Способ организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы (варианты), антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы (варианты)
METHOD OF ORGANIZING AN ANTENNA OF A DOWNHOLE RESISTIVITY METER FOR A TELEMETRIC SYSTEM (VERSIONS), AN ANTENNA OF A DOWNHOLE RESISTIVITY METER FOR A TELEMETRIC SYSTEM (VERSIONS)

Заявляемое техническое решение относится к геофизическому оборудованию для сопровождения бурения скважин, а именно, к вариантам антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы, предназначенного для измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) горных пород и флюидов, заполняющих скважину и поровое пространство горных пород, его анизотропии, определения наличия в зоне исследования неоднородностей УЭС, связанных, например, с границами геологических тел с различным УЭС, контактов флюидов с различным УЭС, а также определения расстояний до этих неоднородностей УЭС как в процессе бурения скважин, так и в пробуренных скважинах
При направленном бурении наклонных и горизонтальных скважин большое значение имеет прохождение ствола скважины по заданным зонам геологических тел. Для этого в процессе бурения корректируют траекторию ствола скважины относительно проектной траектории, основываясь на непрерывном анализе различных геофизических и технологических данных, поступающих в реальном времени со скважинной части телеметрической системы в ее наземную систему.
Одним из требований к скважинным резистивиметрам, входящим в состав скважинной части телеметрической системы является их большая радиальная глубина исследований, необходимая для заблаговременного получения информации о приближении ствола скважины к какой-либо неоднородности УЭС с целью заблаговременной корректировки траектории ствола скважины, а также высокая точность измерений для повышения однозначности при принятии решения о корректировке траектории ствола скважины. Кроме того, важным требованием к скважинным резистивиметрам также является радиальная направленность измерений, т.е. возможность измерений параметров горных пород не только интегрально вокруг ствола скважины, но и в определенном радиальном направлении от ствола скважины, с целью получения информации о направлении на обнаруженную неоднородность УЭС, с целью корректировки траектории ствола скважины в необходимом направлении. Исследования скважинными резистивиметрами могут производиться в скважинах и после окончания бурения: при подъеме бурильного инструмента со скважинной частью телеметрической системы на поверхность, при отдельном спуске скважинного резистивиметра в скважину на бурильных трубах или на специализированном кабеле.
Для использования скважинных резистивиметров в этих целях в его зондовую установку включают передающие и приемные антенны. При измерениях передающие антенны скважинных резистивиметров генерируют в горной породе электромагнитные волны, которые индуцируют вторичные вихревые токи, при этом приемные антенны скважинного резистивиметра регистрируют электродвижущую силу, наведенную данными токами. Диапазон частот электромагнитных волн выбирается в зависимости от назначения и условий применения скважинных резистивиметров, причем в одном скважинном резистивиметре может быть использована не только одна, но и несколько частот, как в разных зондах, так и попеременно в одном и том же зонде.
В зависимости от решаемых задач в скважинных резистивиметрах используются антенны, направления магнитных моментов которых находятся под разными углами к оси корпуса скважинного резистивиметра. Для передачи и приема продольной и поперечной составляющих электромагнитной волны предназначены, соответственно, продольные и поперечные антенны. Направление магнитного момента продольной антенны параллельно оси корпуса скважинного резистивиметра, а направление магнитного момента поперечной антенны ортогонально ей. Также в скважинных резистивиметрах используются наклонные антенны, которые передают и принимают обе составляющие электромагнитной волны, направление магнитного момента наклонной антенны находится под углом к оси корпуса скважинного резистивиметра.
Зонды скважинного резистивиметра, в состав которых входят только продольные антенны предназначены для измерения интегрального УЭС горных пород и флюидов, заполняющих скважину и поровое пространство горных пород вокруг скважины. Для измерения анизотропии горных пород по УЭС, определения наличия в зоне исследования неоднородностей УЭС, определения направлений на эти неоднородности УЭС и расстояний до них, то есть для радиально направленных измерений, в состав зондов включаются наклонные, поперечные антенны.
В современных скважинных резистивиметрах для телеметрических систем используются комплексные зондовые системы, в состав которых входит несколько зондов с различными назначениями, направлениями и радиальными глубинами исследований. Для минимизации длины скважинного резистивиметра с такими комплексными зондовыми системами конструкции антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы должны предусматривать возможности установки более одной антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы на одном участке корпуса. Наличие более одной антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы с разными направлениями магнитных моментов на одном участке корпуса позволяет, используя принцип суперпозиции, рассчитывать направления на неоднородности УЭС, когда используется режим бурения без вращения бурильного инструмента, при этом, соответственно, скважинный резистивиметр не вращается вокруг оси своего корпуса.
