CN1268939C - 检测井下套管区域中磁场的传感器 - Google Patents

Abstract

将具有磁心的磁接收器设置在井内套管内并使其以反馈方式工作，以减小可测磁场的衰减。接收器采用反馈装置来减小磁心和套管之间的相互耦合，从而减小套管内电磁信号的正常衰减。反馈装置可以用额外或反馈绕组的方式提供，它有效地抵消了磁心中的感应磁场并减小了磁心-套管相互作用而引起的衰减。或者，磁接收器可以采用电流反馈放大电路作为反馈装置来抵消磁心中的感应磁场。具体地说，所述电路起产生基本上抵消磁心中的感应磁场的辅助磁场的作用。

Description

检测井下套管区域中磁场的传感器

技术领域

本发明一般涉及磁场的测量或检测，更详细地说，涉及利用设置在井内套管中的传感器来测量其中磁场的系统、装置和方法。或者，本发明涉及测量和检测井内套管中的磁场以确定井内套管的特性或井内环境。

背景技术

地质组成的地下特征是钻探油气井的重要方面。地下特征，除了别的以外，还有助于识别钻井所穿透的地质组成的结构和流体含量。地质组成可能含有例如碳氢化合物产品，这是钻探操作的主要目标。形成碳氢化合物储集层的地质组成含有互连的流体路径、或“孔隙空间”，在其中例如碳氢化合物，水等以液体和/或气体的形式存在。为了确定孔隙空间中碳氢化合物的含量，诸如孔隙度和渗透性等地层特性的知识常常是必需的，至少是有帮助的。

关于地质组成和储集层特性的信息促进了碳氢化合物资源的有效开发和管理。储集层特性包括(除了别的)含碳氢化合物的地质组成的电阻率。电阻率通常与储集层的孔隙度、导磁率和流体含量有关。由于碳氢化合物一般是电绝缘的、而大多数地层水却是导电的，所以，地层电阻率(或导电率)测量是很有价值的勘探工具。此外，地层电阻率测量在碳氢化合物的生产中可以用来监控储集层碳氢化合物的含量的变化。

在许多地下地质物理的勘探技术中，将带有在不同深度测量各种物理参数的传感器的探头往下放到井内。在一种测量类型中，使用磁场传感器来测量感应的磁场，从而收集有关可能存在导电矿体的信息。与磁场传感器相关联的是一个发射器线圈，所述线圈通电时产生磁场。磁场在导电区域感生电流，所述感应电流建立磁场，然后测量这个磁场。在各个深度进行这种测量，就可以建立磁场的概貌。

在某些应用中，发射器线圈是设置在井眼附近地面上的大的导线水平环路。在另一些应用中，发射器线圈是往下放到井眼内的小直径线圈，并且可能物理上位于与传感器的相同的外壳中。

设置在井眼内套管中的磁场传感器或磁接收器的性能可能会因导电套管对待测量的磁场的作用而受到损害。具体地说，可测量的磁场感生同心地围绕接收器线圈流动的电流，所述电流会降低套管内的磁场。正如在详细说明中将进一步解释的，结果可测量的磁场会被强烈地衰减，且接收器所进行的测量会因导电套管性能的改变所引起的衰减的改变而受影响。通常，关于有套管的井眼(wellbore)的横井(crosswell)勘测的设计准则将磁场信号降低到标准接收器无法检测的水平。而且，沿套管长度纵轴的导电率、导磁率以及厚度的差异使得在任一选择点上确定衰减系数都很困难。不能确定沿套管所选点的衰减系数可能导致不易更正的磁场测量误差。

克服套管对接收器测量的负面作用的一种先前的尝试涉及到把一个单独的小发射器-接收器设置在有套管的井眼内来测量套管的性能。然后利用所测量的套管性能来更正测量的横井性能。例如，请参阅Lee等的 Electromagnetic Method For Analyzing The Property of Steel Casing，Lawrence Berkeley national Laboratories，Report41525，February，1998。

