EA036852B1 - Method for production of electromagnetic 3d scanner, and electromagnetic 3d scanner made by the method - Google Patents
Method for production of electromagnetic 3d scanner, and electromagnetic 3d scanner made by the method Download PDFInfo
- Publication number
- EA036852B1 EA036852B1 EA201700242A EA201700242A EA036852B1 EA 036852 B1 EA036852 B1 EA 036852B1 EA 201700242 A EA201700242 A EA 201700242A EA 201700242 A EA201700242 A EA 201700242A EA 036852 B1 EA036852 B1 EA 036852B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- antenna
- axis
- housing
- magnetic moment
- antennas
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 22
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/30—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electromagnetic waves
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к геофизическому оборудованию для исследований скважин методом электромагнитного каротажа и предназначено для исследования электрических свойств горных пород и жидких сред, их пространственного распределения и их анизотропии в объеме скважины и околоскважинном пространстве.The invention relates to geophysical equipment for surveying wells by the method of electromagnetic logging and is intended to study the electrical properties of rocks and fluids, their spatial distribution and their anisotropy in the volume of the well and near the wellbore space.
Уровень техникиState of the art
Известны скважинные каротажные устройства, действие которых основано на распространении электромагнитных волн и которые используются для измерения основных параметров, например амплитуды и фазового сдвига электромагнитных волн, распространяющихся через среду, чтобы определить специфические свойства среды.Known downhole logging devices, the action of which is based on the propagation of electromagnetic waves and which are used to measure basic parameters, such as the amplitude and phase shift of electromagnetic waves propagating through the medium in order to determine the specific properties of the medium.
В каротажных приборах, основанных на распространении электромагнитных волн, обычно используют многочисленные продольно разнесенные передающие и приемные антенны, размещенные в продолговатом корпусе прибора и работающие на одной или более частотах. Электромагнитная волна распространяется от передающей антенны в породу вблизи ствола скважины и принимается приемной антенной (антеннами). Объединяя основные измерения фазы и амплитуды, можно определить множество параметров, представляющих интерес, в том числе УЭС, диэлектрическую проницаемость, их анизотропию и пространственное распределение.Electromagnetic propagation logging tools typically employ multiple longitudinally spaced transmitting and receiving antennas housed in an elongated tool body and operating at one or more frequencies. An electromagnetic wave propagates from the transmitting antenna into the formation near the borehole and is received by the receiving antenna (s). By combining basic measurements of phase and amplitude, many parameters of interest can be determined, including resistivity, dielectric constant, their anisotropy, and spatial distribution.
Удельное электрическое сопротивление (УЭС) и диэлектрическая проницаемость являются важными свойствами подземных горных пород, определяемыми при геологических изысканиях и разведке на нефть, газ и другие полезные ископаемые, потому что многие ископаемые, углеводороды и их залежи имеют характерные значения УЭС или диэлектрической проницаемости. Таким образом, величина УЭС и диэлектрической проницаемости часто является показателем наличия и количества нефти, газа или других полезных ископаемых.Resistivity (resistivity) and dielectric constant are important properties of underground rocks, determined during geological surveys and exploration for oil, gas and other minerals, because many minerals, hydrocarbons and their deposits have characteristic values of resistivity or dielectric constant. Thus, the magnitude of the resistivity and dielectric constant is often an indicator of the presence and amount of oil, gas or other minerals.
Указанные устройства используются при геофизических исследованиях (каротаже) скважин как в процессе бурения, так и после окончания бурения. Обычно бурение скважин на нефть и газ состоит из нескольких этапов. Сначала бурится вертикальная разведочная скважина. Затем проводят технологические операции, связанные с укреплением ствола скважины. После чего пробуривают боковые горизонтальные скважины с целью повысить отдачу от нефте или газоносного пласта.These devices are used in geophysical surveys (logging) of wells both during drilling and after completion of drilling. Drilling of oil and gas wells usually involves several stages. First, a vertical exploration well is drilled. Then, technological operations are carried out related to strengthening the wellbore. Then, lateral horizontal wells are drilled in order to increase the output from the oil or gas-bearing formation.
При бурении вертикальной разведочной скважины каротажное оборудование во время бурения, как правило, не используется и каротаж проводиться после бурения с целью определить потенциально нефте/газоносные пласты и глубину их залегания. В этом случае каротаж проводится оборудованием, спускаемым на каротажном кабеле (кабельное оборудование, англ. обозначение Wireline).When drilling a vertical exploration well, logging equipment while drilling is usually not used and logging is done after drilling in order to determine potential oil / gas reservoirs and their depth. In this case, logging is carried out by wireline equipment (cable equipment, English designation Wireline).
Бурение наклонных и горизонтальных скважин, как правило, производится с использованием оборудования для измерения во время бурения (англ. обозначение MWD) и для каротажа во время бурения (англ. обозначение LWD). Это связанно с тем, что глубина залегания нефте/газоносных пластов может существенно меняться и без оперативного контроля положения скважины и свойств горных пород в околоскважном пространстве велика вероятность выхода скважины из продуктивного пласта или построение неоптимальной скважины с точки зрения нефте/газоотдачи.Directional and horizontal wells are typically drilled using measurement while drilling (MWD) and logging while drilling (LWD) equipment. This is due to the fact that the depth of occurrence of oil / gas reservoirs can change significantly and without operational control of the position of the well and the properties of rocks in the near-wellbore space, there is a high probability of a well coming out of the productive formation or building a sub-optimal well in terms of oil / gas recovery.
Каротаж во время бурения может применяться при бурении вертикальной скважины с целью оперативного контроля вскрытых пластов и с целью остановки бурения сразу после достижения глубины залегания нефте/газоносных пластов.Logging-while-drilling can be used when drilling a vertical well for the purpose of operational control of exposed formations and for the purpose of stopping drilling immediately after reaching the depth of occurrence of oil / gas formations.
В устройствах электромагнитного каротажа, которые зачастую называют приборами индукционного каротажа, работающих на кабеле, как правило, используются коаксиальные антенны с направлением магнитного момента вдоль оси прибора. Такая конфигурация антенн хорошо работает в вертикальных скважинах и скважинах с небольшим углом наклона, позволяет выделять границы пластов, определять горизонтальную компоненту УЭС и оценивать фильтрационные свойства пластов. Индукционные приборы с коаксиальной конфигурацией антенн в основном выполняют возложенные на них задачи.Electromagnetic tools, often referred to as wireline induction tools, typically use coaxial antennas with magnetic moment directed along the tool axis. This antenna configuration works well in vertical wells and wells with a small inclination angle, it allows you to isolate the boundaries of the layers, determine the horizontal component of the resistivity and evaluate the filtration properties of the layers. Induction devices with coaxial antenna configurations mainly perform the tasks assigned to them.
Коаксиальная конфигурация антенн традиционно используется и в индукционных приборах для каротажа во время бурения. Однако в этом случае информации, получаемой с таких устройств, не достаточно чтобы охарактеризовать и учесть влияние анизотропии, а также чтобы определить направление и расстояние до границ пластов. В результате подобные приборы не позволяют заблаговременно корректировать траекторию скважины и поэтому ограничены в применении.Coaxial antenna configurations have traditionally been used in induction LWD tools. However, in this case, the information obtained from such devices is not sufficient to characterize and take into account the effect of anisotropy, as well as to determine the direction and distance to the boundaries of the layers. As a result, such tools do not allow to correct the well trajectory in advance and therefore are limited in application.
