测井工具铁氧体和制造方法

摘要

本发明涉及一种制造在电阻率测井工具中使用的铁氧体的方法，所述方法包括：将铁氧体粉末与粘合剂混合以提供混合物；以及将所述混合物压入模具中以形成所述铁氧体。所述模具表现出对应于与所述电阻率测井工具相关联的线轴的内表面上所限定的通道的特定几何形状，并且所述通道是弓形的并且以与所述线轴的中心轴线偏离的角度延伸。然后调节所述铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者以在穿过所述铁氧体的磁场的方向上操纵所述铁氧体的磁导率。

权利要求

1.一种制造在电阻率测井工具中使用的铁氧体的方法，所述方法包括：

将铁氧体粉末和粘合剂的混合物压入模具中，所述模具具有对应于与所述电阻率测井工具相关联的线轴的内表面上所限定的通道的几何形状，其中所述通道是弓形的并且以与所述线轴的中心轴线偏离的角度延伸；以及调节所述铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者以在穿过所述铁氧体的磁场的方向上操纵所述铁氧体的磁导率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是选自由以下各项组成的组的材料：橡胶、弹性体、环氧树脂、聚合物、以及陶瓷。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述铁氧体粉末与所述粘合剂混合包括使所述铁氧体粉末和所述粘合剂在相邻辊之间滚动。

4.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述铁氧体的所述长度、所述宽度和所述厚度中的所述至少一者包括增加所述长度与所述宽度之间的纵横比并且由此在穿过所述铁氧体的所述磁场的方向上增大所述铁氧体的所述磁导率。

5.根据权利要求4所述的方法，其中增加所述长度与所述宽度之间的纵横比包括以下至少一个操作：减小所述铁氧体的所述宽度；以及增大所述铁氧体的所述长度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述铁氧体的所述长度、所述宽度和所述厚度中的所述至少一者包括增加所述长度与所述厚度之间的纵横比并且由此在穿过所述铁氧体的所述磁场的方向上增大所述铁氧体的所述磁导率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中增加所述长度与所述厚度之间的纵横比包括以下至少一个操作：减小所述铁氧体的所述厚度；以及增大所述铁氧体的所述长度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述铁氧体的所述长度、所述宽度和所述厚度中的所述至少一者包括将至少一个叠层沿所述铁氧体的所述长度定位在所述铁氧体的相邻层之间，所述至少一个叠层由非磁性材料制成。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非磁性材料选自由以下各项组成的组：聚合物、橡胶、弹性体、环氧树脂、陶瓷、以及它们的任意组合。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述铁氧体的所述相邻层各自表现出与所述铁氧体的所述厚度相比减小的厚度，所述方法进一步包括将穿过所述铁氧体的所述磁场限制到所述铁氧体的所述相邻层的所述减小的厚度。

11.一种电阻率测井工具，其包括：

工具芯轴；

线轴，所述线轴围绕所述工具芯轴定位并且具有提供内表面和外表面的圆柱形主体，其中多个通道限定在所述内表面上并且侧向相邻通道由从所述内表面径向向内延伸的间隔件分开；

线圈绕组，所述线圈绕组以与所述主体的中心轴线偏离的角度围绕所述主体的所述外表面卷绕；以及多个铁氧体，所述多个铁氧体接纳在所述多个通道内并且插入所述线圈绕组和所述工具芯轴之间，其中所述间隔件防止在侧向相邻铁氧体之间出现物理接触并且每个铁氧体均符合所述多个通道中的相应一个的几何形状，并且其中调节每个铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者以在穿过所述铁氧体的磁场的方向上操纵每个铁氧体的磁导率。

12.根据权利要求11所述的电阻率测井工具，其中所述线轴和所述间隔件各自包括选自由以下各项组成的组的材料：塑料、热塑性塑料、环氧树脂、聚合物、陶瓷、以及它们的任意组合。

13.根据权利要求11所述的电阻率测井工具，其中每个铁氧体均为通过将铁氧体粉末与粘合剂混合以提供混合物而形成的模制铁氧体，所述混合物被压入表现出所述多个通道中的所述相应一个的所述几何形状的模具中。

14.根据权利要求13所述的电阻率测井工具，其中所述粘合剂是选自由以下各项组成的组的材料：橡胶、弹性体、环氧树脂、聚合物、陶瓷、以及它们的任意组合。

15.根据权利要求11所述的电阻率测井工具，其中所述多个铁氧体中的至少一个的所述长度与所述宽度之间的纵横比增加以在穿过所述多个铁氧体中的所述至少一个的所述磁场的方向上增大所述磁导率。

16.根据权利要求11所述的电阻率测井工具，其中所述多个铁氧体中的至少一个的所述长度与所述厚度之间的纵横比增加以在穿过所述多个铁氧体中的所述至少一个的所述磁场的方向上增大所述磁导率。

17.根据权利要求11所述的电阻率测井工具，其进一步包括沿所述多个铁氧体中的至少一个的所述长度定位在所述多个铁氧体中的所述至少一个的相邻层之间的至少一个叠层。

18.根据权利要求17所述的电阻率测井工具，其中所述至少一个叠层包括选自由以下各项组成的组的非磁性材料：聚合物、橡胶、弹性体、环氧树脂、陶瓷、以及它们的任意组合。