另一种更正或计及磁场衰减的先前的尝试是把监控接收器设置在有套管的井眼的发射器附近。这样，例如就可预计位于邻近井眼内的接收器所检测的衰减。这个方法在转让给本发明的受让人的美国专利申请09/290,156号(1999年4月12日提交，题目为 Method and Apparatus for Measuring Characteristic of Geologic Formations)中已公开(已通过引用被包括在本文中，成为本文的一部分)。

发明内容

本发明涉及一种带有导磁(magnetically permeable)磁心的磁接收器，所述磁心设置在井内套管内以便测量或检测其中的磁场。此接收器采用或包括反馈装置，以便减小套管对可测磁场的影响(“套管效应”)，即减小磁心和套管之间的相互耦合，从而减小不然在套管内可见到的电磁信号的衰减。在一个实施例中，以额外绕组或反馈绕组的形式提供反馈装置，所述额外绕组或反馈绕组减小磁心和套管之间的相互耦合从而有效地减小或消除磁心中的感应磁场并减小否则会由磁心-套管的相互作用引起的衰减。在另一个实施例中，磁接收器采用电流反馈放大器电路来抵消磁心中的感应磁场。具体地说，所述电路用来产生基本上抵消磁心中的感应磁场的辅助磁场。

在此文中，为了充分说明发明人对所述技术的贡献，词语“测量”和“检测”是同义语，包含同样的意义和范围。同理，对于减小或抵消磁场或套管效应来说，词语“减小”包括“抵消”的意义。

根据本发明的一个方面，提供一种测量导电的井内套管中磁场的方法，在所述方法中电磁能量以大于1Hz的频率通过套管传播。所述方法包括：提供磁接收器，所述磁接收器具有磁心和绕磁心绕制的主绕组；以及将反馈装置与所述磁接收器结合在一起。将磁接收器设置在井内套管内。而后，在外部产生电磁能量(例如从另一井内套管中的发射器)并引导此电磁能量以大于1Hz的频率(更好的是在大约1Hz到1000Hz之间)通过套管传播，从而在套管内建立总磁场，所述总磁场由套管内的主感应磁场和一般与主感应磁场反向的辅助磁场组成。然后接收器以反馈方式工作以抵消或至少减小所述总磁场的一部分，然后测量所述总磁场。

在一个实施例中，反馈装置包括设置在磁心周围的辅助绕组，并且所述方法包括放大主绕组的输出并将放大后的输出通过所述辅助绕组反馈。所述输出被放大和反馈、使得辅助绕组产生的磁心通量大致与外部磁场产生的磁心通量反向，从而基本上抵消磁心中的磁通量。而且，放大后的输出被反馈、以便驱动反馈电流通过反馈绕组并且所述反馈电流通常与辅助磁场成线性比例。

根据本发明的另一个方面，公开一种减小磁场衰减的方法，否则磁心和套管的互相耦合会引起这种磁场衰减。本发明的方法与采用设置在导电套管中的磁接收器的方法相结合或相关联用来测量导电套管中的感应磁场，其中，所述接收器具有磁心和所述磁心周围的主绕组。

