[发明专利]EMU脉冲天线

说明书

用于发射电磁能的脉冲的电磁能量源包括探测组件，其具有第一部分和第二部分，第一部分与第二部分轴向对准并与第二部分间隔开。探测组件的能量存储电容器包括：电极，其安装在探测组件的第一部分和第二部分中的每个中，并且可操作为产生电场；以及电容性电荷存储介质，其安装在探测组件的第一部分和第二部分中的每个中并围绕每个电极。探测组件还包括快速闭合开关，其位于探测组件的第一部分和第二部分的电极之间。

技术领域

本发明涉及对地下结构(特别是其中的烃储层以及流体)成像，更具体地涉及用于地下结构的电磁测量的电磁能量源。

背景技术

地球物理学中使用的一些电磁(EM)测量系统提供了用于行进穿过地下烃储层以用于地下烃储层的电磁成像的电磁能。多个源和接收器可以设置在延伸到地下烃储层的孔中或者地下烃储层上方的地表中。以这种方式，可以监测注入流体(例如，在注水期间)的方向、速度和饱和度。该系统还可用于定位旁路油并检测高导电率区域(例如，裂缝廊道和超k区域)以提供水突破的预警。这样的操作可以有助于优化储层管理，防止油旁路，从而改善体积波及效率和产率。

地理物理学中的一些当前的EM系统包括过大的天线，以便能够在小天线外产生适度低频的信号。天线的明显“孔径”(波长与天线尺寸比)可能是有问题的。一些当前的EM系统不能容易地将系统的阻抗与地质基质匹配并且提高传输效率。一些当前的EM系统使用高电流电缆以向EM发射器提供电力。然而，已经证明这些系统难以从电源传输波状(crisp)高电流脉冲，沿着低损耗电缆传输，然后将其匹配至天线，另外，高电流电缆也可以传输信号，这导致所得测量不清楚。

发明内容

本公开的实施例将慢波天线与能量存储器和脉冲形成元件组合，以实现高功率、小孔径发射天线，其理想地适用于井下电磁解调(interrogation)技术，诸如用于地下烃储层的电磁成像。在此描述的系统和方法提供了一种发射器，其紧凑、瞬时功率输出非常高并且产生非常清楚的信号。

本公开的实施例提供了一种偶极天线，其增大辐射电阻和发射器效率两者。天线的长度比一些当前天线短，因为偶极天线部件装载有具有相对高的介电常数(e)、磁导率(μ)或者相对高的介电常数和磁导率的组合的材料。可以选择所述材料，使得这样的材料的e和μ优化发射器阻抗以匹配外部介质。这增加了系统的电容和电感，并降低了沿天线元件行进的信号的群速度，并且对于所发射的给定波长可以实质上减小天线结构的长度。

另外，本公开的实施例的天线元件用作电容性能量存储元件，并且偶极子的每一半相对于彼此最初保持在高电压下。在一对这样的天线之间提供诸如触发的火花隙的快速闭合开关，以启动脉冲传输。这对天线被大电压偏置(biased apart)，使得该结构可以以单个大电流脉冲的形式放电并发射非常高功率的瞬态射频信号。因此，本公开的系统和方法将能量存储元件、脉冲形成元件和辐射元件组合成单个结构，从而消除了对用于这些相应功能的单独分布的部件之间的阻抗匹配的需要。

本公开的系统和方法消除了电源、电缆或传输线与天线之间的负载匹配问题。利用传输天线元件内部的能量存储元件和开关，消除了两者之间的电缆，从而使系统中的反射和损耗最小化。

在本公开的实施例中，用于发射电磁能的脉冲的电磁能量源包括探测组件，其具有第一部分和第二部分，第一部分与第二部分轴向对准并与第二部分间隔开。探测组件的能量存储电容器包括电极和电容性电荷存储介质，所述电极安装在探测组件的第一部分和第二部分中的每个中，并且可操作为产生电场，所述电容性电荷存储介质安装在探测组件的第一部分和第二部分中的每个中，并围绕每个电极。快速闭合开关位于探测组件的第一部分和第二部分的电极之间。

在可替换的实施例中，电磁能量源还可以包括连接在电极之间的高压电源。电流限制电阻器可以位于高压电源与电极之间。可以选择电容性电荷存储介质，以减小电磁能的脉冲的群速度。电容性电荷存储介质可以由包括铁颗粒和环氧树脂基质的材料形成。