19.根据权利要求11所述的电阻率测井工具，其中所述侧向相邻铁氧体的所述长度与所述宽度之间的纵横比减少以在穿过每个相邻铁氧体的所述磁场的方向上减小每个相邻铁氧体之间的所述磁导率。

20.一种制造在电阻率测井工具中使用的铁氧体的方法，所述方法包括：

提供表现出各向同性磁导率的磁性材料块；以及

从所述磁性材料块中切除所述铁氧体，使得所述铁氧体表现出对应于与所述电阻率测井工具相关联的线轴的内表面上所限定的通道的几何形状，并且其中所述通道是弓形的并且以与所述线轴的中心轴线偏离的角度延伸。

21.根据权利要求20所述的方法，其中提供所述磁性材料块包括经由压机压制铁氧体粉末以生成所述磁性材料块，并且其中所述磁导率在垂直于所述压机方向的平面上是各向同性的。

22.根据权利要求21所述的方法，其中从所述磁性材料块中切除所述铁氧体包括以与垂直于所述压机方向的所述平面对齐的所述铁氧体的长度来切除所述铁氧体。

23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括将至少一个叠层沿所述铁氧体的长度定位在所述铁氧体的相邻层之间，所述至少一个叠层由选自由以下各项组成的组的非磁性材料制成：聚合物、橡胶、弹性体、环氧树脂、陶瓷、以及它们的任意组合。

说明书

测井工具铁氧体和制造方法

[0001] 发明背景

[0002] 在提取烃类的钻井操作过程中，使用各种记录和传输技术来提供或记录钻头附近的实时数据。可以使用诸如随钻测量(MWD)和/或随钻测井(LWD)工具的井下测量和测井工具在整个钻井作业期间进行周围地下地层的测量，这些工具有助于地层的表征并且帮助指定操作决策。井筒测井工具进行的测量可以用于确定被穿透地层的电阻率(或其反电导率)，其中电阻率指示地层的各种特征。可以使用耦接到井筒测井工具的一个或多个天线来进行这些测量。

[0003] 通常通过围绕测井工具的轴向段(诸如钻环)定位线圈绕组来形成测井工具天线。铁氧体材料或“铁氧体”(或一般来讲，磁性材料)有时位于线圈绕组下方以提高天线的效率和/或灵敏度。铁氧体有利于由线圈绕组生成的磁场具有较高磁导率路径(即，磁通导管)，并有助于将线圈绕组与钻环屏蔽并使其免遭相关损失(例如，在钻环上生成涡流)。由于铁氧体能够使所生成的磁场成形并对其进行操纵，因此在设计铁氧体几何形状时必须非常小心，以防止出现不希望的影响。然而，由于倾斜或定向线圈绕组的使用增加，铁氧体的形状变得相当复杂，并且加工非常困难和/或麻烦。

[0004] 因此，铁氧体最近更多被模制和/或压制成期望的几何形状和构型。简而言之，铁氧体的模制包括粉末铁/铁氧体材料与粘合剂诸如硅酮基橡胶、弹性体、RTV、聚合物(诸如聚酰亚胺)、陶瓷或环氧树脂的混合。然后将混合物压入模具中，使其符合模具的复杂几何形状。然而，这种模制工艺会导致产生非均匀铁氧体或即使当由相同混合物模制时，相对磁导率也表现出很大变化的铁氧体(即，非均匀性)。磁导率的这种非均匀性和变化可能会对圆度和/或对称性产生不利影响，这对于测井工具是关键性的。

[0005] 附图简述

[0006] 以下附图被包括在内以说明本公开的某些方面，而不应被视为排他性实施方案。本文公开的主题在形式和功能上能够具有相当多的修改、更改、组合和等效物，而不脱离本公开的范围。

[0007] 图1是可以采用本公开的原理的示例性钻井系统的示意图。

[0008] 图2是可以采用本公开的原理的示例性有线系统系统的示意图。

[0009] 图3A和图3B是示例性电阻率测井工具的局部视图。

[0010] 图4A和图4B描绘了图3A的线轴和多个铁氧体的放大等距视图。

[0011] 图5描绘了示例性铁氧体的等距视图和顶视图。

[0012] 图6描绘了三个非均匀模制铁氧体的顶视图。

[0013] 图7A和图7B描绘了宽度减小的图6的三个铁氧体。

[0014] 图8描绘了将棒状/椭球形铁氧体的有效磁导率(μeff)与相对磁导率(μr)进行比较的曲线图。

[0015] 图9描绘了图6的铁氧体，其中每个铁氧体均表现出均匀的磁导率，但磁导率不同。

[0016] 图10描绘了另一个示例性铁氧体的等距视图和顶视图。

[0017] 图11A至图11C描绘了可以由固体材料块加工而成的另一个示例性铁氧体。

[0018] 图12A和图12B描绘了可以由图11A的固体材料块加工而成的两个示例性铁氧体。

具体实施方式

[0019] 本公开涉及井筒测井工具，并且更具体地涉及通过操纵模制铁氧体的几何形状和结构而对模制铁氧体的不同磁导率的控制和/或补偿。

[0020] 本文所述的实施方案利用铁氧体的高的长宽纵横比的使用来增强长(长度)维度上的磁场，从而确保短(宽度)维度的有效磁导率与长维度相比保持较低。本文所述的实施方案还在侧向相邻铁氧体之间使用非磁性间隔件来防止相邻铁氧体的接触，并由此防止在它们之间出现连续磁性路径。本公开提供经由模制铁氧体的几何形状(例如，纵横比)的控制以及经由气隙隔离或叠层来控制和补偿模制铁氧体的均匀性的变化的实际方法。

