CN114846360A - 使用开槽点偶极子天线的电磁工具 - Google Patents

使用开槽点偶极子天线的电磁工具 Download PDF

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Abstract

介绍了一种使用开槽偶极子天线的电磁工具。偶极子可以放置在钻铤上的槽中。接收器或发射器天线由一个或多个槽组成。偶极子由铁氧体棒连同放置在铁氧体上方和下方的电导线组成。可以连接导线，使得导线电流在铁氧体棒周围形成回路。当一组槽用于天线时，在槽之间构造导线孔。有效地，可以使用单根导线在组中的所有铁氧体棒上方行进，然后转向以在所有棒下方行进。两个导线区段位于连接两个相邻槽的导线孔中。两个区段中的电流幅值相同并在相反方向上流动。导线孔中的导线中不存在净电流。

Description

使用开槽点偶极子天线的电磁工具
相关申请的交叉引用
本申请通过引用并入由2019年10月28日提交的美国序列号62/926,808确定的整个临时申请，并根据35U.S.C.119(e)要求其优先权。
背景技术
近年来，在油气井的钻探过程中收集关于被井筒穿过的地层的性质的信息。该信息被用于评估地层的地质特性。最近，该信息也经常被专门或主要用于确定正在钻探的井段相对于地层地质结构的位置。相对于地质的位置信息被用于决定钻探过程的下一步行动，以便将井的下一段放置在烃区域中以使产量最大化。在钻探时测量地层参数，然后使用测量值来确定相对于钻孔的地层结构以帮助井的导向的过程称为地质导向(geosteering)。区域性地层地质结构被称为地层结构或地层。即使几何形状相同但一个或多个几何体积具有不同的地质，两种地层也是不同的。此后，地层特性或地层参数包括地质特性、几何结构信息以及井段与地层地质结构之间的相对位置。
钻井时地层特性的测量首先被称为随钻地层评估测量(FEMWD)。后来使用了术语随钻测井(LWD)。
由LWD系统测量的地层特性之一是电阻率。该参数量化了在地层中传导电流的难度。潜在含烃地层中的多孔空间填充有烃类流体或盐水。烃类流体(即油气)具有强电阻，而盐水具有导电性。通过测量电阻率，可以确定在均质地层中的井段中具有油气的多孔空间的百分比的估计值。
波传播电阻率工具已被用于LWD电阻率测量。发射器天线和接收器天线被构建在钻铤的一部分上。电磁波从工具的发射器天线发射到钻孔中。波通过包括钻孔环境和钻孔周围地层的空间传播。测量位于距发射器一定距离的钻铤上的接收器天线处的波信号。接收器波信号相对于发射器的那些的相位延迟和幅值衰减从一个发射器以一个频率发射时在接收器处的波信号的测量值中获得。相位延迟可以称为相位。幅值衰减可以称为衰减或幅值。相位和衰减是频率、发射器和接收器之间的距离、钻孔几何形状及其特性以及钻孔附近地层的电磁特性的函数。
在电子学中，术语“增益”用于表示功率水平和相位偏移的比例因子。比例因子可以大于或小于1。增益通常由复数表示。通常，放大或衰减系统经常用于信号生成或信号检测过程。生成增益以提高信号质量和测量精度。发射器和接收器中存在来自天线结构和电路的不受控的增益。不受控的增益也可能来自偏离设计行为的放大或衰减系统中的误差。除非下文另有特别说明，否则术语增益仅表示不受控的增益。
除了受到钻孔和地层参数的影响之外，相位和衰减测量值还受到发射器和接收器中的增益的影响。使用数字电子器件，发射器被命令以已知的功率水平和相位打开。发射器中的实际功率水平和相位会因发射电磁波的天线的模拟部分中的增益而发生偏移。类似地，在接收器位置处的波信号和接收器系统的模数转换级之间存在增益。该增益随温度漂移。在主要使用模拟电子器件的早期电阻率工具中，增益和相关联的偏移甚至更加明显。模拟电子器件不知晓发射器信号的标称相位值。电阻率工具上的天线所使用的频率范围和几何形状使得天线的辐射电阻相对较小。天线中不受控的增益变化主要取决于天线的结构的微小变化和天线中使用的电子器件部件和材料的特性。增益在电阻率工具所经历的温度范围内漂移很大。增益在天线之间可能是不可重复的，并且不容易跟踪和校准。必须消除增益对相位和衰减的影响，以便提取有关地层特性的信息。
以一个或多个频率操作的多个发射器-接收器对用于创建测量组合。每个组合都被设计成对电阻率工具附近特定区域的特定特性最为敏感。例如，在钻探操作中使用的LWD电阻率工具可以包括一个发射器和两个接收器。两个接收器间隔很近，并且沿着作为钻柱一部分的工具的轴线与发射器相距一定距离。当发射器通电时，接收器处的信号之间的相位差和幅值比在大多数情况下对远离钻孔的地层区域的电阻率最为敏感，并且受钻孔特性的影响最小。这种理想的特性在行业中被称为钻孔拒绝(borehole rejection)。
这些组合还用于克服电子器件中的不平衡或漂移(即发射器和接收器天线中的增益)。上一段中描述的一对接收器之间的差分测量不受发射器功率水平或相位的直接影响。只要功率水平高于信噪比要求，接收器差分测量就不受发射器增益的影响。因此，无需校准发射器。差分测量也消除了两个接收器系统共同增益的影响。但是，两个接收器中的增益可能不同，并且随温度的漂移不同。为了克服接收器中不平衡性的影响，具有相同频率的第二发射器沿钻铤轴线放置在两个接收器与第一发射器相对的一侧。即两个接收器在两个发射器之间。测量来自第一发射器的第一接收器和第二接收器处的信号之间的相位差和幅值比。然后关闭第一发射器，打开接收器另一侧的第二发射器。得到第二接收器和第一接收器处的信号之间的相位差和幅值比。分别对以度为单位的两个相位差和以dB为单位的两个幅值比进行平均。由两个接收器增益之间的差异引起的相位误差在两次相位差测量中幅值相同，但符号相反。两个相位差的平均完全消除了由于接收器增益差引起的误差。来自接收器增益差的幅值比中的误差以类似的方式消除。平均相位差被称为补偿相位差或补偿相位。平均幅值比被称为补偿幅值比或补偿衰减。尽管天线中的增益因天线而异并且对温度非常敏感，但在测量周期内特定天线中的增益非常稳定。在温度相对于工具测量周期缓慢变化的钻孔环境中，第一发射器和第二发射器发射序列之间的接收器中的增益没有可测量的差异。补偿测量值不受发射器或接收器中的增益的直接影响。
即使由于天线增益引起的系统误差通过诸如补偿相位和衰减的测量组合而被消除或大大降低，但天线电子器件中的随机噪声会导致测量误差。大多数LWD工具都采用提高信噪比和扩大信号平均窗口的常用技术。天线被调谐以在其操作频率下谐振。这大大增加了信号水平并缩小了噪声频带。发射器功率水平受到井中电阻率工具操作可用的有限电源的限制。此外，由于LWD工具在钻柱移动时进行操作，信号平均窗口需要足够小，以便在测量周期内工具仅移动较小的量。信噪比的进一步提高需要来自天线设计的改进。
包括测量组合的原始工具测量值通过转换函数转换为地层特性的测量值。转换函数是反正向工具响应函数。在非常有限的情况下，工具响应函数由实验数据表组成。由于LWD电阻率工具遇到的地层的结构和地质情况可能在规模上非常大且复杂，因此建立实验装置的集合以获得工具在所有这些环境中的响应是不切实际的。在大多数情况下，工具响应函数或数据是通过基于管控电磁波的行为的物理定律对发射器生成的电磁波如何在各种钻孔和地层结构中传播进行建模而生成的。对于每个钻孔和地层结构以及对于工具中的每个发射器-接收器天线对计算接收器输出。来自所有天线对的计算的接收器信号(即接收器电压或接收器电流或接收器读数)的处理和组合方式与在工具中针对每个钻孔和地层结构所做的完全相同。将建模的工具响应与工具测量值进行比较。确定最佳匹配。模型中与最佳匹配相关联的地层参数被视为工具测量值。
转换的测量值是LWD系统的输出。它们是工具测量值或数据。原始工具测量值(诸如补偿相位和衰减)被视为电阻率工具的中间结果。最终工具数据从中间结果导出。
建立大量实验装置以获得工具响应函数的不切实际是为什么使用理论建模来计算工具响应函数以用于数据转换和解释的原因之一。另一个原因是实验室实验装置可能无法精确复制LWD电阻率工具在井中经历的环境。LWD电阻率工具是一种精密仪器。在高达175摄氏度时，几家制造商实现的衰减测量的分辨率为0.0002分贝(dBs)。这等于百万分之二十三。因此，接收器电压的幅值测量值在许多情况下需要具有五位有效数字。类似地，相位测量值也需要具有五位有效数字。一些制造商实现的衰减测量的精度在175摄氏度以下的温度时小于0.005dBs。
在井中，LWD工具安装在钻柱的底部附近。例如，它可以距钻头底部几米到几十米。钻柱在电阻率工具上方的长度大约是当时已钻探的井的整个长度。在电阻率测量很重要的区域，井的长度可能是几百米到几千米。即使在井中使用电阻性油基钻探流体，该工具也能很好地接地，因为钻柱与地球之间的接触面积非常大。在用于计算工具响应的圆柱模型中，假设钻柱、钻孔和地层在工具附近的井段的轴向方向上在两个方向上无限延伸。假设该工具与模型中的周围环境完美接地。在接地方面，该模型与LWD工具在钻探过程中的操作环境非常匹配。
在实验室中，地球地层通常由水箱模拟。水的电阻率由其盐度决定。箱电阻率通常选择在设计电阻率范围的最低限制。该限制通常等于或接近0.2Ohm-M。将盐添加到水中以达到该电阻率。对于给定的发射器功率，接收器信号在此限制下最低。最具挑战性的信噪比点是对任何工具的良好测试。在该电阻率下，模拟无限地球地层所需的箱的尺寸也是最小的，因为电磁信号在导电性更强(电阻率更低)的介质中衰减得更快。仅将工具段的有限长度垂直浸入箱的中部以模拟地层中的工具，作为几乎无限长的钻柱的一部分。在没有任何钻孔结构的情况下，工具表面与箱中的咸水体有良好的电接触。工具段本身可以被视为极好的接地棒。该工具与水良好地电接地，否则可能与地球接地不良。这种具有最低水电阻率的实验装置可以模拟低电阻率地层中的实际工具工作环境。装置中的钻柱或地球地层中截断的轴向尺寸不会直接影响实验结果，因为一对间隔很近的接收器之间的差分测量对实验装置中截断和改变的区域的电磁特性不敏感。截断的钻柱和地层被箱上方的空气和箱下方的土地所取代。正常运行的工具预计会产生与模型预测相匹配的结果。该实验经常被执行，其结果被用作质量保证点。
为了通过实验获得地层中钻孔的工具响应，可以使用薄层塑料管来模拟钻孔。管垂直安装在箱的中间。电阻率工具放置在管的中间，从而将管内部的流体与箱里的水隔开。流体充当钻探流体(也称为钻探泥浆)，箱里的水是地层。可以选择管的直径以匹配钻孔的直径。管内部的流体的盐度会发生变化，以产生用于钻探操作的各种钻孔泥浆电阻率。该实验装置似乎可以准确地模拟地层中钻孔的工具响应，或者是测试钻孔中工具测量的质量的便捷方法；然而并非如此。
管的塑料材料是电绝缘体。薄绝缘圆柱体不会显著影响具有轴向天线的工具生成的电磁波在圆柱形对称环境中的传播。然而，绝缘破坏了工具与箱里的水几乎完美的直接接地。这个问题不能简单地通过将导线的一端电连接到工具上，另一端电连接到浸在箱中的小导电棒上来解决。工具和箱里的水之间可能仍存在小的电阻。此外，该接地问题无法通过将水和工具分别接地来轻易解决。用于为实验室中的工具供电的电子器件通常已经接地。箱通常由电绝缘材料(诸如玻璃纤维)制成。如果没有使用可能会干扰工具测量的相当大的金属结构，箱中的水不会直接接地。作为精密仪器，电阻率工具被设计为对小信号非常敏感。在低电阻率箱中，接收器电压信号可能被工具与箱中的水接地不完美而产生的噪声淹没。
对于工具响应，建模结果在许多情况下比实验室实验数据更准确。实验装置可能引入井下环境中不存在的噪声。另一方面，模型可以很好地匹配真实环境。
工具响应建模可以在工具生命周期的所有阶段中发挥关键作用。在研发阶段，模型模拟可用于确定工具参数(诸如频率、天线间距和测量组合)。在制造工具时，会将建模结果与工具测试的数据进行比较，以确定工具性能的质量。在工具的商业操作中，建模及其结果用于数据转换和解释。
由于复杂性和难处理性，一些影响天线增益的因素不包括在建模的工具响应中。例如，通过使用诸如补偿相位差的测量组合，消除了天线增益对工具测量值的影响。一些工具具有不受天线增益影响的天线配置和/或测量组合。对于这些工具，每次测量的输出VS温度通常是通过将工具置于一定范围的温度来建立的。基于测量值的温度函数校正温度对每次测量的影响。温度校正适用于增益VS温度可重复且可准确测量实时温度的天线系统。
