN}的组合。例如参见图2，其指示通过组合模式来实现方位分辨率的方式。在实例实施方案中，图5A-5C中具有不同n的布置的重叠可以被用作传感器布置。此外，针对相同模式的两个或两个以上的不同方位相位可以用于多元化信息。通过方位相位，其意味着采用相同的模式测量，但使工具(发射器和接收器两者)旋转。此旋转可以通过以物理方式旋转所述工具或者通过提供用于第二相位的单独传感器集合来应用。提供用于第二相位的单独传感器集合可能几乎使传感器的总数加倍。多个相位在所述信号的方位聚焦中是尤其有用的。此情况中的传感器的总数将是用于所有n＝{n₁,n₂,…n_N}的传感器数目乘以再减去可以在不同模式和相位之间共享的传感器的数目的总和。

多极激励可以通过在单个传感器上引入方位变化来实现。此类变化的实例包括在方位上变化螺旋管上的绕组的密度。在所述情况下，单个传感器可足以产生高阶方位模式。另外，多极激励可以通过从不同轴向位置处的二级站减去信号作为争取减少不当的模式贡献(如发射器与接收器之间的直接信号)来实现。争取的概念是众所周知的且不将在此处论述。

用于系统的第二预处理方法可以包括取得来自两个不同站的信号的比率，所述不同的站获得来自相同模式的信息。通过取得所述比率，可以消除电子器件漂移或工具主体干涉的效应。利用比率来消除此类效应的方法已用于随钻测井(LWD)传播感应工具，且可以应用到感应系统中的多极的系统的实施方案来提供极化聚焦。争取方法和比率方法的使用还可以使所述系统中使用的传感器数目加倍。

图5A和5B中所示的布置可以仅针对偶数个方位模式n来产生方位敏感性，而图5C的布置可以针对偶数和奇数个n两者来产生方位敏感性。由于仅能够使用偶数个模式，所以在空间域中转化为180°方位模糊性。图5A和5B中展示的两个布置允许深处感测但具有180°程度模糊性。图5C中展示的第三布置不允许深处感测；然而，其并不遭受任何模糊性。这些类型的布置的组合可以允许在感测系统中的深处感测与方位模糊性的部分或全分辨率两者。

图9A示出经由个别受控线圈的多极感应工具905的实例的实施方案。工具905可以用在与图3的系统300相同或类似的系统中。图9B展示在图9A的多极感应工具的圆周周围的个别线圈的俯视图。这些线圈的极性可以是电性受控的。图9C以表格形式展示用于用以应用到多极感应工具905的线圈的不同模式的实例激励极性的实施方案。标签M指模式，且标签P指相位。标签M和P用于与发射传感器(Trx)和接收传感器(Rcv)相关联的各种图中。如上文提及，P可以限于相位1或相位2来移除所述测量的空间域中的方位模糊性。尽管图9B和9C在所述工具中展示24个传感器，但所述工具可具有多于或小于24个传感器。

所述工具的所有传感器可以同时且在相同频率下激活。然而，所述传感器还可以在不同的时间和不同频率下激活，接着在处理单元中以合成方式求和。在一个方法中，所有模式(整个表格)可以在相同频率下在相同时间激励，且具有方程式(2)中给定的缩放比例K。这可以以物理方式产生方向上敏感的系统。在第二方法中，所有模式(整个表格)可以在不同频率下在相同时间激励，且具有任意的缩放比例。在处理中，可以对具有由方程式(2)中给定的K提供的乘数的所有模式求和。此方法以合成方式产生方向上敏感的系统。在第三方法中，每一模式(表格的两行)可以在任意频率下在不同时间激励，且具有任意的缩放比例。在处理中，可以对具有由方程式(2)中给定的K提供的乘数的所有模式求和。此方法以合成方式产生方向上敏感的系统。

图10A示出经由旋转线圈的多极感应工具的实例的实施方案。工具1005可以用在与图3的系统300相同或类似的系统中。图10B展示当个别线圈在图10A的多极感应工具1005的圆周周围旋转时的俯视图。此线圈的极性可以是电性受控的。可以根据当线圈在工具1005的轴线周围旋转时的位置来选择线圈的极性。尽管图10B仅展示一个线圈正旋转，但发射器线圈和接收器线圈两者可以旋转。所述线圈可以在相同旋转速率下旋转。或者，发射器线圈可以以第一旋转速度旋转，且接收器线圈可以以第二旋转速度旋转，其中第一旋转速度不同于第二旋转速度。在发射器和接收器旋转时，可以将工具探头保持固定。

图10C以表格形式展示用于用以在工具结构的圆周周围的不同角度位置处应用到多极感应工具的线圈的不同模式的实例激励极性的实施方案，在所述工具结构上安装有线圈。标签M指模式，且标签P指相位。标签M和P是用于每一发射传感器(Trx)和每一接收传感器(Rcv)。如上文提及，P可以限于相位1或相位2来移除所述测量的空间域中的方位模糊性。尽管图10B和10C在所述工具中展示24个角度位置，但所述工具的线圈可以旋转到多于或小于24个角度位置。

在经由旋转线圈的多极感应工具中，所述工具可以仅使用单个发射器传感器和单个接收器传感器来操作。此实施方案可以通过在一个或多个站中仅具有一个发射器和一个接收器来实现。或者，单个发射器和单个接收器架构可以通过若干发射器传感器和若干接收器传感器来实现，其中仅激活一个发射器传感器来发射且仅激活一个接收器传感器来获取响应于所述发射的信号。可以按照以下方式来进行测量。旋转上部天线外壳到第一方向i。可以将下部天线外壳旋转到第二方向j。可以通过这些位置处的两个天线传感器来获得测量M_ij。这两个旋转和测量过程可以针对所有的i＝1…N,j＝1…N而重复。为获得用于特定模式的结果，可以根据所述操作来执行求和

Σ(M_ij x S_ti x S_rj),

其中S_ti是与模式相关联的发射器的正负号(+1或-1)，S_rj是与模式相关联的接收器的正负号(+1或-1)。经由个别受控线圈的多极感应工具和经由旋转线圈的多极感应工具的混合物可以通过将多个天线放置在上部外壳中和将多个天线放置在下部外壳中来实施，且使用类似于图9C和10C中的那些激励的激励来操作所述混合物。

图11A示出经由周期性包装的多极感应工具1105的实例的实施方案。工具1105可以用在与图3的系统300相同或类似的系统中。所述工具周围的包装可以经布置为在其上安装包装传感器的工具结构的表面上的周期性结构。周期性包装可以包括以操作方式被控制为成对的发射器导线和接收器导线。安置在工具结构周围的每一周期性包装可以包括第一部分和第二部分，其中第二部分在方位上经定向向后朝向第一部分，使得在操作中，电流在第一部分中和第二部分中在相同的方位方向上流动。电流流动通过图11A中的箭头来展示。

图11A中的视图展示在轴向切割且向上打开之后的圆柱形工具表面。在操作中，工具1105的右侧连接到工具1105的左侧。可以将周期性提供为在垂直于工具1105的工具结构的纵轴的平面上方、下方或上方和下方而延伸的包装路径。由于所述包装在方位上安置在工具1105周围，所以其在z方向上沿着工具1105的轴线的位置周期性地变化。所述周期性变化经受制造公差的影响。工具1105并不限于圆柱形工具结构。尽管图11A中展示正弦形状，但可以使用不同于正弦的形状，如三角形、矩形或其它周期性结构。