[0021] 图1是根据一个或多个实施方案的可以采用本公开的原理的示例性钻井系统100的示意图。如图所示，钻井系统100可以包括定位在地面的钻井平台102和从钻井平台102延伸到一个或多个地下地层106的井筒104。在其他实施方案中，诸如在海上钻井操作中，一定体积的水可以将钻井平台102和井筒104分开。

[0022] 钻井系统100可以包括井架108，所述井架由钻井平台102支撑并且具有用于升起和降低钻柱112的游动滑车110。当钻柱112经由旋转台116降下时，方钻114可以支撑所述钻柱。钻头118可以联接到钻柱112并由井下马达驱动和/或通过旋转台116旋转钻柱112来驱动。当钻头118旋转时，所述钻头产生井筒104，所述井筒穿透地下地层106。泵120可以使钻井流体循环穿过供给管122和方钻114，井下穿过钻柱112的内部，穿过钻头118中的孔，经由围绕钻柱112所限定的环形物返回到地面，并进入保持凹坑124。钻井流体在操作期间冷却钻头118，并且将钻屑从井筒104输送到保持凹坑124中。

[0023] 钻井系统100可以进一步包括井底钻具组件(BHA)，所述井底钻具组件在钻头118附近联接到钻柱112。BHA可以包括各种井下测量工具，诸如但不限于随钻测量(MWD)工具和随钻测井(LWD)工具，这些工具可以被配置成进行钻井条件的井下测量。MWD和LWD工具可以包括至少一个电阻率测井工具126，所述至少一个电阻率测井工具可以包括能够接收和/或传输沿测井工具126的长度轴向间隔开的一个或多个电磁(EM)信号的多个天线。如将在下面详细描述的，电阻率测井工具126可以进一步包括多个铁氧体，所述多个铁氧体用于增强和/或屏蔽EM信号并由此提高测井工具126的方位灵敏度。

[0024] 当钻头118使井筒104经由地层106延伸时，电阻率测井工具126可收集与地层106的电阻率有关的方位敏感测量值，即地层106与电流流动的对抗强度。MWD和LWD工具的测井工具126和其他传感器可以通信地耦接到遥测模块128，所述遥测模块用于从BHA向地面接收器(未示出)传送测量值和信号和/或从地面接收器接收命令。遥测模块128可以包括任何已知的井下通信装置，包括但不限于泥浆脉冲遥测系统、声学遥测系统、有线通信系统、无线通信系统或它们的任意组合。在某些实施方案中，在电阻率测井工具126处获得的一些或全部测量值也可以被存储在测井工具126或遥测模块128内，用于随后在回收钻柱112时在地面取回。

[0025] 在钻井过程中的不同时间，可以如图2所示从井筒104中移除钻柱112，以进行测量/测井操作。更具体地，图2描绘了根据一个或多个实施方案的可以采用本公开的原理的示例性有线系统200的示意图。图1和图2中所使用的相同的附图标记是指相同的部件或元件，因此可能不再详细描述。如图所示，有线系统200可以包括有线仪器探测器202，所述有线仪器探测器可以由电缆204悬挂到井筒104中。有线仪器探测器202可以包括电阻率测井工具126，所述电阻率测井工具可以通信地耦接到电缆204。电缆204可以包括用于将电力输送到有线仪器探测器202的导体，并且还便于地面与有线仪器探测器202之间的通信。测井设备206(在图2中示为卡车)可以从电阻率测井工具126收集测量值，并且可以包括用于控制、处理、存储和/或可视化由电阻率测井工具126所收集的测量值的计算设备208。计算设备208可以通过电缆204通信地耦接到测井/测量工具126。

[0026] 现在参考图3A和图3B，示出了根据一个或多个实施方案的示例性电阻率测井工具300的局部视图。测井工具300可以与图1和图2的电阻率测井工具126相同或相似，因此可以用在钻井或有线系统100、200中。在图3A中，电阻率测井工具300被描绘为包括围绕诸如钻环的工具芯轴304定位的线轴302。线轴302可以由高温塑料、热塑性塑料、聚合物(例如，聚酰亚胺)、陶瓷或环氧树脂材料形成，但也可以由多种其他非磁性的电绝缘/非导电材料制成。例如，线轴302可以例如通过增材制造(即，3D打印)、注塑成型、机械加工或其他已知工艺来制造。

[0027] 电阻率测井工具300可以进一步包括天线306，所述天线可以包括围绕线轴302卷绕并且沿其至少一部分轴向延伸的线圈绕组308。线圈绕组308可以围绕线轴302形成任意数量的匝或绕组，并且可以定位在线轴302的外表面中所限定的相应凹槽(未标出)内。线圈绕组308可以是相对于工具芯轴304的中心轴线310同心的或偏心的。