Современные приборы индукционного каротажа содержат антенны с различными направлениями магнитного момента, за счет чего способны более полно и достоверно характеризовать электрические свойства околоскважинного пространства. Производство антенн с направлением магнитного момента, не совпадающим с осью прибора, в условиях ограниченного объема и сложных условий эксплуатации сопряжено с большими трудностями. Поэтому существующие приборы, как правило, содержат ограниченное количество антенн, направление магнитного момента которых не совпадает с осью прибора, и, кроме того, большинство из таких антенн представляют собой стандартные коаксиальные антенны, деформированные таким образом, чтобы их магнитный момент был наклонен к оси прибора (патент US 7138803 В2, 21.11.2006).Modern induction logging tools contain antennas with different directions of the magnetic moment, due to which they are able to more fully and reliably characterize the electrical properties of the near-wellbore space. The production of antennas with the direction of the magnetic moment that does not coincide with the axis of the device under conditions of limited volume and difficult operating conditions is associated with great difficulties. Therefore, existing devices, as a rule, contain a limited number of antennas, the direction of the magnetic moment of which does not coincide with the axis of the device, and, in addition, most of these antennas are standard coaxial antennas, deformed so that their magnetic moment is inclined to the axis of the device. (patent US 7138803 B2, 21.11.2006).
Известно устройство каротажа сопротивлений с совмещенными антеннами (RU 2459221 C2,Known device for logging resistivity with aligned antennas (RU 2459221 C2,
- 1 036852- 1 036852
20.08.2012), предполагающее наличие антенн с направлением магнитного момента, перпендикулярным к оси прибора. Данное устройство содержит продолговатый элемент скважинного прибора, первую группу выемок, выполненных в заданном месте в продолговатом элементе скважинного прибора, и первый электрический проводник, проложенный через первую группу выемок с образованием первой антенны, имеющей первую ориентацию, и вторую группу выемок, выполненных в указанном заданном месте продолговатого элемента скважинного прибора, и второй электрический проводник, проложенный через вторую группу выемок с образованием второй антенны, имеющей вторую ориентацию, таким образом, что, по существу, в одном месте элемента скважинного прибора сформированы первая и вторая антенны, причем антенны расположены в одном месте относительно продольной оси и радиальной оси элемента скважинного прибора. В группу выемок, сделанных в корпусе прибора, вставляется проводник, который вместе с корпусом и выемками образует антенну. При этом в описании изобретения указано, что выемки сообщаются между собой посредством отверстий, через которые и укладывается проводник. Выемки по описанию и по смыслу предназначены для прохождения по ним магнитного поля, что само по себе предполагает то, что выемки сделаны в металле, так как в противном случае магнитное поле без труда распространяется в корпусе прибора и выемки не нужны.20.08.2012), assuming the presence of antennas with the direction of the magnetic moment perpendicular to the axis of the device. This device comprises an elongated downhole tool element, a first group of recesses made at a predetermined location in an elongated downhole tool member, and a first electrical conductor laid through the first group of recesses to form a first antenna having a first orientation, and a second group of recesses made at a specified predetermined the location of the elongated element of the downhole tool, and a second electrical conductor laid through the second group of recesses to form a second antenna having a second orientation, so that essentially the first and second antennas are formed in one place of the downhole tool element, and the antennas are located in one location relative to the longitudinal axis and the radial axis of the downhole tool element. A conductor is inserted into a group of recesses made in the device body, which together with the body and the recesses forms an antenna. At the same time, in the description of the invention it is indicated that the recesses communicate with each other by means of holes through which the conductor is laid. According to the description and meaning, the recesses are intended for the passage of a magnetic field through them, which in itself implies that the recesses are made in the metal, since otherwise the magnetic field easily spreads in the device case and the recesses are not needed.
Недостатками данного аналога является то, что проводник, который вместе с корпусом и выемками образует антенну, вставляется не в одну выемку, а в группу выемок, сделанных в корпусе прибора и сообщающихся между собой посредством отверстий. Процесс прокладки проводника через большое количество отверстий представляется затруднительным, особенно если антенна должна содержать множество витков, что, например, необходимо с точки зрения эффективности приемной антенны. Таким образом, подобная конструкция антенн значительно усложняет как производство прибора, так и его обслуживание. Кроме того, в случае если корпус прибора металлический, такие антенны менее эффективны в сравнении с антеннами, изготовленными отдельно и установленными в специально подготовленные выемки, так как у таких антенн часть проводника, проложенная в отверстиях, не участвует в излучении электромагнитного поля, но вносит вклад в активное сопротивление и в паразитную емкость. Понижение эффективности антенн приводит к ухудшению точности определения пространственного распределения удельного электрического сопротивления и ухудшению качества строительства нефтегазовых скважин.The disadvantages of this analogue are that the conductor, which together with the body and the recesses forms an antenna, is inserted not into one recess, but into a group of recesses made in the device body and communicating with each other through holes. The process of routing a conductor through a large number of holes is difficult, especially if the antenna must contain many turns, which, for example, is necessary from the point of view of the efficiency of the receiving antenna. Thus, such an antenna design significantly complicates both the manufacture of the device and its maintenance. In addition, if the body of the device is metal, such antennas are less effective in comparison with antennas made separately and installed in specially prepared recesses, since in such antennas the part of the conductor laid in the holes does not participate in the radiation of the electromagnetic field, but contributes into active resistance and into parasitic capacitance. A decrease in antenna efficiency leads to a deterioration in the accuracy of determining the spatial distribution of electrical resistivity and a deterioration in the quality of construction of oil and gas wells.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является исследование электрических свойств их распределения и анизотропии в скважине и околоскважинном пространстве методом электромагнитного каротажа. Исследования могут проводиться с целью: (i) повышения качества строительства нефтегазовых скважин за счет оперативной интерпретации результатов измерений, (ii) составления геологических разрезов, (iii) определения глубины залегания и оценки запасов полезных ископаемых, (iv) определения состояния ствола скважины, наличия каверн и трещин.The technical problem that the proposed invention solves is to study the electrical properties of their distribution and anisotropy in the well and near the wellbore space by the method of electromagnetic logging. Research can be carried out with the aim of: (i) improving the quality of oil and gas well construction through the prompt interpretation of measurement results, (ii) drawing up geological sections, (iii) determining the depth and assessing mineral reserves, (iv) determining the state of the wellbore, the presence of caverns and cracks.