附图说明

下面将结合附图说明本发明，附图中：

图1是井内环境和设置在其中的用于测量磁场的系统的示意图；

图2是说明构成感应线圈工作的基础的基本物理学的示意图；

图3是感应线圈的简化电路图；

图4是原感应线圈的频谱响应的图解说明；

图5是适用于本发明方法的磁接收器系统的简化示意图；

图6是适用于本发明方法的另一种磁接收器系统的简化示意图；

图7是图6系统的频谱响应的图解说明；

图8是适用于本发明方法的再一种磁接收器系统的简化示意图；

图9是本发明系统和方法的性能图，表明接收器-套管组合的衰减变化响应；

图10是描绘多个衰减变化响应曲线的性能图；以及

图11是表示各种系统在各种频率下的响应的另一个性能图。

具体实施方式

图1描绘用于测量两个井眼之间的地层电阻率的系统。所述系统特别适合于包括根据本发明的用于测量井内磁场的系统和装置并且适用于根据本发明的测量磁场的方法。发射器T位于井内W1中并且由具有N1匝而有效横截面为A_T的多匝水平环路的线圈C_T(垂直螺线管)构成。所述多匝水平环路传输频率为f₀Hz的交流电流I_T。在自由空间中，所述多匝水平环路产生时变磁场B₀。磁场B₀与发射器T的磁矩和几何系数k1成正比。发射器T的磁矩可定义如下：

M_t＝N_TI_TA_T

在自由空间，磁场B₀可定义如下：

B₀＝K₁M_T

几何系数k1随接收器R测量到的磁场B₀的一个分量的空间位置和取向而变。

接收器R的位置距发射器T有一定的距离，图中示出它设置在不同的井眼W2中。接收器R包括导线回路(例如线圈C_R，它具有缠绕在高磁导率金属、例如铁氧体、镍铁高导磁合金带或其它已知组成的磁心上的N_R匝)。如下所述，按照本发明的接收器R配备有反馈装置F，用来减小可测磁场B_R的衰减。接收器R所检测的且频率为f₀的时变磁场B_R在线圈C_R中产生感应电压V_R，所述感应电压V_R与B_R、频率f₀、导线匝数N_R、线圈的有效截面积A_R以及线圈C_R的有效磁导率成正比。

根据上文，V_R可定义如下：

V_R＝f₀B_RN_eA_Rμ_R

简化上述公式，V_R可写为：

V_r＝k_rB_r

式中k_r＝f₀N_RA_Rμ_R

乘积A_Rμ_R可能很难计算。为了精确的确定A_Rμ_R，在已知磁场和已知频率下进对C_R行校准，以便确定k_R的准确数值。这样，接收器R所检测的磁场B_R直接与测量的电压V_r有关，公式如下：

B_R＝V_R/k_R

当系统设置在导电的地质组成中时，时变磁场B₀在地质组成中产生电磁力(EMF)，所述电磁力又驱动地质组成中的电流，如图1中L1所示。电流L1与地质组成的导电率成正比，且电流L1的流动一般与井眼W2的纵轴同心。靠近所述井眼的磁场是自由空间磁场B₀的结果，称为主磁场，由电流L1产生的磁场称为辅助磁场。

电流L1通常与发射器电流I_t不同相。在极低频率时，此时周围构造的感抗很小，感应电流L1正比于dB/dt，结果是与I相位差别90°。随着频率增加，感抗增加，所述相位差增大。

接收器R检测到的所述辅助磁场是由感应电流L1引起的并且也具有相位移，故接收器R处的总磁场实际上是复数磁场。所述总磁场具有与发射器的电流I_t同相的分量B_r(称为实分量)和相位偏移90°的分量B₁(称为虚分量或正交分量)。在地理结构中给定频率下磁场的实分量B_r和正交分量B₁的数值唯一地规定被井眼所穿透的均质地层的电阻率。在非均质的地质组成中，通常对于一系列发射器位置中的每个位置、在沿接收器井眼纵轴的一系列点上测量所述复数磁场。多个T-R位置就足以确定井眼之间的非均质电阻率，如各种先有技术的文献所述。

如上所述，在图1所示的设备中，导电套管会出现测量问题。假如工作频率低于几百Hz，电磁能量还能以适度的衰减(例如小于60dB)通过套管传播。但在较高频率下，钢、铝或其它导电套管以两种效应成为EM能量的阻挡物。第一，磁场的变化感应出强电流在各种导电套管中流动。这些电流建立了一个与感应磁场反向的辅助磁场。这样的净效应就是总磁场(主磁场加辅助磁场)被减小。第二，由于大多数套管是导磁的，这种导磁性使磁力线进入套管中而减少了套管内部的磁力线。