Термины, используемые в данном техническом решении.
Антенна (Antenna) - система проводов, служащая для излучения электромагнитных волн (передающая А.) или для улавливания их (приемная А.)./ Самойлов К.И. Морской словарь. - М. - Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941, URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/sea/219/%D0%90%D0%9D%D0%A2%D0%95%D0%9D%D0%9D%D0%90
Антенна (от лат. Antenna мачта, рей), устройство для излучения или приема радиоволн. А. оптимально преобразует подводимые к ней электромагннитные колебания в излучаемые электромагн. волны (передающая А.) или, наоборот, преобразует падающие на нее эл.-магн. волны в эл.-магн. колебания, которые затем воздействуют на приемник (приемная А.). / Физическая энциклопедия, URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/103/%D0%90%D0%9D%D0%A2%D0%95%D0%9D%D0%9D%D0% 90
Зонд
1. Название различных инструментов и устройств для исследования почвы, скважин при бурении, внутренностей организма. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949-1992.
Продольная антенна - это антенна, магнитный момент которой направлен параллельно оси корпуса скважинного резистивиметра.
Наклонная антенна - это антенна, магнитный момент которой направлен под углом оси корпуса скважинного резистивиметра.
Поперечная антенна - это антенна, магнитный момент которой направлен ортогонально оси корпуса скважинного резистивиметра.
Термины, которые используются в данном техническом решении, взяты из теории антенн и в основном используются в области знаний о беспроводной связи. В данном техническом решении антенны применяются для исследования горных пород, используются другие частоты электромагнитных волн, поэтому для оценки эффективности антенн в данном техническом решении используются другие подходы.
Известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, в котором организуют поперечную антенну скважинного резистивиметра для телеметрической системы, в виде пары антенных модулей, которые устанавливают на противоположных сторонах корпуса скважинного резистивиметра так, что направление магнитного момента пары антенных модулей ортогонально оси корпуса скважинного резистивиметра (Заявка США 2010/0225323 А1, МПК G01V 3/36 приоритет 09-09-2010) Каждый из антенных модулей представляет собой печатную плату с проводником, который образует на печатной плате катушку, причем размеры витков катушки уменьшаются к центру печатной платы.
Недостатком известного технического решения, выбранного в качестве прототипа, является недостаточная эффективность, которая обусловлена уменьшением площади каждого последующего витка на печатной плате антенного модуля и отсутствия конструктивных решений для повышения эффективности данного известного технического решения. Недостатком известного технического решения, выбранного в качестве прототипа, является также ограничение количества витков наружным диаметром скважинного резистивиметра и диаметром корпуса скважинного резистивиметра.
Также известно техническое решение, в котором провод поперечной антенны вставляется в группы выемок, расположенных с разных сторон корпуса скважинного резистивиметра, выполненного из металла, соединенных отверстиями в корпусе скважинного резистивиметра (RU 2459221 С2, МПК G01V 3/10, H01Q 1/04).
Недостатками известного технического решения является недостаточная эффективность, которая обусловлена тем, что большая длина участков провода поперечной антенны экранирована металлом корпуса скважинного резистивиметра для приема или передачи электромагнитной волны провод открыт только на коротких участках выемок в корпусе скважинного резистивиметра. Недостатком данного известного технического решения также является сложность изготовления и обслуживания данной поперечной антенны, т.к. провод антенны прокладывается во внутренних каналах в стенке корпуса скважинного резистивиметра и в отверстиях между выемками.
Также известно техническое решение, в котором используются наклонные антенны, провода которых намотаны вокруг металлического корпуса скважинного резистивиметра под углом к оси корпуса скважинного резистивиметра, и, соответственно, магнитный момент которых направлен к оси корпуса скважинного резистивиметра под таким же углом. (Патент США 7138803, МПК G01V 3/30 приоритет 16-02-2006).
Недостатками известного технического решения является невозможность изготовления в такой конструкции поперечной антенны, а наклонная антенна имеет недостаточную эффективность для измерений поперечной составляющей электромагнитной волны, которая обусловлена тем, что направление магнитного момента наклонной антенны не может быть ортогональным оси корпуса скважинного резистивиметра.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы с более высокой эффективностью передачи и приема электромагнитных волн для направленных измерений, при этом ее конструкция должна позволять выполнять антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы с направлением магнитного момента параллельным, ортогональным оси корпуса скважинного резистивиметра, расположенным под углом к оси корпуса скважинного резистивиметра.