[0028] 如图所示，线圈绕组308以与中心轴线310偏移的角度312围绕线轴302定位。因此，天线306可以被表征为“倾斜线圈”或“定向”天线。在所示的实施方案中，角度312为45°，但也可以是与中心轴线310偏移的任何角度。如图3B最佳所示，当电流通过天线306的线圈绕组308时，可以生成偶极磁场314，所述偶极磁场从与绕组方向正交的天线306径向向外延伸。因此，倾斜天线306可以相对于工具芯轴304表现出磁场角度316。由于角度312为45°，因此磁场角度316也可以为45°。然而，应当理解，可以通过调节或操纵角度312来改变磁场角度316。

[0029] 现在参考图4A和图4B，同时继续参考图3A和图3B，分别示出了根据一个或多个实施方案的线轴302和多个铁氧体402的放大的等距视图。如图4A所示，线轴302可以包括大体圆柱形主体404。在一些实施方案中，如图所示，主体404可以由两个或更多个弓形段或构件构成。然而，在其他实施方案中，主体404可以包括单片结构。

[0030] 主体404可以提供外表面406a和内表面406b。如图所示，多个凹槽408可以限定在主体404的外表面上，并且多个通道410可以限定在主体404的内表面406b上。凹槽408可以被构造成接纳线圈绕组308(图3A)以提供天线306(图3A和3B)，并且通道410可以被构造成接纳图4B所示的铁氧体402。因此，铁氧体402可以被定位成插入线圈绕组308和下面的工具芯轴304之间(图3A)并且屏蔽线圈绕组308使其免遭由工具芯轴304生成的涡流，由此提高测井工具300(图3A-3B)的方位灵敏度和/或增大天线的效率/场强度。此外，通道410可以限定在主体404中，通常与凹槽408正交；即相对于与中心轴线310(图3A)偏离的角度312(图3A)旋转90°的角度。因此，铁氧体402可以被表征为“倾斜”铁氧体，因为它们需要围绕主体
404的弯曲部分倾斜。

[0031] 在一些实施方案中，每个通道410都可以被构造成接纳单个铁氧体402。然而，在其他实施方案中，每个通道410都可以被构造成接纳端对端布置的两个或更多个铁氧体402。

[0032] 在一些实施方案中，如图所示，每个通道410都可以由限定在主体404的内表面406b上并且径向向内延伸的脊或间隔件412分开。当铁氧体402被接纳在通道410内时，间隔件412可以用于防止在侧向相邻铁氧体402之间出现物理接触，从而防止在相邻铁氧体402之间产生连续磁性路径。作为线轴302的一部分，间隔件412也可以由高温塑料、热塑性塑料、聚合物(即，聚酰亚胺)、陶瓷或环氧树脂材料制成，其表现出大约1的相对磁导率(μr)，这相当于自由空间或空气的磁导率(μo)。因此，间隔件412可以被认为基本上等同于提供相邻铁氧体402之间的气隙，通常称为“气隙隔离”，这基本上用作相邻铁氧体402之间的非磁性绝缘体。每个铁氧体402的长宽纵横比可以与线圈绕组308正交，并且间隔件器412可以证明有利于确保每个铁氧体402沿其宽度的有效磁导率与其长度相比保持较低。

[0033] 可以看出，每个“倾斜”铁氧体402都需要表现出具有独特横截面的复杂几何形状，所述复杂几何形状可以被扭曲和拱起以符合通道410的弯曲部分和主体404的内表面406b。因此，精确地加工铁氧体402是相当困难的。相反，如上所述，铁氧体402通常被模制成符合每个通道410所需的复杂几何形状。更具体地，铁氧体粉末可以与粘合剂诸如未固化的橡胶或弹性体(例如硅酮基橡胶或弹性体)、陶瓷聚合物和/或环氧树脂混合，然后可以使混合物在一对辊之间滚动以试图获得压成所需厚度的均匀混合物。然后可以将铁氧体402插入并且以其他方式压入与线轴302的相应通道410的复杂几何形状相符的模具中。因此，每个铁氧体402都可以被模制成其相应通道410的特定几何形状。

[0034] 参考图5，同时继续参考图4A至图4B，示出了出于说明性目的已变平的示例性铁氧体402的等距视图和顶视图。如图所示，铁氧体402是表现出长度502、宽度504和厚度506的大体矩形结构。如图5的顶视图所示，铁氧体402可以表现出大体均匀的和/或各向同性的磁导率。因此，磁场314的磁通量线508可以在与长度502对准并且另外平行的方向上穿过铁氧体402。由于铁氧体402的磁导率通常是均匀的，因此铁氧体402可以用于增强磁场314，而基本上不影响其预期的方向或分布。

[0035] 然而，实际上，铁氧体402可能并非全部表现出均匀的和/或各向同性的磁导率，而是相反可以表现出可能不利地影响磁场314的方向的不同的磁导率。可以理解，不同的磁导率可能是由用于制造铁氧体402的制造过程引起的。例如，用于将铁氧体粉末和未固化的橡胶或弹性体混合的辊可能必须由于摩擦加热而连续地冷却，这可能导致橡胶或弹性体过早地开始固化或者另外要求该过程间歇性地暂停以允许额外的冷却时间。此外，在混合和模制之间的安置时间也可能使得混合物中的铁氧体粉末在整个混合物中沉降、分离或非均匀地聚集，这可能对所得磁导率产生不利影响。