对于本发明的测量外部磁场的方法，更具体地说，减小可测磁场的衰减的方法，这些不需要的效应称为“套管效应”。

根据本发明的一个方面，采用一种方法来减小套管效应，即，减小对图1所示系统的性能、或更详细地说对接收器R的性能的套管效应。但为了便于说明所述方法和本发明的其它方法，首先简要讨论一下磁接收器R。

诸如在本发明中所采用磁接收器的是一种感应线圈。感应线圈工作的物理学基础示于图2。当面积为A的单个圆形回路设置在时变磁场中时，在回路中感应出一个emf(电压)，它等于通过回路的磁通Φ的负时间变化速率。磁通是磁感应B和回路面积A的乘积。因此，有：

公式1，法拉第定律

$\mathrm{emf},V,=\frac{-\∂\mathrm{\Φ}}{\∂T}=-A\frac{\∂B}{\∂T}$

如果回路上有N匝导线，输出电压乘以N，即：

$\mathrm{emf},V,=-\mathrm{NA}\frac{\∂B}{\∂T}$

所述关系已知为法拉第定律。

本发明还涉及在井内套管环境中利用适合的磁接收器的性能特性或响应来确定或评估井内套管的特性，如下详述。

一般习惯于将时间相关性描述为正弦关系，以e^iwt表示，式中ω为以弧度表示的角频率(ω＝2πf，f的单位为赫兹)，得出：

公式3

emf，V，＝-iωNABe^iωt

最早的磁感应传感器是简单的感应线圈，线圈连接到检流计，检流计测量在线圈输出端基本上短路时流过的电流。在低频，小于1赫兹时，电流输出很易测量，但检流计的机械响应使它不能用于较高频率。随着电子放大器的出现，测量线圈产生的电压就更为实际。由于emf与线圈的插入(threading)磁感应强度成正比，所以，最好在绕组中插入高导磁率材料来增加磁通。这样就起到增加线圈的有效截面积、从而对于产生的既定电压、减小回路尺寸(直径)的作用。因此，将此作用包括进了本发明的系统中。

在磁心的情况下，磁通集中在绕组内。由于去磁效应，始终小于材料真正磁导率，μ_true，的有效磁导率，μ_eff，使磁通增加。线圈输出现写为：

公式4

$\mathrm{emf},V,=-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}\mathrm{NA}\frac{\∂B}{\∂T}$ 或emf，V，＝-iωμ_effNABe^iωt

随着磁心的长度直径比增加，有效磁导率逐渐接近真正磁导率。为了利用磁心的优点，长而细的线圈优于短而粗的设计。多匝线圈的绕组，(更合适的是称其为螺线管，因为线圈拉长以利用所需的长度获得高μ_eff)具有显著的导线间电容，对线圈的自感和绕组电阻来说，所述导线间电容主要起并联电抗的作用。典型的感应线圈的等效电路示于图3。

因此实际线圈具有自感L、电阻R和电容C等特点，这些取决于绕组的有效磁导率、匝数、电阻率、导线的总长度以及更微妙的还与绕组的几何结构有关。总体设计目的是提高电压输出对系统噪声的比值，这受线圈的重量和尺寸(长度)的限制。而系统噪声又由线圈的固有电子噪声(Johnson噪声)和磁心材料，以及线圈所连接的放大器的噪声所决定。

对于较高的频率，线圈绕组的分布电容C对于响应具有显著的作用，可有效短路输出V。它还在线圈中引入自谐振，谐振频率为 ${\mathrm{\ω}}_0=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{LC}}},$ 它的优点是在谐振频率时提升输出，而缺点是在谐振附近引入了快速变化的相位响应。此特性往往会由于温度变化引起的小机械变形而在磁场中强烈变化，反过来又改变了电容。现代设计准则要求在所关心的频段中响应最大化。因此，绕组设计的主要目的就是要尽量减小电容，同时提供足够数量的绕组匝数以便在放大器的输出端提供足够的电压。