Также способ организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы должен предусматривать возможность установки более одной антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы с разными направлениями магнитного момента на одном участке скважинного резистивиметра, при этом каждая из них может быть в определенный момент времени как приемной, так и передающей. Поставленная задача решается следующим образом. Вариант 1 способа организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
Поставленная задача решается тем, что по первому варианту в способе организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы в качестве ее корпуса применяют корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы. На корпусе размещают хотя бы одну пару антенных модулей, которые выполняют работающими синфазно, формирующими суммарный магнитный момент и установленными с противоположных сторон корпуса на одном и том же участке корпуса. Антенный модуль выполняют в виде катушки, провод которой наматывают на ее основание, применяя типы намотки и изолируя любыми известными в промышленности способами. Основание катушки выполняют из диамагнитного материала хотя бы из одной детали в виде стержня, форму которого выбирают согласованной с формой поперечного сечения корпуса на участке расположения антенных модулей. Длину антенного модуля выбирают позволяющей разместить вокруг корпуса на участке расположения антенных модулей хотя бы одну пару антенных модулей, которая может быть как передающей, так и приемной. Антенные модули прикрепляют к корпусу любыми известными в промышленности способами так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. Размеры поперечного сечения антенного модуля с целью увеличения площади витка провода катушки делают максимально возможными, согласовывая их с максимальными размерами пространства в конструкции скважинного резистивиметра, предназначенного для установки антенного модуля, поперечное сечение корпуса на участке расположения антенных модулей может быть округлой, прямоугольной и иной формы, поперечное сечение основания катушки может быть округлой, прямоугольной и иной формы, а длина основания катушки может быть равной, большей, чем длина катушки. Антенные модули для защиты от внешних механических воздействий снаружи закрывают пропускающей электромагнитные волны общей крышкой, отдельными крышками, которые прикрепляют к корпусу, друг к другу. Антенные модули для защиты от контакта с буровым раствором герметизируют любыми известными в промышленности способами. При необходимости на корпусе на участке расположения антенных модулей выполняют выемки, хотя бы одну проточку для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий.
Вариант 2 способа организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
По второму варианту в способе организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы поставленная задача решается тем, что в качестве ее корпуса применяют корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы. На корпусе размещают хотя бы одну пару антенных модулей, которые выполняют работающими синфазно, формирующими суммарный магнитный момент и установленными с противоположных сторон корпуса на одном и том же участке корпуса. Антенный модуль выполняют в виде катушки, провод которой наматывают на ее основание, применяя типы намотки и изолируя любыми известными в промышленности способами. Основание катушки выполняют из материала с высокой магнитной проницаемостью, тип материала с высокой магнитной проницаемостью выбирают согласованным с частотами электромагнитных волн, используемыми в антенном модуле, основание катушки выполняют хотя бы из одной детали в виде стержня, форму которого выбирают согласованной с формой поперечного сечения корпуса на участке расположения антенных модулей. Длину антенного модуля выбирают позволяющей разместить вокруг корпуса на участке расположения антенных модулей хотя бы одну пару антенных модулей, которая может быть как передающей, так и приемной. Антенные модули прикрепляют к корпусу любыми известными в промышленности способами так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. Размеры поперечного сечения антенного модуля с целью увеличения площади витка провода катушки делают максимально возможными, согласовывая их с максимальными размерами пространства в конструкции скважинного резистивиметра, предназначенного для установки антенного модуля. Поперечное сечение корпуса на участке расположения антенных модулей может быть округлой, прямоугольной и иной формы, поперечное сечение основания катушки может быть округлой, прямоугольной и иной формы, а длина основания катушки может быть равной, большей, чем длина катушки. Антенные модули для защиты от внешних механических воздействий снаружи закрывают пропускающей электромагнитные волны общей крышкой, отдельными крышками, которые прикрепляют к корпусу, друг к другу. Антенные модули для защиты от контакта с буровым раствором герметизируют любыми известными в промышленности способами, при необходимости на корпусе на участке расположения антенных модулей выполняют выемки, хотя бы одну проточку для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий.