图11B展示可以用于图11A的工具上的耦接到激励源V的实例周期性包装。所述周期性包装可以包括第一部分1110-1和第二部分1110-2，其中第二部分1110-2可以在方位上经定向向后朝向第一部分1110-1，使得在操作中，电流在第一部分中1110-1和第二部分1110-2中在相同的方位方向上流动。如同图11A，图11B中的视图具备在轴向切割且向上打开之后的工具表面。通过安置在可操作工具1105上的包装，图11B中所示的右端几乎接触到图11B中所示的左端。由于右端移动到几乎接触到左端，所以可见电流在与电流箭头对准相同的方位方向上流动。可以将图11B的实例包装实现为单个连续导线。第二部分1110-2可以相对于工具结构而与第一部分1110-1偏移180°。或者，每一绕组可以包括多根导线。可以将多个导线段连接以有效地提供单个连续导线。

可以将经由周期性包装的多极感应工具1105构造在系统中，其中控制单元以操作方式耦接到发射器导线和耦接到接收器导线，从而选择性激活来自发射器导线的发射且响应于所述发射而选择性激活在接收器导线处的信号的获取。经由周期性包装的多极感应工具可以包括工具结构1105上的两个周期性包装，所述两个周期性包装中的每一者具有彼此不同的周期。在另一实施方案中，经由周期性包装的多极感应工具可以包括以操作方式被控制为成对的多个发射器导线和多个接收器导线，其中每一发射器导线和每一接收器导线经安置为在工具结构周围的周期性包装。每一周期性包装可以包括第一部分和第二部分，其中第二部分在方位上经定向向后朝向第一部分，使得在操作中，电流在第一部分中和第二部分中在相同的方位方向上流动。在多个发射器导线和多个接收器导线中，每一发射器周期性包装可以具有等于其以操作方式成对的接收器周期性包装的周期的周期，其中至少一对具有不同于所述多对中的另一对的周期。

控制单元可以经构造为可操作的，以选择性激活具有相同的包装周期性的发射器导线和接收器导线。控制单元可以经构造为可操作的，以将多个发射器导线和多个接收器导线控制为多个发射器-接收器对，每一发射器-接收器对中的发射器和接收器具有相同的包装周期性。可以在逐对基础上选择性地控制发射器导线和接收器导线。

多极感应工具的发射器导线可以相对于每一发射器的周期性来按照依序方式沿着工具结构的纵轴而安置。另外，接收器导线可以相对于每一接收器的周期性来按照依序方式沿着工具结构的纵轴而安置。用于发射器导线和接收器导线两者的依序方式可以按照以周期大小排序的从最大周期到最小周期来布置。

图11C展示可以用于图11A的工具上的的实例周期性包装。图11C展示其中第一部分1110-3和第二部分1110-4经构造为独立导线的构造。第一部分1110-3可以具有耦接到第一源的两个末端，且第二部分1110-4可以具有耦接到第二源的两个末端。第二部分1110-4可以相对于工具结构而与第一部分1110-3偏移180°。

图11D展示可以用于图11A的工具上的的另一实例周期性包装。图11C展示其中周期性包装可以包括在工具结构1105内部的布线1110-5和1110-6的构造。

经构造为周期性包装(如图11A中所示)的若干发射传感器和若干接收传感器可以经布置以产生深处高阶方位敏感性。然而，包装的结构可以用于不同于产生深处高阶方位敏感性的应用中。所述周期性包装结构可以用于地质导向、映射井孔周围的岩层剖面、进行井孔周围的应力分析、或其它井下功能。

图12示出经由磁通量的多极感应工具1205的实例的实施方案。工具1205可以用在与图3的系统300相同或类似的系统中。具有磁导率核心的线圈可以用于实现高模数和平衡。取决于用于感兴趣的模式N的偶极方向或位置，可以放置在特定位置处向外开放的高磁导率核心。

图13展示系统1300的实施方案的框图，如数据获取系统，其具有可操作为感测系统的工具，用以通过发射天线1310-T-1...1310-T-N和接收天线1310-R-1...1310-R-M来提供极化聚焦，所述发射天线和接收天线可在其中放置工具的井孔中操作。除了具有发射天线1310-T-1...1310-T-N和接收天线1310-R-1...1310-R-M的工具之外，系统1300可以包括系统控制中心1320、发射器1312-1...1312-N、接收器1314-1...1314-M、数据获取单元1322、数据缓冲器1324、数据处理单元1326和通信单元1328。系统控制中心1320可以包括中央处理单元(CPU)、模拟电子器件、数字电子器件、或用以管理系统1300的其它单元的操作的其各种组合。

系统控制中心1320可以产生信号且将所述信号馈入到发射器1312-1...1312-N。所述发射器可以同时地或依序激活，且所述发射器可以保持继续工作持续足够长的时间以允许瞬变到死亡，且噪声效应经由堆叠而变小。可以将接收信号变换为域，在所述域中，所述信号的入射部分可以与反射部分分离。将接收器处的信号提供到系统控制中心1320，所述信号在最终被传达到地面1304之前存储可以在存储在数据缓冲器1324处。

系统控制中心1320选择性地激活发射天线1310-T-1...1310-T-N，且在接收天线1310-R-1...1310-R-M处选择性地接收从岩层散射的信号。模式去耦器可以用于通过从混合模式分离不同的模式来确保模式纯度。模式加法器可以用于产生具有定向方位敏感性的模式组合，如图2中所示。归因于互易性，可以将发射器模式去耦器/加法器1327-T两者应用到发射信号，且可以将接收器模式去耦器/加法器1327-R应用到接收信号。具有某些瞬态或周期性签名的信号是由发射源产生的。接收器系统操作可以或可不与所述源激活同步。如果没有比率正被用于进行处理，那么同步可以允许对接收信号的相位的较佳控制。所接收的瞬态信号可以被数字化和记录为时间的函数，且其可以在稍后通过傅里叶变换操作而转换为频率。所述信号或者可以通过模拟带通滤波器，使得仅记录离散频率集合处的响应。接收器所接收的信号可以存储在数据缓冲器1324中，经处理，且在必要时，传达到地面。

可以将在接收天线1310-R-1...1310-R-M处接收的电磁波信号引导到对应的接收器1314-1...1314-M和系统控制中心1320。设备1300的操作可以包括在相同时间被发射和接收以用于较佳时间利用的多个频率。在此类操作中，正弦波形、方波形或其它基于时间的波形可以用以在每一发射天线1310-T-1...1310-T-N处同时激励多个频率，或在发射器天线1310-T-1...1310-T-M处激励个别频率。对应于多个频率的接收信号可以在数据获取单元1322中的接收端处通过滤波器来分离。对于每一发射天线1310-T-1...1310-T-N，可以记录在所有接收器1314-1...1314-M处的接收信号。数据缓冲器1324可以用于存储接收信号以用于进行处理。

数据处理单元1326可以用于对所述数据执行反演或其它处理。所述处理和反演可以根据与本文所教示的实施方案类似或相同的处理特征来继续进行。反演操作可以包括测量与模型的预测的比较，使得可以确定物理性质的值或空间变化。常规反演操作可以包括根据感应的电场和磁场的测量来确定岩层中的导电性的变化。如正演模型等其它技术关于假定模型来处理计算预期的观测值。在各种实施方案中，关于设备1300进行的反演过程可以在将数据传送到地面1304之后在井下或在地面1304处的分析单元(如计算机)中执行。通信单元1328可以将数据或结果传达到地面1304，用于观测和/或确定将在与使用设备1300进行的测量相关的钻井作业中采用的后续行动。所述数据或结果还可传达到其它井下工具，且用以改进定位和提取烃的各种方面。