Технический результат заключается в:The technical result consists in:
(i) повышении эффективности используемых в приборе вставляемых антенн и улучшении метрологических характеристик прибора, (ii) повышении ремонтопригодности и производственной технологичности прибора в сравнении с известными аналогами за счет конструкции и способа сборки, (iii) измерении полной матрицы коэффициентов передачи магнитного поля трехкомпонентными приемником и передатчиком на двух или более частотах и, следовательно, повышении полноты и достоверности определения величины, распределения и анизотропии электрических свойств в скважине и околоскважинном пространстве вне зависимости от ориентации прибора, (iv) упрощении обработки и интерпретации данных за счет того, что приемник и передатчик выполнены секторным методом и, следовательно, имеют более компактные размеры, что является предпочтительным с точки зрения теоретического описания чувствительности прибора к электрическим свойствам окружающего пространства, (v) повышении точности описания электрических свойств окружающего прибор пространства и, следовательно, повышении качества строительства скважин и разведки полезных ископаемых по совокупности особенностей построения прибора.(i) increasing the efficiency of plug-in antennas used in the device and improving the metrological characteristics of the device, (ii) increasing the maintainability and manufacturability of the device in comparison with known analogues due to the design and assembly method, (iii) measuring the full matrix of magnetic field transfer coefficients with a three-component receiver, and transmitter at two or more frequencies and, consequently, increasing the completeness and reliability of determining the magnitude, distribution and anisotropy of electrical properties in the well and near the wellbore space, regardless of the orientation of the tool, (iv) simplifying data processing and interpretation due to the fact that the receiver and transmitter are made sector method and, therefore, have more compact dimensions, which is preferable from the point of view of the theoretical description of the sensitivity of the device to the electrical properties of the surrounding space, (v) increasing the accuracy of describing the electrical properties of the surrounding device p space and, consequently, improving the quality of well construction and mineral exploration in terms of the set of features of the construction of the device.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата способ изготовления электромагнитного сканера включает следующие стадии: в продолговатом корпусе электромагнитного сканера выполняют выемки, устанавливают в выемки по меньшей мере один передатчик, излучающий электромагнитное поле и по меньшей мере один приемник, принимающий электромагнитное поле, каждый из которых содержит антенны и электронные платы, предварительно собирают по меньшей мере одну антенну путем намотки на диэлектрическую основу проводника, в каждую выемку, предназначенную для установки антенн и сделанную в корпусе прибора, вставляют по меньшей мере одну диэлектрическую основу с намотанным проводником, представляющую собой антенну в собранном виде.To solve the problem with the achievement of the claimed technical result, the method of manufacturing an electromagnetic scanner includes the following stages: grooves are made in the elongated body of the electromagnetic scanner, at least one transmitter emitting an electromagnetic field and at least one receiver receiving an electromagnetic field are installed in the grooves. which contains antennas and electronic boards, at least one antenna is pre-assembled by winding a conductor on a dielectric base, at least one dielectric base with a wound conductor is inserted into each recess for installing antennas and made in the device body, which is an antenna in assembled.
Собранные антенны, вставленные в выемки, выполненные в корпусе, закрывают диэлектрическими крышками или композитными крышками, состоящими из металла и диэлектрика.Assembled antennas inserted into recesses made in the housing are covered with dielectric covers or composite covers consisting of metal and dielectric.
Антенны работают по меньшей мере на двух заданных частотах из радиоволнового диапазона.The antennas operate at at least two predetermined frequencies from the radio wavelength range.
- 2 036852- 2 036852
Корпус электромагнитного сканера может выполняться разборным и содержать продолговатый элемент шасси и по меньшей мере одну втулку, выполненную в виде полого цилиндра. Втулки последовательно в заданном порядке надеваются на шасси и крепятся на шасси подходящим разъемным соединением, предотвращающим проворот и смещение втулок относительно шасси.The body of the electromagnetic scanner can be made collapsible and contain an elongated chassis element and at least one sleeve made in the form of a hollow cylinder. The bushings are sequentially put on the chassis in a predetermined order and secured to the chassis by a suitable connector that prevents the bushings from twisting and shifting relative to the chassis.
В корпус электромагнитного сканера устанавливается по меньшей мере один передатчик, излучающий электромагнитное поле, и по меньшей мере один приемник, принимающий электромагнитное поле. Приемник и передатчик содержат по меньшей мере по три антенны и по меньшей мере по три антенны в приемнике и передатчике имеют линейно независимые направления магнитного момента.At least one transmitter emitting an electromagnetic field and at least one receiver receiving an electromagnetic field are installed in the body of the electromagnetic scanner. The receiver and the transmitter contain at least three antennas and at least three antennas in the receiver and transmitter have linearly independent directions of the magnetic moment.
Не менее двух антенн по меньшей мере одного приемника и одного передатчика устанавливаются в одном месте вдоль длины корпуса таким образом, что поперечное сечение корпуса условно делится на сектора, и каждая антенна устанавливается в свой сектор.At least two antennas of at least one receiver and one transmitter are installed in one place along the length of the housing in such a way that the cross-section of the housing is conventionally divided into sectors, and each antenna is installed in its own sector.
Электромагнитный сканер, выполненный указанным выше способом, содержит корпус, выемки, выполненные в корпусе, установленные в выемках антенны и электронные платы, при этом в каждую выемку, выполненную в корпусе и предназначенную для установки антенн, установлена по меньшей мере одна антенна.The electromagnetic scanner made in the above way comprises a body, recesses made in the body, installed in the recesses of the antenna and electronic boards, and at least one antenna is installed in each recess made in the body and intended for mounting antennas.
Антенны, вставленные в выемки, выполненные в корпусе, закрыты диэлектрическими крышками или композитными крышками, выполненными из диэлектрика и металла.Antennas inserted into recesses made in the housing are covered with dielectric covers or composite covers made of dielectric and metal.
Антенны способны работать по меньшей мере на двух заданных частотах из радиоволнового диапазона.Antennas are capable of operating at least two predetermined frequencies from the radio wavelength range.
Корпус сканера выполнен разборным и содержит продолговатый элемент шасси и по меньшей мере одну втулку, выполненную в виде полого цилиндра, в собранном виде втулки надеты на шасси в заданном порядке и закреплены на шасси подходящим разъемным соединением, предотвращающим проворот и смещение втулок относительно шасси.The scanner body is collapsible and contains an elongated chassis element and at least one sleeve made in the form of a hollow cylinder, in assembled form, the sleeves are put on the chassis in a predetermined order and fixed to the chassis by a suitable detachable connection that prevents the sleeves from turning and displacement relative to the chassis.
Электромагнитный сканер содержит по меньшей мере один передатчик, излучающий электромагнитное поле, и по меньшей мере один приемник, принимающий электромагнитное поле, которые содержат по меньшей мере по три антенны и по меньшей мере по три антенны в приемнике и передатчике имеют линейно независимые направления магнитного момента.The electromagnetic scanner contains at least one transmitter emitting an electromagnetic field and at least one receiver that receives an electromagnetic field, which contain at least three antennas and at least three antennas in the receiver and transmitter have linearly independent directions of the magnetic moment.
Не менее двух антенн по меньшей мере одного приемника и одного передатчика установлены в одном месте вдоль длины корпуса таким образом, что каждая антенна расположена в своем секторе поперечного сечения корпуса.At least two antennas of at least one receiver and one transmitter are installed in one place along the length of the body in such a way that each antenna is located in its own sector of the cross-section of the body.