即使可以对大量的钻孔和地层结构进行建模，但电阻率工具构造的许多细节仍然不能在计算机上建模。工具模型中工具的天线的结构比实际硬件的那些要简单得多。此外，用于天线结构的材料的电导率和磁导率在工具的温度范围内可能不是精确恒定的。它们在不同工具之间也略有不同，并且并不是精确已知的。为了在计算机上计算工具响应，可能需要进行模型简化。建模工具是实际工具的近似。由于建模工具响应用于将原始工具测量值转换为最终工具数据，因此建模工具响应与实际工具的响应之间的差异可能会导致地层特性的测量值中的误差。
除了坚固性和可靠性之外，在设计LWD波传播电阻率工具的天线时，另外两个考虑因素是效率和模型可处理性。
LWD工具的形状通常是圆柱形的，因此它们可以安装到钻柱中并成为其一部分。作为LWD工具的基部的圆柱形结构称为接头。平行于圆柱体的中心线的方向为轴向方向。垂直于中心线的方向称为横轴向或横向。
图1是现有技术中最早的电阻率工具之一的天线段的钢接头1和天线导线4的示意性侧视图。图2是图1中结构加天线在包含接头1的圆柱轴线的平面中的部件的截面图。通常，钢接头1是天线段。从钢接头1上切出周向凹槽2。一些绝缘材料3(图2)被放置在凹槽2的最深表面6周围，以保持天线导线4与该最深表面6相距一定距离。天线导线4被天线罩5覆盖和保护，该天线罩5由诸如玻璃纤维的非导电材料制成。
在Towle的编号为5,138,263的美国专利(以下简称“Towle”并且通过引用将其整体并入本文)中，将具有高磁导率和可忽略的磁滞现象的铁氧体材料用作图2中的绝缘材料3。铁氧体大大提高了天线效率。
为了提高天线段的机械可靠性，若干开槽的钢壳被用作图2中的天线罩5。该壳覆盖整个圆周，并通过螺栓紧固到接头上。钢壳的槽沿着接头轴向方向。
铁氧体和钢壳的使用极大地提高了图1和图2中描绘的天线设计的可靠性和效率。然而，提高还不够显著。
天线罩5的钢壳可能会损坏或者螺栓可能会变得松动。天线段仍然需要频繁维修和重建。图1中的周向凹槽2削弱了钢接头1的机械强度。该削弱使得难以构建具有小圆柱直径的电阻率工具。
法拉第感应定律和欧姆导电定律在图1中的天线导线4中引起交流电流，以在天线导线4下方在环形凹槽2的最深部分的钢接头1的表面6上感应出电流。由于钢具有高导电性，因此电流在表面处的薄层中。感应电流通常与天线导线4中的电流在相反方向上流动。因此，感应电流可以定性地看作是在天线导线4下方在周向凹槽2的最深部分的表面6上的线电流，并且可以与天线导线4中的电流在幅值上近似相等，在符号上相反。即，感应电流大致形成天线导线4中电流的图像。然而，实际感应电流的总量和分布取决于钢的导电性，图1和图2中天线导线4与周向凹槽2的最深部分的表面6之间的间隙。另外，天线导线4的形状可能不是完美的圆形和/或与钢接头1同心。天线导线4和钢接头1的表面之间的铁氧体的存在也可能影响感应电流分布。
对于发射器天线，天线导线4中的初级电流、钢接头1中的感应电流和铁氧体材料中的对齐磁偶极子形成天线组件的发射源。发射器天线的总阻抗受到钢接头1中存在感应电流的影响。特别地，天线组件的电阻是天线导线4中的电阻和钢接头1中的感应电流所经历的电阻的组合。对于发射器电子电路的给定功率输出，发射器天线的天线导线4中的电流由天线组件的总阻抗确定。类似地，由接收器天线的天线导线4中的接收器电子器件测量的电流由接收器位置处的电磁场和接收器天线组件的总阻抗确定。
天线被调谐以在操作频率下发生谐振。由于辐射损耗小，谐振的峰值几乎完全由天线组件的电阻确定。使天线组件的电阻尽可能小是很重要的。
天线段的钢接头1(诸如图1和图2中描绘的钢接头)被建模为一个完美的圆柱体，而没有进行切割以用于容纳天线导线4的周向凹槽2。建模天线段的示意图描绘在图3中。
图3图示了具有钢接头9、天线导线10和间隙11的天线段8。间隙11位于天线导线10和钢接头9的表面之间。发射器用作模型中的完美电流源。接收器用作电压或电磁力的完美传感器。钢接头9和天线导线10的电流两者都可以被假设为完美的圆形并且是同心的。该模型被称为圆轴环电流回路(Sleek-Collar Current-Loop，SCCL)模型。
模型中天线段8的简化使得可以在各种钻孔和地层环境中分析地计算工具响应。因为电阻率工具使用的电磁信号的波长远大于天线段8的尺寸，所以模型中使用的简化对于两个接收器之间的差分测量是合理的。然而，该合理是基于天线导线10是完美的圆形并且与钢接头9同心而言的。实际上，天线导线10的形状可能与模型的形状不同。钢接头9中的感应电流的分布可能与模型预测不同。这是误差的来源。
即使天线导线10是完美的圆形且是同心的，工具响应对钢接头9的电导率也很敏感。天线导线10与下方的钢接头9的表面之间的间隙11的尺寸也可能影响工具响应。因此，钢的电导率和间隙必须在用于计算工具响应的模型中精确考虑。因此，制造过程中的不准确性和材料的不一致性会导致电阻率测量误差。
图1中描绘的天线类型至少有三个主要缺点。首先，钢接头1(天线段)可能容易损坏。第二，钢接头1中的感应电流比由铜制成的天线导线4所经历的电阻更高，从而限制了天线效率。第三，感应电流的分布对天线结构的细节和天线段所使用的材料的特性很敏感。该分布通常是未知的，并且在模型中没有正确说明，从而可能会导致电阻率测量误差。
在Wisler等人的编号为5,530,358的美国专利(以下称为“Wisler设计”或“Wisler天线”)的设计中，天线可靠性得到了极大的提高，该美国专利通过引用整体并入本文。
图4是使用Wisler等人的设计的天线段13的示意性非成比例侧视图。天线段13包括钢结构14。槽被平行于工具圆柱体的轴线进行切割并且在周向上大致均匀分布。在图4中可以看到九个槽。为简单起见，图4中仅示出了一个带有标记15的槽。“槽15”或“槽”是指九个所示的槽和未示出的槽中的任何一个。“多个槽15”是指所有槽的集合。导线孔是钢结构14中在槽15之间的通路。标记31是指连接两个相邻槽的单个导线孔段。为简单起见，图4中仅一个导线孔被标记为31。但“导线孔31”或“导线孔”用于指代导线孔中的任一个。“多个导线孔31”是指所有槽的集合。槽15和导线孔31形成天线导线(未示出)的周向通路。
图5是天线段13在与天线段13的圆柱轴线垂直的平面中且在Wisler天线中的天线导线32处的截面图。图5中的天线导线32被示为虚线。导线孔31定位在距接头的表面一定距离处。绝缘材料33可以包括定位在天线导线32下方的槽15的段(例如，底部段)中的磁性铁氧体棒。绝缘材料33(例如，铁氧体棒)可以由高磁导率且没有磁滞现象的材料制成。尽管为简单起见在图5中仅示出了一个标记33，但该标记适用于所有16块绝缘材料。非导电且非磁性的填充材料49用于填充天线导线32上方的槽15中的空间以用于天线的保护。导线通道65为天线导线32提供到电子电路的通路。这里，在槽15中物体A在物体B之上或上方意味着A在径向上比B更靠近接头的表面。相反，物体A在物体B之下或下方表示A在径向上比B更靠近接头的中心线。
图6是天线导线32和铁氧体棒33的放大图。天线结构中的钢结构和其他部件在图6中未示出。导线区段66和67将天线导线32连接到电子电路68以及将电子电路68连接到天线导线32。天线导线32和导线区段66和67可以由单根连续导线制成。导线区段66和67可以是绞合的。导线区段66和67中的电流具有基本相同的幅值并且方向相反。导线区段66和67一起可能对天线结构的接收或发射功能没有实质性贡献，尤其是在良好绞合时。
参考图5，对于发射器天线，天线导线32中的电流形成电流回路。电流在铁氧体棒下方的槽的底部、导线通路31的壁、槽的侧壁和天线接头的表面处感应出电流。在方位角方向上的感应电流的总强度与天线导线32的电流的总强度大致相等，如在图1和图2中描绘的天线的情况下。即使主天线发射功率来自铁氧体棒，感应电流仍然是一个因素。感应电流遇到的电阻对于限制天线谐振的高度也很重要。
Wisler设计是最强的天线结构之一，并且几乎消除了对天线段的机械维护和修理的需要。从机械上讲，天线结构很容易制造。天线导线周围的钢结构中仍有大量感应电流。钢中的电阻仍然限制调谐天线组件的谐振高度。更重要的是，感应电流的分布仍未在模型中明确说明。由于钢电导率的变化和天线构造的细节，分布可能因天线而异且因工具而异。通常，用于钻孔环境中的工具响应、数据处理和测井解释的模型是图3中描绘的圆轴环电流模型(SCLC)。
在Wu(编号为5,331,331的美国专利和编号为5,491,448的美国专利，两者均通过引用整体并入本文)中，每个天线由一个或多个磁偶极子制成(点偶极子天线，或Wu天线)。偶极子放置在钢接头的表面上的袋状切口中。每个磁偶极子都由电流回路组成或可以被认为是电流回路。特别地，偶极子由缠绕在具有高磁导率的铁氧体棒上的电流导线制成。这种情况下的电流回路远小于钢接头的直径和电阻率工具中使用的电磁波的波长。在偶极子中和周向回路中的电流相同的情况下，钢接头中的偶极子感应电流远小于Wisler设计或图1中描绘的凹槽结构中的钢接头周围的周向电流回路的电流。较小的感应电流意味着钢接头的电导率对天线效率的影响较小。反过来，感应电流的详细分布的正确建模变得不那么重要了。可以使用天线的简化结构来近似模型中的真实天线，从而可以执行模型计算。用于在均质介质或钻孔环境中用于由三个点偶极子组成的天线的工具响应的模型的轴向天线段在图7中进行描绘。
在图7中，轴向天线段69包括在两个方向上延伸、具有恒定外径的钢接头70。磁点偶极子71、72和73在钢接头70的轴向方向上。钢接头70的表面与磁点偶极子71、72和73之间存在距离d。该天线被称为圆轴环点偶极子(SCPD)模型。非轴向方向上的点偶极子天线也由SCPD建模。由于上述原因，SCPD使用点偶极子天线对工具响应进行建模，比使用Wisler设计的SCLC要好得多。
在本领域内需要一种用于LWD工具的具有效率和模型可处理性，同时确保机械结构完整性、可制造性和/或零维护性的天线。
附图说明
图中相似的附图标记表示和指代相同或类似的元件或功能。当考虑到下面对其的详细描述时，可以更好地理解本公开的实施例。这种描述参考了所附的图示、示意图、图表、图纸和附录。在附图中：
图1是现有技术的天线段的钢结构和天线导线的示意性侧视图。
图2是图1中结构的截面图，其具有天线在包含接头的圆柱轴线的平面中的部件。
图3是用于图1和图2中描绘的天线的模型的示意图。
图4是Wisler等人的现有技术设计中的天线段的示意性非成比例侧视图。
图5是天线结构在天线导线处的截面图。
图6是图5的天线导线和铁氧体棒的放大示意图。
图7是用于点偶极子的现有技术模型的轴向天线段。
图8是使用本公开的实施例的天线的天线导线段的示意性截面图。
图9是图8的天线导线和铁氧体棒的放大图。
图10是具有本公开的实施例的天线的天线导线段的净电流的示意性截面图。
图11是横轴向天线段的钢结构的示意性侧视图。
图12是图11所示的天线段围绕其圆柱轴线旋转90度的示意图。
图13示出了现有技术的横轴向天线在包含工具主轴并且垂直于横轴向天线的轴线的平面中的截面图。
图14示出了横轴向天线在包含工具主轴并且垂直于的横轴向天线的轴线的平面中的截面图。
图15示出了横轴向天线中天线导线中的净电流在包含工具主轴并且垂直于横轴向天线的轴线的平面中的截面图。
图16是现有技术的轴向和横轴向组合天线中天线导线的一个半部的示意图。
图17是轴向-横轴向组合天线中天线导线的一个半部的示意图。
图18是轴向-横轴向组合天线中天线导线的两个半部的示意图。
图19是横轴向天线中的天线导线的图。
图20是横轴向天线段的裸钢结构的侧视图。
图21是天线导线段的偶极天线的截面图。
图22是偶极天线的天线导线图。
图23是根据本公开的收发器电子系统的示意性流程图。
具体实施方式
通常，在天线段的表面周围切割出多个槽。对于轴向天线，槽在工具的圆柱轴线方向上并沿周向分布。在次表面下方，垂直于槽的导线孔被制成以连接槽，从而形成周向导线通道。高导磁铁氧体棒定位在槽中。天线导线在第一方向上定位在铁氧体棒上方的导线路径周围。然后天线导线被定位在与第一位置相反方向的第二方向上，使得天线导线位于铁氧体棒下方。连接两个相邻槽的导线孔中的净电流为零。每个铁氧体棒周围的净电流形成闭合回路。每个铁氧体棒可以用作点偶极子。一组点偶极子形成天线。槽结构使天线结构经久耐用。由天线电流感应的导线孔和槽内和周围的电流远小于任何现有技术天线结构的电流。天线效率得以提高。具有点偶极子天线的模型可以很好地跟踪天线响应。非轴向方向上的天线可以通过在接头表面上沿预先设计的方向切割的一组槽制成。导线孔、铁氧体棒和天线导线以类似于轴向天线的方式布置。