图14展示实例处理方法的实施方案。在1410，在接收器获得的信号经去耦为不同的方位模式，且还经校准以移除电子器件的漂移或放大的效应。在1420，接着通过利用方位模式信号的组合来在方位上聚焦所述信号。对于一些布置，如分别在图6和7中的图5A的组态1和图5B的组态2，因为方位敏感性在距工具不同的径向距离处是相同的，所以其可以成功地与径向依赖性和轴向依赖性去耦。下一步骤是径向聚焦，且在此步骤1430，通过利用多个站信息来使目标的径向特性反演。在轴向聚焦阶段，在1440，恢复岩层中的轴向变化。

径向和轴向聚焦可以类似于标准阵列感应工具中通用的众所周知的软件聚焦。软件聚焦在工具操作制度中作用效果最佳，在所述制度中可以忽略或成功地消除集肤深度。软件聚焦方法可以包括：产生探测信号，和在选定位置处进行测量，和使用测量环境的线性度来根据测量环境中的所产生的实体(例如，用以激励发射器的电流或电压)与所测量的性质(在接收器处的电压)之间的已知关系来确定被测量的量。在并不令人满意的情况下，可以通过利用库(在1470)或使用正演方法的迭代(在1460)来使用蛮力反演(在1450)。反演可以包括型样匹配、迭代方法或其它反演技术。用于感应工具的反演方法是众所周知的，且并未在本文中进一步论述。图14中的聚焦和反演操作的次序可以基于所使用方法来交换。

聚焦和反演算法的输出可以在多极工具的实施方案的不同类型的应用中而不同。在最一般情况下，可以获得电阻率的3D剖面R(r,φ,z)、介电常数ε(r,φ,z)和介电磁导率μ(r,φ,z)，如1481处展示。在各向异性岩层中，在1482，可以分别获得岩层的3D水平和垂直特性，如各向异性电阻率Rh(r,φ,z)、Rv(r,φ,z)、各向异性介电常数εh(r,φ,z)、εv(r,φ,z)、各向异性介电磁导率μh(r,φ,z)、μv(r,φ,z)、和各向异性倾向和走向θ(r,φ,z)、φ(r,φ,z)。此一般3D剖析可以使用大量的站来实现所要的径向分辨率。

所述问题的要求不高的参数化假定所述岩层包括非圆形同心层，其中岩层特性在每一层内是相同的。在此情况下，在1483，可以获得作为方位角的函数的每一层的特性和距每一层的距离，作为距层的距离d(i_b,φ,z)、层电阻率R(i_b)、层介电ε(i_b)、层磁导率μ(i_b)。替代方案是假定所述层是堆叠而非同心的，从而获得边界位置x,y,z:fcn(i_b,x,y,z)＝0、层电阻率R R(i_b)、层介电ε(i_b)、和层磁导率μ(i_b)，在1484。

工具实施方案还可以用于使附近的井筒特征成像，如井孔壁与侵入带的距离作为距井孔壁的距离r_b(φ,z)、井孔、侵入带、岩层电阻率R_b,R_i,R_f、井孔、侵入带、岩层电容率ε_b,ε_i,ε_f、井孔、侵入带、岩层磁导率μ_b,μ_i,μ_f，在1485。在此情况下，可以按照井孔直径的次序来选择发射器与接收器之间的距离以用于优化。在LWD地质导向应用中，可以映射距单层的距离。在此情况下，所述工具可以在储集器内部，作为3D图像的盖层边界的形状可以被建构，且其可以帮助将所述工具保持在最多产的地带内，以提供距盖层的距离d(φ,z)、盖层电阻率R_c(r,φ,z)、和储集器电阻率R_r(r,φ,z)，在1486。在具有盐穹的地质中，可能使用距盐穹边界的距离d(φ,z)来映射所述盐穹表面的形状，在1487。在此情况下，可以将发射站和接收站放置在不同钻井孔中。

图15展示实例处理方法的实施方案。以下方法可以在趋肤效应较低的情况下效果最好，所述情况在于较低频率下操作时发生，如在测井电缆工具中的那些频率。在1510，接收信号经受去耦和校准。在1512，去耦和校准可以通过将模式去耦和校准矩阵应用到原始数据来进行，如以下所表示

从而提供经去耦和经校准信号数据，在1522。在1520，可以将方位聚焦应用到经去耦/经校准数据。在1524，方位聚焦可以通过将合成射束扫描应用到经去耦和经校准信号数据来实现。合成射束扫描的结果可以经受去卷积，在1526。在1530，可以执行反演以提供距离映射，其中可以使用已知层电阻率的输入来进行反演，在1532。

归因于发射系统的设计或缺陷，特定的激励可以产生不同的方位模式的组合。直接的去耦方法可以包括表征空气悬挂测试中的模式干扰，其中假设仅观测到来自相同模式的直达信号。在此情况下，激活所有发射模式，且接收所有模式。此活动提供用于发射模式和接收模式的组合的耦合矩阵V。所述耦合矩阵可以反演且被存储用于稍后在信号的去耦中使用。还可以实现校准的替代方案将工具放置在已知用以仅激励特定模式的不同的测试介质中，在1514。此类介质的一个特定选择是具有电阻率R(r,φ,z)＝R₀cos(φπn_f/180)。此介质理想地产生用于模式n_f的非零信号，且产生用于所有其它模式的零。在1516，可以进行在模式n_f处的测量，且可以将电压响应矩阵V(n,n_f)建构为模式和方位周期性的函数。在1518，可以计算模式去耦和校准矩阵。可以将此计算矩阵产生为所建构电压响应矩阵的逆。

图16展示归因于使用模拟结果的机械缺陷的模式混合，其中此类参考岩层用于不同的测试岩层模式n_f。传感器的方位位置从其原始位置被随机扰乱0.1°、1°和5°的标准偏差。上部图展示具有如上所述的随机性的传感器位置的十个实现。底部图展示信号中的模式的振幅。参考岩层的模式展示在双线之间。在传感器之间具有完美的定位和平衡的理想情况下，仅所述线之间的模式应存在且所有其它模式应为零。然而，如可以从底部图看见，工具制造中的小偏差同样还可以激励其它模式。举例来说，在参考岩层模式10和随机偏差为1°的情况下，用10^-3到10^-2的振幅范围来激励模式10。然而，以从10^-2到1的归一化振幅来激励从1高达7的所有模式。这意味着所述工具正产生大1000倍的不当信号连同所要的第10模式信号。通过计算耦合矩阵V(n,n_f)且使其反演，有可能去耦个别的模式。此不仅使模式去耦，而且校准了信号强度和相位。有可能使用其它参考岩层，如在两个值R(r,φ,z)＝R₀Sign(φπn_f/180)之间交替的岩层。此测试岩层分布可以在工具硬件的校准中更容易制造和使用。可以在地面处的测井作业之前来应用上文所提及的去耦和校准矩阵的计算。还可以通过嵌入和移动在工具主体内产生参考信号的材料来在井下应用。

