CN110471121B - 核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置 - Google Patents

核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置 Download PDF

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Abstract

本实施例提供一种核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置，该线圈阵列包括：线圈谐振单元和去耦合网络单元；所述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，所述去耦合网络单元包括多个去耦合电路，其中，一个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容；各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布，相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路；各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路连接，用于在所述天线切换电路的控制下依次发射核磁共振信号，各个调谐电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率，所述去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合。

Description

核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置
技术领域
本申请实施例涉及核磁共振测井技术，尤其涉及一种核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置。
背景技术
核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振测井技术是利用核磁共振探测装置对井眼周围的地层的进行探测。探头是核磁共振探测装置中的最重要的组成部分之一，其多为单射频天线结构，能够测量360°全方位区域或者60°、120°的单方位区域，但没有对井下地层的周向分辨能力。因此，现有核磁共振探测装置是基于简单的均质性地层模型结构对地层进行测量，测量得到的信号是地层的周向全方位或单方位的平均信号，采用该平均信号反映地层的性质。
然而，在核磁共振探测装置的实际应用中，测量的井下环境多为复杂的地层环境，例如复杂非均质性地层、部分泥浆侵入地层或者井眼垮塌地层等。在这种情况下，平均信号无法准确地反应地层的性质，导致核磁共振探测装置的探测精度较差。
阵列探测技术，能够对井眼周围的地层进行井周成像，获取更丰富的地层信息。然而，核磁共振探测装置的线圈阵列之间存在电感耦合作用，使得线圈单元无法正常地进行信号的发射与接收。因此，核磁共振阵列线圈的电感耦合问题亟需解决。
发明内容
本申请实施例提供一种核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置，以解决井下核磁共振线圈的电感耦合问题。
第一方面，本申请实施例提供一种核磁共振线圈阵列，包括线圈谐振单元和去耦合网络单元；
所述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，所述去耦合网络单元包括多个去耦合电路，其中，每个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容；
各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布，相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路；
各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路连接，用于在所述天线切换电路的控制下依次发射核磁共振信号，各个调谐电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率，所述去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合。
在一种可能的设计中，每个线圈谐振电路还包括一个电阻；
所述电阻与所述线圈串联后，再与所述谐振电容并联，所述电阻和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述线圈和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述去耦合电路接头用于与去耦合电路连接。
在一种可能的设计中，各个线圈谐振电路中间隔线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路，用于消除间隔线圈之间的互感耦合。
在一种可能的设计中，各个线圈谐振电路中的线圈为平面绕制的马鞍形或八字形的双匝线圈；
或者，各个线圈谐振电路中的线圈为平面绕制的马鞍形或八字形的多匝线圈。
在一种可能的设计中，各个线圈谐振电路中相邻两个线圈的位置正交。
在一种可能的设计中，各个线圈谐振电路中的谐振电容分别位于对应的线圈的前端的电容舱室内，且各个谐振电容的结构相同。
在一种可能的设计中，各个去耦合电路分别位于对应的谐振电容的前端的舱室内，且各个去耦合电路的结构相同。
在一种可能的设计中，所述去耦合电路包括电容值可调的去耦合电容。
第二方面，本申请实施例提供一种基于如上述第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的核磁共振线圈阵列的去耦合方法，包括：