按照本发明，感应线圈设计中的一个重要方面就是使线圈和放大器相匹配。由于电子学先有技术状态的限制，最好首先设计放大器。在Hill and Bostick(1962)中提供有多匝螺线管感应线圈设计元件的完整说明(已通过引用包括在本文中)。在优化了接收器的尺寸设计以及与可能的前端放大器物理组合之后，就可以着手解决套管效应衰减问题。如上所述，线圈/放大器系统的输出敏感度以不可预计的形式受导电套管(通常是钢或铝)存在的影响。图5-8示出按照本发明解决此问题的系统和方法。

图5示出基本磁接收器系统509的示意图，所述磁接收器系统包括高导磁率磁心511和围绕磁心的主绕组513、形成感应线圈515。如图所示，绕组513的端子连接到运算放大器517(或更好是一个线圈前置放大器)的输入端。本发明系统又一些实施例采用中心抽头的绕组以减小静电拾取(pickup)。

根据本发明的一个方面，设计一种测量油井套管中磁场的新颖且更有利的方法，利用一些步骤减小磁场测量的套管效应。本发明根据另一个方面，采用一种新颖且更有效的方法或方法学来解决所述测量中的衰减问题。例如，方法的设计基于或至少部分基于以下理论：如果接收器系统(例如线圈加放大器)由于套管改变而会有大的响应改变，那么，通过测量并测试各种线圈/放大器组合就可获得减小或抵消套管效应的新的有利的方法。此外，可以采用各种组合来量化这些响应改变，并且把这些改变与套管的特性相关联。例如，可以量化并记录线圈/放大器组合的响应改变，以便改变套管特性、诸如腐蚀磨损或壁厚等，从而建立一种用于把系统响应(在磁场中)与套管特性的数值或偏差相关联的装置。

图4示出典型的原线圈振幅谱响应的响应图。在第一示范性方法中，在线圈绕组513端子产生的电压以线性方式以最小滤波放大。作为前置放大器519输出端的频率的函数的结果线圈响应紧随线圈绕组521的原输出并显示出在原输出中很明显的电感上升、谐振峰和电容下降。申请人发现，所述第一示范性方法(与以下说明的其它方法相比)不大适用于低频电感天线，因为在谐振点附近的响应稳定度比较差，且在某些频率(例如60Hz)的较高输出会造成动态范围问题。

在第二示范性方法中，在谐振频率的高相位易变性和稳定性的问题减轻了，方法是在主检测螺线管周围加上反馈绕组并利用输出电压来驱动此反馈绕组中的电流、从而有效地消除线圈输出的变化。反馈线圈的设计和特性由Clerc(1971)作了完整的说明(已通过引用包括在本文中)。

图6以简化的示意图示出适合本发明方法使用的磁接收器系统609。磁接收器系统609包括高导磁率磁心611，其周围设置主绕组613(形成主线圈623)。在此接收器系统609中，主绕组或线圈613连接到运算放大器615(例如通过Analog Devices，Inc.可购得的AD743型)的输入端。此外，辅助或反馈绕组617也设置在磁心611周围(形成反馈线圈621)。最好，放大器615还与滤波器619相连接，滤波器619与反馈线圈621相连接(通过FB电阻641)并向反馈线圈621提供输出信号。放大器615、反馈线圈621、FR电阻641和滤波器619，至少在此实例中，可以称作“反馈装置”。

在磁场接收器系统609的反馈方式下，反馈电流被驱动而以与主绕组613中的电流相反的方向流过反馈绕组(例如与从绕组613到放大器615的流动方向/或在绕组613和放大器615的输入端之间的流动方向相反)。因此反馈电流正比于磁心中的辅助磁场而不是正比于其时间导数，结果，在磁心中产生了与磁心的辅助磁场反向(从而实质上抵消辅助磁场的)的另一磁场。这样，在反馈方式下主绕组成为零检测器。此外，由于反馈电流反馈回接收器(方向与对放大器的输入相反)，放大器的噪声也降低，降低的比率与磁心中辅助磁场降低的比率相同。结果，“未反馈时”的信噪比得以保持。

