CN110568519B - 一种核磁探测仪的探头模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核磁探测仪的探头模拟器，涉及石油勘探技术领域，包括：由金属制成的第一壳体、接头、永磁体、天线和由绝缘材料制成的第二壳体，永磁体、天线和第二壳体均设置在第一壳体内，其中，接头，固定于第一壳体；天线，与接头电连接，天线具有探测敏感区；永磁体，用于形成穿过探测敏感区的静磁场；第二壳体，至少部分设置于探测敏感区内，并具有用于容纳流体样品的样品腔。本发明的第一壳体能有效屏蔽外界噪音和井口周围存在大量金属材质对探头模拟器天线的干扰，从而在缺乏核磁刻度桶情况下，也能够通过流体样品实现在作业前对核磁探测仪电路短节的高压发射与微弱信号接收性能进行有效检测。

Description

一种核磁探测仪的探头模拟器

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，尤指一种核磁探测仪的探头模拟器。

背景技术

核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体(油、气、水)渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。

核磁探测仪需要下到井下裸眼地层井段时进行高压发射与微弱信号接收检测，在裸眼井段中一旦仪器进行高压发射与微弱信号接收检测出现故障，则必须将仪器重新提出井口进行检修更换，大大降低了仪器的作业效率，增加了作业风险。所以在核磁探测仪作业前需要对其高压发射与微弱信号接收性能进行检测，但由于井口现场存在的过大噪音和大量金属材质，均会影响仪器探头参数，在缺乏核磁刻度桶情况下井口环境不具备检测核磁探测仪高压发射与微弱信号接收性能好坏条件，从而导致核磁探测器作业前无法对其高压发射与微弱信号接收性能有效检测。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核磁探测仪的检测装置，能够实现在核磁探测仪作业前在缺乏核磁刻度桶情况下对核磁探测仪的高压发射与微弱信号接收性能进行有效检测。

本发明实施例提供的核磁探测仪的探头模拟器，包括：由金属制成的第一壳体、接头、永磁体、天线和由绝缘材料制成的第二壳体，永磁体、天线和第二壳体均设置在第一壳体内，其中，接头，固定于第一壳体，用于与核磁探测仪的电路短节电连接；天线，与接头电连接，用于将电路短节产生的高压发射信号以电磁波形式发射出去，及将接受的流体样品的回波信号传输回电路短节，天线具有探测敏感区；永磁体，用于形成穿过探测敏感区的静磁场；第二壳体，至少部分设置于探测敏感区内，并具有用于容纳流体样品的样品腔。

进一步地，探测敏感区为多个，并沿第一壳体的周向分布，样品腔至少设置在多个探测敏感区中的一个内。这样在满足最基本的测试要求基础上，可以减少模拟探测器的投入成本。当然，每个探测敏感区均可以设置样品腔，进而增强流体样品的回波信号强度，同时也可以更贴近于探头在地层流体的实际环境，提升电路短节的检测效果。

可选的，探头模拟器包括多组天线和永磁体组合，天线和永磁体组合沿着第一壳体的周向设置，相邻的天线和永磁体组合之间设置金属间隔板。

进一步的，第二壳体设置有与样品腔连通的第一开口，第一壳体设置有与第一开口位置对应的第二开口，探头模拟器还包括用于密封第一开口和第二开口之一的盖体。通过在第一壳体和第二壳体设置第一开口和第二开口，使得样品腔与外界可以连通，进而可以根据油井的地质条件，替换样品腔内的流体样品来模拟不同井下泥浆电阻率环境的地层流体，提升探头模拟器的适用范围。

可选的，第二开口设置在第一壳体远离接头的一端。这样第二开口与接头分别设置在探头模拟器相对的两端上，在探头模拟器与电路短节连接后，也可以方便的更换流体样品。

进一步的，天线包括线圈和调谐电容板，线圈和调谐电容板通过双绞线并联。即，线圈和调谐电容构成并联谐振电路，双绞线的每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，进而降低对天线发射信号和接受回波信号的干扰。

