[其他]隙缝天线式电磁测井装置

说明书

本发明涉及到测井装置，更具体地说是一个带有电磁能的测井装置。

钻孔周围结构层的绝缘常数（或介电常数）的测量被认为提供了非常有用的关于结构层的资料。地球结构层的不同材料的绝缘常数变化范围较大（例如，油为2.2，石灰为7.5，水为80），所以测量绝缘性质是评价构造的一种有用的方法。作为一个说明，如果岩石和水饱和的一种特殊的结构层由习惯的测井技术或其它已知方法来确定的话，如果，能得到结构层的绝缘常数，认为可以确定孔隙率。同样如果岩石学与孔隙率被给定，靠测量结构层的绝缘常数可得到水饱和度的资料。

改善结构层绝缘常数测量技术的测井装置是个电磁传播工具，如美国第3944910号专利所述。参照专利中的描述，测井装置包括一个发送器和固定在紧贴着钻孔壁的基座中彼此有间隔的接收器。微波电磁能被发送到结构层中，而在接收天线上收到通过结构层传播的能量。相位的改变和在结构层中传播能量的衰减由接收器输出的信号决定。如果需要的话，绝缘常数与结构层的传导系数能够由相位与衰减的测量来获得。测量一般是（虽然不必须是）在侵入的范围的结构层上进行。天线的形状是所述的这一测井装置成功运行的重要方面。在相对高频运行（例如1100MHz）条件下信号衰减相当迅速，因此，有个有效地产生能量并使它进入结构层的发送天线，并有个有效地接收通过结构层传播的能量的接收天线是重要的。由于绝缘常数和传导系数的测量精度取决于接收信号的衰减与相位的测量精度，所以天线在任何时间的稳定运行和天线是在，并保持在，真正平衡的状态下是基本的。进一步说，噪声信号成分和有害杂质边缘场的影响应被减小到最小。

在上面参照的美国第3944910号专利中，在电磁传播测井装置里描述的天线是以绝缘材料充满的空腔反射式隙缝天线，而且包括一个具有延长同轴电缆中心导线到发送天线（或当情况允许时从接收天线）并穿过空腔反射式隙缝在空腔反射隙缝的一边充填绝缘材料的凹处端点的自由端的探针。每个天线延伸四分之一波长的谐振深度到金属罩内。空腔反射式隙缝天线的长度是半波长。

由于空腔反射式隙缝天线的结构，它在运行频率中是固有谐调的。在涉及到的相关的低电平信号，这谐调帮助提供选择的有效操作来获得合理的信噪比的频率。但上述的测井装置的结构与操作方面存在一些缺陷。空腔反射式隙缝的尺寸是可调为波长的几分之一的尺寸。根据相对大的尺寸的推论，隙缝的相位中心将不被限定，而且隙缝的开口能趋向于实际与在开口附近传播的电磁波相互作用。空腔反射式隙缝是固有的窄波段，而且这限制运行频率变化的可能性。钻孔钻进是非常困难的操作环境，而且测井装置被服从于压力、温度和机械应力范围。申请人已经指出，液体对绝缘材料的腐蚀可能是上述测井装置中的操作问题的主要原因。暴露在钻孔环境中的绝缘材料能受到水的腐蚀。水能通过绝缘材料的裂缝进入（由于环境的恶劣增加这裂缝的可能性），而且，甚至没有裂缝的绝缘材料也在一定程度上有可能受到液体的腐蚀。当液体（特别是水）进入空腔反射式天线的绝缘材料时，“湿”绝缘的绝缘常数能实际增加到超过原始的“干”的值（由于水有比利用的绝缘材料更高的绝缘常数）。

由于在空腔反射式隙缝中运行的信号的波长取决于载波的介质的绝缘常数，能量的波长将改变（在这由于水的绝缘常数高的情况下，将被缩短），空腔反射式隙缝天线的运行将由谐波离开共振而失去能量。

进入天线绝缘材料的液体的腐蚀，因为它对在上述结构的自由端探针周围材料影响，也能引起一个问题。详细说，在天线凹口中的探针端将有一定的固有电容，其数值将由绝缘材料的绝缘常数来影响。再者，如果绝缘材料变“湿”，天线的性能将改变。

普遍地改进所用类型的电磁测井装置的运行，尤其是，测量结构层的绝缘常数，并在钻孔环境中进一步进行改进的和更稳定的操作，这些都是本发明的目的。