在详细解释本公开的至少一个实施例之前，应当理解，本公开的实施例在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在附图中图示的部件或步骤或方法的构造和布置的细节。本公开中的发明构思能够具有其他实施例或者能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为是限制性的。
在本发明构思的实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明构思更透彻的理解。然而，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文公开和要求保护的发明构思。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征，以避免使本公开不必要地复杂化。
如本文所用，诸如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变体的语言意在是广泛的并涵盖其后列出的主题、等同物、以及其中未提及或固有存在的其他主题。
除非有明确的相反说明，否则“或”是指包含性的或而不是排他性的或。例如，条件A或B由以下任一项满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。
此外，采用“一”或“一个”的用法来描述本文实施例的元件和部件。这样做仅仅是为了方便并给出本发明构思的一般意义。该描述应理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非很明显它另有含义。
在整个本公开和权利要求书中，术语“约”、“大约”和“基本上”旨在预示所量化的项目不限于指定的确切值，而是包括与其的轻微变化或偏差(例如由测量误差、制造公差、作用在各个部件上的应力、磨损或它们的组合引起的)。
术语“至少一个”的使用将被理解为包括一个和多于一个的任何数量，包括但不限于2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、100以及它们之间的所有整数中的任一个。术语“至少一个”可以扩展到多达100或1000或更多，这取决于它所附接的术语；此外，100/1000的数量不应被视为是限制性的，因为更高的限制也可能产生令人满意的结果。除非另有说明，否则单数术语应包括复数，并且复数术语应包括单数。
如本文所用的术语“或其组合”是指在该术语之前列出的项目的所有排列和/或组合。例如，“A、B、C或其组合”旨在包括以下至少一项：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，如果在特定上下文中顺序很重要，则还包括BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。继续这个示例，明确包括的是包含一个或多个项目或术语的重复的组合，诸如BB、AAA、AAB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。本领域技术人员将理解，通常对任何组合中的项目或术语的数量没有限制，除非从上下文中以其他方式显而易见。
如本文所用，电路可以是模拟和/或数字部件，或一个或多个适当编程的微处理器和相关联的硬件和软件，或硬连线逻辑。此外，实施方式的某些部分可以被描述为执行一个或多个功能的“部件”。术语“部件”可以包括硬件(诸如处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))，或硬件和软件的组合。软件包括一个或多个计算机可执行指令，这些指令在由一个或多个部件执行时使该部件执行指定的功能。应当理解，本文描述的算法被存储在一个或多个非暂态内存上。示例性非暂态内存包括随机存取内存、只读内存、闪存等。这种非暂态内存可以是电基的或光基的。
如本文所用，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着在该实施例中描述的特定元件、特征、结构或特征被包括在至少一个实施例中。说明书中不同地方出现短语“在一个实施例中”不一定是指相同的实施例，尽管本文公开的发明构思旨在涵盖包括所描述的实施例的一个或多个特征的所有组合和排列。
在本公开中，LWD可以意指FEMWD和LWD两者。
本公开中的电阻率工具排他性地指代LWD波传播电阻率工具，除非另有指定。
参考图8，其中图示了根据本公开的天线段的天线导线75的示例性实施例的示意性截面图。该视图位于与天线段的圆柱轴线垂直的平面中，并且该平面位于天线导线75的位置。图8中有16个槽。为简单起见，只有一个被明确标记为15a。“槽15a”可以指十六个中的任何一个。类似地，一个标记33a和一个标记31a分别针对十六个铁氧体棒中的任何一个和十六个导线孔段中的任何一个明确地在图8中示出。天线导线75在每个铁氧体棒33a上方行进。天线导线75的该段类似于图5中所示的天线导线32。天线导线75调转方向并且沿着相反的方向在每个铁氧体棒33a下方行进。天线导线75的两个导线区段76和77位于两个相邻槽15a之间的导线孔31a中。尽管为了简单起见只有一个导线孔中的一对导线区段在图8中分别被标记为76和77，但16个导线孔中的每一个中的每一对导线区段都被称为76和77。例如，一对导线区段76和77中的电流的幅值相同但方向相反。应当注意的是，导线区段76和77在导线孔31内可以比图8中所示的更靠近和紧密地结合在一起。连接两个相邻槽15a的导线孔31a中的净电流为零。在制造过程中，天线导线75的一部分(例如，底部部分)可以首先穿过槽15a和导线孔31a铺设。然后，铁氧体棒33a可以被放置在槽15a中，位于已经在槽15a中的导线75段的顶部。最后，天线导线75调转方向并穿过导线孔31a且在铁氧体棒33a的顶部围绕着行进。天线导线75可以由单根连续的导线段或多根依次电连接在一起的导线段构成。
图8的天线导线75和铁氧体棒33a的放大图示意性地示出在图9中。参考图8和图9，导线区段76和77定位在导线孔31a位于具有铁氧体棒33a的两个相邻槽15a之间的段中。应当注意，导线区段76和77可以比图8和图9中所示的更紧密地定位。例如，在一些实施例中，两个导线区段76和77的导线绝缘的外包层可以彼此接触。天线导线75也可以定位成比图8和图9中所示的更靠近铁氧体棒33a。
图10是图8所示的天线导线75的净电流79的截面图。导线孔31a中的导线区段76和77承载相反方向的相等量的电流。任何导线孔31a中的导线区段76和77中的净电流79均为零。每个铁氧体棒33a周围的净电流79形成环绕铁氧体棒33a的闭合回路。铁氧体棒33a然后变成点偶极子。导线孔31a中的导线区段76和77之间的分离导致在导线孔31a中形成闭合电流回路80，如图10所示。然而，该分离受限于导线孔31a的直径。因此，闭合电流回路80所环绕的面积意味着净电流79很小，使得与闭合电流回路80相关联的磁偶极矩相对于具有高磁导率的铁氧体棒33a的偶极矩可以忽略不计。应当注意，围绕铁氧体棒33a的闭合电流回路80不必如图10所示紧紧地缠绕在铁氧体棒33a周围。闭合电流回路79可以松散地环绕铁氧体棒33a。铁氧体棒33a的磁偶极矩对闭合电流回路79围绕铁氧体棒33a的紧密程度不敏感。因此，在制造过程中不需要对导线区段76和77如何围绕铁氧体棒33a定位施加限制。
点偶极子可以指向相同的方向，如图8、9和10所示，从而协调一致地动作。所有磁点偶极子的集合形成轴向方向上的复合磁偶极子。这种复合偶极子是轴向天线。此后，当基于平行槽的偶极子彼此指向相同方向时，它们被称为同相。当任何时候一个组的偶极子的方向与另一组的偶极子的方向相反时，两组平行偶极子完全异相。对于包括处于不同取向的平行偶极子的子组的组，如果在一个取向上的每个子组同相，则该组同相。
Wu天线包括用于由指向期望方向的相干点偶极子的集合制成的非轴向天线的设计。Wisler等人(编号为9,885,900的美国专利，本文称为Wisler2006，并通过引用整体并入)教导了具有槽和槽状结构的横轴向和其他非轴向天线的设计(Wisler 2006)。
图11是包括Wisler 2006所描述的钢结构91的现有技术横轴向天线段89。坐标系94示出Z轴是钢结构91的中心轴。坐标系94的Y轴指向外。钢结构上的多个孔92定位在坐标系94的X方向上。多个孔92通过钢结构上的槽开口93连接。通常，槽开口93必须比典型的轴向槽的开口窄，使得填充槽开口93的非导电材料在工具旋转时不会被研磨性钻探泥浆损坏。孔92通过在X方向上在钢结构91的接头表面上钻穿而形成。每个孔92的直径大于相邻槽开口93的表面开口的宽度，从而可以在孔92中放置相当大的铁氧体棒。铁氧体棒的偶极矩与其横截面积成比例。铁氧体棒的偶极矩对横截面形状不敏感。将具有矩形和圆形横截面的铁氧体棒分别用于轴向和横轴向天线仅仅是由槽15和孔92的机加工方式引起的。尽管图4、图5中的轴向槽15或图8、图10中的轴向槽15a以及孔92和槽开口93的组合的几何形状不同，但是各自都可以起到槽的作用。下文中，将一个孔92与一个相邻的槽开口93的组合称为槽。
槽开口93的实际宽度可以制成小于图11的示意图中所示的宽度。槽开口93例如可以在加工过程中用最小的机械刀进行切割。由于LWD电阻率工具中使用的低频(<＝10MHz)，槽开口93的电容阻抗非常大。例如，没有用于感应电流的闭合回路来消除铁氧体信号。
图12是图11所示的现有技术的钢结构91的另一侧视图。在该视图中，钢结构91从图11的横轴向天线段89中的位置绕其圆柱轴线旋转90度。坐标系94的X轴指向纸中。
图13图示了图12的天线段89的一段上的放大图95。坐标系100在图11和图12中的坐标系94中的X＝0平面处。天线95包括铁氧体棒96、导线孔98和天线导线99。非导电且非磁性材料97定位在槽开口93内。类似于Wisler设计的轴向天线，围绕铁氧体棒96在钢结构91的壁中以及在导线孔98中感应出电流。与轴向天线的情况一样，主要的发射或接收功率来自铁氧体棒96。感应电流仍然在天线95的发射或接收功能中起作用。钢的导电性对天线95的阻抗起很大作用。铁氧体棒96的几何形状和导线孔98中的导线放置的细节会影响感应电流的分布和天线95的阻抗。因此，用于计算各种钻孔和地层环境中的工具响应的模型不能很好地跟踪感应电流。
图14是横轴向天线101的示例性实施例。天线导线102围绕铁氧体棒96a在相反方向上定位。导线孔98a中的两个导线区段76a和77a连接两个相邻的槽93a。两个导线区段76a和77a中的电流幅值基本相等，方向相反。槽93a之间的导线孔98a中的净电流为零。
图15是图示净电流104的横轴向天线101的示意图。围绕每个铁氧体棒96a的净电流104形成围绕铁氧体棒96a的闭合回路。每个铁氧体棒96a成为点偶极子。因此，点偶极子的集合形成了横轴向天线。
图16是Wisler 2006中X-Z天线组合150的一个半部的示意性天线导线图。天线导线111由两个半圆和两条直线组成。调谐电路112经由连接器113连接到收发器电路(未示出)。铁氧体棒(未示出)被放置在垂直于天线导线111(在圆形和直线段中)的槽中。每个铁氧体棒都位于槽(未示出)中的天线导线111的区段和槽的钢底部之间。未示出钢结构、铁氧体棒、填充天线导线111和天线接头的表面之间的槽的非导电材料，以便可以清楚地描绘大致的导线路径。X-Z天线组合的另一个半部的天线导线的图非常类似。主要的发射或接收功率来自铁氧体棒。不在槽中的导线区段以及钢结构仍会影响天线功率。来自两个半部的导线连接到单个收发器电路。收发器电路以期望模式同时操作这两个半部。
图17是X-Z天线组合152的一个半部的示意性导线图。天线导线114穿过铁氧体棒(未示出)下方的路径延伸，然后调转方向在铁氧体棒上方在相反方向上再次穿过该路径。除了在铁氧体棒夹在槽中两个相反的导线区段之间的任何槽(未示出)中之外，任何地方的净电流都为零。铁氧体棒周围的净电流形成闭合回路。只有铁氧体棒和紧接着的周围环境执行天线的发射或接收功能。将槽连接到槽以及将槽连接到电子器件的导线孔段不直接参与发射或接收功能。不具有导线孔段的SCPD模型模拟该天线结构。