可选的，双绞线为屏蔽双绞线，屏蔽双绞线的屏蔽层与第一壳体电连接。进一步的提升探头模拟器的天线线圈接收信号的抗干扰能力。

进一步的，永磁体产生的静磁场与天线发射电磁波产生的交变磁场在探测敏感区垂直正交。这样更有利于流体样品产生核磁共振响应现象。

可选的，永磁体的N极与S极两边对称，线圈设置在永磁体N极与S极的结合部的一侧表面上。

本发明实施例提供的核磁探测仪的探头模拟器包括：由金属制成的第一壳体、接头、永磁体、天线和第二壳体，永磁体、天线和绝缘材料制成的第二壳体均设置在第一壳体内，其中，接头，固定于第一壳体，用于与核磁探测仪的电路短节电连接；天线，与接头电连接，用于将电路短节产生的高压发射信号以电磁波形式发射出去，及将接受的流体样品的回波信号传输回电路短节，天线具有探测敏感区；永磁体，用于形成穿过探测敏感区的静磁场；第二壳体，至少部分设置于探测敏感区内，并具有用于容纳流体样品的样品腔。由于第一壳体采用金属制成，第一壳体能有效屏蔽外界噪音和井口周围存在大量金属材质对探头模拟器的天线干扰，提供了一个良好的测试环境。同时，第二壳体的样品腔内充满流体样品可模拟不同井下泥浆电阻率环境的地层流体。从而在缺乏核磁刻度桶情况下，也能够实现在作业前对核磁探测仪的高压发射与微弱信号接收性能进行有效检测。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的核磁探测仪的探头模拟器结构示意图；

图2为本发明实施例中线圈和永磁体的磁场分布图；

图3为本发明实施例提供的另一种核磁探测仪的探头模拟器的截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

本实施例提供了一种核磁探测仪的探头模拟器100，如图1所示，包括：由金属制成第一壳体110、接头120、永磁体130、天线140和由绝缘材料制成的第二壳体150，永磁体130、天线140和第二壳体150均设置在第一壳体110内。

第一壳体110由金属材料制成，用于屏蔽外界噪音和井口周围存在大量金属材质对探头模拟器100的天线140的干扰。金属材料包括但不限于铁、铝、铜、钛合金、铅等。第一壳体110的形状可以完全模拟核磁探测仪探头的形状，也可以为其他形状，根据实际的需求设定。例如，第一壳体110可以为圆柱状。在本实施例中对第一壳体110的形状不做具体限定。

接头120，固定在第一壳体110上，用于与核磁探测仪的电路短节电连接。具体的，如图1所示，第一壳体110为圆柱状，接头120固定在第一壳体110的两个端面之一上。

天线140，与接头120电连接，用于将电路短节产生的高压发射信号以电磁波形式发射出去，及将接受的流体样品的回波信号传输回电路短节。在本实施例中，如图1所示，天线140包括线圈141和调谐电容142。线圈141与调谐电容142并联，构成并联谐振电路。线圈141将电路短节的高压信号以电磁波信号的方式发射出去，激励待测流体样品产生核磁共振回波信号，同时将流体样品产生的核磁共振回波信号接收。线圈141具有探测敏感区144，探测敏感区144位于线圈141正上方一定的距离区间内，一般在线圈141上方的5cm-15cm范围内。具体的，根据永磁体130在5cm-15cm范围内产生的静磁场强度B0，来设置匹配的调谐电容142的数值，使其与线圈141组合形成的并联谐振电路频率匹配5cm-15cm内的静磁场强度B0，从而确保天线140发射信号敏感区落在此范围内。B0与频率匹配关系满足核磁共振拉莫尔频率公式f＝r*B0，其中f为天线频率，r为氢原子旋磁比常数，B0为敏感区静磁场强度。