由于每一方位模式在方位域中提供一个频率，所以可能组合不同的模式来获得聚焦的敏感性型样。下方的公式可以用于此目的

此处，V是方位聚焦之后的信号，i_l、i_f和i_s是测井深度、频率和间隔的索引，φ_b是聚焦方位，N是最大方位模式，是在用于相同模式的工具布置中所使用的不同相位数目，P是供索引所使用的相位，g是包括如在上文去耦阶段中描述的工具和参考岩层的格林函数。格林函数和相关联的系数K仅用于归一化目的。两个相位足以用来恢复与每一模式相关联的振幅和相位信息两者。

图17展示用于不同聚焦方位φb的方位聚焦结果。图17的1D子图中的曲线1771、1772、1773、1774、1775、1776、1777和1778指示几何因子。图17的1D子图中的曲线1781、1782、1783、1784、1785、1786、1787和1788指示集成几何因子。可以从2D图和1D底端图看见，成功地实现了方位聚焦。

通过使用不同的聚焦方位，有可能扫描工具周围的体积。上述处理的缺点可以包括困扰所述方位行为的波纹。用以移除波纹的一个方式是利用去卷积滤波器。此滤波器可以通过首先考虑在具有下文定义的小台阶状(在方位中)岩层情况下的工具的响应R(r_脉冲,φ)来建构。

此处，d(r,φ)是作为向量r和标量方位的函数的距离函数φ。如果工具对上文给定的脉冲介质的响应是V_imp(i_l,i_f,i_s,φ_b)，那么在图18中展示用于去卷积的操作。在1810，所述岩层经模拟而具有脉冲电阻率。在1820，计算与脉冲电阻率相关联的电压。在1830，使用测量电压数据来去卷积所计算的电压。

对于单个站发射器/接收器工具，如果假定具有已知电阻率和未知距离的阶状岩层剖面，那么可以建构一表格来将每一聚焦方位处的电压电平转换到距离。可以通过利用方程式(2)中的格林函数来执行表格的构造。通过更多信息，可以通过反演来获得更多参数。如果多个发射器或接收器站是可用的，那么可以获得更多参数且可以建构3D真实岩层电阻率映射。

图19展示用于如本文所论述的工具的实施方案的应用。此类工具可以提供所述岩层的井孔附近的特性，且辅助校正其它电磁工具数据(在1920)。反演结果还可以用于地球物理学/地质力学解释中(在1930)，尤其用于深处读取，其中发射器与接收器之间的间隔较大(10ft到100ft)。通过工具输出(在1910)，有可能建构岩层的真实3D图像从而提供可视化(在1940)，且将所述图像用于一般岩层评估目的(在1950)。在各种实施方案中，多极工具还可以映射储集器周围的层边界且帮助优化地质导向(在1960)。

在各种实施方案中，如本文所论述的基于多极的工具可以实现大量的方位模式。可以将工具实施在地下应用中以实现敏感性的深处方位聚焦。可以获得具有高于20°的方位分辨率的岩层的深处3D成像。所述工具可以通过准确地映射层边界形状来显著改进岩层的地质评估和地质导向。所述工具还可以映射比可以使用井径仪或成像工具所实现的深得多的井孔和侵入带剖面。

图20A-20D展示关于多极工具的实施方案的深处成像能力的四个不同的模拟情况。为了模拟，将背景电阻率认为是10Ωm，且在2D绘图中展示为空白。岩层的电阻率被成像为1Ωm。关于图15论述的处理方法适用于第2、第4、第6、第8和第10方位模式以及如方程式(2)中的两个相位。在模拟中使用分离20ft的一个发射器站和一个接收器站，其中传感器半径a＝4in且频率为25KHz。在模拟中将电阻率剖面选择为z独立的。曲线2061、2063、2065和2067展示实际的剖面边界，而曲线2062、2064、2066和2068展示剖面边界的倒像。从图20A-20D可见，如本文所论述的多极工具的实施方案可以成功地建构在工具周围的岩层的图像。

在各种实施方案中，系统可以包括：布置在工具结构上的若干发射传感器；布置在工具结构上的若干接收传感器，接收传感器可操作以响应于若干发射传感器的选择性激活而获取信号，使得若干发射传感器、若干接收传感器或若干发射传感器与若干接收传感器两者包括经构造为多极传感器的一个或多个传感器，且若干发射传感器和若干接收传感器可以经布置以产生深处高阶方位敏感性；以及控制单元，其经布置以控制若干发射传感器的选择性激活且响应于所述选择性激活而选择性地从若干接收传感器获取信号。

若干发射传感器可以包括一个或多个多极发射器传感器，且若干接收传感器可以包括一个或多个多极接收器传感器，所述一个或多个多极发射器传感器和一个或多个多极接收器传感器经布置以产生深处高阶方位敏感性。另外，若干发射传感器和若干接收传感器可以经布置以通过使用磁偶极组合来建立深处高阶方位敏感性。若干发射传感器和若干接收传感器可以经布置以通过使用深处高阶方位敏感性模式的组合来建立深处方位聚焦。

若干发射传感器和若干接收传感器可以具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器的布置，使得由下式给定n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器相对于工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中z方向是沿着工具结构的轴线

r_i ^T＝a

r_i ^R＝a

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

若干发射传感器和若干接收传感器可以具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器的布置，使得由下式给定n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器相对于工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中z方向是沿着工具结构的轴线

r_i ^T＝a

r_i ^R＝a

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

若干发射传感器和若干接收传感器可以具有n个发射偶极传感器和仅一个接收传感器的布置，使得由下式给定n个发射偶极传感器和仅一个接收传感器相对于工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中z方向是沿着工具结构的轴线

r_i ^T＝a

r_i ^R＝0

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器所在的轴线的距离。

在另一实例系统中，经布置以产生深处高阶方位敏感性的若干发射传感器和若干接收传感器可以包括以操作方式控制为成对的发射器导线和接收器导线，发射器导线和接收器导线中的每一者安置为工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向第一部分，使得在操作中，电流在第一部分中和第二部分中在相同方位方向上流动。所述周期性包装可以布置为具有耦接到源的两个末端的单根导线，所述第二部分相对于工具结构而与第一部分偏移180°。单根导线可以包括连接起来的多个导线段。所述第一部分和第二部分可以是独立导线，第一部分具有耦接到第一源的两个末端，且第二部分具有耦接到第二源的两个末端，第二部分相对于工具结构而与第一部分偏移180°。每一周期性包装可以包括在工具结构内部的布线。包括内部布线的周期性包装可以经布置为具有两个末端的单根导线。

实例系统可以在工具结构上包括两个周期性包装，所述两个周期性包装中的每一者具有彼此不同的周期。实例系统可以包括以操作方式控制为成对的多个发射器导线和多个接收器导线，每一发射器导线和每一接收器导线安置为在工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向第一部分，使得在操作中，电流在第一部分中和在第二部分中在相同方位方向上流动，每一发射器周期性包装具有等于其以操作方式成对的接收器周期性包装的周期的周期，至少一对具有不同于另一对的周期。发射器导线可以相对于每一发射器的周期来按照依序方式沿着工具结构的纵轴而安置，且接收器导线可以相对于每一接收器的周期来按照依序方式沿着工具结构的纵轴而安置。用于发射器导线和接收器导线两者的依序方式可以是按照以周期大小排序的从最大周期到最小周期。发射器导线的周期性包装可以是正弦、三角形或矩形。