图17中图示的调谐电路112a可以类似于图16中的调谐电路112。在一些实施例中，调谐电路112a可以包括不同的电子部件(诸如电容器)，因为图16中的天线导线111和图17中的天线导线114可能具有不同的电感。
在一些实施例中，天线机械结构和用于容纳天线调谐电路和收发器电路的结构以及不同位置之间的导线通路可以与现有技术的那些非常类似。可以将现有工具更新为包括本发明的实施例，其中对机械结构没有修改或进行小的修改。
包括用于X-Z天线组合152的两个半部的槽和导线孔的结构在下文中被称为X-Z可操纵天线结构或简称为可操纵天线结构。槽和导线孔的位置和取向在下文中也被称为处于可操纵天线模式。此后，图17中的导线路径，以及用于X-Z天线组合152的另一个半部的类似路径被称为是可操纵天线路径。
图18描绘了处于可操纵路径的用于X-Z可操纵天线154的两个半部的两条天线导线114和114a。X和Z方向在坐标系116中定义。Z轴与X-Z可操纵天线154的区段的圆柱轴线重合。横轴向槽(未示出)在X方向上。通常，第二天线导线114a的路径是第一导线114围绕工具圆柱轴线旋转180度，除了天线导线114和114a连接到调谐电路112和112a的位置之外。天线导线114和114a两者分别经由连接器113和113a连接到收发器电路140。定位在图18中的直线段的横轴向铁氧体棒(未示出)由天线导线114和114a两者供电(在X-Z可操纵天线154是发射器的情况下)或感测(在X-Z可操纵天线154是接收器的情况下)。横轴向铁氧体棒周围的净电流从两条天线导线114和114a形成两个闭合回路。每个连接两个相邻的横轴向铁氧体棒的导线孔中有四个导线区段。导线区段中的两个来自第一天线导线114，另外两个区段来自第二天线导线114a。导线孔中的净电流为零。圆形截面中的任何轴向铁氧体棒都由一根导线供电或感测。轴向铁氧体棒中的净电流形成一个闭合回路。轴向铁氧体棒在一个完整圆形截面上的一个半部由一根导线供电或感测，另一个半部由另一根导线供电或感测。
作为发射器，X-Z可操纵天线154可以制成纯轴向偶极子或纯横轴向偶极子或指向Z和X之间的方向的倾斜偶极子。如果两个天线导线114和114a中的电流幅值相同(零相对幅值，或单位幅值比)，并且相位使得横轴向铁氧体棒周围的两个闭合净电流回路正好异相180度，则横轴向铁氧体棒周围的总净电流为零。所有轴向铁氧体棒上的净电流相同且同相。发射器是纯轴向磁偶极子天线。如果横轴向铁氧体棒上的两个闭合净电流回路同相，则由第一天线导线114供电的轴向铁氧体棒周围的净电流回路与第二天线导线114a的那些异相180度。轴向铁氧体棒在一个半圈上的一个半部与另一个半部异相180度。如果两个导线电流之间的幅值比为1，则每圈的净轴向偶极矩为零。一个圈上的轴向铁氧体棒形成四极子。第二个四极子由轴向铁氧体棒的另一个圈形成。两个四极子完全异相。总四极矩也为零。两个四极子由两个圈之间的距离分离。存在小的八极子，其对天线的影响可以忽略不计。发射器的行为像是横轴向磁偶极子天线。
没有磁滞现象的发射铁氧体棒的相位是导线电流的相位。由两个导线电流激发的磁偶极子分量之间的相对相位是两个导线电流的相对相位。在图18中描绘的X-Z可操纵天线154中的横轴向方向上的总磁偶极子是：
Figure BDA0003709512580000181
其中x是由X-Z可操纵天线154中的横轴向槽限定的横轴向轴，I1是导线114中的电流，Mx是x方向上的磁偶极矩，乘积C I1是由天线导线114中的电流供电的x方向上的总磁偶极矩的幅值，B是导线114a中的电流与导线114中的电流的幅值比，ω是电流频率，sin()是正弦函数，并且
Figure BDA0003709512580000182
是两个电流之间的相对相位。
每个横轴向铁氧体棒由第一电流和第二电流两者供电。方程1右手侧的第一项是第一电流生成的磁偶极子。第二项是由第二电流生成的磁偶极子。在不失一般性的情况下，集体横轴向偶极子的相位被定义为相对于第一电流的相位。因此，第一项的相位为零，第二项的相位是这两项之间的相对相位。
方程1可以被改写为：
Figure BDA0003709512580000191
其中cos()是余弦函数，ATAN2[]是具有两个参数的反正切函数。集体横轴向偶极子的幅值和相位分别为
Figure BDA0003709512580000192
和
Figure BDA0003709512580000193
轴向方向上的总磁矩为：
Figure BDA0003709512580000194
其中z是由X-Z可操纵天线154中的轴向槽限定的轴向轴线，Mz是z方向上的总磁偶极矩，A I1是由第一电流供电的z方向上的总磁偶极矩的幅值。
每个轴向铁氧体棒由第一电流或第二电流供电，但不是同时由两者供电。方程3右手侧的第一项是由第一电流供电的总轴向磁矩。第二项是由第二电流供电的总轴向磁矩。两项之间的减号是由两个电流供电的两个横轴向偶极子分量相加的结果，由两个电流供电的两个轴向偶极子分量相减，反之亦然。该特性由设计的可操纵导线路径确定。因此，方程1和3中两个项之间的两个符号相反。两个符号中的哪个是加号是关于如何定义两个电流之间的相对相位的选择。如果将两个电流之间的相对相位定义为
Figure BDA0003709512580000197
而不是
Figure BDA0003709512580000198
则方程1和3中的两个项之间的两个符号颠倒。对相对相位的两种选择同等地有效。天线特性和行为不取决于方程中使用的选择。在下文中，在方程1和3中使用的两个电流之间的相对相位是
Figure BDA0003709512580000199
集体轴向偶极子的相位也被定义为是相对于第一电流的相位。
方程3可以被改写为：
Figure BDA0003709512580000195
集体轴向偶极子的幅值和相位分别是
Figure BDA0003709512580000196
和
Figure BDA0003709512580000201
集体横轴向偶极子和集体轴向偶极子之间的相对相位为
Figure BDA0003709512580000202
Figure BDA0003709512580000203
总的集体偶极子矢量是Mx和Mz的矢量和，以便在恒定方向上具有磁偶极子(线性偶极子)，横轴向分量Mx和轴向分量Mz之间的相对相位必须为零或180度的倍数。使得：
Figure BDA0003709512580000204
其中n＝0,±1，π是阿基米德常数(圆的周长与其直径的比值)。
方程5只在Mx和Mz都不为零幅值时适用。当Mz的幅值为零时，由此产生的集体偶极子是横轴向方向上的线性偶极子，而不管其相位如何。类似地，当Mx的幅值为零时，由此产生的集体偶极子是轴向方向上的线性偶极子，而不管其相位如何。可以证明，Mx或Mz的幅值为零的必要充分条件是(B＝1且
Figure BDA0003709512580000205
)。(B＝1且
Figure BDA0003709512580000206
度)条件导致发射器是具有零轴向偶极矩的横轴向偶极子。(B＝1且
Figure BDA0003709512580000207
度)条件导致发射器是具有零横轴向偶极矩的轴向偶极子。
如果B＝1且
Figure BDA0003709512580000208
则两个偶极子分量之间的相对相位为90或-90度。由此违反了方程5。因此，(B＝1且
Figure BDA0003709512580000209
)条件导致发射器为非线性极化偶极子。由此产生的发射器是椭圆极化磁偶极子。椭圆的偏心率是第一电流和第二电流之间的相对相位
Figure BDA00037095125800002010
的函数。当
Figure BDA00037095125800002011
(其中ATAN()是反正切函数)时，椭圆变成圆。发射器变成圆极化磁偶极子天线。当
Figure BDA00037095125800002012
为零时，椭圆退化成一条线。由此产生的发射器是线性极化偶极子。对于B＝1，当
Figure BDA00037095125800002013
时发射器可被制成椭圆极化磁偶极子，或者当
Figure BDA00037095125800002014
时发射器可被制成横轴向方向上的线性极化磁偶极子，或者当
Figure BDA00037095125800002015
度时发射器可被制成轴向方向上的线性极化磁偶极子。为了使可操纵发射器形成轴向轴和横轴向轴之间的方向上的线性极化磁偶极子天线，两个导线电流必须不同。
对于B≠1，方程5给出了：
Figure BDA00037095125800002016
方程6有四种解：B＝0；B＝∞,；
Figure BDA0003709512580000211
以及
Figure BDA0003709512580000212
度。B为零意味着第二电流为零且第一电流不为零。由此产生的发射器是倾斜的线性偶极子。偶极子相对于轴向轴线的倾斜角为
Figure BDA0003709512580000213
B为无穷大表示第一电流为零且第二电流不为零。由此产生的发射器是倾斜角为
Figure BDA0003709512580000214
的倾斜线性偶极子。在X-Z平面中倾斜角为
Figure BDA0003709512580000215
的线性偶极子是具有180度相位差的
Figure BDA0003709512580000216
的线性偶极子。可操纵天线154的路径中的导线114的路径和导线114a的路径是相同的，除了它们围绕天线圆柱轴线在方位角上相隔180度之外。工具围绕其圆柱轴线(钻柱轴线)的方位角被称为工具面(tool face)。在工具面中将天线圆柱旋转180度，两条导线路径会切换位置。因为轴向槽结构和铁氧体棒彼此相同，所以当仅电流2非零(B＝∞)时总横轴向和轴向偶极子之间的幅值比与当仅电流1非零(B＝0)时相同。这两种情况下倾斜角的绝对值相同。这两种情况之间的唯一差别是两个倾斜的偶极子在工具面和偶极子相位上都相隔180度。比值
Figure BDA0003709512580000217
与导线电流的幅值无关。它由可操纵天线的结构确定。
当
Figure BDA0003709512580000218
时，X-Z可操纵天线154变成具有从可操纵天线154的圆柱轴线的倾斜角
Figure BDA0003709512580000219
的线性极化磁偶极子，其中ACOS()是反余弦函数。倾斜角是B的函数。B可以被选择为域[0,+∞)中的值。θs的范围在
Figure BDA00037095125800002110
和
Figure BDA00037095125800002111
之间。
当
Figure BDA00037095125800002112
度时，可操纵天线154是具有从可操纵天线154的圆柱轴线的倾斜角
Figure BDA00037095125800002113
的线性极化磁偶极子，其中ASIN()是反正弦函数。θs的范围在
Figure BDA00037095125800002114
和
Figure BDA00037095125800002115
之间。通过将
Figure BDA00037095125800002116
选择为0或180度，可以使倾斜角θs介于
Figure BDA00037095125800002117
和
Figure BDA00037095125800002118
之间的任何位置。倾斜角的整个范围是180度。在X-Z平面中的任何方向上的线性极化磁偶极子天线可以体现在可操纵天线154中。例如，通过将B设置为
Figure BDA0003709512580000221
并且将
Figure BDA0003709512580000222
设置为0(在A≥C的情况下)或180度(在A＜C的情况下)，图18中描绘的可操纵天线154体现为具有从天线区段的圆柱轴线的45度的倾斜角的线性偶极子天线。
接收线性极化磁偶极子天线可以与具有相同线性极化特性的发射磁偶极子天线相同的方式实现在可操纵天线中。使发射可操纵天线成为倾斜线性极化磁偶极子的一组