永磁体130，用于形成穿过探测敏感区144的静磁场，可以对流体样品预极化。具体的，如图1所示，永磁体130可以为钐钴永磁体。钐钴永磁体130具有高磁能积、极低的温度系数和良好的化学稳定性。当然，永磁体130也可以采用其它永磁体130，例如钕铁硼、铝镍钴或铁氧体永磁体，在本实施例不做具体限定。

第二壳体150，至少部分设置于天线140的探测敏感区144内。第二壳体150具有样品腔151，样品腔151用于容纳流体样品。第二壳体150对天线140和永磁体130产生的磁场不具有屏蔽作用。第二壳体150采用绝缘材料制成，例如有机固体绝缘材料或无机固体绝缘材料。有机固体材料可以为塑料或橡胶等，塑料可以采用特种塑料，例如PEEK(聚醚醚酮)。无机固体绝缘材料可以为玻璃、石英或陶瓷。第二壳体150可以通过支架固定在第一壳体110内，也可以通过焊接的方式固定在第一壳体110上。具体的，如图1所示，第二壳体150为圆柱状，设置在第一壳体110远离接头120的一端。第二壳体150设置有与样品腔151连通的第一开口152，第一壳体110设置有与第一开口152位置对应的第二开口111，探头模拟器100还包括用于密封第一开口152和第二开口111之一的盖体160。样品腔151通过第一开口152和第二开口111可以与外界连通，进而根据油井的地质条件，替换样品腔151内的流体样品来模拟不同井下泥浆电阻率环境的地层流体，提升探头模拟器100的适用范围。其中，流体样品可以在核磁探测仪作业现场灌入到样品腔151内，也可以将流体样品制成流体样品模块，流体样品模块具有不同的规格，可以模拟不同地层流体，在使用时，只需将流体样品模块插入到样品腔151内即可。流体样品模块可以为玻璃、石英或陶瓷制成的检测管，检测管内放置流体样品。可选的，第二壳体150的第一开口152位置与第一壳体110连接，连接方式可以为焊接、粘结或螺纹连接。

在本实施例中，流体样品可以为NaCl和硫酸铜混合溶液。当需要模拟不同地层流体时，只需要调整NaCl的浓度。

本实施例中，由于第一壳体110采用金属制成，第一壳体110能有效屏蔽外界噪音和井口周围存在大量金属材质对探头模拟器100的天线140的干扰，提供了一个良好的测试环境。同时，第二壳体150的样品腔151内充满流体样品可模拟不同井下泥浆电阻率环境的地层流体。从而在缺乏核磁刻度桶情况下，也能够实现在作业前对核磁探测仪的高压发射与微弱信号接收性能进行有效检测。

在本实施例中，线圈141和调谐电容142采用双绞线并联。具体的，线圈141和调谐电容142采用第一双绞线143并联，可选的，第一双绞线143为屏蔽双绞线，屏蔽双绞线的屏蔽层通过导线170与第一壳体110电连接。双绞线可以降低对天线140发射信号和接受回波信号的干扰。当采用屏蔽双绞线时，会进一步提升探头天线140线圈141接收信号的抗干扰能力。

在本实施例中，天线140通过屏蔽双绞线与接头120电连接。具体的，天线通过第二屏蔽双绞线180与接头120电连接

在本实施例中，永磁体130产生的静磁场与天线140发射电磁波产生的交变磁场在探测敏感区144垂直正交。具体的，如图2所示，永磁体130的N极与S极左右两边对称，线圈141设置在永磁体130N极与S极的结合部的一侧表面上。永磁体130的N极与S极左右两边对称，确保静磁场B0穿过探测器内部流体样品模块中探测敏感区144，当探头模拟器100内天线140接收到电路短节传输来的高压发射信号后，线圈141以电磁波形式沿交变磁场B1方向发射电磁波信号，设计确保B1方向与B0方向在探测敏感区144区域成正交垂直关系，这样使探测敏感区144内的流体样品产生核磁共振响应现象更强，流体样品产生的核磁共振回波信号又被天线140线圈141接收到，然后通过探头模拟器100接头120传输回电路短节进行采集与处理。这样更有利于流体样品产生核磁共振响应现象。