Вариант 3 способа организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
По третьему варианту в способе организации поперечной антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы поставленная задача решается тем, что в качестве ее корпуса применяют корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы. На корпусе размещают хотя бы одну пару антенных модулей, которые выполняют работающими синфазно, формирующими суммарный магнитный момент и установленными с противоположных сторон корпуса на одном и том же участке корпуса. Антенный модуль выполняют в виде катушки, провод которой наматывают на ее основание, применяя типы намотки и изолируя любыми известными в промышленности способами. Основание катушки выполняют из материала с высокой магнитной проницаемостью, тип материала с высокой магнитной проницаемостью выбирают согласованным с частотами электромагнитных волн, используемыми в антенном модуле. Основание катушки выполняют хотя бы из одной детали в виде полностью окружающего корпус стержня, форму которого выбирают согласованной с формой поперечного сечения корпуса на участке расположения антенных модулей, длину катушки выбирают позволяющей разместить вокруг корпуса на участке расположения катушек хотя бы одну пару катушек, которая может быть, как передающей, так и приемной. Антенные модули прикрепляют к корпусу любыми известными в промышленности способами так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. Размеры поперечного сечения антенного модуля с целью увеличения площади витка провода катушки делают максимально возможными, согласовывая их с максимальными размерами пространства в конструкции скважинного резистивиметра, предназначенного для установки антенного модуля. Поперечное сечение корпуса на участке расположения антенных модулей может быть округлой, прямоугольной и иной формы, поперечное сечение основания катушки может быть округлой, прямоугольной и иной формы, а длина основания катушки может быть равной, большей, чем длина катушки. Антенные модули для защиты от внешних механических воздействий снаружи закрывают пропускающей электромагнитные волны общей крышкой, отдельными крышками, которые прикрепляют к корпусу, друг к другу. Антенные модули для защиты от контакта с буровым раствором герметизируют любыми известными в промышленности способами, при необходимости на корпусе на участке расположения антенных модулей выполняют выемки, хотя бы одну проточку для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий.
Вариант 1 антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
Антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы по первому варианту, включающая корпус, в качестве которого использован корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, хотя бы одну пару антенных модулей, которые выполнены работающими синфазно, формирующими суммарный магнитный момент и установлены с противоположных сторон корпуса на одном и том же участке корпуса. Антенный модуль выполнен в виде катушки, провод которой намотан на ее основание с применением любых известных в промышленности типов намотки и заизолирован любыми известными в промышленности способами. Основание катушки выполнено из диамагнитного материала хотя бы из одной детали в виде стержня, форма которого согласована с формой сечения корпуса на участке расположения антенных модулей. Длина антенного модуля выбрана позволяющей разместить вокруг корпуса на участке расположения антенных модулей хотя бы одну пару антенных модулей, которая может быть как передающей, так и приемной. Антенные модули прикреплены к корпусу любыми известными в промышленности способами так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. Размеры поперечного сечения антенного модуля с целью увеличения площади витка провода катушки делают максимально возможными и согласовывают с максимальными размерами пространства в конструкции скважинного резистивиметра, предназначенного для установки антенного модуля, поперечное сечение корпуса на участке расположения антенных модулей может быть округлой, прямоугольной и иной формы, поперечное сечение основания катушки может быть округлой, прямоугольной и иной формы, а длина основания катушки может быть равной, большей, чем длина катушки, антенные модули для защиты от внешних механических воздействий снаружи закрыты пропускающей электромагнитные волны общей крышкой, отдельными крышками, которые прикреплены к корпусу, друг к другу, антенные модули для защиты от контакта с буровым раствором загерметизированы любыми известными в промышленности способами, при необходимости на корпусе на участке расположения антенных модулей выполнены выемки, хотя бы одна проточка для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий.