[0036] 图6描绘了三个非均质模制铁氧体402的顶视图，示为第一铁氧体402a、第二铁氧体402b和第三铁氧体402c，其各自的长度502与磁场314的方向对齐。每个铁氧体402a-c中的阴影对应于磁导率，其中较暗的阴影对应于较高的磁导率，较浅的阴影对应于较低的磁导率。如图所示，相邻铁氧体402a-c可以由相应间隙602分开，所述相应间隙可以由间隔件412(图4A)提供并且因此呈现非常低的磁导率(即，大约1或等同于“气隙”)。由于磁场314的磁通线倾向于移动穿过最高磁导率的路径，因此当磁通线沿长度502的方向行进时，间隙
602可以帮助使磁通线保持在铁氧体402内。然而，非均匀铁氧体402的净效应可以引起磁场
314的预期方向、分布和/或角度316(图3B)的变化。

[0037] 根据本公开的实施方案，可以通过操纵每个铁氧体402的几何形状来增强或以其他方式控制沿每个铁氧体402的长度502的磁场314。这可以在制造后或在特定铁氧体402的设计阶段期间进行。可以理解，这可以用来将磁场314约束到更小的尺寸，从而减轻磁场314的方向和/或角度316(图3B)的实质性变化。在至少一个实施方案中，即使当使用非均匀模制铁氧体402时，每个铁氧体402的长度502与宽度504之间的纵横比可以增加，以使磁场314的方向和/或角度316的净效应最小化。更具体地，模制铁氧体402的宽度504相对于长度502的缩小(即纵横比的增加)可以获得对磁场314的方向/分布的更好控制。

[0038] 这可以在图7A和7B中看到，图7A和7B描绘了具有减小的宽度702的铁氧体402a-c。更具体地，在保持相同的磁导率分布的同时，每个铁氧体402a-c的减小的宽度702大约是初始宽度504的一半(图7B)。可以看出，每个铁氧体402a-c中的长度502与宽度504之间的纵横比的增加改善了穿过非均匀铁氧体402a-c的磁场314的磁通量线的平直度。

[0039] 在图7B的放大图中，示出了在纵横比增加之前和之后的第一铁氧体402a。磁通实线代表在纵横比增加之前的磁场314，并且因此延伸到较大宽度504。磁通虚线代表在纵横比增加之后的磁场314，并且因此只能延伸到较小或减小的宽度702。可以看出，对磁场314的方向的净效应减小(例如，减少大约一半)。

[0040] 长度/宽度纵横比的这种增加还可以在长度方向502(z)方向上减小退磁因子(Nz，其抵消/减小磁场314)的方面具有附加益处，因此增加了铁氧体402a-c的有效磁导率。如本领域技术人员将容易认识到，这是在圆柱形棒状或椭球形铁氧体磁芯中看到的相同的明确界定/特征化的效果，如以下等式(1)、(2)和(3)所示：

[0041]

[0042] 其中μeff为有效磁导率；μr铁氧体材料的相对磁导率；以及Nz为退磁因子。对于圆柱形棒状或椭球形铁氧体磁芯：

[0043]

[0044] 其中m为长度/直径纵横比。m>>1的简化得出：

[0045]

[0046] 尽管以上关于退磁因子Nz的表达式具体描述了圆柱形棒状或椭球形磁芯的几何形状，但本领域技术人员将容易认识到，长度/直径(或长度/宽度)纵横比与Nz之间的一般相反关系对于任何几何形状/磁芯形状均为真。换句话说，较长/较薄的磁芯几何形状将具有较低的Nz和较高的有效磁导率。

[0047] 从等式(1)可以看出，由于退磁因子Nz的增加，可以通过减少长度/直径纵横比来减轻不同铁氧体之间的相对磁导率的变化。图8描绘了将棒状/椭球形铁氧体的有效磁导率(μeff)与10、20、100、200、1000和2000的相对磁导率(μr)进行比较的曲线图800。如曲线图800所示，当纵横比减小时，有效磁导率的差减小并且曲线收敛，特别是在较高的相对磁导率下，这通常是电阻率天线(例如，图3A和3B的天线306)期望的。而且，尽管曲线图800采用圆柱形棒状/椭球形磁芯的退磁因子Nz的解析表达式来计算有效磁导率，但可通过减少铁氧体402a-c的长度/宽度纵横比来观察相同的关系。

[0048] 在替代实施方案中，可以减少每个铁氧体402a-c中的长度502与宽度504之间的纵横比，使得相邻铁氧体402a-c之间的有效磁导率的变化可以受到约束并且另外最小化以减轻对磁场314的方向/分布的影响。例如，图9描绘了铁氧体402a-c，其中每个铁氧体402a-c均表现出均匀磁导率，但每个铁氧体402a-c的磁导率不同。如图所示，第三铁氧体402c的磁导率大于第二铁氧体402b的磁导率，所述第二铁氧体的所述磁导率大于第一铁氧体402a的磁导率。在这样的实施方案中，第三铁氧体402c可能倾向于通过其路径拖曳或拉动更多的磁场314。结果是沿长度502的磁场314的浓度/分布发生净变化。