在所关心的频段，传感器起磁强计的作用，因为其输出正比于辅助磁场，而不是正比于其时间导数。这种反馈线圈通常的频谱响应525示于图7，其特点是有一个拐点“A”、一个拐点“B”以及二个拐点之间很宽的平坦区域625a。拐点“A”由放大器的低频放大系数限定，与主绕组的电阻无关。拐点“B”由高频时的放大系数限定。于是，反馈回路中滤波器的形状由所需的带宽以及避免高频振荡的需要而定。

如图7所示，本发明的传感器利用磁反馈设计在数十倍频范围内提供了稳定而平坦的响应。振幅和相位响应都非常稳定，振幅的变化小于0.1dB，且传感器之间的相位变化为+/-1.0度。对于低于平坦响应区的频率，传感器的响应正比于信号频率、使得传感器起dB/dt检测器的作用。按照本发明的磁场反馈技术还提供了传感器的长期的和热的稳定性。

另一种减弱导电套管影响的方法可以称为电流放大方法。图8示出适用于此发明方法的示范的磁接收器809。图8还示出系统809的频谱响应825。系统809包括磁心811以及磁心811周围的绕组813，从而形成线圈823。系统809还配备了可以称其为反馈装置的装置，所述反馈装置包括放大器825和反馈电路，所述反馈电路包括反馈电阻Rfb831和电阻833与电容835的组合。

图8中的运算放大器825作为电流放大器而设立。如图所示，绕组813的一端连接到运算放大器825的输入端，而包括反馈电阻Rfb831、电阻833和电容835的反馈电路连接到放大器825的输入端和输出端之间。这样，线圈823实际上在放大器825中被短路，且放大器825的电流输出可通过反馈电路从放大器825反馈回线圈823(但方向相反)。反馈电流的增益可以通过控制R和/或Rfb的数值来设定。

外部磁场在线圈823中产生的电磁场导致电流在短路线圈823中循环流动。所述电流在接收器磁心811中产生与外部产生的磁通量反向的磁通量。当所述电流在电流放大器823中转换成电压输出时，其净结果就是类似于图6的反馈放大器响应的输出频谱响应。主要区别在于拐点“A”由电阻比(R/R_fb)和线圈823的电感所限定。拐点以下的响应则取决于绕组导线的电阻，所述电阻与温度紧密相关。应当指出，反馈电路的作用是要消除由线圈823在其主要谐振峰以外的复杂频率响应引起的较高频率下的振荡的可能性。尽管有发觉的或预期的缺点，但是，如果将放大器设计成使拐点“A”对所有温度都在所关心的频段之下，则所述发明的降低可测磁场衰减的方法就可成功地加以应用。

在任何情况下，图8的系统提供了一个反馈电流，它以相反的方向流过主绕组813，从而以类似于图6的系统所提供的方式抵消或减小了辅助磁场。结果，接收器所测量的磁场就比较小(即衰减减小)。在以上两种方法中(即图6和图8)，放大器的输入噪声有利地反馈到接收器，其符号与放大器的输入相反。这样导致放大器噪声以辅助磁场(磁心中)被减小的同样比率减小。这样，“未反馈”系统的信噪比得以保持。

图9-11是说明本发明的系统和方法(即，具体地说，图6的系统)的性能的性能曲线图。具体地说，图9说明利用所述系统在3/8″厚钢套管中得到的所述测量的磁场的减小的衰减(由于套管效应)。虚线表示在没有使用本发明的系统和方法时在各种频率下EM能量的正常衰减。实线表示对于同样的套管在使用本发明的系统和方法后减小的衰减。两条曲线的区别可以称为衰减变化。最好，对于所述接收器系统，两条曲线的数值都基于理论的非衰减数值或响应。可以根据当系统浸入空气中已知的空间恒定磁场中时测量系统的电压输出的经典方法推导出来这样一种基线响应。这些测量可以在一个频率范围内进行，以便产生系统在空气中的完全频谱响应。

