CN112993522A - 一种层叠式方位电磁波水平天线装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种层叠式方位电磁波水平天线装置及其制造方法，所述装置包括设置在钻铤本体上的主水平天线模块、补偿水平天线模块及调谐电路仓；其中，主水平天线模块和补偿水平天线模块均采用层叠式的两层天线，两层天线绕制的起始端位置相反；主水平天线模块、补偿水平天线模块在结构上与钻铤的中心对称，对称的两个水平天线采用1根完整的导线绕制，且两者的线圈共法线，以提高方位电磁波信号的信噪比；主水平天线模块和补偿水平天线模块作为方位天线；所述调谐电路仓前置，紧邻方位天线，调谐电路仓用于安装固定调谐电路，调谐电路使方位天线在工作频率下发生谐振，以压制方位天线电抗特性，提高信号发射和接收的效率。

Description

一种层叠式方位电磁波水平天线装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及地质勘测设备领域，尤其是一种层叠式方位电磁波水平天线装置及其制造方法。

背景技术

我国页岩油气储量丰富，但由于储层致密，渗透性极低，需要大量采用水平井开发提高经济效益。在地下起伏的页岩储层水平钻井过程中，为了保证井眼始终沿着目标储层钻进，通过物理探测方法获知储集层边界距离是水平井开发非常重要的手段。随钻方位电磁波电阻率仪器利用不同地层的电阻率响应差异来识别储集层的边界，广泛应用于目前水平井开发地质导向中。随钻方位电磁波电阻率仪器可以实现井周地层特定方向的边界探测，其研制关键在于方位天线的设计。目前国内外同类仪器主要采用倾斜天线和水平天线两种方位天线结构形式。

(1)倾斜天线：随钻方位电磁波仪器倾斜天线结构是指在仪器钻铤本体上刻45°斜向槽，然后将天线绕制到斜向槽内。这样倾斜天线可以沿地层某个特定方向发射或接收电磁波信号，探测该方向上的地层边界，在随钻铤旋转过程中实现井孔周围360°不同方位地层的边界探测。

(2)水平天线：随钻方位电磁波仪器水平天线结构是指采用与常规轴向天线垂直的绕制结构，常规轴向天线法线方向与钻铤同轴，而水平天线法线方向沿钻铤径向。该种天线结构的工作原理同样是向地层定向发射或接收电磁波信号，探测该方向上的地层边界，在随钻铤旋转过程中实现井周不同方位地层的边界探测。

倾斜天线结构由于其结构特点在向地层中发射或接收电磁波信号时，同时有轴向信号和水平方向信号，轴向信号不含有方位信息，后期需要通过数据处理将信号的轴向分量和水平分量进行分离以实现地层方位信息探测，因此带来处理电路复杂问题。常规水平天线结构为了不影响钻铤强度，其安装空间尺寸受到严格限制，通常只有3-5匝线圈，导致发射的能量小，接收到的方位信号较弱，对测量电路的弱信号检测能力要求高。由于地层边界越远，方位信号越弱，信噪比越低。因此影响了地层边界探测距离。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明为随钻方位电磁波仪器水平天线多匝线圈绕制及调谐电路仓前置提供了一种可行的解决方案，本发明的该种层叠式方位电磁波水平天线装置及其制造方法在结构上采用对称、层叠式结构以增加线圈绕制圈数，在同一位置实现了对称的两个方位天线，并通过对称的线圈绕制方法实现2个水平天线模块的共法线设计，从而增加发射信号能量和接收方位信号的幅度，实现方位电磁波信号信噪比的显著提高。

本发明的技术方案为：一种层叠式方位电磁波水平天线装置，其特征在于，包括设置在钻铤本体上的主水平天线模块、补偿水平天线模块及调谐电路仓；

其中，主水平天线模块和补偿水平天线模块均采用层叠式的两层天线，两层天线绕制的起始端位置相反；

主水平天线模块、补偿水平天线模块在结构上与钻铤的中心对称，对称的两个水平天线采用1根完整的导线绕制，且两者的线圈共法线，以提高方位电磁波信号的信噪比；主水平天线模块和补偿水平天线模块作为方位天线；