在所述核磁共振线圈阵列的各个单元处于断路状态时，分别调谐各个谐振电容的电性参数到相同的状态；
将各个电性参数相同的谐振电容同时接入相应的线圈谐振电路，在各个线圈谐振电路中相邻线圈的同名端和异名端之间分别接入一个去耦合电路；
调整各个去耦合电路的去耦合电容值，以消除相邻线圈之间的互感耦合。
第三方面，本申请实施例提供一种核磁共振探测装置，包括：如上述第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的核磁共振线圈阵列。
本实施例提供的核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置，该线圈阵列包括线圈谐振单元和去耦合网络单元；上述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，上述去耦合网络单元包括多个去耦合电路，其中，一个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容；各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布，相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路；各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路连接，用于在天线切换电路的控制下依次发射核磁共振信号，各个调谐电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率，去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合。该线圈阵列结构简单、性能优良，能够有效消除线圈谐振电路之间的耦合作用，进而实现精确定位油气位置，获取高质量的井眼地层数据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的立体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的电路图；
图4为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的去耦合方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的核磁共振探测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请的保护的范围。
核磁共振测井技术是利用核磁共振探测装置对井眼周围的地层的进行探测。探头是核磁共振探测装置中的最重要的组成部分之一，其多为单射频天线结构，能够测量360°全方位区域或者60°、120°的单方位区域，但没有对井下地层的周向分辨能力。因此，现有核磁共振探测装置是基于简单的均质性地层模型结构对地层进行测量，测量得到的信号是地层的周向全方位或单方位的平均信号，采用该平均信号反映地层的性质。
然而，在核磁共振探测装置的实际应用中，测量的井下环境多为复杂的地层环境，例如复杂非均质性地层、部分泥浆侵入地层或者井眼垮塌地层等。在这种情况下，平均信号无法准确地反应地层的性质，导致核磁共振探测装置的探测精度较差。
阵列探测技术，能够对井眼周围的地层进行井周成像，获取更丰富的地层信息。然而，核磁共振探测装置的线圈阵列之间存在电感耦合作用，使得线圈单元无法正常地进行信号的发射与接收。因此，井下核磁共振阵列线圈的电感耦合问题亟需解决。
因此，考虑到上述问题，本实施例提供一种核磁共振线圈阵列及其去耦合方法、核磁共振探测装置，该线圈阵列包括线圈谐振单元和去耦合网络单元；上述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，上述去耦合网络单元包括多个去耦合电路，其中，一个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容；各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布，相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路；各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路连接，用于在天线切换电路的控制下依次发射核磁共振信号，各个调谐电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率，去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合。该线圈阵列结构简单、性能优良，能够有效消除线圈谐振电路之间的耦合作用，进而实现精确定位油气位置，获取高质量的井眼地层数据。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图1为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的结构示意图，图2为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的立体结构示意图。线圈阵列1的输出端口直接接入到天线切换电路2当中，如图1所示，该线圈阵列1可以包括：包括线圈谐振单元和去耦合网络单元。图1和图2以线圈谐振单元包括四个线圈谐振电路为例进行说明，但本实施例对线圈谐振电路的个数不做特别限定，可以根据具体的应用场景选择线圈谐振电路的个数。
所述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，所述去耦合网络单元包括多个去耦合电路。