Вариант 2 антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
Антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы по второму варианту, включающая корпус, в качестве которого применяется корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, хотя бы одну пару антенных модулей, которые выполнены работающими синфазно, формирующими суммарный магнитный момент и установлены с противоположных сторон корпуса на одном и том же участке корпуса, антенный модуль выполнен в виде катушки, провод которой намотан на ее основание с применением любых известных в промышленности типов намотки и заизолирован любыми известными в промышленности способами, основание катушки выполнено из материала с высокой магнитной проницаемостью, тип материала с высокой магнитной проницаемостью выбран согласованным с частотами электромагнитных волн, используемыми в антенном модуле, основание катушки выполнено хотя бы из одной детали в виде стержня, форма которого согласована с формой сечения корпуса на участке расположения антенных модулей, длина антенного модуля выбрана позволяющей разместить вокруг корпуса на участке расположения антенных модулей хотя бы одну пару антенных модулей, которая может быть как передающей, так и приемной, антенные модули прикреплены к корпусу любыми известными в промышленности способами так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. Размеры поперечного сечения антенного модуля с целью увеличения площади витка провода катушки делают максимально возможными и согласовывают с максимальными размерами пространства в конструкции скважинного резистивиметра, предназначенного для установки антенного модуля. Поперечное сечение корпуса на участке расположения антенных модулей может быть округлой, прямоугольной и иной формы, поперечное сечение основания катушки может быть округлой, прямоугольной и иной формы, а длина основания катушки может быть равной, большей, чем длина катушки. Антенные модули для защиты от внешних механических воздействий снаружи закрыты пропускающей электромагнитные волны общей крышкой, отдельными крышками, которые прикреплены к корпусу, друг к другу. Антенные модули для защиты от контакта с буровым раствором загерметизированы любыми известными в промышленности способами, при необходимости на корпусе на участке расположения антенных модулей выполнены выемки, хотя бы одна проточка для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий.
Вариант 3 антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
Антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы по третьему варианту, включающая корпус, в качестве которого используют корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, хотя бы одну пару антенных модулей, которые выполнены работающими синфазно, формирующими суммарный магнитный момент и установленными с противоположных сторон корпуса на одном и том же участке корпуса. Антенный модуль выполнен в виде катушки, провод которой намотан на ее основание с применением любых известных в промышленности типов намотки и заизолирован любыми известными в промышленности способами. Основание катушки выполнено из материала с высокой магнитной проницаемостью, тип материала с высокой магнитной проницаемостью выбран согласованным с частотами электромагнитных волн, используемыми в антенном модуле, основание катушки выполнено хотя бы из одной детали в виде полностью окружающего корпус стержня, форма которого согласована с формой сечения корпуса на участке расположения антенных модулей, длина катушки выбрана позволяющей разместить вокруг корпуса на участке расположения катушек хотя бы одну пару катушек, которая может быть как передающей, так и приемной. Антенные модули прикреплены к корпусу любыми известными в промышленности способами так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. Размеры поперечного сечения антенного модуля с целью увеличения площади витка провода катушки делают максимально возможными и согласовывают с максимальными размерами пространства в конструкции скважинного резистивиметра, предназначенного для установки антенного модуля, поперечное сечение корпуса на участке расположения антенных модулей может быть округлой, прямоугольной и иной формы, поперечное сечение основания катушки может быть округлой, прямоугольной и иной формы, а длина основания катушки может быть равной, большей, чем длина катушки. Антенные модули для защиты от внешних механических воздействий снаружи закрыты пропускающей электромагнитные волны общей крышкой, отдельными крышками, которые прикреплены к корпусу, друг к другу. Антенные модули для защиты от контакта с буровым раствором загерметизированы любыми известными в промышленности способами. При необходимости на корпусе на участке расположения антенных модулей выполнены выемки, хотя бы одна проточка для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий.
Технический эффект заявляемого технического решения заключается в расширении арсенала средств данного назначения.
Заявляемое техническое решение поясняется схематическими рисунками. Для большей наглядности рисунков на них не отображены элементы крепления, герметизации и изоляции антенных модулей, пропускающие электромагнитные волны общие крышки, отдельные крышки с элементами крепления, которые защищают антенны от внешних механических воздействий. На всех рисунках антенные модули для примера размещены в проточке, выполненной на корпусе, на котором также изображена проточка для установки общей крышки, отдельных крышек. Размещение антенных модулей в проточках не является единственно возможным. Антенные модули могут устанавливаться на корпус, на котором не выполняются проточки, выемки для размещения антенных модулей и пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий. В этом случае от внешних воздействий антенные модули защищены организованным снаружи внешним кожухом, который закрывает хотя бы один участок расположения антенных модулей, при этом внешний кожух, хотя бы на участке расположения антенных модулей способен пропускать электромагнитные волны.
Кроме того, схематические рисунки являются примерами и не ограничивают количество антенных модулей на одном участке корпуса, не ограничивает длину основания катушек, материал основания катушек может быть как диамагнитным, так и с высокой магнитной проницаемостью.
На фиг. 1 изображена модель скважинного резистивиметра для телеметрической системы, используемая для сравнения эффективности антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы, где 1 - корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, 2 - антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
На фиг. 2 изображена модель для пояснения первого варианта заявляемого технического решения, где 1 - корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, 3 - проточка для установки крышки, 4 - проточка для установки антенных модулей, 5 - провод катушки, 6 - основание катушки из диамагнитного материала.