根据本发明的一个方面，对于特定套管和井内环境，本发明提供一种用于检测和/或量化减小的衰减和/或衰减变化的方法。在这方面，可以认为图9的曲线提供对于特定套管/井内环境、对于特定的磁接收器系统(更具体地说，反馈装置-感应线圈组合)的按照本发明的衰减变化响应。这样一种响应是先有技术中从未考虑、计算或预期过的一种套管/井内环境的独特特性。更重要的是，作为套管的一种独特和现场可测的特性，所述特性对于套管和井内环境的情况和属性提供了有用的信息。

更详细地说，作为本发明的另一个方面，按照本发明的系统和方法提供测量具有正常衰减和减小的衰减的磁场的能力。更具体地说，本发明的系统和方法提供或考虑到既在反馈方式下又在非反馈方式下对可测磁场进行测量。

图10提供对各种钢套管/磁接收器系统组合的响应曲线。在图10中，示出了在各种频率下的衰减变化数值。“偶极”曲线提供了用非磁心接收器所得到的理论衰减。响应曲线和模型可以由实验获得，并且是对所感兴趣的各种磁接收器/套管组合导出的。在磁场中，可以使磁接收器系统在反馈和非反馈方式下并且在变化的频率(通过发射器的工作获得)下工作来测量衰减变化数值。这样就可得到套管和套管环境的实际衰减变化响应曲线，然后与在模型曲线中(例如图10)提供的预期或基线响应加以比较。或者，可以把一个或多个非磁心接收器与具有反馈装置的接收器一起使用。

图11提供各种接收器/套管组合的响应。详细地说，图11示出对各种组合在一定频率范围内所观察到的套管效应。

这类监控，除了别的以外，还可揭示实际衰减效应和预期或基线效应之间的偏差。所述偏差可能与套管或井内环境的某些物理特性相关。例如，一些偏差可能表示套管壁厚的变化、腐蚀磨损集中度、降低电阻的集中度等。最好，可以通过模型化或与图10的响应曲线同时产生适当的响应曲线而很容易地识别套管特性的这种不正常。

最好，由噪声考虑和预期的自谐振频率来决定接收器的主绕组数目。后者决定了最小噪声的频段。

绕组的设计成为一种反复的过程，因为放大器的选择决定了输入电流噪声，所述噪声通过线圈电感产生电压噪声，线圈电感又取决于匝数。由于随机噪声按平方根定律(Square Root Law)相加，所以，使所有的噪声成分大致相等就可得到系统的最佳噪声性能。为简化此过程，由于所述线圈的电感从200到1000亨，故对前端放大器的规范作了选择。

在优选实施例中，采用称为AD745的装置。所述装置可通过Analog Devices，Inc.购得。在50Hz时，其电压噪声为 电流噪声为

在100Hz时对于1000Hz电感所述电流噪声转换为

的电压噪声。

这也解决了绕组电阻的Johnson噪声问题。申请人起初考虑用16000匝，后来考虑用64000匝。加上考虑可用的空间以及所需的机械强度，导线#26最适合于此应用。

在平均匝直径为2.3”的情况下，对于这两个绕组，所需的总导线长度分别为10和40kft。绕组电阻为400欧姆和4千欧姆。这些对应于2.5和 的Johnson噪声。与前述的噪声成分相比，这些噪声数值是可以接受的。