Поперечное сечение корпуса имеет три, или четыре, или шесть, или восемь секторов, предназначенных для установки антенн приемника или передатчика, при этом при выполнении трех секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно первой антенны, а магнитный момент третьей антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно второй антенны, при выполнении четырех секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно первой антенны, магнитный момент третьей антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно второй антенны, а магнитный момент четвертой антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно третьей антенны при выполнении шести секторов, каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент третьей антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно первой антенны, магнитный момент четвертой антенны направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент пятой антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно третьей антенны, а магнитный момент шестой антенны направлен вдоль оси корпуса, при выполнении восьми секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент третьей антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно первой антенны, магнитный момент четвертой антенны направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент пятой антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно третьей антенны, магнитный момент шестой антенны направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент седьмой антенны направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно пятой антенны, а магнитный момент восьмой антенны направлен вдоль оси корпуса.The cross-section of the housing has three, or four, or six, or eight sectors intended for mounting the antennas of the receiver or transmitter, while when performing three sectors, each antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna is directed across the axis of the housing and rotated by 120 ° relative to the first antenna, and the magnetic moment of the third antenna is directed across the axis of the housing and rotated 120 ° relative to the second antenna, when performing four sectors, each antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the first antenna, the magnetic moment of the third antenna is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the second antenna, and the magnetic moment of the fourth antenna is directed across hull axles and rotated by 90 ° relative to the third antenna when performing six sectors, each antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the third antenna is directed across the axis of the housing and rotated by 120 ° with respect to the first antenna, the magnetic moment of the fourth antenna is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the fifth antenna is directed across the axis of the housing and rotated by 120 ° relative to the third antenna, and the magnetic moment of the sixth antenna is directed along the axis of the housing, with eight sectors each the antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the third antenna is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the first antenna, the magnetic moment of the fourth antenna is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the fifth antenna is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the third antenna, the magnetic moment of the sixth antenna is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the seventh antenna is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the fifth antenna, and the magnetic the moment of the eighth antenna is directed along the axis of the body.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Фиг. 1 - схематическое изображение прибора.FIG. 1 is a schematic representation of the device.
Фиг. 2 - варианты посекторной укладки антенн двухосевых приемников или передатчиков.FIG. 2 - options for sector-by-sector laying of antennas for two-axis receivers or transmitters.
Фиг. 3 - варианты посекторной укладки антенн трехосевых приемников или передатчиков.FIG. 3 - options for sector-by-sector laying of antennas for three-axis receivers or transmitters.
Фиг. 4 - двухосевая посекторная укладка с дополнением до трехосевой.FIG. 4 - two-axis sector-by-sector paving with addition to three-axis paving.
На фигурах элементы обозначены следующими позициями:In the figures, elements are indicated by the following reference numbers:
- продолговатый корпус прибора,- oblong device body,
- 3 036852- 3 036852
- трехосевой передатчик,- three-axis transmitter,
- трехосевой приемник,- three-axis receiver,
- декартова система координат, связанная с прибором,- Cartesian coordinate system associated with the device,
- сектор для укладки первой антенны при трехсекторной укладке,- sector for laying the first antenna in a three-sector installation,
- сектор для укладки второй антенны при трехсекторной укладке,- sector for laying the second antenna for three-sector laying,
- сектор для укладки третьей антенны при трехсекторной укладке,- sector for laying the third antenna for three-sector laying,
- сектор для укладки первой антенны при четырехсекторной укладке,- sector for laying the first antenna for four-sector laying,
- сектор для укладки второй антенны при четырехсекторной укладке,- sector for laying the second antenna for four-sector laying,
- сектор для укладки третьей антенны при четырехсекторной укладке,- sector for laying the third antenna for four-sector laying,
- сектор для укладки четвертой антенны при четырехсекторной укладке,- sector for laying the fourth antenna for four-sector laying,
- сектор для укладки первой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the first antenna with six-sector laying,
- сектор для укладки второй антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the second antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки третьей антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the third antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки четвертой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the fourth antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки пятой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the fifth antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки шестой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the sixth antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки первой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the first antenna with six-sector laying,
- сектор для укладки второй антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the second antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки третьей антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the third antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки четвертой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the fourth antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки пятой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the fifth antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки шестой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the sixth antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки седьмой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the seventh antenna for six-sector laying,
- сектор для укладки восьмой антенны при шестисекторной укладке,- sector for laying the eighth antenna for six-sector laying,
- антенны с секторной укладкой и с двумя линейно независимыми направлениями моментов, ортогональными оси прибора,- antennas with sector stacking and with two linearly independent directions of moments, orthogonal to the axis of the device,
- коаксиальная антенна с направлением магнитного момента вдоль оси прибора.- coaxial antenna with the direction of the magnetic moment along the axis of the device.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Электромагнитный 3D-сканер предназначен для применения как в бурящихся скважинах, так и в уже пробуренных скважинах.The electromagnetic 3D scanner is designed for use in both drilled wells and already drilled wells.
В первом случае электромагнитный 3D-сканер эксплуатируется в составе оборудования для каротажа во время бурения, которое входит в так называемую компоновку низа бурильной колонны (КНБК), буровой колонны для бурения в толще горных пород. Бурение с помощью буровой колонны осуществляется на базе бурового комплекса, включающего целый ряд устройств и приспособлений для осуществления бурения. Процесс и оборудование бурения скважин хорошо известны и поэтому здесь подробно не рассматриваются. Оборудование для каротажа во время бурения включает в себя (i) источник электрического питания, который, например, может бы выполнен в виде батареи из химических элементов питания или в виде генератора электрического тока, приводимого в действие потоком бурового раствора; (ii) датчики и устройства для выполнения различных измерений, связанных со строительством и эксплуатацией скважины, к которым, например, относятся приборы гамма-каротажа, инклинометрические приборы, предназначенные для измерения зенитного и азимутального угла буровой колонны, электромагнитные каротажные приборы, к которым относится электромагнитный 3D-сканер; (iii) телеметрическую систему, которая обеспечивает передачу полученной информации на поверхность земли и, возможно, принимает управляющие сигналы с поверхности земли, для передачи информации могут использоваться различные каналы связи, например гидравлический, электромагнитный каналы или проводной канал, составные части которого встроены в буровые трубы. В процессе бурения данные, полученные с помощью электромагнитного 3D-сканера, передаются на поверхность земли, с помощью какого-либо канала связи, например с помощью гидравлического или с помощью электромагнитного канала связи. Полученные в процессе бурения данные с электромагнитного 3D-сканера используются для геонавигации и управления направлением бурения. Кроме того, данные пишутся в энергонезависимую память оборудования или прибора.In the first case, the electromagnetic 3D scanner is used as part of LWD equipment, which is part of the so-called bottom hole assembly (BHA), a drill string for drilling in rock strata. Drilling with a drill string is carried out on the basis of a drilling complex, which includes a number of devices and accessories for drilling. The process and equipment for drilling wells are well known and therefore not discussed in detail here. The LWD equipment includes (i) an electrical power source, which, for example, could be a battery of chemical batteries or an electric current generator driven by a flow of drilling fluid; (ii) sensors and devices for performing various measurements associated with the construction and operation of a well, which, for example, include gamma-ray logging tools, directional tools designed to measure the zenith and azimuth angle of the drill string, electromagnetic logging tools, which include electromagnetic 3D scanner; (iii) a telemetry system that provides the transmission of the received information to the surface of the earth and, possibly, receives control signals from the surface of the earth; various communication channels can be used to transmit information, for example, hydraulic, electromagnetic channels or a wire channel, the components of which are built into the drill pipes ... In the process of drilling, the data obtained using an electromagnetic 3D scanner is transmitted to the surface of the earth, using any communication channel, for example, using a hydraulic or electromagnetic communication channel. The data obtained during the drilling process from the electromagnetic 3D scanner is used for geosteering and direction control. In addition, data is written to the non-volatile memory of the equipment or device.