На фиг. 3 изображена модель для пояснения второго варианта заявляемого технического решения, где 1 - корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, 3 - проточка для установки крышки, 4 - проточка для установки антенных модулей, 5 - провод катушки, 7 - основание катушки из материала с высокой магнитной восприимчивостью.
На фиг. 4 изображена модель для пояснения третьего варианта заявляемого технического решения, где 1 - корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, 3 - проточка для установки крышки, 4 - проточка для установки антенных модулей, 5 - провод катушки, 8 - основание катушки из материала с высокой магнитной восприимчивостью, полностью окружающее корпус.
На фиг. 5 изображен пример заявляемого технического решения с двумя парами антенных модулей, где 1 - корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, 3 - проточка для установки крышки, 4 - проточка для установки антенных модулей, 5 - провод катушки, 6 - основание катушки из диамагнитного материала.
На фиг. 6 изображен пример заявляемого технического решения с парой антенных модулей, установленных так, что направление их суммарного магнитного момента пары направлено под углом 45 градусов относительно оси корпуса, где 1 - корпус скважинного резистивиметра для телеметрической системы, 3 - проточка для установки крышки, 4 - проточка для установки антенных модулей, 5 - провод катушки, 6 - основание катушки из диамагнитного материала.
На фиг. 7 изображены рассчитанные графики зависимостей коэффициентов связи от угловой длины катушки для трех вариантов заявляемого технического решения, где 1 - график для первого варианта заявляемого технического решения, 2 - график для второго варианта заявляемого технического решения, 3 - график для третьего варианта заявляемого технического решения.
На фиг. 1 изображена модель скважинного резистивиметра для телеметрической системы, используемая для сравнения эффективности антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы, которая состоит из двух одинаковых исследуемых антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы, установленных на корпусе скважинного резистивиметра и одинаково ориентированных относительно друг друга, при этом одна из антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы используется как передающая, а вторая - как приемная. Для количественной оценки эффективности антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы используется коэффициент связи между передающей и приемной антеннами скважинного резистивиметра для телеметрической системы различных технических решений, который рассчитывается по формуле:
K=20*lg(Ur/Ut), дБ,
где К - коэффициент связи между передающей и приемной антеннами скважинного резистивиметра для телеметрической системы, Ur - напряжение на приемной антенне скважинного резистивиметра для телеметрической системы, Ut - напряжение на передающей антенне скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
Значение коэффициента связи между передающей и приемной антеннами скважинного резистивиметра для телеметрической системы в данной модели зонда определяется, в основном, только их геометрией, что и позволяет использовать данный коэффициент связи для сравнения эффективности антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы.
Расчеты проводились численным методом. При проведении расчетов расстояние между передающей и приемной антеннами скважинного резистивиметра для телеметрической системы - 1 м, частота электромагнитной волны - 400 кГц, окружающая среда - вакуум, корпус скважинного резистивиметра выполнен из немагнитной стали с относительной магнитной проницаемостью равной 1, относительная магнитная проницаемость основания катушки из диамагнитного материала равна 1, относительная магнитная проницаемость основания катушки из материала с высокой магнитной проницаемостью равна 100, сечение провода катушки 1 мм. При расчете коэффициента связи для заявляемого технического решения использовалась антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы, выполненная по первому варианту заявляемого технического решения, которая изображена на фиг. 2, где провод катушки намотан на основание катушки, выполненное из диамагнитного материала, антенные модули установлены ортогонально оси корпуса.
При расчете коэффициентов связи антенн известных технических решений антенны также располагались на корпусе, выполненном из немагнитной стали, в проточках для установки антенных модулей с такими же габаритными размерами, как и у заявляемого технического решения, при этом ширина намотки катушки для заявляемого технического решения, известных технических решений (Патент США 7138803), (Патент RU 2459221 С2) равна 27 мм, при этом в модели скважинного резистивиметра, используемой для расчета коэффициента связи, угол между направлением магнитного момента к оси корпуса скважинного резистивиметра известного технического решения (Патент США 7138803) составлял 45 градусов, а провод катушки известного технического решения (Патент RU 2459221 С2) был проложен не через группы выемок, выполненных в металлическом корпусе скважинного резистивиметра, как указано в патенте (Патент RU 2459221 С2), а располагался снаружи корпуса. Ширина печатной платы, на которой выполнена катушка по известному техническому решению, выбранному в качестве прототипа (Заявка США 2010/0225323 А1), была ограничена глубиной проточки и была равна 10 мм. В результате расчетов были получены следующие коэффициенты связи для заявляемого технического решения и известных технических решений.