为了举例说明的目的，已经提供对本发明的上述详细说明。应当指出，所述说明决不是要将本发明限制在此文公开的系统，装置和方法上。上述本发明的各个方面可以适用于其它类型的测量或检测装置，系统和方法。例如，上述衰减方法可以和其它磁场测量系统和其它测量环境一起使用，也可更改或组合以得到特别适合于某一测量应用的结果。而且，所述衰减方法(或此文说明的系统)可以组合到或利用在测量或检测井内套管或井内环境的某些特性的方法中。本发明的这些改变对于阅读本发明的熟悉有关测量，地质物理或工程技术的人员而言是显而易见的。因此，与上述说明以及有关技术的技巧和知识相当的变化和修改均在本发明的范围之内。本文所说明和示出的实施例是为了解释实施本发明的最佳方式，例如哪些磁接收器特别适合于使用本发明，也使本专业的技术人员能够将本发明利用在其它实施例中，并对特定的应用或本发明的使用作各种需要的改动。

Claims (11)

1.一种测量导电的井内套管中的磁场的方法，其中，电磁能量以大于1Hz的频率通过所述套管传播，所述方法包括以下步骤：

提供具有包括磁心和围绕所述磁心绕制的主绕组的感应线圈的磁接收器：

将反馈装置与所述磁接收器相结合，所述接收机包括将一运算放大器的输入端与所述主绕组相连接；

将所述磁接收器设置在第一井内套管中；

将发射器设置在距所述第一井内套管一定距离的第二井内套管处；

从所述发射器产生电磁能量并引导该电磁能量以大于1Hz的频率通过所述第一井内套管传播，以便在由初级感应场和所述第一井内套管内侧的通常与初级感应场反向的第二场构成的套管内侧建立可测总磁场；

使所述接收器以非反馈方式工作；

测量所述第一井内套管中具有由于套管效应引起衰减状态的可测总磁场，该套管效应是由所述套管和所述磁心的相互作用造成的；

通过驱动所述放大器输出的反馈电流流过接收器的线圈，以产生通常与辅助磁场反向的磁场使所述接收器以反馈方式工作，使得由所述套管和所述磁心的相互作用造成的套管效应减小，并减小由于该套管效应引起的总磁场的衰减；以及

测量所述套管内减小了衰减的可测总磁场。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使所述接收器工作的步骤包括通过至少抵消所述辅助磁场的一部分来至少抵消所述总磁场的一部分。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接收器包括围绕所述磁心的辅助绕组；以及驱动反馈电流输出的步骤包括驱动所述反馈电流通过该辅助绕组，从而所述反馈输出的相位使得由所述辅助绕组产生的辅助磁心通量一般与由主磁场产生的主磁心通量反向，从而基本上抵消所述磁心中的所述主磁心通量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接收器包括围绕所述磁心的辅助绕组，驱动反馈电流输出的步骤包括驱动反馈电流以与从主绕组到放大器输入端方向相反的方向通过所述辅助绕组。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：驱动反馈电流的步骤包括驱动反馈电流以与从主绕组到放大器输入端的方向相反的方向通过所述主绕组。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：驱动反馈电流的步骤包括驱动反馈电流以与放大器输入方向相反的方向通过主绕组，以抵消在所述磁接收器中产生的放大器噪声。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：驱动反馈电流输出的步骤包括驱动通常与所述辅助磁场成线性比例的反馈电流，使得所述感应线圈起零检测器的作用。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述产生电磁能量的步骤包括使所述电磁能量以大约1Hz和大约1000Hz之间的频率传播。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

通过对所述衰减状态下的可测总磁场的测量值与具有减小的衰减的可测总磁场的测量值进行比较，测定可归因于所述套管的衰减变化。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

以多个频率重复产生电磁能量的所述步骤；以及

在所述多个频率的每一个频率下重复以下步骤：使接收器以反馈方式工作；使接收器以非反馈方式工作；以及测定衰减变化。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

将所述套管和接收器组合的衰减变化响应模型化；

通过重复以多个频率产生电磁能量的步骤来产生实际的衰减响应曲线；以及

在所述多个频率的每一个频率下重复以下步骤：使所述接收器以反馈方式工作；使所述接收器以非反馈方式工作；以及测定衰减变化。

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