所述调谐电路仓前置，紧邻方位天线，调谐电路仓用于安装固定调谐电路，调谐电路使方位天线在工作频率下发生谐振，以压制方位天线电抗特性，提高信号发射和接收的效率。

进一步的，其中主水平天线模块包括绕制天线、第一金属天线罩、第一线圈保护条、第一天线上阻隔条、第一阵列式磁芯、第一天线绕制块、第一天线下阻隔条，2个密封连接胶套及2个单芯连接器；第一阵列式磁芯安装于第一天线绕制块的天线凹槽内。

进一步的，补偿水平天线模块包括第二金属天线罩、第二线圈保护条、第二天线上阻隔条、第二阵列式磁芯、第二天线绕制块及第二天线下阻隔条，第二阵列式磁芯安装于第二天线绕制块的天线凹槽内。

进一步的，调谐电路仓包括螺旋挡圈、密封盖、波形压紧弹簧、绝缘压块及调谐电路。

进一步的，所示的主水平天线模块安装于钻铤且被密封保护，能够浸泡于泥浆当中工作。

本发明还提出一种层叠式方位电磁波水平天线装置的制造方法，包括如下步骤：

主水平天线模块安装时，首先将第一阵列式磁芯安装于第一天线绕制块的天线凹槽内，并用耐高温胶粘接两端；然后从第一天线绕制块上部即在径向上远离钻铤天线凹槽的一端开始绕制第一层天线，第一层天线起始端预留一段导线用于与第一密封连接胶套连接；将天线绕在钻铤天线绕制块的天线凹槽内，绕制完第一层天线后安装第一上天线阻隔条和第一下天线阻隔条，然后继续绕制第二层天线，第二层天线绕制起始端位于第一天线绕制块上部天线凹槽的另一端，从右端向左端顺时针逐圈绕制；第二层天线绕制在第一层天线外面，采用层叠式结构，第一层天线与第二层天线之间被第一上天线上阻隔条和第一下天线下阻隔条隔开；当第二层天线绕制完成以后将天线穿过钻铤内的贯通孔开始对称面的补偿水平天线模块绕制。

进一步的，所述补偿水平天线模块安装时同样首先将第二阵列式磁芯安装于第二天线绕制块的天线凹槽内，并用耐高温胶粘接两端；然后从第二天线绕制块底部即在径向上靠近钻铤的一端开始绕制第一层天线，并将天线绕在第二天线绕制块的天线槽内，从左端向右端顺时针逐圈绕制，绕制完第一层天线后安装第二上天线阻隔条和第二下天线阻隔条，然后继续绕制第二层天线，第二层天线绕制起始端位于第一天线绕制块底部天线凹槽的另一端，从右端向左端顺时针逐圈绕制；补偿水平天线模块的第一层天线终端、第二层天线终端详见图，补偿水平天线模块绕制完成后将天线沿贯穿孔穿入主水平天线模块，并将该线与密封连接胶套连接。

进一步的，主水平天线模块中的天线两端分别连接第一密封连接胶套，然后通过2个第一单芯连接器与调谐电路仓实现电气联通，单芯连接器上安装有密封圈实现主水平天线模块与调谐电路仓的密封连接。密封连接胶套与单芯连接器对插后可实现电连接的高压密封。

进一步的，主水平天线模块及补偿水平天线通过跨过钻铤的线圈绕制方法实现电流法线方向的一致，对称的两个水平天线采用1根完整的导线绕制构成1个线圈，能够显著增大信号发射及接收的信噪比。