实例系统可以包括可以与控制单元一起操作的数据处理单元，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，数据处理单元可以经构造来以合成方式对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。实例系统可以包括可以与控制单元一起操作的模式加法器，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，模式加法器可以经构造来对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

在第二实例系统中，经布置以产生深处高阶方位敏感性的若干发射传感器和若干接收传感器可以包括具有受控极性的多偶极天线，所述控制单元经布置以选择性地控制多偶极天线的极性。多偶极天线的发射传感器可以布置在发射器站中，其中每一发射传感器处于工具结构的圆周周围的不同的角度位置，发射器站安置在发射器站阵列中。可操作为接收传感器中的一者的多偶极天线可以经布置为接收器站阵列中的接收器站。在实施方案中，接收器站可以具有可操作为接收传感器的多偶极天线，其中接收器站的每一接收传感器相对于所述中的其它接收传感器而处于工具结构的圆周周围的不同的角度位置处。发射器站和接收器站可以单独沿着所述工具的纵轴安置，从而以操作方式提供勘探深度的范围。

若干发射传感器可以是选自包括线圈和螺线管的群组的磁偶极，且若干发射传感器可以是选自包括导线天线、环形线圈和电极的群组的电偶极。发射传感器可以包括具有绕组的螺旋管，使得绕组的密度在螺旋管上在方位上变化。

第二实例系统可以包括可以与控制单元一起操作的数据处理单元，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，数据处理单元可以经构造来以合成方式对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。第二实例系统可以包括可以与控制单元一起操作的模式加法器，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，模式加法器可以经构造来对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

在第三实例系统中，经布置以产生深处高阶方位敏感性的若干发射传感器和若干接收传感器可以包括在控制单元的控制旋转下可操作的多偶极天线。与可操作为接收传感器的多偶极天线中的一个或多个不同，多偶极天线中的一个或多个可以可操作为安置在外壳中的发射传感器。控制单元可以可操作来以不同于多偶极天线中的可操作为接收传感器的一或多者的旋转速度的旋转速度来旋转多偶极天线中的可操作发射传感器的一或多者。在实施方案中，所述多偶极天线中的仅一者操作为旋转发射器传感器。第三实例系统可以包括可以与控制单元一起操作的数据处理单元，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，数据处理单元可以经构造来以合成方式对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。第三实例系统可以包括可以与控制单元一起操作的模式加法器，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，模式加法器可以经构造来对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

系统的各种实施方案可以包括可操作以进行以下操作的数据处理单元：使获取信号去耦为不同的方位模式，且校准一个或多个信号，从而产生经去耦和经校准的信号数据；基于经去耦和经校准信号数据来执行方位聚焦、径向聚焦、轴向聚焦和反演；以及产生与井孔和岩层中的一或多者相关的数据。

在各种实施方案中，方法可以包括：激活安置在井孔中的工具的一个或多个发射传感器以发射到岩层中；响应于通过一个或多个发射传感器的发射而在所述工具的一个或多个接收传感器处选择性地获取一个或多个信号，其中一个或多个发射传感器、一个或多个接收传感器、或一个或多个发射传感器和一个或多个接收传感器两者包括经构造为多极传感器的一个或多个传感器；以及控制所述激活和选择性获取，从而产生深处高阶方位敏感性。一个或多个发射传感器可以包括一个或多个多极发射器传感器，且一个或多个接收传感器可以包括一个或多个多极接收器传感器，所述一个或多个多极发射器传感器和一个或多个多极接收器传感器经布置以产生深处高阶方位敏感性。产生深处高阶方位敏感性可以包括通过使用磁偶极的组合来建立深处高阶方位敏感性。产生深处高阶方位敏感性包括通过使用深处高阶方位敏感性模式的组合来建立深处高阶方位敏感性。

一个或多个发射传感器和一个或多个接收传感器可以具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器，使得由下式给定n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器相对于工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中z方向是沿着工具结构的轴线

r_i ^T＝a

r_i ^R＝a

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

一个或多个发射传感器和一个或多个接收传感器可以具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器，使得由下式给定n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器相对于工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中z方向是沿着工具结构的轴线

r_i ^T＝a

r_i ^R＝a

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

一或多个发射传感器和一或多个接收传感器可以具有n个发射偶极传感器和仅一个接收传感器的布置，使得由下式给定n个发射偶极传感器和仅一个接收传感器相对于工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中z方向是沿着工具结构的轴线

r_i ^T＝a

r_i ^R＝0

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、r_i ^R、φ_i ^R和u_i ^R分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器所在的轴线的距离。

在另一实例方法中，经布置以产生深处高阶方位敏感性的一或多个发射传感器和一或多个接收传感器可以包括以操作方式控制为成对的发射器导线和接收器导线，发射器导线和接收器导线中的每一者安置为工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向第一部分，使得在操作中，电流在第一部分中和第二部分中在相同方位方向上流动。所述周期性包装可以布置为具有耦接到源的两个末端的单根导线，所述第二部分相对于工具结构而与第一部分偏移180°。所述第一部分和第二部分可以是独立导线，第一部分具有耦接到第一源的两个末端，且第二部分具有耦接到第二源的两个末端，第二部分相对于工具结构而与第一部分偏移180°。在实施方案中，每一周期性包装可以包括在工具结构内部的布线。

在实施方案中，一或多个发射传感器和一或多个接收传感器可以在工具结构上包括两个周期性包装，所述两个周期性包装中的每一者具有彼此不同的周期。在另一实施方案中，一或多个发射传感器和一或多个接收传感器可以包括以操作方式控制为成对的多个发射器导线和多个接收器导线，每一发射器导线和每一接收器导线安置为在工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向第一部分，使得在操作中，电流在第一部分中和在第二部分中在相同方位方向上流动，每一发射器周期性包装具有等于其以操作方式成对的接收器周期性包装的周期的周期，至少一对具有不同于另一对的周期。

实例方法可以包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及以合成方式对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。实例方法可以包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及使用模式加法器对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

在第二实例方法中，产生深处高阶方位敏感性可以包括选择性地控制多偶极天线的极性。第二实例方法可以包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及以合成方式对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。第二实例方法可以包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及使用模式加法器对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

在第三实例方法中，产生深处高阶方位敏感性可以包括以控制方式旋转若干多偶极天线。以控制方式旋转多偶极天线可以包括仅旋转一个发射器传感器。第三实例方法可以包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及以合成方式对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。第三实例方法可以包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及使用模式加法器对深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

方法的各种实施方案可以包括处理一或多个信号，所述处理可以包括：使一个或多个信号去耦为不同的方位模式，且校准一个或多个信号，从而产生经去耦和经校准的信号数据；基于经去耦和经校准信号数据来执行方位聚焦、径向聚焦、轴向聚焦和反演；以及根据执行方位聚焦、径向聚焦、轴向聚焦和反演来产生与井孔和岩层中的一或多者相关的数据。去耦和校准所述一个或多个信号可以包括：模拟具有脉冲电阻率的岩层；根据模拟具有脉冲电阻率的岩层而产生模拟信号电压；以及使用模拟信号电压来去卷积经测量的信号电压。

方法的各种实施方案可以包括：在将工具部署在井孔中之前，产生模式去耦和校准矩阵并将其存储在存储器中，使得所述一个或多个信号可以在井孔中的工具的操作中通过使用所述模式去耦和校准矩阵来去耦和校准，所述模式去耦和校准矩阵通过以下操作而产生：在具有方位周期性的已知岩层中操作工具；以选定模式进行测量；基于用于选定模式的测量和方位周期性来构造响应矩阵；以及对所述响应矩阵反演。