В случае использования электромагнитного 3D-сканера в уже пробуренных скважинах он эксплуатируется в составе оборудования для каротажа на кабеле, который проводится в вертикальных разведочных скважинах (каротаж на кабеле) или горизонтальных и наклонных скважинах (каротаж на жестком кабеле или трубах), для определения глубины залегания продуктивных нефте/газоносных пластов и оценки их продуктивности и величины запасов. Электрическое питание оборудования производиться по каротажному кабелю или от автономного источника питания, представляющего из себя батарею химических элементов питания. Аналогично случаю каротажа во время бурения оборудование для каротажа на кабеле включает датчики и устройства для выполнения различных измерений, в том числе электромагнитный 3D-сканер. Данные, полученные электромагнитным -сканером в процессе каротажа, передаются на поверхность земли по каротажному кабелю или пишутся в энергонезависимую память оборудования или прибора и используются для поиска нефте/газоносных пластов, определения глубины их залегания иIn the case of using an electromagnetic 3D scanner in already drilled wells, it is used as part of equipment for wireline logging, which is carried out in vertical exploration wells (wireline logging) or horizontal and deviated wells (logging on rigid cable or pipes), to determine the depth productive oil / gas reservoirs and assessments of their productivity and reserves. The equipment is powered by a logging cable or from an autonomous power source, which is a battery of chemical batteries. Similar to LWD, wireline LWD equipment includes sensors and devices for performing various measurements, including an electromagnetic 3D scanner. The data obtained by the electromagnetic scanner during the logging process is transmitted to the surface of the earth via a logging cable or is written into the non-volatile memory of the equipment or instrument and is used to search for oil / gas reservoirs, determine their depth and
- 4 036852 оценки их продуктивности.- 4 036852 assessments of their productivity.
Процесс каротажа и оборудование для проведения каротажа с использованием перечисленных выше методов хорошо известны из уровня техники и здесь рассмотрены лишь поверхностно.The logging process and equipment for logging using the above methods are well known in the art and are discussed only superficially.
Электромагнитный 3D-сканер состоит из продолговатого корпуса, обеспечивающего размещение и фиксацию элементов прибора, защиту элементов от внешних физических воздействий;Electromagnetic 3D scanner consists of an elongated body that provides placement and fixation of device elements, protection of elements from external physical influences;
по меньшей мере одного приемника и передатчика, содержащих приемные и передающие антенны соответственно, обеспечивающие излучение и прием электромагнитного поля;at least one receiver and transmitter containing receiving and transmitting antennas, respectively, providing radiation and reception of the electromagnetic field;
электронных плат, соединительных проводов и разъемов, обеспечивающих работу антенн, измерение, обработку, передачу и хранение информации;electronic boards, connecting wires and connectors that ensure the operation of antennas, measurement, processing, transmission and storage of information;
электрического источника питания, который может быть как внешним, так и внутренним.an electrical power source, which can be either external or internal.
Электромагнитный 3D-сканер содержит по меньшей мере один трехосевой передатчик 2 и один трехосевой приемник 3, которые работают на двух или более частотах из радиодиапазона. Под приемником и передатчиком здесь и далее подразумевается совокупность из одной или более антенн и соответствующих электронных плат. Трехосевые приемники 3 и передатчики 2 содержат по меньшей мере три антенны с линейно независимым направлением магнитного момента. Магнитные моменты параллельны осям декартовой системы координат 4.The electromagnetic 3D scanner contains at least one three-axis transmitter 2 and one three-axis receiver 3, which operate at two or more frequencies from the radio range. A receiver and a transmitter is hereinafter meant a combination of one or more antennas and corresponding electronic boards. Three-axis receivers 3 and transmitters 2 contain at least three antennas with a linearly independent direction of the magnetic moment. The magnetic moments are parallel to the axes of the Cartesian coordinate system 4.
При подаче электрического питания электронные платы последовательно подают на каждую из передающих антенн переменный электрический ток. В результате в окружающем пространстве возбуждается первичное переменное электромагнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает индукционные токи. Распределение токов в пространстве определяется распределением и анизотропией электрических свойств в окружающем антенну объеме. Индуцированные токи являются источниками вторичного электромагнитного поля, которое вместе с первичным полем вызывает ЭДС индукции во всех приемных антеннах электромагнитного 3D-сканера. ЭДС индукции, наведенное на антеннах, измеряется соответст вующими антеннам электронными платами.When electric power is applied, the electronic boards are sequentially supplied to each of the transmitting antennas with alternating electric current. As a result, a primary alternating electromagnetic field is excited in the surrounding space, which, in turn, excites induction currents. The distribution of currents in space is determined by the distribution and anisotropy of electrical properties in the volume surrounding the antenna. The induced currents are the sources of the secondary electromagnetic field, which together with the primary field causes the induction EMF in all receiving antennas of the electromagnetic 3D scanner. The induction emf induced on the antennas is measured by the electronic boards corresponding to the antennas.
За счет наличия трех линейно независимых магнитных моментов в трехосевых передатчике и приемнике прибор позволяет получить полную матрицу коэффициентов передачи магнитного поля от передатчика к приемнику, которая определяется следующими уравнениями:Due to the presence of three linearly independent magnetic moments in a three-axis transmitter and receiver, the device allows obtaining a complete matrix of the transmission coefficients of the magnetic field from the transmitter to the receiver, which is determined by the following equations:
^Ri.Tj = *ωΜθ ^Ri^Tj hj mRi mTj> ij — 1<2,3 i^XX hyx ^zx\ h = I h-xy hyy ^zy I \^XZ hyz h-ZZ/ где i - комплексная единица, ω - круговая частота, μ0 - магнитная постоянная, VRi,'T| - ЭДС индукции в приемной антенне i при работе передающей антенны j, SR| и STj - полная площадь i-й приемной антенны и j-й передающей антенны соответственно, ITj - ток в j-й передающей антенне, и - единичные векторы направления магнитного момента i-й приемной антенны и j-й передающей антенны соответственно. Используя матрицу коэффициентов передачи магнитного поля , можно охарактеризовать величину УЭС и анизотропию УЭС и величину и анизотропию диэлектрической проницаемости вне зависимости от ориентации прибора, а наличие по меньшей мере двух частот и одновременное измерение, как запаздывания, так и затухания (^ - комплексна), прошедшего через среду электромагнитного поля, позволяет зафиксировать и охарактеризовать неоднородность УЭС и диэлектрической проницаемости. Благодаря этому электромагнитный 3D-сканер способен решать следующие задачи:^ Ri.Tj = * ω Μθ ^ Ri ^ Tj hj m Ri m Tj> ij - 1 <2,3 i ^ XX hyx ^ zx \ h = I h-xy hyy ^ zy I \ ^ XZ hyz h-ZZ / where i - complex unit, ω - angular frequency, μ 0 - magnetic constant, V Ri , ' T | - EMF of induction in the receiving antenna i when the transmitting antenna j, S R | and S T j are the total area of the i-th receiving antenna and the j-th transmitting antenna, respectively, I T j is the current in the j-th transmitting antenna, and are the unit vectors of the direction of the magnetic moment of the i-th receiving antenna and the j-th transmitting antenna respectively. Using the matrix of the magnetic field transfer coefficients, it is possible to characterize the magnitude of the resistivity and the anisotropy of the resistivity and the magnitude and anisotropy of the dielectric constant, regardless of the orientation of the device, and the presence of at least two frequencies and the simultaneous measurement of both delay and attenuation (t - complex), passed through the environment of the electromagnetic field, allows you to fix and characterize the inhomogeneity of the resistivity and dielectric constant. Thanks to this, the electromagnetic 3D scanner is able to solve the following tasks:
позиционирование прибора относительно кровли и/или подошвы геологического пласта;positioning the tool relative to the top and / or bottom of the geological formation;
определение распределения электрических свойств и их анизотропии горных пород и жидких сред в объеме скважины и в околоскважинном пространстве.determination of the distribution of electrical properties and their anisotropy of rocks and fluids in the volume of the well and in the near-wellbore space.