其中，每个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容。
各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联。
如图2所示，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布。
各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路2连接，用于在所述天线切换电路2的控制下依次发射核磁共振信号。
示例性的，每个线圈分别对应不同的探测方位，每个线圈可以激励不同方位的感兴趣区域，以图2为例，每个线圈可以激励弧度为90°的薄瓦壳状感兴趣区域，总的感兴趣区域为360°薄壁中空型圆柱。因此，在井下可以对不同方位的地层进行脉冲能量的发射与核磁共振信号的接收，且不同方位地层信号不会发生重叠，因此可以提高对不同方位角度上地层信息分辨能力。
可选地，各个线圈谐振电路中的线圈的为平面绕制的马鞍形或八字形的双匝线圈；
或者，各个线圈谐振电路中的线圈的为平面绕制的马鞍形或八字形的多匝线圈。
可选地，各个线圈谐振电路中相邻两个线圈的位置正交。
各个调谐电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率。
可选地，各个线圈谐振电路中的谐振电容分别位于对应的线圈的前端的电容舱室内，且各个谐振电容的结构相同，以方便将各个线圈调至具有相同的发射阻抗、发射频带以及性能的状态。
相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路，所述去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合。
可选地，各个去耦合电路分别位于对应的谐振电容的前端的舱室内，且各个去耦合电路的结构相同。
可选地，当间隔线圈谐振电路之间的耦合作用较大时，可以在各个线圈谐振电路中间隔线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路，用于消除间隔线圈之间的互感耦合。
可选地，所述去耦合电路包括电容值可调的去耦合电容。示例性的，通过调节去耦合电容的电容值，使得受电感耦合影响的线圈谐振电路的电性参数达到一致。
可选地，为了更加有效地消除各线圈谐振电路的线圈之间的互感耦合，还可以根据各个线圈谐振电路的线圈之间的互感耦合强度，调节去耦合电容的容值。例如：当线圈之间的互感耦合增强时，增大去耦合电容的容值。
可选地，每个线圈谐振电路还包括一个电阻；
所述电阻与所述线圈串联后，再与所述谐振电容并联，所述电阻和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述线圈和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述去耦合电路接头用于与去耦合电路连接。
图3为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的电路图，图3以线圈谐振单元包括四个线圈谐振电路，去耦合电路包括去耦合电容为例进行说明，但本实施例对线圈谐振电路的个数和去耦合电路不做特别限定。如图3所示，线圈谐振单元包括：第一线圈谐振电路31、第二线圈谐振电路32、第三线圈谐振电路33和第四线圈谐振电路34。第一线圈谐振电路31包括电阻R1、线圈L1和谐振电容C1。第二线圈谐振电路32包括电阻R2、线圈L2和谐振电容C1。第三线圈谐振电路33包括电阻R3、线圈L3和谐振电容C1。第四线圈谐振电路34包括电阻R4、线圈L4和谐振电容C1。相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路，即线圈L1和线圈L2的同名端和异名端之间、线圈L2和线圈L3的同名端和异名端之间、线圈L3和线圈L4的同名端和异名端之间，以及线圈L4和线圈L1的同名端和异名端之间，分别设置一个去耦合电容C2。具体的，线圈L1和线圈L2的同名端和异名端分别设置一个去耦合电路接头、线圈L2和线圈L3的同名端和异名端分别设置一个去耦合电路接头、线圈L3和线圈L4的同名端和异名端分别设置一个去耦合电路接头，以及线圈L4和线圈L1的同名端和异名端分别设置一个去耦合电路接头，通过去耦合电路接头与去耦合电容C2相连。
第一线圈谐振电路31中电阻R1和谐振电容C1之间设置一个去耦合电路接头，该接头与一去耦合电容C2连接；第二线圈谐振电路32中电阻R2和谐振电容C1之间设置一个去耦合电路接头，该接头与上述一去耦合电容C2连接。第一线圈谐振电路31中线圈L1和谐振电容C1之间设置一个去耦合电路接头，该接头与另一去耦合电容C2连接；第二线圈谐振电路32中线圈L2和谐振电容C1之间设置一个去耦合电路接头，该接头与上述另一去耦合电容C2连接。第二线圈谐振电路32、第三线圈谐振电路33与第二组去耦合电路的连接关系；第三线圈谐振电路33、第四线圈谐振电路34与第三组去耦合电路的连接关系；第四线圈谐振电路34、第一线圈谐振电路31与第四组去耦合电路的连接关系，均与上述第一线圈谐振电路31、第二线圈谐振电路32与第一组去耦合电路的连接关系基本相同，此处不再赘述。
本实施例提供的核磁共振线圈阵列，包括线圈谐振单元和去耦合网络单元；上述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，上述去耦合网络单元包括多个去耦合电路，其中，一个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容；各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布，相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路；各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路连接，用于在天线切换电路的控制下依次发射核磁共振信号，各个调谐电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率，去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合。该线圈阵列结构简单、性能优良，能够有效消除线圈谐振电路之间的耦合作用，进而实现精确定位油气位置，获取高质量的井眼地层数据。