如本文教示的操作系统的系统和方法的不同实施方案可以按若干布置来组合。所述组合可以包括系统的特征的排列、操作所述系统的方法的特征的排列、或系统的特征与操作所述系统的方法的特征的排列。

在各种实施方案中，机器可读存储装置可以具有存储在其上的指令，所述指令在被机器的一个或多个处理器执行时致使机器执行操作，所述操作包括经由多极感应进行测量以及按与本文描述的方法相同或类似的方式来分析所述测量的方法的特征中的任一者。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，系统可以包括：工具，其具有发射器阵列和接收器阵列；控制单元，其可操作以管理来自发射器阵列的信号的产生和管理接收器阵列处的接收信号的集合；以及数据处理单元，其中所述工具、控制单元和数据处理单元经构造以根据经由多极感应进行测量以及按与本文描述的方法相同或类似的方式来分析所述测量的方法的特征中的任一者来操作。所述系统可以包括用以实施这些特征中的一或多者的一个或多个机器可读存储装置。

图21描绘包括传感器工具2105的系统2100的实施方案的特征的框图，所述传感器工具具有可操作为多极感应工具的发射器和接收器的布置。传感器工具2105的发射器2110-1和接收器2110-2的布置可以按与本文论述的布置类似或相同的布置来实现。所述布置可以包括经布置以选择性地受控来产生深处高阶方位敏感性的一个或多个发射器-接收器天线对。举例来说，一个或多个发射器-接收器天线对的控制可以包括(但不限于)发射器-接收器天线对中的发射器和接收器的选择性极性。

系统2100还可以包括控制器2141、存储器2142、电子设备2143和通信单元2145。控制器2141、存储器2142和通信单元2145可以经布置以将传感器工具2105操作为多极天线，从而提供高阶方位模式。控制器2141、存储器2142和电子设备2143可以经实现以控制发射器天线2110-1的激活和传感器工具2105中接收器天线2110-2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。通信单元2145可以包括钻井作业中的井下通信。此类井下通信可以包括遥测系统。

系统2100还可以包括总线2147，其中总线2147在系统2100的部件当中提供导电性。总线2147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。总线2147还可以使用公共导电线用于提供地址、数据或控制中的一或多者，所述公共导电线的使用可以通过控制器2141来调节。总线2147可以经组配而使得系统2100的部件得以分布。此类分布可以布置在如传感器工具2105的发射器2110-1和接收器2110-2等井下部件与可以安置在井的地面上的部件之间。或者，所述部件可以在共同位置，如钻柱的一个或多个钻挺上或测井电缆结构上。

在各种实施方案中，外围装置2146可以包括可以结合控制器2141和/或存储器2142而操作的显示器、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2141可以实现为一个或多个处理器。外围装置2146可以布置有显示器，所述显示器具有存储在存储器2142中的用以实施用户接口来管理分布在系统2100内的传感器工具2105和/或部件的操作的用户接口的指令。此类用户接口可以结合通信单元2145和总线2147来操作。系统2100的各种部件可以与传感器工具2105集成，使得处理与关于本文的各种实施方案所论述的处理方案相同或类似的处理方案可以在井下所述测量的附近或在地面处执行。

图22描绘处于钻井现场的系统2200的实施方案，其中所述系统2200包括经组配有可操作为多极天线的系统的传感器的工具2205。工具2205的控制单元和处理单元可以分布在系统2200当中或可以与工具2205集成，从而提供用于将在井下进行的控制和分析活动。所述工具2205可以按与本文论述的布置和处理类似或相同的方式来实现，从而在井孔中进行测量以及处理由工具2205处所获取的信号而产生的信号和数据。

系统2200可以包括位于井2206的地面2204处的钻机2202和一连串钻杆(也就是钻柱2208)，所述钻杆连接在一起以便形成穿过转盘2207下降到钻井孔或井孔2212中的钻井油管。钻机2202可以提供用于钻柱2208支撑。钻柱2208可以操作以穿透转盘2207，用于对井孔2212进行钻井而穿过地下岩层2214。钻柱2208可以包括钻杆2218和位于钻杆2218的下部部分的底部钻具组合2220。

底部钻具组合2220可以包括钻挺2215、附接到钻挺2215的工具2205和钻头2226。钻头2226可以操作以通过穿透地面2204和地下岩层2214来产生井孔2212。工具2205可以针对井孔2212中的实施方案而被构造为MWD系统，如LWD系统。含有工具2205的外壳可以包括用以激活工具2205的一个或多个发射器以及来自收集工具2205的一个或多个接收器的响应的电子器件。此类电子器件可以包括处理单元，其用以经由标准通信机制来将岩层分析、井孔分析或其组合提供到地面，从而用于操作井。或者，电子器件可以包括通信接口，其用以经由标准通信机制来将工具2205的接收器输出的信号提供到地面从而用于操作井，其中可以在地面处的处理单元分析这些输出信号以提供岩层分析、井孔分析或其组合。

在钻井作业期间，钻柱2208可以通过转盘2207来旋转。除此之外或替代地，底部钻具组合2220还可以通过位于井下的马达(例如，泥浆马达)来旋转。钻挺2215可以用于将重量添加到钻头2226。钻挺2215还可以使底部钻具组合2220变硬以允许底部钻具组合2220将所添加重量转移到钻头2226，且继而协助钻头2226穿透地面2204和地下岩层2214。

在钻井作业期间，泥浆泵2232可以从泥浆坑2234经过软管2236将钻井流体(有时被本领域的技术人员称为“钻井泥浆”)抽吸到钻杆2218中且向下到钻头2226。钻井流体可以从钻头2226流出，且经由钻杆2218与井孔2212的侧边之间的环形区域2240而返回到地面2204。钻井流体接着可以返回到泥浆坑2234，在所述泥浆坑2234中过滤此类流体。在一些实施方案中，钻井流体可以用于冷却钻头2226，以及在钻井作业期间提供用于钻头2226的润滑。另外，钻井流体可以用以移除通过操作钻头2226所产生的地下岩层2214岩屑。

在各种实施方案中，工具2205可以包括在耦接到例如用于测井电缆应用的测井电缆2274的钻具主件2270中。含有工具2205的钻具主件2270可以包括用以激活工具2205的一个或多个发射器以及收集来自工具2205的一个或多个接收器的响应的电子器件。此类电子器件可以包括处理单元，其用以经由标准通信机制来将岩层分析、井孔分析或其组合提供到地面，从而用于操作井。或者，电子器件可以包括通信接口，其用以经由标准通信机制来将工具2205的接收器输出的信号提供到地面从而用于操作井，其中可以在地面处的处理单元分析这些输出信号以提供岩层分析、井孔分析或其组合。测井电缆2274可以被实现为测井电缆(多个电力和通信线)、单线电缆(单个导体)、和/或钢丝(没有用于电力或通信的导体)、或用于在井孔2212中使用的其它适当的结构。

利用与本文论述的实施方案相同或类似的多极天线的工具和方法可以用以产生电磁波的深处方位聚焦，以及建构来自单个井的岩层的电磁特性的深处3D图像。这可以允许新的地质剖析应用且还显著改进岩层的评估。来自此工具的数据可以用以优化钻井和生产作业。

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 (57)