Корпус электромагнитного 3D-сканера может быть выполнен различным, обеспечивающим достаточную прочность и защиту устройства от внешних условий.The housing of the electromagnetic 3D scanner can be made of various types, providing sufficient strength and protection of the device from external conditions.
Для применения в составе оборудования для каротажа во время бурения корпус электромагнитного 3D-сканера может быть изготовлен из бурильной трубы, предпочтительно выполненной из немагнитного материала.For use in LWD equipment, the body of the electromagnetic 3D scanner can be made of drill pipe, preferably made of a non-magnetic material.
В теле трубы выполняются выемки под размещение антенн и электронных плат. Выемки сообщаются между собой посредством каналов. Также при необходимости выполняются технологические выемки, дополнительно облегчающие монтаж устройства. Выемки и каналы между выемками можно выполнить разными способами, например механической обработкой (точение, фрезерование, сверление и т.д.), литьем, методом обработки материалов давлением (штамповка, ковка и т.д.) или электрохимической обработкой. Выемки закрываются крышками, которые обеспечивают герметичность выемки относительно внешней среды. Крышки, предназначенные для выемок, в которых размещена хоть одна антенна, выполняются с применением диэлектрических материалов, обеспечивающих прохождение электромагнитного поля из соответствующей выемки наружу и обратно. Например, такие крышки могут бытьIn the body of the pipe, recesses are made for placing antennas and electronic boards. The notches communicate with each other through channels. Also, if necessary, technological recesses are made, which additionally facilitate the installation of the device. The recesses and channels between the recesses can be made in a variety of ways, such as machining (turning, milling, drilling, etc.), casting, material forming (stamping, forging, etc.) or electrochemical machining. The recesses are closed by covers, which ensure the tightness of the recess against the external environment. The covers intended for the recesses in which at least one antenna is located are made using dielectric materials that ensure the passage of the electromagnetic field from the corresponding recess to the outside and back. For example, such covers can be
- 5 036852 полностью диэлектрическими или диэлектрическими с механическим усилением металлическими вставками в заданных местах или металлическими с отверстиями, заполненными диэлектрическим материалом. Герметичность крышек обеспечивается уплотнительными элементами, проложенными между крышкой и корпусом. Крепление крышек производиться любым подходящим образом. Могут применяться как разъемные соединения, как то: болтовые, винтовые, шпоночные, штифтовые и др., так и неразъемные, как то: склейка, пайка, сварка.- 5 036852 fully dielectric or dielectric with mechanical reinforcement with metal inserts in specified places or metal with holes filled with a dielectric material. The tightness of the covers is ensured by the sealing elements placed between the cover and the body. The covers can be fastened in any suitable way. Can be used as detachable connections, such as: bolted, screw, keyway, pin, etc., and one-piece, such as gluing, soldering, welding.
Антенны представляют из себя диэлектрическую основу с намотанным на нее проводником. Основа может быть выполнена как из магнитного, так из немагнитного диэлектрического материала. Проводник выполняется из хорошо проводящих металлов, например медь, и может иметь произвольное сечение, например круглое или прямоугольное, с большим отношением ширины к толщине (фольга). Чтобы улучшить электротехнические качества антенн и скомпенсировать паразитные контура, меняющие направление магнитного момента от целевого, намотка проводника на основу может производиться различными способами, например может использоваться бифилярная или секционная намотка. Как правило, на основе антенны делаются технологические каналы и выступы, повышающие детерминированность намотки. Антенны собираются отдельно от электромагнитного сканера и представляют из себя отдельные устройства, которые при монтаже прибора вставляются в соответствующие выемки. Это позволяет (i) контролировать качество изготовления антенн и их эксплуатационные характеристики; (ii) упрощает производство прибора, его ремонт и технологическое обслуживание; (iii) позволяет добиться лучших технических характеристик прибора, так как такие антенны обладают лучшими электротехническими качествами по сравнению с антеннами, известными из уровня техники. Антенны крепятся в выемках любым подходящим образом. Могут применяться как разъемные соединения, как то: болтовые, винтовые, шпоночные, штифтовые и др., так и неразъемные, как то: склейка, пайка, сварка.Antennas are a dielectric base with a conductor wound around it. The base can be made of both magnetic and non-magnetic dielectric material. The conductor is made of highly conductive metals, for example copper, and can have an arbitrary cross-section, for example, round or rectangular, with a large ratio of width to thickness (foil). To improve the electrical properties of the antennas and compensate for parasitic circuits that change the direction of the magnetic moment from the target, the conductor can be wound on the base in various ways, for example, bifilar or sectional winding can be used. As a rule, technological channels and protrusions are made on the basis of the antenna, increasing the determinism of the winding. Antennas are assembled separately from the electromagnetic scanner and are separate devices that are inserted into the corresponding recesses during the installation of the device. This allows (i) control of antenna manufacturing quality and performance; (ii) simplifies the manufacture of the device, its repair and technological maintenance; (iii) allows for better performance of the device since such antennas have better electrical performance than prior art antennas. The antennas are mounted in the recesses in any suitable way. Can be used as detachable connections, such as: bolted, screw, keyway, pin, etc., and one-piece, such as gluing, soldering, welding.
Электронные платы могут содержать активные и пассивные электронные компоненты, микроконтроллеры, микропроцессоры и ПЛИС. Электронные платы обеспечивают работу антенн, измерение характеристик прошедшего через среду поля и при необходимости обработку, передачу и хранение результатов измерения.Electronic boards can contain active and passive electronic components, microcontrollers, microprocessors and FPGAs. Electronic boards provide operation of antennas, measurement of characteristics of the field passed through the medium and, if necessary, processing, transmission and storage of measurement results.
Монтаж прибора происходит в следующей последовательности: (i) прокладываются соединительные и, возможно, транзитные провода по каналам корпуса, монтируются и подключаются разъемы; (ii) электронные платы вставляются в соответствующие выемки и подключаются к проводам; (iii) в соответствующие выемки вставляются антенны и подключаются к электронным платам; (iv) выемки закрываются крышками.The installation of the device takes place in the following sequence: (i) connecting and possibly transit wires are laid through the channels of the case, connectors are mounted and connected; (ii) the electronic boards are inserted into the corresponding recesses and connected to the wires; (iii) the antennas are inserted into the corresponding recesses and connected to the electronic boards; (iv) the recesses are covered by covers.