Figure BDA0003709512580000223
使得接收可操纵天线成为具有相同线性极化和倾斜角的磁偶极子。因此，本文的实施例可以应用于可操纵天线以创建轴向偶极子、或横轴向偶极子、或倾斜线性极化偶极子、或椭圆极化偶极子接收器。
本文的实施例可用于构造没有任何轴向分量的纯横轴向天线。图19和图20图示了示例性纯横轴向天线156。钢结构和其他部分与X-Z天线组合152的那些非常类似，除了仅设置一个弧形导线段158之外。钢结构未在图中示出。铁氧体棒(未示出)放置在直线段的横轴向槽中，并夹在每个槽中的两个导线区段之间。导线的弧形段中没有槽。此设计中没有轴向分量。
图20示出了图19中的纯横轴向天线156的侧视图。导线孔的弧形段被嵌入且无法观察到。调谐电路112定位在调谐端口123中，并在纯横轴向天线156的构造过程中被接入。金属罩可用于保护调谐端口123。可选的孔124可从接头表面径向向内钻出以到达弧形导线段158。在制造过程中，孔124可以用于帮助将天线导线穿过弧形导线段158。然后这些孔124可以用导电材料拧住或塞住。例如，这些孔124通常不是纯横轴向天线156的功能部分并且可以仅在制造和维护阶段使用。
LWD工具上的一对轴向发射器-接收器天线的测量值在工具面旋转下是不变的。这些测量值不能用于感测地层特性围绕钻柱轴线的方位角变化。来自一对发射器-接收器天线——其中一个天线是轴向的，另一个是横轴向的——的测量值可能对横轴向轴线的工具面角敏感。可以从测量值中确定地层特性的一些方位角变化。如果地层不是方位角不变的，那么接收器读数是横轴向轴线的工具面的函数。通过测量每个接收器读数的工具面角，可以在工具旋转至少360度后在工具面上获得接收器数据分布。两者都在横轴向方向上的发射器-接收器天线对产生对地层特性的方位角变化敏感的测量值。
每次电阻率测量均使用恒定的采样窗口进行。以恒定的时间间隔进行测量。在钻探操作期间，钻柱的旋转速度会发生变化。测量之间的恒定时间间隔不会转化为恒定的工具面增量。工具面上的数据分布可以在不均匀间隔的工具面角上。为了便于数据处理和解释，工具面上的数据分布通常被获取或转换为恒定间隔的工具面网格或分箱上的数据。转换是通过将整个0到360度的工具面空间划分为多个大小相等的分箱来完成的。将接收器读数分配给在读数时工具面角所在的分箱。如果多个读数落入一个分箱中，则该分箱中的所有读数被平均成该分箱的读数。在为所有分箱收集完测量数据后，获得工具面上的一组数据分布。完整的一组分箱数据可以与该完整的一组分箱数据的测量周期中间的时间(周期时间)一起直接存储。该组分箱数据可以被进一步处理，并且处理的结果连同周期时间一起存储在内存中。然后，清除所有的分箱以用于下一组分布数据。可变的钻柱旋转速度导致测量周期可变。测量周期由电阻率工具的电子系统动态管理。
分箱格式的工具面上的测量数据分布可以直接用于成像测井(其是井深和工具面角的二维图)。在为该分布收集所有分箱中的数据的时间段期间，在工具的平均深度处绘制工具面上的分布。平均深度是周期时间处的工具深度。时间-深度相关性由包括电阻率工具的测井系统执行。
LWD工具所使用的频率远高于钻探过程中钻柱的旋转频率。对于为工具响应建模和在工具面角处为工具进行数据解释，可以认为工具在该位置是静止的。
波传播电阻率工具上的发射器生成的电磁场是线性场并且具有叠加特性。横轴向发射器偶极子是相对于地球(井架)静止的笛卡尔坐标系中的X-Y平面中的矢量，其中z轴是天线圆柱和钻柱的圆柱轴线。在任意工具面上，偶极子都可以被看作是由X和Y方向上的两个分量矢量组成的矢量。偶极子是两个分量矢量的矢量和。即偶极子矢量由下式给出：
Figure BDA0003709512580000231
其中
Figure BDA0003709512580000232
是横轴向发射器的工具面角，
Figure BDA0003709512580000233
是工具面
Figure BDA0003709512580000234
处的发射器偶极子矢量，D是发射器的偶极矩，
Figure BDA0003709512580000235
和
Figure BDA0003709512580000236
分别是井架的X轴和Y轴的单位矢量。
叠加原理表明，由横轴向发射器偶极子在工具面角处生成的电磁场与分别由两个分量矢量单独生成的场的矢量和相同。由轴向偶极子接收器测量的在z轴上一段距离的场的轴向分量是：
Figure BDA0003709512580000241
其中
Figure BDA0003709512580000242
是表示当横轴向发射器处于工具面角
Figure BDA0003709512580000243
时的相位和幅值的复接收器电压，Vzx和Vzy是当横轴向发射器的工具面分别处于零度和九十度时的轴向接收器电压。
轴向发射器偶极子生成的电磁场上的横轴向接收器的接收器电压也是类似于方程8的那些的工具面的简单正弦函数。
来自轴向和横轴向发射器-接收器对的接收器测量值随工具面呈正弦函数变化。作为工具面的傅里叶级数，测量值只有两个非零系数。
倾斜线性磁偶极子接收器对倾斜线性磁偶极子发射器生成的电磁场的测量值由下式给出：
Figure BDA0003709512580000244
其中
Figure BDA0003709512580000245
是工具面角，
Figure BDA0003709512580000246
是接收器倾斜角和工具面偏移量，
Figure BDA0003709512580000247
是发射器倾斜角和工具面偏移量，矩阵元素Vij是在井架中接收器处于i方向且发射器处于j方向的情况下的接收器电压。
方程9中的矩阵V被称为传递矩阵或传递函数。可以证明，工具面角
Figure BDA0003709512580000248
中
Figure BDA0003709512580000249
的傅里叶变换的三阶和所有更高阶谐波的系数为零。对于一对线性磁偶极子发射器和接收器，工具面上的接收器测量值的傅里叶级数中最多有五个非零系数。因此，接收器电压的工具面变化可以通过最多具有五个复参数的函数来表征。提取五个参数所需的最小分箱数量为五。
在五个分箱的情况下，每个分箱在工具面中的跨度为72度。一条数据的工具面角可以在该工具面区间内的任何位置。来自采样抖动的误差可能很大(例如，工具面中的36度)。通过使用比必要(例如，在数据分箱过程中最少五个)的更多的分箱，可以减小抖动误差。过采样数据也减小了随机测量误差。增加分箱的数量将增加数据存储要求。分箱数量的选择是在最小化抖动和随机误差与最小化数据存储要求之间的平衡。
在一些实施例中，每个分箱被划分为多个较小的子分箱。收集完每个分箱中所有子分箱的数据后，视为一个工具面分布的数据收集完成。来自分箱中所有子分箱的数据被平均或相加以作为该分箱的数据。可以仅存储该数据。因此，子分箱尺寸限制了抖动误差。数量较多的子分箱也可以减小随机误差。数量较少的分箱不会对数据存储系统造成负担。
在一些实施例中，接收器测量值以及进行接收器测量的工具面角在测量过程期间被临时记录。在为所有分箱收集完数据之后，将完整的一组分箱数据存储到内存中或处理成傅里叶级数系数(傅里叶分解)以存储到内存中。由于工具面角不在均匀间隔的网格上，因此傅里叶分解是使用为不规则采样数据设计的技术执行的。如本文所讨论的那样，对于来自每个线性偶极子发射器-接收器对的测量值，三阶或更高阶谐波的傅立叶系数为零。仅存在五个非零系数。这五个非零系数可以在直接数据拟合优化方法(诸如最小二乘法)中确定。由于使用了与每个接收器测量值相关联的工具面角的精确值，因此不存在抖动误差。为了最小化抖动误差，分箱或子分箱的数量不必很大。可以使用一组粗略分箱。
分箱数据中的随机噪声和其他误差会导致三阶和更高阶谐波的傅立叶系数不为零。可以计算三阶或更高阶傅立叶系数并将其存储到内存中。这些系数的值可用于衡量分箱数据的测量质量。
可以使用工具面角上的五个或更多个测量值来确定可能的五个非零傅立叶系数。如果测量值是在小范围的工具面(方位角)上，那么与系统测量误差相比，突现的待测量方位角变化可能很小。信噪比可能很差。在该实施例中，通过要求每个分箱中存在测量数据，避免了这个问题。
在定向井中，重力工具面被用于工具面测量。它由下式给出：
Figure BDA0003709512580000251
其中Gx和Gy是固定在工具区段(传感器框架)上的笛卡尔坐标系中横轴X和Y方向上的重力分量，其中以钻柱轴线为Z轴。当钻柱处于静止状态时，重力分量由方向感测系统中的加速度计测量。这在换管期过程中完成，此时钻柱区段被添加到钻柱或从钻柱移除，并且钻柱的井下段处于静止状态。
在一些实施例中，在钻探过程期间动态测量磁性工具面。重力工具面是从磁性工具面获得的。磁性工具面由磁力计测量，并且在钻探过程中不会受到会破坏使用加速度计进行的重力测量的机械因素的影响。磁性工具面
Figure BDA0003709512580000261
为
Figure BDA0003709512580000262
其中Mx和My分别是传感器框架中X和Y横轴向方向上的地磁场分量。
磁性和重力工具面之间的差
Figure BDA0003709512580000263
是地磁场倾角、定向传感器所在的钻柱区段的倾斜度和方位角的函数。它不是工具面的函数。如果钻柱的姿态保持不变，则它随着钻柱的旋转保持不变。在该实施例中，用于地磁场的动态测量的磁力计的x轴的瞬时重力工具面由下式给出：
Figure BDA0003709512580000264
其中
Figure BDA0003709512580000265
和
Figure BDA0003709512580000266
是钻柱旋转时的瞬时重力和磁性工具面，
Figure BDA0003709512580000267
Figure BDA0003709512580000268
是从钻柱处于静止状态时的换管期过程中进行的最新定向传感器勘测获得的静止重力和地磁工具面差。在推导方程12中使用的近似是，在两次静止勘测之间，钻柱和井的姿态变化很小。与该近似相关联的重力工具面误差远小于数据分箱的工具面精度要求。
用于在钻探过程期间动态测量横轴向方向上的地磁场分量的磁力计可能与用于静止定向勘测的磁力计不同。两组横轴向磁力计可能围绕钻柱轴线在方位角上错位。方程12仍然有效，并且可用于获取动态磁力计系统的横轴向X轴的重力工具面角。
线性偶极子天线的横轴向分量可以在工具面中从动态磁力计系统的传感器框架的X轴偏移。该偏移量是已知常数。线性偶极子天线的横轴向分量的瞬时重力工具面为：
Figure BDA0003709512580000269
其中，
Figure BDA00037095125800002610
是天线的横轴向的重力工具面，
Figure BDA00037095125800002611
是天线的X轴与动态磁力计系统之间的工具面偏移量。
定向传感器系统可以是具有横轴向天线部件的电阻率工具的电子系统的一部分。容纳定向传感器系统的圆柱段可以是电阻率工具区段的一部分。
具有横轴向天线的现有技术LWD工具已被用于测量地层特性的一个或多个参数。使用本文描述的实施例的具有横轴向天线的LWD工具可以比现有技术的那些更有效和更准确。
参考图8和图21，与现有技术相比，可以使用本文描述的实施例方便地制造磁性四极天线。例如，在图8中，通过在与导线通道65径向相对的导线孔中交叉导线(半匝绞合)，可以获得一半点偶极子与另一半点偶极子指向相反方向的天线。示例性四极天线160的示意性截面图在图21中示出。四极天线160类似于图8，除了与导线通道65相对的导线孔31a中的两个导线区段76a和77a在128处交叉之外。在128处的交叉段可以是在该导线孔31a中的任何地方。它也可以在槽15a的与图21中的导线孔31a相邻的部分中。横轴向方向被示出为126。在128处的交叉段将基于铁氧体棒33a的偶极子分成两组。图21中左半边的铁氧体偶极子与右半边异相180度。总偶极矩为零。四极矩不为零。在Z轴为接头圆柱的中心线的坐标系中，Y轴通过图21中的导线通道65的中心，并且X轴指向126的方向，四极矩Qxz的X-Z分量由下式近似给出：
Figure BDA0003709512580000271