1.一种具有多极传感器的深方位感测系统，其包括：

若干发射传感器，其布置在工具结构上，所述若干发射传感器包括一个或多个多极发射器传感器；

若干接收传感器，其布置在所述工具结构上，所述若干接收传感器包括一个或多个多极接收器传感器，所述接收传感器可操作以响应于所述若干发射传感器的选择性激活而获取信号，其中所述一个或多个多极发射器传感器和所述一个或多个多极接收器传感器经布置以产生深处高阶方位敏感性；以及

控制单元，其经布置以控制所述若干发射传感器的所述选择性激活，且响应于所述选择性激活而选择性地获取来自所述若干接收传感器的信号，

其中所述若干发射传感器和所述若干接收传感器经布置以通过使用磁偶极组合来建立深处高阶方位敏感性。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述若干发射传感器和所述若干接收传感器具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器的布置，使得由下式给定所述n个发射偶极传感器和所述n个接收偶极传感器相对于所述工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中所述z方向是沿着所述工具结构的轴线

r_i ^T＝a

${\mathrm{\φ}}_i^T=(4i-3)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^T=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

r_i ^R＝a

${\mathrm{\φ}}_i^R=(4i-5)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^R=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、和分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述若干发射传感器和所述若干接收传感器具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器的布置，使得由下式给定所述n个发射偶极传感器和所述n个接收偶极传感器相对于所述工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中所述z方向是沿着所述工具结构的轴线

r_i ^T＝a

${\mathrm{\φ}}_i^T=(4i-5)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^T=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\φ}}$

r_i ^R＝a

${\mathrm{\φ}}_i^R=(4i-5)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^R=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、和分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述若干发射传感器和所述若干接收传感器具有n个发射偶极传感器和仅一个接收传感器的布置，使得由下式给定所述n个发射偶极传感器和所述仅一个接收传感器相对于所述工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中所述z方向是沿着所述工具结构的轴线

r_i ^T＝a

${\mathrm{\φ}}_i^T=(4i-4)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^T=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

r_i ^R＝0

${\hat{u}}_i^R=\hat{z}$

其中r_i ^T、φ_i ^T、和分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器所在的轴线的距离。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述若干发射传感器和所述若干接收传感器经布置以通过使用深处高阶方位敏感性模式组合来建立深处方位聚焦。

6.如权利要求1所述的系统，其中经布置以产生深处高阶方位敏感性的所述若干发射传感器和所述若干接收传感器包括以操作方式控制为成对的发射器导线和接收器导线，所述发射器导线和所述接收器导线中的每一者安置为所述工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，其中所述第二部分在方位上经定向向后朝向所述第一部分，使得在操作中，电流在所述第一部分中和所述第二部分中在相同方位方向上流动。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述周期性包装经布置为具有耦接到源的两个末端的单根导线，所述第二部分相对于所述工具结构而与所述第一部分偏移180°。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述单根导线包括连接起来的若干导线段。

9.如权利要求6所述的系统，其中所述第一部分和所述第二部分是独立导线，所述第一部分具有耦接到第一源的两个末端，且所述第二部分具有耦接到第二源的两个末端，所述第二部分相对于所述工具结构而与所述第一部分偏移180°。

10.如权利要求6所述的系统，其中每一周期性包装包括在所述工具结构内部的布线。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述周期性包装经布置为具有两个末端的单根导线。

12.如权利要求6所述的系统，其中所述系统包括在所述工具结构上的两个周期性包装，所述两个周期性包装中的每一者具有彼此不同的周期。

13.如权利要求6所述的系统，其中所述系统包括以操作方式控制为成对的多个发射器导线和多个接收器导线，每一发射器导线和每一接收器导线安置为在所述工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向所述第一部分，使得在操作中，电流在所述第一部分中和在所述第二部分中在相同方位方向上流动，每一发射器周期性包装具有等于其以操作方式成对的接收器周期性包装的周期的周期，至少一对具有不同于另一对的周期。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述发射器导线是相对于每一发射器的所述周期来按照依序方式沿着所述工具结构的纵轴而安置，且所述接收器导线是相对于每一接收器的所述周期来按照依序方式沿着所述工具结构的所述纵轴而安置。

15.如权利要求14所述的系统，其中用于所述发射器导线和所述接收器导线两者的所述依序方式是按照以周期大小排序的从最大周期到最小周期。

16.如权利要求6所述的系统，其中所述发射器导线的所述周期性包装是正弦、三角形或矩形。

17.如权利要求6所述的系统，其中所述系统包括可与所述控制单元一起操作的数据处理单元，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，所述数据处理单元可以构造来以合成方式对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

18.如权利要求6所述的系统，其中所述系统包括可与所述控制单元一起操作的模式加法器，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，所述模式加法器可以构造来对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

19.如权利要求1所述的系统，其中经布置以产生深处高阶方位敏感性的所述若干发射传感器和所述若干接收传感器包括具有受控极性的多偶极天线，其中所述控制单元经布置以选择性地控制所述多偶极天线的所述极性。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述多偶极天线的发射传感器布置在发射器站中，其中每一发射传感器处于所述工具结构的圆周周围的不同的角度位置，所述发射器站安置在发射器站阵列中。

21.如权利要求20所述的系统，其中可操作为所述接收传感器中的一者的多偶极天线经布置为接收器站阵列中的接收器站。

22.如权利要求21所述的系统，其中所述接收器站具有可操作为接收传感器的多偶极天线，其中所述接收器站的每一接收传感器相对于所述接收器站中的其它接收传感器而处于所述工具结构的圆周周围的不同的角度位置处。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述发射器站和所述接收器站是单独沿着所述工具的纵轴安置，从而以操作方式提供勘探深度的范围。

24.如权利要求19所述的系统，其中所述若干发射传感器是选自包括线圈和螺线管的群组的磁偶极，或所述若干发射传感器是选自包括导线天线、环形线圈和电极的群组的电偶极。

25.如权利要求19所述的系统，其中所述若干发射传感器包括具有绕组的螺旋管，使得所述绕组的密度在所述螺旋管上在方位上变化。

26.如权利要求19所述的系统，其中所述系统包括可与所述控制单元一起操作的数据处理单元，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，所述数据处理单元可以构造来以合成方式对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

27.如权利要求19所述的系统，其中所述系统包括可与所述控制单元一起操作的模式加法器，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，所述模式加法器可以构造来对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

28.如权利要求1所述的系统，其中经布置以产生深处高阶方位敏感性的所述若干发射传感器和所述若干接收传感器包括在所述控制单元的控制旋转下可操作的多偶极天线。

29.如权利要求28所述的系统，其中与可操作为所述接收传感器的所述多偶极天线中的一或多者不同，所述多偶极天线中的一或多者可操作为安置在外壳中的发射传感器。

30.如权利要求28所述的系统，其中所述控制单元可操作来以不同于所述多偶极天线中的可操作为接收传感器的一或多者的旋转速度的旋转速度来旋转所述多偶极天线中的可操作为发射传感器的一或多者。

31.如权利要求28所述的系统，其中所述多偶极天线中的仅一者操作为旋转发射器传感器。

32.如权利要求28所述的系统，其中所述系统包括可与所述控制单元一起操作的数据处理单元，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，所述数据处理单元可以构造来以合成方式对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

33.如权利要求28所述的系统，其中所述系统包括可与所述控制单元一起操作的模式加法器，使得通过产生若干深处高阶方位敏感性模式，所述模式加法器可以构造来对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