Также при необходимости стандартные коаксиальные антенны или антенны с наклоненным направлением магнитного момента могут быть смонтированы на корпус, например, основание антенны может состоять из нескольких частей, которые собираются в выемке корпуса, после чего производится намотка проводника на готовое основание.Also, if necessary, standard coaxial antennas or antennas with an inclined direction of the magnetic moment can be mounted on the housing, for example, the antenna base can consist of several parts that are assembled in a recess in the housing, after which the conductor is wound onto the finished base.
Корпус устройства может быть выполнен разборным и содержать шасси и втулки. Шасси выполняется следующим образом, на наружной поверхности трубы выполнены посадочные места для установки электронных плат, соединительные каналы и технологические выемки. Втулки представляют из себя полые цилиндры, в некоторых из которых выполнены выемки для установки антенн и/или технологические выемки с соответствующими крышками. На внутренней поверхности втулок и наружной поверхности шасси выполнены элементы или механизмы, предотвращающие проворот втулок относительно трубы. Антенны, крышки и электронные платы аналогичны предыдущему варианту исполнения.The body of the device can be made collapsible and contain a chassis and bushings. The chassis is made as follows, on the outer surface of the pipe there are seats for installing electronic cards, connecting channels and technological recesses. The sleeves are hollow cylinders, some of which have recesses for mounting antennas and / or technological recesses with corresponding covers. On the inner surface of the bushings and the outer surface of the chassis, elements or mechanisms are made to prevent the bushings from rotating relative to the pipe. Antennas, covers and electronic boards are the same as in the previous version.
В этом случае монтаж прибора происходит в следующей последовательности: (i) в шасси прибора прокладываются соединительные и, возможно, транзитные провода, монтируются и подключаются разъемы; (ii) электронные платы монтируются на соответствующие посадочные места и подключаются к проводам; (iii) антенны вставляются в соответствующие выемки на втулках; (iv) пустые втулки и втулки с установленными антеннами последовательно надеваются на трубу; (v) антенны подключаются к соответствующим электронным платам; (vi) установленные втулки крепятся на соответствующих им местах; (vii) технологические выемки и выемки под антенны закрываются соответствующими крышками.In this case, the installation of the device takes place in the following sequence: (i) connecting and, possibly, transit wires are laid in the chassis of the device, connectors are mounted and connected; (ii) electronic boards are mounted on appropriate slots and connected to wires; (iii) the antennas are inserted into the corresponding recesses on the bushings; (iv) empty bushings and bushings with installed antennas are sequentially put on the pipe; (v) antennas are connected to the appropriate electronic boards; (vi) the installed bushings are secured in their respective places; (vii) technological recesses and recesses for antennas are closed with appropriate covers.
В описанном варианте крышки на втулке с антеннами могут быть выполнены в виде цилиндрического кожуха. Герметизация таких крышек может проходить не только между крышкой и соответствующей втулкой, но и между крышкой и соседними втулками. Монтаж таких крышек производится сразу после монтажа соответствующей втулки.In the described embodiment, the covers on the sleeve with antennas can be made in the form of a cylindrical casing. The sealing of such covers can take place not only between the cover and the corresponding sleeve, but also between the cover and adjacent sleeves. Installation of such covers is carried out immediately after the installation of the corresponding sleeve.
В случае применения в составе оборудования для каротажа на кабеле корпус электромагнитного 3D-сканера может быть, например, изготовлен и смонтирован в целом аналогично предыдущему способу. Главное отличие заключается в том, что при каротаже на кабеле нет необходимости во внутреннем пространстве трубы, по которому в случае каротажа во время бурения циркулирует буровой раствор. Поэтому вместо трубы может использоваться сплошной цилиндр, или внутреннее пространство трубы может быть использовано в качестве канала для прокладки соединительных проводов.In the case of application as part of equipment for wireline logging, the housing of the electromagnetic 3D scanner can, for example, be manufactured and mounted in general similar to the previous method. The main difference is that wireline logging does not require the internal space of the pipe through which the drilling fluid circulates in the case of logging while drilling. Therefore, instead of a pipe, a solid cylinder can be used, or the interior of the pipe can be used as a conduit for routing connecting wires.
Прибор может содержать не только трехосевые приемники и передатчики, но и двух- и одноосевые, которые по аналогии с трехосевыми должны включать в себя не менее двух (двухосевые) и одной (одно- 6 036852 осевые) антенн с линейно независимыми магнитными моментами. Примерами одноосевых приемников (передатчиков) служат коаксиальные и наклонные приемники (передатчики), известные из уровня техники.The device can contain not only three-axis receivers and transmitters, but also two- and single-axis ones, which, by analogy with three-axis ones, must include at least two (two-axis) and one (one- 6 036852 axial) antennas with linearly independent magnetic moments. Examples of single-axis receivers (transmitters) are coaxial and tilt receivers (transmitters) known in the art.
Конфигурация и количество антенн в приемнике (передатчике) могут быть существенно разными. Один из вариантов - посекторное расположение антенн в заданном поперечном сечении прибора. В этом варианте кольцевое поперечное сечение прибора условно делится на сектора по количеству антенн, и каждая из антенн располагается в своем секторе.The configuration and number of antennas in the receiver (transmitter) can be significantly different. One of the options is the sector-by-sector arrangement of the antennas in a given cross-section of the device. In this embodiment, the annular cross-section of the device is conventionally divided into sectors according to the number of antennas, and each of the antennas is located in its own sector.
Характерные варианты посекторной укладки антенн продемонстрированы на фиг. 2 и 3.Typical variants of the sector-by-sector stacking of antennas are shown in Fig. 2 and 3.
Поперечное сечение корпуса может иметь три, или четыре, или шесть, или восемь секторов, предназначенных для установки антенн приемника или передатчика. При выполнении трех секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны 5 направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны 6 направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно первой антенны 5, а магнитный момент третей антенны 7 направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно второй антенны 6. При выполнении четырех секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны 8 направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны 9 направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно первой антенны 8, магнитный момент третьей антенны 10 направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно второй антенны 9, а магнитный момент четвертой антенны 11 направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно третьей антенны 10. При выполнении шести секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны 12 направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны 13 направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент третьей антенны 14 направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно первой антенны 12, магнитный момент четвертой антенны 15 направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент пятой антенны 16 направлен поперек оси корпуса и повернут на 120° относительно третьей антенны 14, а магнитный момент шестой антенны 17 направлен вдоль оси корпуса. При выполнении восьми секторов каждая антенна установлена в своем секторе в такой последовательности, что магнитный момент первой антенны 18 направлен поперек оси корпуса, магнитный момент второй антенны 19 направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент третьей антенны 20 направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно первой антенны 18, магнитный момент четвертой антенны 21 направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент пятой антенны 22 направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно третьей антенны 20, магнитный момент шестой антенны 23 направлен вдоль оси корпуса, магнитный момент седьмой антенны 24 направлен поперек оси корпуса и повернут на 90° относительно пятой антенны 22, а магнитный момент восьмой антенны 25 направлен вдоль оси корпуса.The cross-section of the housing can have three, or four, or six, or eight sectors for mounting the antennas of the receiver or transmitter. When performing three sectors, each antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna 5 is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna 6 is directed across the axis of the housing and rotated by 120 ° relative to the first antenna 5, and the magnetic moment of the third antenna 7 directed across the axis of the housing and rotated by 120 ° relative to the second antenna 6. When performing four sectors, each antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna 8 is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna 9 is directed across the axis of the housing and is rotated 90 ° relative to the first antenna 8, the magnetic moment of the third antenna 10 is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the second antenna 9, and the magnetic moment of the fourth antenna 11 is directed across the axis of the housing and rotated 90 ° relative to the third antenna 10. When performing six sectors, each antenna is installed in its own sector in such sequence that the magnetic moment of the first antenna 12 is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna 13 is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the third antenna 14 is directed across the axis of the housing and rotated 120 ° relative to the first antenna 12, the magnetic moment of the fourth antenna 15 is directed along the axis housing, the magnetic moment of the fifth antenna 16 is directed across the axis of the housing and rotated by 120 ° relative to the third antenna 14, and the magnetic moment of the sixth antenna 17 is directed along the axis of the housing. When performing eight sectors, each antenna is installed in its sector in such a sequence that the magnetic moment of the first antenna 18 is directed across the axis of the housing, the magnetic moment of the second antenna 19 is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the third antenna 20 is directed across the axis of the housing and rotated by 90 ° relative to the first antenna 18, the magnetic moment of the fourth antenna 21 is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the fifth antenna 22 is directed across the axis of the housing and rotated by 90 ° relative to the third antenna 20, the magnetic moment of the sixth antenna 23 is directed along the axis of the housing, the magnetic moment of the seventh antenna 24 is directed across the axis of the housing and is rotated by 90 ° relative to the fifth antenna 22, and the magnetic moment of the eighth antenna 25 is directed along the axis of the housing.
