李　岑，王　剛

(大慶鉆探工程公司測井公司　黑龍江 　大慶　163412)

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·經驗交流·

P型核磁共振成像測井儀掃頻數據影響因素分析

李岑，王剛

(大慶鉆探工程公司測井公司黑龍江 大慶163412)

摘要：P型核磁共振成像測井儀掃頻數據受多種因素影響。從核磁共振掃頻原理入手，運用諧振電路知識，詳細分析了核磁探頭中的LC網絡的諧振頻率。掃頻數據不但受核磁探頭內繼電器、電容和天線的影響，而且也受外界電磁波的影響。結合實際工作，給出了相關的原因和規避的辦法，以有效地控制核磁測井質量。

關鍵詞：核磁共振；成像測井儀器；中心頻率；掃頻；諧振頻率

0引言

P型核磁共振成像測井儀[1]以多頻的方式參與工作，每次刻度測井前，需要進行掃頻工作，來確定儀器的中心頻率[2]。只有儀器掃頻數據正常，才能繼續工作。然而，在實際使用中，核磁共振測井儀掃頻受多種因素影響，成功率并不高，成為核磁共振測井儀最受關注的問題之一。

1掃頻原理及其數據分析

核磁共振測井儀進行掃頻是為了找到一個產生最高增益的頻率。在掃頻期間，核磁共振測井儀一方面通過軟件在一定范圍內改變儀器的發射頻率，并將其信號通過安裝在主磁體上的B1線圈發射出去，另一方面通過RF天線來接收信號，并計算出不同發射頻率下的增益值，核磁共振掃頻原理如圖1所示。

圖1　核磁共振掃頻原理圖

根據核磁共振掃頻原理，掃頻是為了搜索一個可以得到最大增益的操作頻率即中心頻率。生產中常用的核磁儀器的一掃描結果如圖2所示。

圖2　核磁掃頻數據

5個中心頻率的確立，完全是通過頻率和增益的對應關系，找出增益最大時所對應的頻率即為中心頻率。具體而言，Band0發射頻率從583.1～603.1 kHz逐漸改變，相應的增益值先增大后減小，擬合出一條拋物線，拋物線的最大值為593.17 kHz，這樣確定的中心頻率就是593.17 kHz。以此類推，Band1～Band4 的中心頻率依次為619.42 kHz、641.58 kHz、680.97 kHz、771.73 kHz。然而，在實際掃頻過程中，并不能保證每次都出現如圖2所示的結果，也會出現無法確定中心頻率的情況，需要及時分析處理，才能繼續工作。

2掃頻數據影響因素分析

2.1LC網絡對掃頻數據的影響

核磁探頭中的LC網絡電路如圖3所示。LC網絡由4個高頻繼電器，4個調頻電容C7、C1、C2、C3，3個固定電容C4、C6、C5以及2個天線線圈組成。

核磁探頭內的LC網絡簡化如圖4所示。

圖3　核磁探頭中的LC網絡電路圖

圖4　簡化后的LC網絡

本網絡結構是L1、C2′、L2串聯，然后與C1′并聯，電路的輸入導納[3]為

(1)

式(1)中L=L1+L2，ω為角頻率。當L、C1′、C2′確定后，輸入導納Y(jω)因角頻率ω的變化而改變。當式(1)中虛部為零時，便得到本電路的諧振角頻率

(2)

諧振頻率為

(3)

因此，諧振頻率f0與C1′、C2′、L有關，也即跟C1′、C2′、L1、L2有關。

核磁儀器在掃頻過程中，一方面利用軟件在一定范圍內改變儀器的發射頻率，通過B1線圈發射出去，另一方面，通過核磁探頭的LC網絡來接收信號。當發射頻率與LC網絡的諧振頻率相同時，就會產生共振，這樣通過LC網絡接收到的信號幅度就是最大的，也即是增益最大，此時對應的發射頻率也就是儀器的中心頻率。因此，儀器的中心頻率實質上決定于LC網絡的諧振頻率，與C1′、C2′、L1、L2有關。

通過對LC網絡進行諧振分析，不難發現核磁儀器的中心頻率受繼電器、電容和天線影響。核磁探頭在寒冷地冬天，繼電器極易受潮，C1′、C2′電容難以確定，導致LC網絡的諧振頻率無法確定，最終掃頻無法通過。因此，在冬天，需要定期打開探頭，對繼電器進行烘干保養。

2.2外界電磁波對掃頻數據的影響

中心頻率除了受核磁探頭中的LC網絡影響外，還受外界的電磁波影響。當外界的電磁波信號的頻率跟LC網絡的諧振頻率相同時，外界電磁波信號就會被核磁天線接收，干擾有用信號。

電磁波頻段劃分及主要用途見表1。

由表1可以看出，中頻電磁波在我國主要用于調幅廣播，LC網絡的諧振頻率正好處于此頻段(300～3 000 kHz)內。因此，在掃頻過程中，我們要避開外界的電磁波信號，從而提高儀器的信噪比。核磁儀器在室內掃頻時，一般將核磁探頭(天線部分)放置在刻度箱內。核磁刻度箱內部結構為一個封閉的環形的玻璃鋼套，玻璃鋼套外面為一金屬屏蔽箱，用來屏蔽核磁天線的RF發射信號和外界電磁波本底信號。

表1　電磁波頻段劃分及主要用途

3總結

核磁儀器的掃頻數據主要取決于核磁探頭中的LC網絡，當LC網絡結構及參數確定后，諧振頻率就已經確定，因此保證繼電器絕緣良好顯得格外重要。然而核磁儀器作為精密儀器的代表，必須考慮多變復雜地外界環境，掃頻結果不僅受核磁探頭自身影響，而且受外界電磁波的干擾，因此掃頻過程中，做好對外界電磁波信號干擾的防護措施不可忽視。在實際使用中，注意到以上兩點，對核磁共振測井的質量控制會起到積極的意義。

參 考 文 獻

[1] [美]哈里伯頓公司.MRIL SERVICE MANUAL[Z].2008.

[2] 肖立志.核磁共振測井原理與應用[M].北京:石油工業出版社，2007:161-162.

[3] 李樹雄.電路基礎與模擬電子技術(修訂本)[M].北京航空航天大學出版社，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

第一作者簡介：李岑，男，工程師，1983年生，2006年畢業于中國石油大學(華東)應用物理學專業，現在大慶鉆探工程公司測井公司，從事儀器維修工作。E-mail:licen312@163.com

中圖法分類號：P631.8+17

文獻標識碼：A

文章編號：2096-0077(2016)03-0098-03

(收稿日期：2015-10-19編輯：高紅霞)