34.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括数据处理单元，其可操作以：

将所述获取的信号去耦为不同的方位模式和校准所述一个或多个信号，从而产生经去耦和经校准信号数据；

基于所述经去耦和经校准信号数据来执行方位聚焦、径向聚焦、轴向聚焦和反演；以及

产生与井孔和岩层中的一或多者相关的数据。

35.一种具有多极传感器的深方位感测方法，其包括：

激活安置在井孔中的工具的一个或多个发射传感器以发射到岩层中，所述一个或多个发射传感器包括一个或多个多极发射器传感器；

响应于通过所述一个或多个发射传感器的发射而在所述工具的一个或多个接收传感器处选择性地获取一个或多个信号，所述一个或多个接收传感器包括一个或多个多极接收器传感器；以及

控制所述一个或多个多极发射器传感器的所述激活和所述一个或多个多极接收器传感器的所述选择性获取，从而产生深处高阶方位敏感性，

其中产生深处高阶方位敏感性包括通过使用磁偶极的组合来建立所述深处高阶方位敏感性。

36.如权利要求35所述的方法，其中所述一个或多个发射传感器和所述一个或多个接收传感器具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器的布置，使得由下式给定所述n个发射偶极传感器和所述n个接收偶极传感器相对于所述工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的 和单位向量，其中所述z方向是沿着所述工具结构的轴线

r_i ^T＝a

${\mathrm{\φ}}_i^T=(4i-3)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^T=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

r_i ^R＝a

${\mathrm{\φ}}_i^R=(4i-5)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^R=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、和分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

37.如权利要求35所述的方法，其中所述一个或多个发射传感器和所述一个或多个接收传感器具有n个发射偶极传感器和n个接收偶极传感器的布置，使得由下式给定所述n个发射偶极传感器和所述n个接收偶极传感器相对于所述工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的 和单位向量，其中所述z方向是沿着所述工具结构的轴线

r_i ^T＝a

${\mathrm{\φ}}_i^T=(4i-5)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^T=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\φ}}$

r_i ^R＝a

${\mathrm{\φ}}_i^R=(4i-5)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^R=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、和分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置、以度数为单位的第i接收器的角度位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器和接收偶极传感器所在的轴线的距离。

38.如权利要求35所述的方法，其中所述一个或多个发射传感器和所述一个或多个接收传感器具有n个发射偶极传感器和仅一个接收传感器的布置，使得由下式给定所述n个发射偶极传感器和所述仅一个接收传感器相对于所述工具结构的放置，其依据圆柱坐标中沿着径向、方位和z方向的和单位向量，其中所述z方向是沿着所述工具结构的轴线

r_i ^T＝a

${\mathrm{\φ}}_i^T=(4i-4)\frac{90}{n}$

${\hat{u}}_i^T=-{(-1)}^i\widehat{\mathrm{\ρ}}$

r_i ^R＝0

${\hat{u}}_i^R=\hat{z}$

其中r_i ^T、φ_i ^T、u_i ^T、和分别表示第i发射器的径向位置、以度数为单位的第i发射器的角度位置、第i发射器的定向向量、第i接收器的径向位置，和第i接收器的定向向量，其中a是距离安置发射偶极传感器所在的轴线的距离。

39.如权利要求35所述的方法，其中产生深处高阶方位敏感性包括通过使用深处高阶方位敏感性模式的组合来建立所述深处高阶方位敏感性。

40.如权利要求35所述的方法，其中经布置以产生所述深处高阶方位敏感性的所述一个或多个发射传感器和所述一个或多个接收传感器包括以操作方式控制为成对的发射器导线和接收器导线，所述发射器导线和所述接收器导线中的每一者安置为所述工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向所述第一部分，使得在操作中，电流在所述第一部分中和在所述第二部分中在相同方位方向上流动。

41.如权利要求40所述的方法，其中所述周期性包装经布置为具有耦接到源的两个末端的单根导线，所述第二部分相对于所述工具结构而与所述第一部分偏移180°。

42.如权利要求40所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分是独立导线，所述第一部分具有耦接到第一源的两个末端，且所述第二部分具有耦接到第二源的两个末端，所述第二部分相对于所述工具结构而与所述第一部分偏移180°。

43.如权利要求40所述的方法，其中每一周期性包装包括在所述工具结构内部的布线。

44.如权利要求40所述的方法，其中所述一个或多个发射传感器和所述一个或多个接收传感器包括在所述工具结构上的两个周期性包装，其中所述两个周期性包装中的每一者具有彼此不同的周期。

45.如权利要求40所述的方法，其中所述一个或多个发射传感器和所述一个或多个接收传感器包括以操作方式控制为成对的多个发射器导线和多个接收器导线，每一发射器导线和每一接收器导线安置为在所述工具结构周围的周期性包装，每一周期性包装包括第一部分和第二部分，所述第二部分在方位上经定向向后朝向所述第一部分，使得在操作中，电流在所述第一部分中和在所述第二部分中在相同方位方向上流动，每一发射器周期性包装具有等于其以操作方式成对的接收器周期性包装的周期的周期，至少一对具有不同于另一对的周期。

46.如权利要求40所述的方法，其中所述方法包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及以合成方式对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

47.如权利要求40所述的方法，其中所述方法包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及使用模式加法器对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

48.如权利要求35所述的方法，其中产生深处高阶方位敏感性包括选择性地控制多偶极天线的极性。

49.如权利要求48所述的方法，其中所述方法包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及以合成方式对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

50.如权利要求48所述的方法，其中所述方法包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及使用模式加法器对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

51.如权利要求35所述的方法，其中产生深处高阶方位敏感性包括以控制方式旋转若干多偶极天线。

52.如权利要求51所述的方法，其中以控制方式旋转多偶极天线包括旋转仅一个发射器传感器。

53.如权利要求51所述的方法，其中所述方法包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及以合成方式对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

54.如权利要求51所述的方法，其中所述方法包括产生若干深处高阶方位敏感性模式，以及使用模式加法器对所述深处高阶方位敏感性模式求和，从而建立深处方位聚焦。

55.如权利要求35所述的方法，其中所述方法包括处理所述一个或多个信号，所述处理包括：

将所述一个或多个信号去耦为不同的方位模式和校准所述一个或多个信号，从而产生经去耦和经校准信号数据；

基于所述经去耦和经校准信号数据来执行方位聚焦、径向聚焦、轴向聚焦和反演；以及

根据执行所述方位聚焦、所述径向聚焦、所述轴向聚焦和所述反演来产生与所述井孔和所述岩层中的一或多者相关的数据。

56.如权利要求55所述的方法，其中去耦和校准所述一个或多个信号包括：

模拟具有脉冲电阻率的所述岩层；

根据模拟具有所述脉冲电阻率的所述岩层而产生模拟信号电压；以及

使用所述模拟信号电压来去卷积测量的信号电压。

57.如权利要求35所述的方法，其中在将所述工具部署在所述井孔中之前，产生模式去耦和校准矩阵且将其存储在存储器中，使得所述一个或多个信号可以在所述井孔中的所述工具的操作中被去耦和被校准，所述模式去耦和校准矩阵通过以下操作而产生：

在具有方位周期性的已知岩层中操作所述工具；

以选定模式来进行测量；

基于用于所述选定模式的测量和方位周期性来构造响应矩阵；以及

对所述响应矩阵反演。