P型核磁共振成像测井仪扫频数据影响因素分析

李　岑，王　刚

(大庆钻探工程公司测井公司　黑龙江 　大庆　163412)



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P型核磁共振成像测井仪扫频数据影响因素分析

李岑，王刚

(大庆钻探工程公司测井公司黑龙江 大庆163412)

摘要：P型核磁共振成像测井仪扫频数据受多种因素影响。从核磁共振扫频原理入手，运用谐振电路知识，详细分析了核磁探头中的LC网络的谐振频率。扫频数据不但受核磁探头内继电器、电容和天线的影响，而且也受外界电磁波的影响。结合实际工作，给出了相关的原因和规避的办法，以有效地控制核磁测井质量。

关键词：核磁共振；成像测井仪器；中心频率；扫频；谐振频率

0引言

P型核磁共振成像测井仪[1]以多频的方式参与工作，每次刻度测井前，需要进行扫频工作，来确定仪器的中心频率[2]。只有仪器扫频数据正常，才能继续工作。然而，在实际使用中，核磁共振测井仪扫频受多种因素影响，成功率并不高，成为核磁共振测井仪最受关注的问题之一。

1扫频原理及其数据分析

核磁共振测井仪进行扫频是为了找到一个产生最高增益的频率。在扫频期间，核磁共振测井仪一方面通过软件在一定范围内改变仪器的发射频率，并将其信号通过安装在主磁体上的B1线圈发射出去，另一方面通过RF天线来接收信号，并计算出不同发射频率下的增益值，核磁共振扫频原理如图1所示。

图1　核磁共振扫频原理图

根据核磁共振扫频原理，扫频是为了搜索一个可以得到最大增益的操作频率即中心频率。生产中常用的核磁仪器的一扫描结果如图2所示。

图2　核磁扫频数据

5个中心频率的确立，完全是通过频率和增益的对应关系，找出增益最大时所对应的频率即为中心频率。具体而言，Band0发射频率从583.1～603.1 kHz逐渐改变，相应的增益值先增大后减小，拟合出一条抛物线，抛物线的最大值为593.17 kHz，这样确定的中心频率就是593.17 kHz。以此类推，Band1～Band4 的中心频率依次为619.42 kHz、641.58 kHz、680.97 kHz、771.73 kHz。然而，在实际扫频过程中，并不能保证每次都出现如图2所示的结果，也会出现无法确定中心频率的情况，需要及时分析处理，才能继续工作。

2扫频数据影响因素分析

2.1LC网络对扫频数据的影响

核磁探头中的LC网络电路如图3所示。LC网络由4个高频继电器，4个调频电容C7、C1、C2、C3，3个固定电容C4、C6、C5以及2个天线线圈组成。

核磁探头内的LC网络简化如图4所示。

图3　核磁探头中的LC网络电路图

图4　简化后的LC网络

本网络结构是L1、C2′、L2串联，然后与C1′并联，电路的输入导纳[3]为

(1)

式(1)中L=L1+L2，ω为角频率。当L、C1′、C2′确定后，输入导纳Y(jω)因角频率ω的变化而改变。当式(1)中虚部为零时，便得到本电路的谐振角频率

(2)

谐振频率为

(3)

因此，谐振频率f0与C1′、C2′、L有关，也即跟C1′、C2′、L1、L2有关。

核磁仪器在扫频过程中，一方面利用软件在一定范围内改变仪器的发射频率，通过B1线圈发射出去，另一方面，通过核磁探头的LC网络来接收信号。当发射频率与LC网络的谐振频率相同时，就会产生共振，这样通过LC网络接收到的信号幅度就是最大的，也即是增益最大，此时对应的发射频率也就是仪器的中心频率。因此，仪器的中心频率实质上决定于LC网络的谐振频率，与C1′、C2′、L1、L2有关。

通过对LC网络进行谐振分析，不难发现核磁仪器的中心频率受继电器、电容和天线影响。核磁探头在寒冷地冬天，继电器极易受潮，C1′、C2′电容难以确定，导致LC网络的谐振频率无法确定，最终扫频无法通过。因此，在冬天，需要定期打开探头，对继电器进行烘干保养。

2.2外界电磁波对扫频数据的影响

中心频率除了受核磁探头中的LC网络影响外，还受外界的电磁波影响。当外界的电磁波信号的频率跟LC网络的谐振频率相同时，外界电磁波信号就会被核磁天线接收，干扰有用信号。

电磁波频段划分及主要用途见表1。

由表1可以看出，中频电磁波在我国主要用于调幅广播，LC网络的谐振频率正好处于此频段(300～3 000 kHz)内。因此，在扫频过程中，我们要避开外界的电磁波信号，从而提高仪器的信噪比。核磁仪器在室内扫频时，一般将核磁探头(天线部分)放置在刻度箱内。核磁刻度箱内部结构为一个封闭的环形的玻璃钢套，玻璃钢套外面为一金属屏蔽箱，用来屏蔽核磁天线的RF发射信号和外界电磁波本底信号。

表1　电磁波频段划分及主要用途

3总结

核磁仪器的扫频数据主要取决于核磁探头中的LC网络，当LC网络结构及参数确定后，谐振频率就已经确定，因此保证继电器绝缘良好显得格外重要。然而核磁仪器作为精密仪器的代表，必须考虑多变复杂地外界环境，扫频结果不仅受核磁探头自身影响，而且受外界电磁波的干扰，因此扫频过程中，做好对外界电磁波信号干扰的防护措施不可忽视。在实际使用中，注意到以上两点，对核磁共振测井的质量控制会起到积极的意义。

参 考 文 献

[1] [美]哈里伯顿公司.MRIL SERVICE MANUAL[Z].2008.

[2] 肖立志.核磁共振测井原理与应用[M].北京:石油工业出版社，2007:161-162.

[3] 李树雄.电路基础与模拟电子技术(修订本)[M].北京航空航天大学出版社，2005:74-90.

Analysis on Factors Influencing Sweep Frequency Data ofP-type Nuclear Magnetic Resonance Imaging Logging Tool

Li cen，Wang gang

(Wireline Logging Company,Daqing Drilling and Exploration Corporation,Daqing,Heilongjiang 163412,China)

Abstract：The sweep frequency data of P type nuclear magnetic resonance (NMR) imaging logging tool is influenced by a variety of factors.Based on the principle of nuclear magnetic resonance frequency sweep,using the knowledge of resonant circuit,the resonance frequency of LC network in nuclear magnetic probe is analyzed in detail.It is found that the sweep frequency is not only influenced by the relays,capacitors and antennas,but also by the influence from the external electromagnetic waves.Combining with the practical work,the related reasons and evasion methods were given,which can further improve the quality of NMR logging.

Key words：nuclear magnetic;imaging logging tool;center frequency;frequency sweep;resonance frequency

第一作者简介：李岑，男，工程师，1983年生，2006年毕业于中国石油大学(华东)应用物理学专业，现在大庆钻探工程公司测井公司，从事仪器维修工作。E-mail:licen312@163.com

中图法分类号：P631.8+17

文献标识码：A

文章编号：2096-0077(2016)03-0098-03

(收稿日期：2015-10-19编辑：高红霞)