在本实施例中，探头模拟器100与核磁探测仪的电路短节通过接头120硬连接后，第一壳体110与电路短节外壳直接相连，这样就使第一壳体110与电路短节的电路地线相连，确保对探头模拟器100内部天线140良好电磁屏蔽，避免现场环境噪声干扰。

实施例二

本实施例提供了一种核磁探测仪的探头模拟器100，区别实施例1提供的核磁探测仪的探头模拟器100在于：探测敏感区144为多个，并沿第一壳体110的周向分布，样品腔151至少设置在多个探测敏感区144中的一个内。

探头模拟器100可以包括多组天线140和永磁体130构成的组合，沿着第一壳体110的周向设置，这样产生沿周向分布的多个探测敏感区144。样品腔151至少设置在多个探测敏感区144中的一个内。具体的，如图3所示，探测敏感区144为3个，样品腔151设置在每个探测敏感区144内。当样品腔151为多个时，第二壳体150可以为一个，在第二壳体150上开设多个样品腔151。第二壳体150也可以为多个，每个第二壳体150设置一个样品腔151。探头模拟器100设置多个沿第一壳体110周向分布的探测敏感区144，可以更好的模拟核磁探测仪探头的工作环境，进而使得核磁探测仪的电路短节的性能可以在更加贴近实际情况的环境下被检测。

如图3所示，为了避免天线140和永磁体130组合之间的干扰，可以在相邻的天线140和永磁体130组合之间设置金属间隔板190。

在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (8)

1.一种核磁探测仪的探头模拟器，其特征在于，包括：由金属制成的第一壳体、接头、永磁体、天线和由绝缘材料制成的第二壳体，所述永磁体、天线和第二壳体均设置在所述第一壳体内，其中，

所述接头，固定于所述第一壳体，用于与核磁探测仪的电路短节电连接；

所述天线，与所述接头电连接，用于将所述电路短节产生的高压发射信号以电磁波形式发射出去，及将接受的流体样品的回波信号传输回所述电路短节，所述天线具有探测敏感区；

所述永磁体，用于形成穿过所述探测敏感区的静磁场；

所述第二壳体，至少部分设置于所述探测敏感区内，并具有用于容纳流体样品的样品腔；

所述探测敏感区为多个，并沿所述第一壳体的周向分布，所述样品腔至少设置在多个所述探测敏感区中的一个内；

所述天线和所述永磁体的组合为多组，并沿着第一壳体的周向设置，相邻的所述组合之间设置金属间隔板。

2.根据权利要求1所述的探头模拟器，其特征在于，所述第二壳体设置有与所述样品腔连通的第一开口，所述第一壳体设置有与所述第一开口位置对应的第二开口，所述探头模拟器还包括用于密封第一开口和第二开口之一的盖体。

3.根据权利要求2所述的探头模拟器，其特征在于，第二壳体在第一开口位置与所述第一壳体连接。

4.根据权利要求2或3所述的探头模拟器，其特征在于，所述第二开口设置在所述第一壳体远离所述接头的一端。

5.根据权利要求1-3任一项所述的探头模拟器，其特征在于，所述天线包括线圈和调谐电容板，所述线圈和调谐电容板通过双绞线并联。

6.根据权利要求5所述的探头模拟器，其特征在于，所述双绞线为屏蔽双绞线，所述屏蔽双绞线的屏蔽层与所述第一壳体电连接。

7.根据权利要求5所述的探头模拟器，其特征在于，所述永磁体产生的静磁场与所述天线发射电磁波产生的交变磁场在所述探测敏感区垂直正交。

8.根据权利要要求7所述的探头模拟器，其特征在于，所述永磁体的N极与S极两边对称，所述线圈设置在所述永磁体N极与S极的结合部的一侧表面上。

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