Коэффициент связи для антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы известного технического решения, выбранного в качестве прототипа (Заявка США 2010/0225323 А1) равен -115,43 дБ.
Коэффициент связи для поперечной составляющей электромагнитной волны антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы известного технического решения (Патент США 7138803) равен -112,65 дБ.
Коэффициент связи для антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы известного технического решения (Патент RU 2459221 С2) равен -109,86 дБ.
Коэффициент связи для антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы по первому варианту заявляемого технического решения равен -100,53 дБ.
Таким образом, антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы по первому варианту заявляемого технического решения имеет коэффициент связи выше, чем коэффициенты связи антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы известных технических решений.
На фиг. 3 изображена антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы второго варианта заявляемого технического решения, где провод катушки намотан на основание катушки, выполненное из материала с высокой магнитной проницаемостью, антенные модули установлены ортогонально оси корпуса. Коэффициент связи для антенны по второму варианту заявляемого технического решения равен --91,97 дБ.
На фиг. 4 изображена антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы третьего варианта заявляемого технического решения, где провод катушки намотан на основание катушки, которое полностью окружает корпус и выполнено из материала с высокой магнитной проницаемостью, антенные модули установлены ортогонально оси корпуса. Коэффициент связи для антенны по третьему варианту заявляемого технического решения равен -74,35 дБ.
Таким образом, использование для основания катушки материала с высокой магнитной проницаемостью увеличивает коэффициент связи антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы, причем увеличение длины основания катушки, выполненного из материала с высокой магнитной проницаемостью, также увеличивает коэффициент связи антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы, который достигает максимума в антенне скважинного резистивиметра для телеметрической системы по третьему варианту заявляемого технического решения, когда основание антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы полностью окружает корпус скважинного резистивиметра.
Способ организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы заявляемого технического решения позволяет размещать на одном участке корпуса несколько пар антенных модулей. На фиг. 5 изображен пример антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы, где на одном участке корпуса размещены две пары антенных модулей.
Способ организации антенны скважинного резистивиметра для телеметрической системы заявляемого технического решения позволяет устанавливать антенные модули на корпусе так, что суммарный магнитный момент хотя бы одной пары антенных модулей направлен параллельно оси корпуса, ортогонально оси корпуса, находится под углом к оси корпуса. На фиг. 6 изображен пример расположения пары антенных модулей с направлением их суммарного магнитного момента под углом 45 градусов относительно оси корпуса.
Для определения оптимальных длин катушек для трех вариантов заявляемого технического решения были рассчитаны зависимости коэффициентов связи антенн скважинного резистивиметра для телеметрической системы с одной парой антенных модулей, изображенных на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, от длин катушек. На фиг. 7 изображены графики зависимостей коэффициентов связи от угловых длин катушек. Как видно из этих графиков, при росте длин катушек сначала происходит повышение коэффициентов связи антенн, при дальнейшем же увеличении длин катушек коэффициенты связи уменьшаются, при этом оптимальная угловая длина катушки находится в области 130 градусов.
Заявляемое техническое решение осуществляют следующим образом.
Вариант 1.
Любым известным в промышленности способом изготавливают основание катушки 6 из диамагнитного материала. При необходимости снаружи основания катушки 6 любым известным в промышленности способом устанавливают, наносят элементы изоляции, элементы для укладки провода катушки. На основание катушки 6 наматывают провод катушки 5 требуемой длины, используя необходимый тип намотки, провод катушки 5 фиксируют на основании катушки 6 любым известным в промышленности способом. Таким образом, получают антенный модуль. Таким же способом изготавливают необходимое количество антенных модулей. Изготовленные модули устанавливают парами на противоположных сторонах на одном участке корпуса скважинного резистивиметра 1 любым известным в промышленности способом. При необходимости перед установкой антенных модулей на корпусе на участке расположения антенных модулей выполняют выемки, хотя бы одну проточку 4 для размещения антенных модулей и хотя бы одну проточку 3 для установки пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий. Провода катушек подключают к соответствующим контактам печатной платы, установленной на этом же участке корпуса скважинного резистивиметра, на другом участке корпуса скважинного резистивиметра. Антенные модули герметизируют любым известным в промышленности способом. Снаружи антенных модулей устанавливают пропускающую электромагнитные волны общую крышку, отдельные крышки, которые прикрепляют к корпусу 1, друг к другу любыми известными в промышленности способами.