进一步的，调谐电路仓的安装具体包括如下步骤：首先安装调谐电路，其上依次安装耐高温绝缘材料制成的绝缘压块、波形压紧弹簧、密封盖及螺旋挡圈；密封盖通过波形压紧弹簧压紧绝缘压块，密封盖上设置有圆孔，并且绝缘压块上设置有凸台实现对波形弹簧的限位。绝缘压块上设有U型豁口以实上水平天线模块的单芯连接器与调谐电路的连接，绝缘压块为中空结构用于线的焊接及存线，并采用灌封胶将调谐电路和绝缘压块灌封成一体，从而增强其抗振性能。螺旋挡圈安装于钻铤的凹槽内，实现限位锁紧，螺旋挡圈压紧于密封盖的上安装面，实现整个调谐电路仓在钻铤内的锁紧安装。

有益效果：

本发明采用两个层叠式水平天线模块实现方位电磁波仪器测量信号的增强，并通过线圈的绕制方法使两个水平天线法线方向一致，叠加作为一个方位线圈的方法使信号强度成倍增大，调谐电路仓的前置及封装使天线谐振发射效率更高，接收信号的信噪比进一步提高，更加有利于实现远地层边界的有效探测。

附图说明

图1层叠式方位电磁波水平天线装置；

图2主水平天线模块安装图；

图3补偿水平天线模块安装图；

图4调谐电路仓装配图；

图5天线绕制块；

图6绝缘压块结构图。

其中：钻铤1，单芯连接器2，密封连接胶套3，第一天线下阻隔条4，第一天线绕制块5，第一阵列式磁芯6，第一天线上阻隔条7，第一线圈保护条8，第一金属天线罩9，第二金属天线罩11，第二线圈保护条12，第二天线上阻隔条13，第二阵列式磁芯14，第二天线绕制块15，第二天线下阻隔条16，螺旋挡圈17，密封盖18，波形压紧弹簧19，绝缘压块20，调谐电路21，天线22。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明的实施例，还提出一种层叠式方位电磁波水平天线装置，如图1所示，主要包括主水平天线模块、补偿水平天线模块及调谐电路仓；

其中主水平天线模块主要包括绕制天线、第一金属天线罩9、第一线圈保护条8、第一天线上阻隔条7、第一阵列式磁芯6、第一天线绕制块5、第一天线下阻隔条4，2个密封连接胶套3及2个单芯连接器2。

补偿水平天线模块主要包括第二金属天线罩11、第二线圈保护条12、第二天线上阻隔条13、第二阵列式磁芯14、第二天线绕制块15及第二天线下阻隔条16。

调谐电路仓主要包括螺旋挡圈17、密封盖18、波形压紧弹簧19、绝缘压块20及调谐电路21，调谐电路仓用于安装固定调谐电路，调谐电路使方位天线在工作频率下发生谐振，可压制方位天线电抗特性，提高信号发射和接收的效率。同时谐振电路仓前置，紧邻方位天线，可以使微弱方位信号最佳匹配后传递到采集电路，进一步提高接收信号的信噪比。

根据本发明的一个实施例，所示的主水平天线模块安装于钻铤1并可浸泡于泥浆当中工作。主水平天线模块安装时，首先将第一阵列式磁芯6安装于第一天线绕制块5的磁芯凹槽内，并用耐高温胶粘接两端；然后从第一天线绕制块5上部(在径向上远离钻铤)天线凹槽的一端开始绕制第一层天线，如图2所示，从左端向右端顺时针逐圈绕制，第一层天线起始端预留10mm长度的线用于与第一密封连接胶套3连接；将天线22绕在天线绕制块5的天线凹槽内，绕制完第一层天线后安装第一天线上阻隔条7和第一天线下阻隔条4，然后继续绕制第二层天线，注意第二层天线绕制起始端如图2中所示，位于第一天线绕制块5上部天线凹槽的另一端，从右端向左端顺时针逐圈绕制，第二层天线绕制在第一层天线外面，采用层叠式结构，第一层天线与第二层天线之间被第一上天线上阻隔条7和第一下天线下阻隔条4隔开。主水平天线模块的第一层天线终端、第二层天线终端详见图2。