[0049] 然而，在纵横比减少时，具有变化的相对磁导率的铁氧体402a-c的有效磁导率收敛。因此，每个铁氧体402a-c的长度502的减小和/或宽度504的增大(即，长度/宽度纵横比的增大)可以减小相邻铁氧体402a-c的有效磁导率的差，这可以使对磁场314的方向和/或分布的不利影响最小化。应当指出，这将导致有效磁导率减小，并且因此与上述通过增加长度/宽度纵横比来控制铁氧体402a-c的非均匀性的方法相反，以确保穿过铁氧体402a-c的更直的磁场314。因此，必须进行设计折衷，权衡不同铁氧体402a-c之间的磁导率变化以及单个铁氧体402a-c内的非均匀性对磁场314的角度/分布的影响。

[0050] 因此，操纵本文所述的任何铁氧体402的几何形状可能需要将特定铁氧体402的长度502、宽度504和厚度506中的任何一个调节为期望纵横比，并且由此导致在穿过铁氧体402的磁场的方向上铁氧体具有优化的磁导率。操纵铁氧体402的几何形状可以在制造后、在铁氧体402的设计阶段或在这两个时间进行。例如，可以通过对铁氧体402的主体进行精细或粗略调整，诸如通过对铁氧体402的特定部分进行研磨、切割和/或机加工来操纵所制造的铁氧体402的几何形状。可以理解，这可以允许用户将磁场角度/方向和/或形状微调到期望的磁导率。在这样的实施方案中，可能需要也可能不需要调整线轴302(图3A)以适应铁氧体402的新尺寸。在至少一种情况下，可以采用小间隔物或垫片来将修改后的铁氧体402保持在适当位置并以其他方式集中在相应通道410内。

[0051] 在其他实施方案中，可以在特定铁氧体402的设计阶段期间操纵特定铁氧体402的几何形状和纵横比。在这样的实施方案中，可以进行一次或多次设计迭代以优化磁导率。此外，在这样的实施方案中，如果需要，还可以修改线轴302(图3A)的尺寸以适应铁氧体402的新尺寸。在其他实施方案中，可以通过将制造后调整和设计阶段调整相结合来形成铁氧体402的几何形状。

[0052] 参考图10，同时继续参考先前的附图，示出了另一个示例性铁氧体402。根据一个或多个实施方案，可以操纵铁氧体402的厚度506以抵消非均匀性并由此帮助控制磁场314的方向、分布和/或角度316(图3B)。更具体地，在一些情况下，在铁氧体402的厚度506上的特定深度或位置处可能存在更高浓度的铁氧体材料。例如，如图所示，与顶部1004相反，在铁氧体402的底部1002可能存在更高浓度的铁氧体材料。在模制铁氧体402的铁氧体材料在橡胶/弹性体固化之前沉降的情况下可能发生这种情况。在这种情况下，铁氧体402的底部1002处的磁导率将大于顶部1004处的磁导率，并且磁场314的磁通线将倾向于向底部1002合并。可以在图10的中间图像中看到这种情况。

[0053] 为了抵消沿厚度506的非均匀性并由此改善磁场314的方向，可以将一个或多个叠层1006定位在铁氧体402的相邻层1008之间，如图10的下部图所示。叠层1006可以由任何非磁性、电绝缘/非导电材料制成，诸如但不限于聚合物(例如，聚酰亚胺)、橡胶(例如，RTV硅树脂)、弹性体、陶瓷、环氧树脂以及它们的任意组合。

[0054] 可以通过模制或以其他方式提供薄铁氧体条带1008，然后将所述薄铁氧体条带与一个或多个叠层1006堆叠和/或层叠来制造图10所示的层叠铁氧体402。铁氧体条带1008各自表现出减小的厚度506，这有效地减小了磁场314可以沿长度502改变方向的程度。由于叠层1006是非磁性的，因此叠层1006可以表现出大约1的相对磁导率，并且另外相当于在一个或多个深度处在顶部1004和底部1002之间对铁氧体402的气隙隔离。因此，磁场314的磁通线可以沿叠层1006之间的铁氧体402的长度502更均匀地进行。因此，层叠铁氧体402可以被制造成原始厚度506，但通过结合有叠层1006而对非均匀性具有改进的控制。

[0055] 现在参考图11A至图11C，示出了根据一个或多个实施方案可以由固定材料块1102加工而成的铁氧体402。材料块1102可以包括表现出已知各向异性的磁性材料。例如，材料块1102可以包括铁或铁氧体粉末，所述铁或铁氧体粉末被压制以形成材料块1102并且可以稍后进行机加工以产生铁氧体402。在至少一个实施方案中，材料块1102可以包括100。然而，在其他实施方案中，材料块1102可以包括任何磁性材料，可以对所述任何磁性材料进行加工以引起有利于特定方向的粒子变形，或者其中粒子和/或磁畴可能倾向于将他们自身定向或有意地在特定方向定向的过程(即晶粒取向材料)。

[0056] 在压制铁氧体材料以形成材料块1102时，铁/铁氧体粉末变形，使得它在垂直于压机方向1106的平面1104上伸长，并且也在压机方向1106上变平、变形和/或缩短。因此，通过与压机垂直的平面1104的磁性路径可以在粒子之间具有更少的界面。因此，在垂直于压机的整个平面1104上，磁导率可以更高并且更均匀和/或各向同性，而在压机方向1106上存在更多的界面，这可能导致在该方向上的相对磁导率更低。例如， 100在垂直于压机的平面1104上表现出大约120的相对磁导率，而在压机方向1106上仅为大约80。应当理解，这可以为复杂的铁氧体几何形状诸如图4B的铁氧体402产生复杂的非均匀性。