其中R是从铁氧体棒33a的中部到钢接头中心线的径向距离，d是每个铁氧体棒33a构造的轴向磁偶极矩，并且N是铁氧体棒33a的总数量。在获得方程14中使用的近似为：假设N较大，从而假设铁氧体棒偶极子沿周向均匀且连续地分布。对于精确值，如果N为偶数且槽15a均匀分布，如图21所示，则方程14中的因子
Figure BDA0003709512580000272
由该坐标系中所有铁氧体棒33a的X坐标的绝对值的平均值代替。
根据四极矩的定义，Z-X分量Qzx等于Qxz。四极子张量的所有其他分量都为零。
通过在不与导线通道65径向相对的导线孔31a中交叉天线导线区段，天线包括偶极矩和四极矩两者。多个天线导线交叉可用于创建具有以电阻率工具的圆柱轴线为中心的非零偶极矩和四极矩的天线。
图22示出了具有横轴向槽的示例性四极天线段162的示意性导线图。带有槽的钢结构(未示出)几乎与图20的钢结构相同。铁氧体棒(未示出)放置在直线段中的横轴向槽中，并在每个槽中夹在两个导线区段之间。导线的弧形段中没有槽。天线导线131是可以类似于图19中用于纯横轴向偶极子天线的天线导线115的连续导线。天线导线131的区段在132处所示的导线孔的弧形段164中交叉。导线交叉点132可以在弧形段164上的任何地方，或者在最靠近弧形段164的第一铁氧体棒之前的一个直线段的起点处。导线交叉点132使两个直导线段上的两组铁氧体偶极子在极性上彼此成180度。总偶极矩为零。在平行于133的坐标系中(其原点位于两个直线段之间的中心处)，四极子的非零分量为：
Figure BDA0003709512580000281
其中l是两个直导线孔段之间的距离(
Figure BDA0003709512580000282
是天线接头圆柱的半径减去铁氧体棒的中心线距接头表面的深度)，d是铁氧体棒构造在棒的方向(坐标系133中的X方向)上的偶极矩，并且N是两个直线段中的横轴向铁氧体棒的总数并且被假设为偶数。四极子的所有其他分量都为零。
在一些实施例中，类似于图22中的导线交叉点132的另一个导线交叉点可以定位成创建两组偶极子，其中它们中的基于槽的偶极子的数量不相等。每个组中的偶极子同相，两个组异相180度。总偶极矩不为零。天线具有偶极矩和四极矩两者。与轴向偶极子的情况一样，在一个实施例中可以使用多个导线交叉点132来创建所有矩都以电阻率工具圆柱轴线为中心的天线。
在现有技术中，导线孔段的取向很重要，因为该段中的单个导线区段在导线孔结构周围感应出电流并且感应电流成为天线的有源部分。使用本文描述的实施例的天线结构对导线孔的取向没有严格的要求，因为导线孔中有两个导线区段，并且两个区段的净电流为零。导线孔中的导线区段不参与构建在本文描述的实施例中的天线的发射或接收功能。导线区段与铁氧体棒交叉或穿过铁氧体棒的角度可能会影响天线的行为。在下文中，除非另有说明，否则假设导线与铁氧体棒的长轴成直角在铁氧体棒的上方/下方穿过。
导线孔中的两个导线区段可以在不改变偶极子的极性的情况下绞合若干个整圈。半圈绞合与两个导线区段交叉并导致相邻槽中的极性改变。可以理解，两个导线区段可以在导线孔中绞合以最小化来自这两个区段的任何磁矩。
参考图23，电阻率工具的操作由收发器电子系统165管理。收发器电子系统165被容纳在工具的钻铤区段中。收发器电子系统165可以包括电子控制单元166、接收器电子单元167和发射器电子单元168。接收器的天线调谐和信号测量电子器件是接收器电子单元167的一部分。接收器天线175通过电导线172连接到接收器电子单元167。电子控制单元166经由电连接系统170为接收器电子单元167供电、控制接收器电子单元167以及从接收器电子单元167收集接收器测量值。电子控制单元166通过连接系统171为发射器电子单元168供电和命令发射器电子单元168。发射器电子单元168包括调谐电路和其它发射器电子器件。发射器电子单元168通过连接系统173为发射器天线176供电。图23是示意性功能图。在一些实施例中，部分或全部电子控制单元166和接收器电子单元167可以制造在单个电子板上。发射器电子单元168的一部分可以在电子控制单元166的大部分电子器件位于其上的电子板上。在一些实施例中，接收器电子单元167或发射器电子单元168的天线调谐电路位于天线175和176旁边并且不在用于它们所属的单元的其余部分的电子板上。
电子控制单元166可以经由连接系统169连接到井下系统的其余部分。电子控制单元166可以包括定向感测子系统。收发器电子系统165和天线175和176可以容纳在钻铤的不同段中。在下文中，用于容纳电阻率工具的所有部件的钻铤的所有段的集合可以称为钻铤区段。
还应当理解，本文描述的实施例还描述了其中在槽中的铁氧体棒上方/下方穿过导线可以在离开槽之前围绕棒缠绕一次或多次。导线孔中的导线绞合和铁氧体棒在槽中的导线缠绕可能不会改变导线孔中的净电流为零并且净电流在铁氧体棒周围形成完整的回路。
此外，铁氧体或铁氧体棒可以由单体积的磁性材料制成，或者可以由线性衔接在一起或平行包装的若干块组成。
尽管已经示出和描述了一些实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改和替换。
在以下美国专利中公开了用于在钻探组件内提供一个或多个天线的技术：
编号为5,001,675的美国专利(1991年3月)，Woodward；
编号为5,138,263的美国专利(1992年8月)，Towle；
编号为5,331,331的美国专利(1994年7月)，Wu；
编号为5,491,488的美国专利(1996年2月)，Wu；
编号为5,530,358的美国专利(1996年6月)，Wisler等人；
编号为6,181,138的美国专利(1999年1月)，Hagiwara；
编号为6,163,155的美国专利(2000年12月)，Bittar；
编号为8,378,908的美国专利(2013年2月)，Wisler等人；
编号为8,471,563的美国专利(2013年6月)，Wisler等人；
编号为8,604,796的美国专利(2013年12月)，Wisler等人；
编号为9,140,817的美国专利(2015年9月)，Wisler等人；
编号为9,366,780的美国专利(2016年6月)，Wisler等人；以及，
编号为9,885,900的美国专利(2018年2月)，Wisler等人。
以下是本文公开的发明构思的非限制性说明性实施例的编号列表：
1.一种电磁波传播工具，其包括：
具有外表面的钻铤区段；
设置在所述钻铤区段上的天线系统，所述天线系统包括至少一个发射器天线和至少一个接收器天线，所述天线系统中的发射器天线或接收器天线中的至少一个是基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括基于槽的磁偶极子，所述基于槽的磁偶极子包括：
定位在所述钻铤区段的外表面下方的至少一个导线孔；
定位在钻铤的外表面中的至少两个槽，所述至少一个导线孔将多个槽彼此连接；
放置在每个槽中的铁氧体棒；以及，
经由第一路径穿过槽和导线孔的连续天线导线，连续导线调转方向并且经由第二路径重新穿过所述槽和所述导线孔，使得每个槽中的两个导线区段定位在每个铁氧体棒上方和下方；
设置在所述钻铤区段上的收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；并且，
其中，所述至少一个导线孔还将槽与所述收发器电子系统进行连接，连续导线还通过所述导线孔与所述收发器系统进行连接。
2.根据说明性实施例1所述的电磁波传播工具，其中，所述磁偶极子天线是发射器天线。
3.根据说明性实施例1所述的电磁波传播工具，其中，所述磁偶极子天线是接收器天线。
4.根据说明性实施例1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处并且同相，从而形成集体轴向天线。
5.根据说明性实施例1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处，其中所述连续导线被布置成使得形成两组基于槽的偶极子，每个组中的磁偶极子同相并且两个磁偶极子组异相180度。
6.根据说明性实施例1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且被设置成围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上进行分布的三组，所述磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处。
7.根据说明性实施例1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子在横轴向方向上平行并且同相，从而形成集体横轴向天线，所述收发器电子系统还包括用于获得横轴向轴线的工具面角的子系统。
8.根据说明性实施例7所述的电磁波传播工具，其中，所述基于槽的磁偶极子被设置成两个轴向分布的组，其中所述两个轴向分布的组围绕所述钻铤区段的中心轴线在方位角上相隔180度。
9.根据说明性实施例1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于横轴向方向上，并且其中所述连续导线被布置成使得形成基于槽的磁偶极子的两个偶极子组，每个组中的基于槽的磁偶极子同相，并且两个偶极子组异相180度。
10.根据说明性实施例1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述基于槽的磁偶极子由两组组成，其中第一组由基于轴向槽的偶极子组成，第二组由横轴向方向上的基于横轴向槽的偶极子组成，第一组和第二组同相，从而形成集体倾斜天线；并且其中所述收发器电子系统还包括用于获得工具面角的子系统。
11.根据说明性实施例10所述的电磁波传播工具，其中，第一组基于轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段的两个轴向偶极子位置处，第二组基于横轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段上的两个轴向偶极子位置之间，使得集体轴向偶极矩的中心与集体横轴向偶极矩的中心重合。
12.根据说明性实施例10所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将所述电磁波传播工具的面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
13.根据说明性实施例12所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
14.根据说明性实施例12所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
15.根据说明性实施例12所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
16.一种在钻井时感测地层特性的方法，所述方法包括：
在钻铤区段上设置天线系统，所述天线系统包括用于创建电磁场的至少一个发射器天线和用于检测所述电磁场的至少一个接收器天线；
在所述钻铤区段上设置收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；
其中，所述天线系统中的至少一个天线是用于创建或检测电磁场的基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括至少两个基于槽的磁偶极子，所述基于槽的磁偶极子包括：
位于所述钻铤区段的外表面中的槽；
位于所述外表面下方的导线孔，所述导线孔将所述槽彼此连接以及将所述槽与所述收发器电子系统进行连接，
放置在每个槽中的铁氧体棒；以及，
经由第一路径穿过所述槽和所述导线孔、并调转方向且经由第二路径重新穿过所述槽和所述导线孔的连续天线导线，其中每个槽中的两个导线区段在所述铁氧体棒上方和下方穿过，连续导线还通过一个或多个导线孔连接到所述收发器电子系统和从所述收发器电子系统进行连接。
17.根据说明性实施例16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处并且同相，从而形成集体轴向天线。