当第二层天线绕制完成以后将天线穿过钻铤内的贯通孔开始对称面的补偿水平天线模块绕制。

根据本发明的实施例，如图3所示，补偿水平天线模块安装时同样首先将第二阵列式磁芯14安装于第二天线绕制块15的磁芯凹槽内，并用耐高温胶粘接两端；然后从第二天线绕制块15底部(在径向上靠近钻铤)的一端开始绕制第一层天线，并将天线绕在第二天线绕制块15的天线槽内，如图3所示，从左端向右端顺时针逐圈绕制。绕制完第一层天线后安装第二天线上阻隔条13和第二天线下阻隔条16，然后继续绕制第二层天线，注意第二层天线绕制起始端如图3中所示，位于第二天线绕制块15底部天线凹槽的另一端，从右端向左端顺时针逐圈绕制。补偿水平天线模块的第一层天线终端、第二层天线终端详见图3，补偿水平天线模块绕制完成后将天线22沿贯穿孔穿入主水平天线模块，并将该线与密封连接胶套3连接。

主水平天线模块中的天线22两端分别连接2个密封连接胶套3，然后通过2个单芯连接器2与调谐电路仓实现电气联通，单芯连接器2上安装有密封圈实现主水平天线模块与调谐电路仓的密封连接。密封连接胶套3与单芯连接器2对插后可实现电连接的高压密封。

主水平天线模块及补偿水平天线通过跨过钻铤的线圈绕制方法实现电流法线方向，即垂直线圈平面方向的一致，对称的两个水平天线采用1根完整的高温导线绕制构成1个线圈，能够显著增大发射信号能量及接收信号的信噪比。

根据本发明的实施例，如图4-6所示，调谐电路仓的安装具体包括如下步骤：首先安装调谐电路21，其上依次安装耐高温绝缘材料制成的绝缘压块20、波形弹簧19、密封盖18及螺旋挡圈17。密封盖18通过波形压紧弹簧19压紧绝缘压块20，密封盖18上设置有圆孔，并且绝缘压块20上设置有凸台实现对波形压紧弹簧19的限位。绝缘压块的示意图如图6所示。绝缘压块20上设有U型豁口以实现水平天线模块的2个单芯连接器与调谐电路的连接，绝缘压块20为中空结构用于线的焊接及存线，并采用灌封胶将调谐电路21和绝缘压块20灌封成一体，从而增强其抗振性能。螺旋挡圈17安装于钻铤1的凹槽内，实现限位锁紧，螺旋挡圈17压紧于密封盖18的上安装面，实现整个调谐电路仓在钻铤内的锁紧安装。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种层叠式方位电磁波水平天线装置，其特征在于，包括设置在钻铤本体上的主水平天线模块、补偿水平天线模块及调谐电路仓；

其中，主水平天线模块和补偿水平天线模块均采用层叠式的两层天线，两层天线绕制的起始端位置相反；

主水平天线模块、补偿水平天线模块在结构上与钻铤的中心对称，对称的两个水平天线采用1根完整的导线绕制，且两者的线圈共法线，以提高方位电磁波信号的信噪比；主水平天线模块和补偿水平天线模块作为方位天线；

所述调谐电路仓前置，紧邻方位天线，调谐电路仓用于安装固定调谐电路，调谐电路使方位天线在工作频率下发生谐振，以压制方位天线电抗特性，提高信号发射和接收的效率。

2.根据权利要求1所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置，其特征在于，其中主水平天线模块包括绕制天线、第一金属天线罩、第一线圈保护条、第一天线上阻隔条、第一阵列式磁芯、第一天线绕制块、第一天线下阻隔条，2个密封连接胶套及2个单芯连接器；第一阵列式磁芯安装于第一天线绕制块的天线凹槽内。

3.根据权利要求1所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置，其特征在于，补偿水平天线模块包括第二金属天线罩、第二线圈保护条、第二天线上阻隔条、第二阵列式磁芯、第二天线绕制块及第二天线下阻隔条，第二阵列式磁芯安装于第二天线绕制块的天线凹槽内。