[0057] 在图11B中，铁氧体402已经以曲线的一般形式从材料块1102中切除。可以使用任何制造技术(包括但不限于激光切割、喷水、铣削、机加工以及它们的任意组合)由材料块1102形成铁氧体402。可以理解，铁氧体402的弯曲几何形状可能对通过铁氧体402行进的磁场314的方向和/或分布产生不利影响。

[0058] 在图11C中，为了改善穿过铁氧体402的磁场314的方向，可以将一个或多个叠层1108(示出两个)定位在铁氧体402的相邻层1110之间。与图10的叠层1106相似，叠层1110可以由任何非磁性、电绝缘/非导电材料制成，诸如但不限于聚合物(例如，聚酰亚胺)、橡胶(例如，RTV硅树脂)、弹性体、陶瓷、环氧树脂以及它们的任意组合。

[0059] 可以通过由材料块1102加工出薄铁氧体条带1110，然后将所述薄铁氧体条带与一个或多个叠层1108堆叠和/或层叠来制造图11的层叠铁氧体402。铁氧体条带1008各自表现出减小的厚度，这有效地减小了其中磁场314可以沿长度502偏离预期方向的程度。而且，由于叠层1108是非磁性的，因此叠层1108可以表现出大约1的相对磁导率，并且另外可以相当于在一个或多个深度处对铁氧体402的气隙隔离。因此，磁场314的磁通线可以被约束在层叠区域内，并且另外在叠层1108之间沿铁氧体402更均匀地进行。因此，层叠铁氧体402可以被制造成原始厚度，但通过结合有叠层1108而改进了对磁场314的控制。这可以证明有利于对磁场方向、分布和/或角度316(图3B)的提供更多的控制。

[0060] 现在参考图12A和图12B，同时继续参考图11A至图11C，示出了根据一个或多个实施方案可以由固定材料块1102加工而成的两个示例性铁氧体402。由于在垂直于压机的平面1104上具有较低的磁导率而引起的各向异性可以有利地用于沿期望方向引导磁场314。在一个或多个实施方案中，例如，铁氧体402可以由材料块1102加工而成，其中长度502与垂直于压机的平面1104对齐。在这样的实施方案中，可以在压机方向1106上(即，沿铁氧体402的宽度405)表现出较低的磁导率，这可以阻止磁场314在压机方向1106上行进。换句话说，可以在铁氧体402中生成生晶粒方向以补充线轴302(图4A)的间隔件412(图4A)，所述间隔件可能已经用于气隙隔离并将磁场314引导至期望的方向/角度和/或分布。

[0061] 本文公开的实施方案包括：

[0062] A.一种制造在电阻率测井工具中使用的铁氧体的方法，所述方法包括：将铁氧体粉末与粘合剂混合以提供混合物；以及将混合物压入模具中以形成铁氧体，其中所述模具表现出对应于与电阻率测井工具相关联的线轴的内表面上所限定的通道的特定几何形状，并且其中所述通道是弓形的并且以与线轴的中心轴线偏离的角度延伸；以及调节铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者以在穿过铁氧体的磁场的方向上操纵铁氧体的磁导率。

[0063] B.一种电阻率测井工具，其包括：工具芯轴；线轴，所述线轴围绕工具芯轴定位并且具有提供内表面和外表面的圆柱形主体，其中多个通道限定在内表面上并且侧向相邻通道由从内表面径向向内延伸的间隔件分开；线圈绕组，所述线圈绕组以与主体的中心轴线偏离的角度围绕主体的外表面卷绕；以及多个铁氧体，所述多个铁氧体接纳在多个通道内并且插入线圈绕组和工具芯轴之间，其中间隔件防止在侧向相邻铁氧体之间出现物理接触并且每个铁氧体均符合多个通道中的相应一个的几何形状，并且其中调节每个铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者以在穿过铁氧体的磁场的方向上操纵每个铁氧体的磁导率。

[0064] C.一种制造在电阻率测井工具中使用的铁氧体的方法，所述方法包括：提供表现出各向同性磁导率的磁性材料块；以及从磁性材料块中切除铁氧体，使得铁氧体表现出对应于与电阻率测井工具相关联的线轴的内表面上所限定的通道的几何形状，并且其中通道是弓形的并且以与线轴的中心轴线偏离的角度延伸。