18.根据说明性实施例16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处，其中所述连续导线被布置成使得形成两组基于槽的偶极子，每个组中的磁偶极子同相并且两个基于槽的偶极子组异相180度。
19.根据说明性实施例16所述的方法，其中，槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且被设置成围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上进行分布的三组，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处。
20.根据说明性实施例16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子在横轴向方向上平行并且同相，从而形成集体横轴向天线，所述收发器电子系统还包括用于获得横轴向轴线的工具面角的子系统。
21.根据说明性实施例20所述的方法，其中，所述基于槽的磁偶极子被设置成两个轴向分布的组，其中所述两个轴向分布的组围绕所述钻铤区段的中心轴线在方位角上相隔180度。
22.根据说明性实施例16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于横轴向方向上，其中所述连续导线被布置成使得形成两组基于槽的偶极子，每个组中的基于槽的磁偶极子同相，并且两个基于槽的偶极子组异相180度，所述收发器电子系统还包括用于获得横轴向轴线的工具面角的子系统。
23.根据说明性实施例16所述的方法，其中，所述基于槽的磁偶极子由两组组成，其中第一组基于轴向槽的偶极子和第二组位于横轴向方向上的横轴向偶极子同相，从而形成集体倾斜天线；并且，所述收发器电子系统还包括用于获得工具面角的子系统。
24.根据说明性实施例23所述的方法，其中，第一组基于轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段的两个轴向偶极子位置处，第二组基于横轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段上的两个轴向偶极子位置之间，使得集体轴向偶极矩的中心与集体横轴向偶极矩的中心重合。
25.根据说明性实施例23所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
26.根据说明性实施例25所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
27.根据说明性实施例25所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
28.根据说明性实施例25所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
29.一种电磁波传播工具，其包括：
钻铤区段；
设置在所述钻铤区段的外表面上的天线系统，所述天线系统包括至少一个发射器天线和至少一个接收器天线；
设置在所述钻铤区段上的收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；
其中，所述天线系统中的发射器天线或接收器天线中的至少一个是基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括：
多个基于槽的磁偶极子，其包括在所述钻铤区段的外表面中的两个或更多个槽以及在所述外表面下方的导线孔，所述导线孔连接相邻的槽，以及将槽与所述收发器电子系统进行连接；
定位在多个槽中的铁氧体棒；
在第一路径中经由导线孔通过第一组槽，并调转方向以经由第二路径重新穿过第一组槽和导线孔的第一连续天线导线，其中每个槽中的第一连续导线的两个导线区段定位在每个槽内的每个铁氧体棒上方和下方，所述第一连续导线还连接到所述收发器电子系统和从所述收发器电子系统进行连接；
在第三路径中经由导线孔通过第二组槽，并调转方向以在第四路径中重新穿过第二组槽和导线孔的第二连续天线导线，其中每个槽中的第二连续导线的两个导线区段定位在每个槽内的每个铁氧体棒上方和下方，所述第二连续导线还连接到所述收发器电子系统和从所述收发器电子系统进行连接；并且，
其中，所述收发器电子系统还包括维持所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位的子系统。
30.根据说明性实施例29所述的电磁波传播工具，其中，所述基于磁偶极子的天线是发射器天线。
31.根据说明性实施例29所述的电磁波传播工具，其中，所述基于磁偶极子的天线是接收器天线。
32.根据说明性实施例29、30或31所述的电磁波传播工具，其中，所述第一连续导线和第二连续导线之间的相对幅值和相位导致形成轴向偶极子天线。
33.根据说明性实施例29、30或31所述的电磁波传播工具，其中，所述第一连续导线和第二连续导线之间的相对幅值和相位导致形成横轴向偶极子天线。
34.根据说明性实施例29、30或31所述的电磁波传播工具，其中：
所述槽和导线孔处于可操纵天线模式；
所述第一连续导线和第二连续导线遵循可操纵天线路径；并且，
所述收发器电子系统还包括用于获得工具面的子系统。
35.根据说明性实施例34所述的电磁波传播工具，其中，所述第一连续导线和第二连续导线之间的相对幅值和相位导致形成位于轴向方向和横轴向方向之间的倾斜偶极子天线。
36.根据说明性实施例35所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
37.根据说明性实施例36所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
38.根据说明性实施例36所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
39.根据说明性实施例36所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
40.一种在钻井时感测地层特性的方法，所述方法包括：
在钻铤区段上设置天线系统，所述天线系统包括用于创建电磁场的至少一个发射器天线和用于检测电磁场的至少一个接收器天线；
在所述钻铤区段上设置收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；
其中，所述天线系统中的发射器天线或接收器天线中的至少一个是基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括若干个基于槽的磁偶极子，所述基于槽的磁偶极子包括：
位于所述钻铤区段的外表面中的多个槽；
位于所述外表面下方的多个导线孔，所述多个导线孔连接相邻的槽以及将槽与所述收发器电子系统进行连接，
定位在所述多个槽中的铁氧体棒；
在第一路径中经由导线孔穿过第一组槽，并调转方向以经由第二路径重新穿过所述第一组槽和导线孔的第一连续导线，其中第一导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒下方，第二导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒上方；
在第三路径中经由导线孔穿过第二组槽，并调转方向以在第四路径中重新穿过第二组槽和导线孔的第二连续导线，其中所述第二连续导线的第一导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒下方，第二导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒上方；并且，
其中，所述收发器电子系统还包括维持所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位的子系统。
41.根据说明性实施例40所述的方法，其中：
所述槽和导线孔处于可操纵天线模式；
所述第一连续导线和第二连续导线遵循可操纵天线路径；并且，
所述收发器电子系统还包括用于获得工具面的子系统。
42.根据说明性实施例41所述的方法，其中，所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位导致形成轴向偶极子天线。
43.根据说明性实施例41所述的方法，其中，所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位导致形成横轴向偶极子天线。
44.根据说明性实施例41所述的方法，其中，所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位导致形成位于轴向方向和横轴向方向之间的倾斜偶极子天线。
45.根据说明性实施例44所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
46.根据说明性实施例45所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将所述分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
47.根据说明性实施例45所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
48.根据说明性实施例45所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。

Claims (48)

1.一种电磁波传播工具，其包括：
具有外表面的钻铤区段；
设置在所述钻铤区段上的天线系统，所述天线系统包括至少一个发射器天线和至少一个接收器天线，所述天线系统中的发射器天线或接收器天线中的至少一个是基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括基于槽的磁偶极子，所述基于槽的磁偶极子包括：
定位在所述钻铤区段的外表面下方的至少一个导线孔；
定位在钻铤的外表面中的至少两个槽，所述至少一个导线孔将多个槽彼此连接；
放置在每个槽中的铁氧体棒；以及，
经由第一路径穿过槽和导线孔的连续天线导线，连续导线调转方向并且经由第二路径重新穿过所述槽和所述导线孔，使得每个槽中的两个导线区段定位在每个铁氧体棒上方和下方；
设置在所述钻铤区段上的收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；并且，
其中，所述至少一个导线孔还将槽与所述收发器电子系统进行连接，连续导线还通过所述导线孔与所述收发器系统进行连接。
2.根据权利要求1所述的电磁波传播工具，其中，所述磁偶极子天线是发射器天线。
3.根据权利要求1所述的电磁波传播工具，其中，所述磁偶极子天线是接收器天线。
4.根据权利要求1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处并且同相，从而形成集体轴向天线。
5.根据权利要求1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处，其中所述连续导线被布置成使得形成两组基于槽的偶极子，每个组中的磁偶极子同相并且两个磁偶极子组异相180度。
6.根据权利要求1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且被设置成围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上进行分布的三组，所述磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处。
7.根据权利要求1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子在横轴向方向上平行并且同相，从而形成集体横轴向天线，所述收发器电子系统还包括用于获得横轴向轴线的工具面角的子系统。
8.根据权利要求7所述的电磁波传播工具，其中，所述基于槽的磁偶极子被设置成两个轴向分布的组，其中所述两个轴向分布的组围绕所述钻铤区段的中心轴线在方位角上相隔180度。