4.根据权利要求1所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置，其特征在于，调谐电路仓包括螺旋挡圈、密封盖、波形压紧弹簧、绝缘压块及调谐电路。

5.根据权利要求1所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置，其特征在于，

所示的主水平天线模块安装于钻铤且被密封保护，能够浸泡于泥浆当中工作。

6.如权利要求1-5之一的一种层叠式方位电磁波水平天线装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

主水平天线模块安装时，首先将第一阵列式磁芯安装于第一天线绕制块的天线凹槽内，并用耐高温胶粘接两端；然后从第一天线绕制块上部即在径向上远离钻铤天线凹槽的一端开始绕制第一层天线，第一层天线起始端预留一段导线用于与第一密封连接胶套连接；将天线绕在钻铤天线绕制块的天线凹槽内，绕制完第一层天线后安装第一上天线阻隔条和第一下天线阻隔条，然后继续绕制第二层天线，第二层天线绕制起始端位于第一天线绕制块上部天线凹槽的另一端，从右端向左端顺时针逐圈绕制；第二层天线绕制在第一层天线外面，采用层叠式结构，第一层天线与第二层天线之间被第一上天线上阻隔条和第一下天线下阻隔条隔开；当第二层天线绕制完成以后将天线穿过钻铤内的贯通孔开始对称面的补偿水平天线模块绕制。

7.根据权利要求6所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置的制造方法，其特征在于：

所述补偿水平天线模块安装时同样首先将第二阵列式磁芯安装于第二天线绕制块的天线凹槽内，并用耐高温胶粘接两端；然后从第二天线绕制块底部即在径向上靠近钻铤的一端开始绕制第一层天线，并将天线绕在第二天线绕制块的天线槽内，从左端向右端顺时针逐圈绕制，绕制完第一层天线后安装第二上天线阻隔条和第二下天线阻隔条，然后继续绕制第二层天线，第二层天线绕制起始端位于第一天线绕制块底部天线凹槽的另一端，从右端向左端顺时针逐圈绕制；补偿水平天线模块的第一层天线终端、第二层天线终端详见图，补偿水平天线模块绕制完成后将天线沿贯穿孔穿入主水平天线模块，并将该线与密封连接胶套连接。

8.根据权利要求6所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置的制造方法，其特征在于：

主水平天线模块中的天线两端分别连接第一密封连接胶套，然后通过2个第一单芯连接器与调谐电路仓实现电气联通，单芯连接器上安装有密封圈实现主水平天线模块与调谐电路仓的密封连接。密封连接胶套与单芯连接器对插后可实现电连接的高压密封。

9.根据权利要求6所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置的制造方法，其特征在于：

主水平天线模块及补偿水平天线通过跨过钻铤的线圈绕制方法实现电流法线方向的一致，对称的两个水平天线采用1根完整的导线绕制构成1个线圈，能够显著增大信号发射及接收的信噪比。

10.根据权利要6所述的一种层叠式方位电磁波水平天线装置的制造方法，其特征在于：

调谐电路仓的安装具体包括如下步骤：首先安装调谐电路，其上依次安装耐高温绝缘材料制成的绝缘压块、波形压紧弹簧、密封盖及螺旋挡圈；密封盖通过波形压紧弹簧压紧绝缘压块，密封盖上设置有圆孔，并且绝缘压块上设置有凸台实现对波形压紧弹簧的限位；绝缘压块上设有U型豁口以实上水平天线模块的单芯连接器与调谐电路的连接，绝缘压块为中空结构用于线的焊接及存线，并采用灌封胶将调谐电路和绝缘压块灌封成一体，从而增强其抗振性能；螺旋挡圈安装于钻铤的凹槽内，实现限位锁紧，螺旋挡圈压紧于密封盖的上安装面，实现整个调谐电路仓在钻铤内的锁紧安装。

Images