На фиг. 2 продемонстрированы двухосевые варианты укладки с тремя и четырьмя антеннами, а на фиг. 3 - трехосевые варианты укладки с шестью и восьмью антеннами.FIG. 2 shows biaxial stacking options with three and four antennas, and FIG. 3 - Three-axis stacking options with six and eight antennas.
В случае двухосевой посекторной укладки, примеры которой приведены на фиг. 2, приемник или передатчик можно дополнить до трехосевого дополнительными антеннами, расположенными неподалеку вдоль оси прибора. Например, двухосевая укладка с магнитными моментами антенн 26, ортогональными оси прибора, может быть дополнена коаксиальной антенной 27 (фиг. 4).In the case of a biaxial sector-by-sector stacking, examples of which are shown in FIG. 2, the receiver or transmitter can be supplemented up to a three-axis with additional antennas located nearby along the axis of the device. For example, a biaxial stacking with magnetic moments of antennas 26 orthogonal to the axis of the device can be supplemented with a coaxial antenna 27 (FIG. 4).
Преимуществом такого метода укладки антенн является то, что большое количество антенн может быть расположено в одном месте вдоль длины корпуса прибора. Благодаря чему сокращаются габариты приемников и передатчиков прибора. Приемники и передатчики с меньшими габаритами лучше поддаются теоретическому описанию с точки зрения их чувствительности к электрическим свойствам окружающего пространства, что, в свою очередь, приводит к повышению точности описания электрических свойств среды в окружающем прибор пространстве.The advantage of this antenna stacking method is that a large number of antennas can be located in one location along the length of the instrument body. This reduces the size of the receivers and transmitters of the device. Receivers and transmitters with smaller dimensions lend themselves better to theoretical description in terms of their sensitivity to the electrical properties of the surrounding space, which, in turn, leads to an increase in the accuracy of describing the electrical properties of the medium in the space surrounding the device.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201700242A EA036852B1 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Method for production of electromagnetic 3d scanner, and electromagnetic 3d scanner made by the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201700242A EA036852B1 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Method for production of electromagnetic 3d scanner, and electromagnetic 3d scanner made by the method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201700242A1 EA201700242A1 (en) | 2018-10-31 |
| EA036852B1 true EA036852B1 (en) | 2020-12-28 |
Family
ID=63917756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201700242A EA036852B1 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Method for production of electromagnetic 3d scanner, and electromagnetic 3d scanner made by the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036852B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112285433B (en) * | 2020-09-23 | 2023-08-08 | 北京空间飞行器总体设计部 | 3D electromagnetic scanning system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4319191A (en) * | 1980-01-10 | 1982-03-09 | Texaco Inc. | Dielectric well logging with radially oriented coils |
| US20080079432A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Baker Hughes Incorporated | Broadband resistivity interpretation |
| US20110221443A1 (en) * | 2008-11-24 | 2011-09-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | High Frequency Dielectric Measurement Tool |
-
2017
- 2017-04-26 EA EA201700242A patent/EA036852B1/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4319191A (en) * | 1980-01-10 | 1982-03-09 | Texaco Inc. | Dielectric well logging with radially oriented coils |
| US20080079432A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Baker Hughes Incorporated | Broadband resistivity interpretation |
| US20110221443A1 (en) * | 2008-11-24 | 2011-09-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | High Frequency Dielectric Measurement Tool |
| US20110251794A1 (en) * | 2008-11-24 | 2011-10-13 | Halliburton Energy Seervices, Inc. | 3D Borehole Imager |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201700242A1 (en) | 2018-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2502094C2 (en) | Unit and system for geological accompaniment of well drilling and determination of manifold characteristics | |
| US8368403B2 (en) | Logging tool having shielded triaxial antennas | |
| US9442211B2 (en) | Look ahead logging system | |
| CN103726840B (en) | A kind of stratum orientation method of measuring resistivity and device | |
| US9134449B2 (en) | Directional resistivity measurement for well placement and formation evaluation | |
| RU2459221C2 (en) | Instruments to log resistances with matched antennas | |
| CA2411566C (en) | Modified tubular equipped with a tilted or transverse magnetic dipole for downhole logging | |
| US9529113B2 (en) | Method and apparatus for downhole measurement tools | |
| CN101932955B (en) | Look ahead logging system | |
| US7839149B2 (en) | Multi-component resistivity logging tool with multiple antennas using common antenna grooves | |
| US7816921B2 (en) | Resistivity tools with load-bearing azimuthally sensitive antennas and methods of using same | |
| US20110316542A1 (en) | Slotted shield for logging-while-drilling tool | |
| US20130320985A1 (en) | Apparatus and method for directional resistivity measurement while drilling using an antenna with a joint-coil structure | |
| US10119394B2 (en) | Multi-frequency dielectric borehole imager | |
| CN103367866B (en) | Magnetic-dipole antenna and the device for the directed resistivity measurement in stratum | |
| US10830039B2 (en) | Downhole tri-axial induction electromagnetic tool | |
| US9765614B2 (en) | Wireless communication and telemetry for completions | |
| CN106089194B (en) | Apparatus and method for formation interface measurement while drilling using azimuthal resistivity | |
| CN103670387A (en) | Stratum directional electrical resistivity measuring method and device | |
| EA036852B1 (en) | Method for production of electromagnetic 3d scanner, and electromagnetic 3d scanner made by the method | |
| CN114846360A (en) | Electromagnetic tool using slotted point dipole antenna | |
| US20130113490A1 (en) | Apparatus and method for directional resistivity measurement while drilling using incomplete circular antenna | |
| Stolarczyk | Crosswell Imaging Technology & Advanced DSR Navigation for Horizontal Directional Drilling |