Вариант 2.
Любым известным в промышленности способом изготавливают основание катушки 7 из материала с высокой магнитной проницаемостью. При необходимости снаружи основания катушки 7 любым известным в промышленности способом устанавливают, наносят элементы изоляции, элементы для укладки провода катушки. На основание катушки 7 наматывают провод катушки 5 требуемой длины, используя необходимый тип намотки, при этом основание катушки 7 равно, больше, чем длина катушки, провод катушки 5 фиксируют на основании катушки 7 любым известным в промышленности способом. Таким образом, получают антенный модуль. Таким же способом изготавливают необходимое количество антенных модулей. Изготовленные модули устанавливают парами на противоположных сторонах на одном участке корпуса скважинного резистивиметра 1 любым известным в промышленности способом. При необходимости перед установкой антенных модулей на корпусе на участке расположения антенных модулей выполняют выемки, хотя бы одну проточку 4 для размещения антенных модулей и хотя бы одну проточку 3 для пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий. Провода катушек подключают к соответствующим контактам печатной платы, установленной на этом же участке корпуса скважинного резистивиметра, на другом участке корпуса скважинного резистивиметра. Антенные модули герметизируют любым известным в промышленности способом. Снаружи антенных модулей устанавливают пропускающую электромагнитные волны общую крышку, отдельные крышки, которые прикрепляют к корпусу, друг к другу любыми известными в промышленности способами.
Вариант 3.
Любым известным в промышленности способом из материала с высокой магнитной проницаемостью изготавливают хотя бы две детали основания катушки 8 такой длины, чтобы после их установки на корпус 1 скважинного резистивиметра с намотанными на них катушками основание катушки полностью окружило корпус 1 скважинного резистивиметра. При необходимости, снаружи деталей основания катушки любым известным в промышленности способом устанавливают, наносят элементы изоляции, элементы для укладки провода катушки. На деталь основания катушки 8 наматывают провод катушки требуемой длины, используя необходимый тип намотки, провод катушки 5 фиксируют на детали основания катушки 8 любым известным в промышленности способом. Таким образом, получают антенный модуль. Таким же способом изготавливают необходимое количество антенных модулей. Изготовленные антенные модули с намотанными на них проводами катушек 5 устанавливают вокруг корпуса 1 скважинного резистивиметра и прикрепляют к корпусу 1, друг к другу любыми известными в промышленности способами. При необходимости перед установкой деталей основания катушек 8 на корпусе 1 на участке расположения антенных модулей выполняют выемки, хотя бы одну проточку 4 для размещения антенных модулей и хотя бы одну проточку 3 для размещения пропускающих электромагнитные волны крышек с целью организации герметизации антенных модулей и их защиты от внешних механических воздействий. Провода катушек подключают к соответствующим контактам печатной платы, установленной на этом же участке корпуса скважинного резистивиметра, на другом участке корпуса скважинного резистивиметра. Антенные модули герметизируют любым известным в промышленности способом. Снаружи антенных модулей устанавливают пропускающую электромагнитные волны общую крышку, отдельные крышки, которые прикрепляют к корпусу 1, друг к другу любыми известными в промышленности способами.
При выполнении детали корпуса с размерами поперечного сечения от торца детали корпуса до участка установки антенных модулей меньшими, равными размерам поперечного сечения корпуса на участке установки антенных модулей возможно изготовление основания катушки из одной детали в виде кольца с последующей установкой основания катушки на корпус со стороны торца детали корпуса.
Преимущества заявляемого технического решения заключается в следующем: антенна скважинного резистивиметра для телеметрической системы заявляемого технического решения, при прочих равных условиях, обладает более высокой эффективностью по сравнению с антеннами для скважинного резистивиметра телеметрической системы известных технических решений, при этом конструкция антенны для скважинного резистивиметра телеметрической системы заявляемого технического решения позволяет устанавливать на одном и том же участке корпуса скважинного резистивиметра пары антенных модулей разных типов: передающие и приемные, направление суммарного магнитного момента каждой пары антенных модулей может быть параллельным оси корпуса, ортогональным оси корпуса, направленным под углом к оси корпуса скважинного резистивиметра.