9.根据权利要求1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于横轴向方向上，并且其中所述连续导线被布置成使得形成基于槽的磁偶极子的两个偶极子组，每个组中的基于槽的磁偶极子同相，并且两个偶极子组异相180度。
10.根据权利要求1、2或3所述的电磁波传播工具，其中，所述基于槽的磁偶极子由两组组成，其中第一组由基于轴向槽的偶极子组成，第二组由横轴向方向上的基于横轴向槽的偶极子组成，第一组和第二组同相，从而形成集体倾斜天线；并且其中所述收发器电子系统还包括用于获得工具面角的子系统。
11.根据权利要求10所述的电磁波传播工具，其中，第一组基于轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段的两个轴向偶极子位置处，第二组基于横轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段上的两个轴向偶极子位置之间，使得集体轴向偶极矩的中心与集体横轴向偶极矩的中心重合。
12.根据权利要求10所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将所述电磁波传播工具的面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
13.根据权利要求12所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
14.根据权利要求12所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
15.根据权利要求12所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
16.一种在钻井时感测地层特性的方法，所述方法包括：
在钻铤区段上设置天线系统，所述天线系统包括用于创建电磁场的至少一个发射器天线和用于检测所述电磁场的至少一个接收器天线；
在所述钻铤区段上设置收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；
其中，所述天线系统中的至少一个天线是用于创建或检测电磁场的基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括至少两个基于槽的磁偶极子，所述基于槽的磁偶极子包括：
位于所述钻铤区段的外表面中的槽；
位于所述外表面下方的导线孔，所述导线孔将所述槽彼此连接以及将所述槽与所述收发器电子系统进行连接，
放置在每个槽中的铁氧体棒；以及，
经由第一路径穿过所述槽和所述导线孔、并调转方向且经由第二路径重新穿过所述槽和所述导线孔的连续天线导线，其中每个槽中的两个导线区段在所述铁氧体棒上方和下方穿过，连续导线还通过一个或多个导线孔连接到所述收发器电子系统和从所述收发器电子系统进行连接。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处并且同相，从而形成集体轴向天线。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上基本均匀分布，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处，其中所述连续导线被布置成使得形成两组基于槽的偶极子，每个组中的磁偶极子同相并且两个基于槽的偶极子组异相180度。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，槽和基于槽的磁偶极子位于轴向方向上并且被设置成围绕所述钻铤区段的轴线在方位角上进行分布的三组，所述基于槽的磁偶极子位于所述钻铤区段上的一个轴向位置处。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子在横轴向方向上平行并且同相，从而形成集体横轴向天线，所述收发器电子系统还包括用于获得横轴向轴线的工具面角的子系统。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述基于槽的磁偶极子被设置成两个轴向分布的组，其中所述两个轴向分布的组围绕所述钻铤区段的中心轴线在方位角上相隔180度。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述槽和基于槽的磁偶极子位于横轴向方向上，其中所述连续导线被布置成使得形成两组基于槽的偶极子，每个组中的基于槽的磁偶极子同相，并且两个基于槽的偶极子组异相180度，所述收发器电子系统还包括用于获得横轴向轴线的工具面角的子系统。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述基于槽的磁偶极子由两组组成，其中第一组基于轴向槽的偶极子和第二组位于横轴向方向上的横轴向偶极子同相，从而形成集体倾斜天线；并且，所述收发器电子系统还包括用于获得工具面角的子系统。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，第一组基于轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段的两个轴向偶极子位置处，第二组基于横轴向槽的偶极子设置在所述钻铤区段上的两个轴向偶极子位置之间，使得集体轴向偶极矩的中心与集体横轴向偶极矩的中心重合。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
29.一种电磁波传播工具，其包括：
钻铤区段；
设置在所述钻铤区段的外表面上的天线系统，所述天线系统包括至少一个发射器天线和至少一个接收器天线；
设置在所述钻铤区段上的收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；
其中，所述天线系统中的发射器天线或接收器天线中的至少一个是基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括：
多个基于槽的磁偶极子，其包括在所述钻铤区段的外表面中的两个或更多个槽以及在所述外表面下方的导线孔，所述导线孔连接相邻的槽，以及将槽与所述收发器电子系统进行连接；
定位在多个槽中的铁氧体棒；
在第一路径中经由导线孔通过第一组槽，并调转方向以经由第二路径重新穿过第一组槽和导线孔的第一连续天线导线，其中每个槽中的第一连续导线的两个导线区段定位在每个槽内的每个铁氧体棒上方和下方，所述第一连续导线还连接到所述收发器电子系统和从所述收发器电子系统进行连接；
在第三路径中经由导线孔通过第二组槽，并调转方向以在第四路径中重新穿过第二组槽和导线孔的第二连续天线导线，其中每个槽中的第二连续导线的两个导线区段定位在每个槽内的每个铁氧体棒上方和下方，所述第二连续导线还连接到所述收发器电子系统和从所述收发器电子系统进行连接；并且，
其中，所述收发器电子系统还包括维持所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位的子系统。
30.根据权利要求29所述的电磁波传播工具，其中，所述基于磁偶极子的天线是发射器天线。
31.根据权利要求29所述的电磁波传播工具，其中，所述基于磁偶极子的天线是接收器天线。
32.根据权利要求29、30或31所述的电磁波传播工具，其中，所述第一连续导线和第二连续导线之间的相对幅值和相位导致形成轴向偶极子天线。
33.根据权利要求29、30或31所述的电磁波传播工具，其中，所述第一连续导线和第二连续导线之间的相对幅值和相位导致形成横轴向偶极子天线。
34.根据权利要求29、30或31所述的电磁波传播工具，其中：
所述槽和导线孔处于可操纵天线模式；
所述第一连续导线和第二连续导线遵循可操纵天线路径；并且，
所述收发器电子系统还包括用于获得工具面的子系统。
35.根据权利要求34所述的电磁波传播工具，其中，所述第一连续导线和第二连续导线之间的相对幅值和相位导致形成位于轴向方向和横轴向方向之间的倾斜偶极子天线。
36.根据权利要求35所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
37.根据权利要求36所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
38.根据权利要求36所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
39.根据权利要求36所述的电磁波传播工具，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
40.一种在钻井时感测地层特性的方法，所述方法包括：
在钻铤区段上设置天线系统，所述天线系统包括用于创建电磁场的至少一个发射器天线和用于检测电磁场的至少一个接收器天线；
在所述钻铤区段上设置收发器电子系统，所述收发器电子系统包括接收器电子单元、发射器电子单元和电子控制单元，所述电子控制单元包括用于在至少一个频率处调度和管理测量序列以及用于将接收器数据处理成输出的电子硬件、软件和固件；
其中，所述天线系统中的发射器天线或接收器天线中的至少一个是基于磁偶极子的天线，所述基于磁偶极子的天线包括若干个基于槽的磁偶极子，所述基于槽的磁偶极子包括：
位于所述钻铤区段的外表面中的多个槽；
位于所述外表面下方的多个导线孔，所述多个导线孔连接相邻的槽以及将槽与所述收发器电子系统进行连接，
定位在所述多个槽中的铁氧体棒；
在第一路径中经由导线孔穿过第一组槽，并调转方向以经由第二路径重新穿过所述第一组槽和导线孔的第一连续导线，其中第一导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒下方，第二导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒上方；
在第三路径中经由导线孔穿过第二组槽，并调转方向以在第四路径中重新穿过第二组槽和导线孔的第二连续导线，其中所述第二连续导线的第一导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒下方，第二导线区段定位在每个槽中的每个铁氧体棒上方；并且，
其中，所述收发器电子系统还包括维持所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位的子系统。
41.根据权利要求40所述的方法，其中：
所述槽和导线孔处于可操纵天线模式；
所述第一连续导线和第二连续导线遵循可操纵天线路径；并且，
所述收发器电子系统还包括用于获得工具面的子系统。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位导致形成轴向偶极子天线。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位导致形成横轴向偶极子天线。
44.根据权利要求41所述的方法，其中，所述第一连续导线和所述第二连续导线中的电流之间的相对幅值和相位导致形成位于轴向方向和横轴向方向之间的倾斜偶极子天线。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将面空间划分为若干个分箱并且在每个分箱中收集和平均接收器数据的子系统。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将所述分箱数据处理成工具面角上的数据分布的子系统。
47.根据权利要求45所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据处理成指示地层方位角特性的参数的子系统。
48.根据权利要求45所述的方法，其中，所述收发器电子系统还包括用于将分箱数据转换成工具面角的傅里叶级数的系数的子系统。
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