图4为本申请实施例提供的核磁共振线圈阵列的去耦合方法的流程示意图。如图4所示，本实施例是基于如上述实施例的核磁共振线圈阵列的去耦合方法，包括：
S401：在所述核磁共振线圈阵列的各个单元处于断路状态时，分别调谐各个谐振电容的电性参数到相同的状态。
示例性的，在其他的单元为断路状态时，依次将各个线圈谐振单元的线圈谐振电容分别调谐到相同阻抗、相同频率及相同Q值等电性参数的状态，使各线圈谐振电路的线圈在发射时具有相同的发射阻抗，发射频带以及性能。
S402：将各个电性参数相同的谐振电容同时接入相应的线圈谐振电路，在各个线圈谐振电路中相邻线圈的同名端和异名端之间分别接入一个去耦合电路。
示例性的，将所有电性参数相同的谐振电容同时接入相应的线圈谐振电路，在各个线圈谐振电路中相邻的线圈单元的同名端和异名端之间分别接入一个去耦合电路，分别检查并记录各个线圈谐振电路之间的阻抗，频率以及Q值等典型参数。
S403：调整各个去耦合电路的去耦合电容值，以消除相邻线圈之间的互感耦合。
示例性的，调整去耦合电路的去耦合电容值，直到各个线圈谐振电路的线圈之间的频率及Q值相同且阻抗达到最大值，耦合的频谱完全消除。
本实施例提供的核磁共振线圈阵列的去耦合方法，通过在核磁共振线圈阵列的各个单元处于断路状态时，分别调谐各个谐振电容的电性参数到相同的状态，然后将各个电性参数相同的谐振电容同时接入相应的线圈谐振电路，在各个线圈谐振电路中相邻线圈的同名端和异名端之间分别接入一个去耦合电路，再调整各个去耦合电路的去耦合电容值，以消除相邻线圈之间的互感耦合，上述去耦合方法能够有效消除线圈谐振电路之间的耦合作用，提升线圈阵列的性能，进而实现精确定位油气位置，获取高质量的井眼地层数据。
图5为本申请实施例提供的核磁共振探测装置的结构示意图，如图5所示，该装置包括：上述实施例中的核磁共振线圈阵列1。
所述核磁共振线圈阵列1用于接收切换指令，根据所述切换指令切换线圈谐振电路。
可选地，该装置还包括：天线切换电路2、地面系统3、发射器模块4、双工器5、接收器6。
上述天线切换电路2，用于向所述核磁共振线圈阵列1发送切换指令。
上述地面系统3，用于发送检测指令和处理数据。
上述发射器模块4，用于发射大功率的信号。
上述双工器5，用于隔离在脉冲信号发射时与微弱信号接收时的噪声。
上述接收器6，用于接收微弱的信号。
本实施例提供的核磁共振探测装置，能够实现精确定位油气位置，获取高质量的井眼地层数据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种核磁共振线圈阵列，其特征在于，包括线圈谐振单元和去耦合网络单元；
所述线圈谐振单元包括多个线圈谐振电路，所述去耦合网络单元包括多个去耦合电路，其中，每个线圈谐振电路包括一个线圈和一个谐振电容；
各个线圈谐振电路中的谐振电容与线圈并联，各个线圈谐振电路中的线圈在圆周上等间隔分布，相邻线圈的同名端和异名端之间分别设置一个去耦合电路；
各个线圈同时与核磁共振探测装置的天线切换电路连接，用于在所述天线切换电路的控制下依次发射核磁共振信号，各个谐振电容用于调谐相应的核磁共振信号的发射频率，所述去耦合电路用于消除相邻线圈之间的互感耦合；
每个线圈谐振电路还包括一个电阻；
所述电阻与所述线圈串联后，再与所述谐振电容并联，所述电阻和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述线圈和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述去耦合电路接头用于与去耦合电路连接。
2.根据权利要求1所述的线圈阵列，其特征在于，各个线圈谐振电路中的线圈为平面绕制的马鞍形或八字形的双匝线圈；
或者，各个线圈谐振电路中的线圈为平面绕制的马鞍形或八字形的多匝线圈。
3.根据权利要求1所述的线圈阵列，其特征在于，各个线圈谐振电路中相邻两个线圈的位置正交。
4.根据权利要求1所述的线圈阵列，其特征在于，各个线圈谐振电路中的谐振电容分别位于对应的线圈的前端的电容舱室内，且各个谐振电容的结构相同。
5.根据权利要求1所述的线圈阵列，其特征在于，各个去耦合电路分别位于对应的谐振电容的前端的舱室内，且各个去耦合电路的结构相同。
6.根据权利要求1所述的线圈阵列，其特征在于，所述去耦合电路包括电容值可调的去耦合电容。
7.一种基于如权利要求1-6任一项所述的核磁共振线圈阵列的去耦合方法，其特征在于，包括：
在所述核磁共振线圈阵列的各个单元处于断路状态时，分别调谐各个谐振电容的电性参数到相同的状态；
将各个电性参数相同的谐振电容同时接入相应的线圈谐振电路，在各个线圈谐振电路中相邻线圈的同名端和异名端之间分别接入一个去耦合电路；
调整各个去耦合电路的去耦合电容值，以消除相邻线圈之间的互感耦合；
每个线圈谐振电路还包括一个电阻；
所述电阻与所述线圈串联后，再与所述谐振电容并联，所述电阻和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述线圈和所述谐振电容之间设置一个去耦合电路接头，所述去耦合电路接头用于与去耦合电路连接。
8.一种核磁共振探测装置，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的核磁共振线圈阵列。
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