[0065] 实施方案A、B和C可以各自具有以下附加要素中的一个或多个的任意组合：要素1：其中粘合剂是选自由以下各项组成的组的材料：橡胶、弹性体、环氧树脂、聚合物、以及陶瓷。要素2：其中将铁氧体粉末与粘合剂混合包括使铁氧体粉末和粘合剂在相邻辊之间滚动。要素3：其中调节铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者包括增加长度与宽度之间的纵横比并且由此在穿过铁氧体的磁场的方向上增大铁氧体的磁导率。要素4：其中增加长度与宽度之间的纵横比包括以下至少一个操作：减小铁氧体的宽度；以及增大铁氧体的长度。
要素5：其中调节铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者包括增加长度与厚度之间的纵横比并且由此在穿过铁氧体的磁场的方向上增大铁氧体的磁导率。要素6：其中增加长度与厚度之间的纵横比包括以下至少一个操作：减小铁氧体的厚度；以及增大铁氧体的长度。要素
7：其中调节铁氧体的长度、宽度和厚度中的至少一者包括将至少一个叠层沿铁氧体的长度定位在铁氧体的相邻层之间，所述至少一个叠层由非磁性材料制成。要素8：其中所述非磁性材料选自由以下各项组成的组：聚合物、橡胶、弹性体、环氧树脂、陶瓷、以及它们的任意组合。要素9：其中铁氧体的相邻层各自表现出与铁氧体的厚度相比减小的厚度，所述方法进一步包括将穿过铁氧体的磁场限制到铁氧体的相邻层的减小的厚度。

[0066] 要素10：其中线轴和间隔件各自包括选自由以下各项组成的组的材料：塑料、热塑性塑料、环氧树脂、聚合物、陶瓷、以及它们的任意组合。要素11：其中每个铁氧体均为通过将铁氧体粉末与粘合剂混合以提供混合物而形成的模制铁氧体，所述混合物被压入表现出多个通道中的相应一个的几何形状的模具中。要素12：其中粘合剂是选自由以下各项组成的组的材料：橡胶、弹性体、环氧树脂、聚合物、陶瓷、以及它们的任意组合。要素13：其中多个铁氧体中的至少一个的长度与宽度之间的纵横比增加以在穿过多个铁氧体中的至少一个的磁场的方向上增大磁导率。要素14：其中多个铁氧体中的至少一个的长度与厚度之间的纵横比增加以在穿过多个铁氧体中的至少一个的磁场的方向上增大磁导率。要素15：其进一步包括沿多个铁氧体中的至少一个的长度定位在多个铁氧体中的至少一个的相邻层之间的至少一个叠层。要素16：其中至少一个叠层包括选自由以下各项组成的组的非磁性材料：聚合物、橡胶、弹性体、环氧树脂、陶瓷、以及它们的任意组合。要素17：其中侧向相邻铁氧体的长度与宽度之间的纵横比减少以在穿过每个相邻铁氧体的磁场的方向上减小每个相邻铁氧体之间的磁导率。

[0067] 要素18：其中提供磁性材料块包括经由压机压制铁氧体粉末以生成磁性材料块，并且其中磁导率在垂直于压机方向的平面上是各向同性的。要素19：其中从性材料块中切除铁氧体包括以与垂直于压机方向的平面对齐的铁氧体的长度来切除铁氧体。要素20：其进一步包括将至少一个叠层沿铁氧体的长度定位在铁氧体的相邻层之间，所述至少一个叠层由选自由以下各项组成的组的非磁性材料制成：聚合物、橡胶、弹性体、环氧树脂、陶瓷、以及它们的任意组合。

[0068] 通过非限制性例子的方式，适用于A、B和C的示例性组合包括：要素5与要素6；要素7与要素8；要素7与要素9；要素11与要素12；要素15与要素16；以及要素18与要素19。

[0069] 因此，本文公开的系统和方法非常适于实现所提及的目标和优点以及其中所固有的那些目标和优点。以上公开的特定实施方案仅仅是说明性的，因为本发明可以用不同但却等效的方式来修改和实践，而这些方式对于具有本文教导帮助的本领域技术人员来说是显而易见的。此外，除如随附权利要求书中所描述以外，并不希望限制本文所示的构造或设计的细节。因此显然的是，可以改变、组合或改进以上公开的特定的说明性实施方案而且所有这些变化都被认为是在本公开的范围内。当缺乏本文未具体公开的任何要素和/或本文公开的任何任选要素时，也可以适当地实践本文说明地公开的系统和方法。虽然按照“包括/包含(comprising/including/containing)”各种部件或步骤描述了组成和方法，但这些组成和方法还可以“主要由各种部件和步骤组成”或“由各种部件和步骤组成”。以上公开的所有数字和范围都可以变化某个量。在公开具有下限和上限的数字范围时，也明确公开了在此范围内的任何数字和任何包含范围。具体地，本文所公开的每一个值范围(其形式为“约a至约b”或等价地，“约a至b”，或等价地，“约a-b”)应理解为阐述包含在更宽的值范围内的每一个数字和范围。而且，权利要求中的术语具有其简单、普通的含义，除非专利权人另有明确和清楚的定义。此外，权利要求书中所使用的不定冠词“一个/一种(a/an)”被定义为是指其所引入的要素中的一个或多于一个。如果本说明书中和可以通过引用并入本文的一个或多个专利或其他文件中的措词或术语的用法存在任何冲突，则应当采用与本说明书一致的定义。

[0070] 如本文所使用的，位于一系列项之前的短语“……中的至少一个”(其中术语“和”或“或”用于将任何项分开)修饰整个列表而不是列表中的每个成员(即每个项)。短语“……中的至少一个”允许以下含义：包括这些项中的任一个中的至少一个；和/或这些项的任意组合中的至少一个；和/或这些项中的每一个中的至少一个。举例来说，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”分别是指仅A、仅B或仅C；A、B和C的任意组合；和/或A、B和C中的每一个中的至少一个。