CN112835111A - 一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法，采用变幅度的射频脉冲作为复合射频脉冲，脉冲幅度在持续时间T内变化，实现核磁共振测井CPMG脉冲序列，完成自旋回波信号测量。能够提高核磁共振回波信号带宽，从而提高核磁共振测量的信噪比。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气勘探开发技术领域，具体涉及一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法。
背景技术
对于核磁共振测井，信噪比是最突出的问题。由于磁场强度低、样品体积小等原因，核磁共振测井结果直接影响到后续计算的储层物性参数(如孔隙度、渗透率、孔径分布等)和T2截止值的准确性。分析核磁共振信号产生机理，射频脉冲发射方法影响核磁共振回波信号幅度，从而影响核磁共振测量的信噪比。因为射频脉冲实现磁化矢量的扳倒，磁化扳倒角与射频脉冲能量(即射频脉冲的幅度、持续时间和形状)成正比。射频脉冲的幅度受到仪器硬件的限制而不能无限增大，脉冲持续时间和形状可由参数设置。例如，射频脉冲能量不变，那么固定脉冲幅度的条件下，如果改变形状，就需要改变持续时间。
脉冲持续时间和形状决定信号带宽的大小。首先，持续时间越长，带宽越小。其次，在时间域是方波形状的硬脉冲经过傅里叶变换后，在频率域是一个函数；而在时间域是一个函数形状的软脉冲，经过傅里叶变换后，在频率域则是一个方形。考虑硬脉冲在频率域主波瓣零点位置附近的能量较小，采用在主波瓣幅值时对应的频率范围作为硬脉冲的有效带宽，此时带宽内信号分量占信号总能量的。因此，其他参数相同的条件下，软脉冲比硬脉冲的有效带宽大。
目前，国内外核磁共振测井仪器采用硬脉冲发射方式，硬脉冲是具有固定频率的等幅度的射频脉冲，在时间域是方波形状，但是在频率域里是Sinc函数形状，不均匀分布在很宽的频率范围内，使得有效信号带宽较小，从而测量的核磁共振回波信号强度小。现可采用新型复合射频脉冲发射方法，既能有较高的发射效率，也能在地层中有明确的样品位置与厚度，提高了被测样品体积，从而提高核磁共振测井仪器测量的信号强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法，实现核磁共振测井CPMG脉冲序列，完成自旋回波信号测量。
本发明采用以下技术方案：
一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法，采用变幅度的射频脉冲作为复合射频脉冲，脉冲幅度在持续时间T内变化，实现核磁共振测井CPMG脉冲序列，完成自旋回波信号测量。
具体的，射频脉冲的脉冲幅度在持续时间T内的变化具体为：先为Sinc函数形状上升，然后为等幅脉冲形状，最后为Sinc函数形状下降直至为零。
进一步的，Sinc函数形状上升的持续时间为T/4。
进一步的，Sinc函数形状上升至脉冲幅度峰值A。
进一步的，等幅脉冲的持续时间为T/2。
进一步的，Sinc函数形状下降至零的持续时间为T/4。
具体的，变幅度包括90°和180°，90°射频脉冲与180°射频脉冲的频率、脉冲幅度峰值和脉冲幅度变化趋势一致。
进一步的，180°射频脉冲的持续时间是90°射频脉冲的两倍。
具体的，脉冲频率为核磁共振拉莫尔频率f。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法，脉冲的幅度随时间变化，能够提高核磁共振测井有效信号带宽，从而提高核磁回波信号的幅度，从而提高了仪器信噪比；通过脉冲形状参数和幅值参数设置，让核磁共振测井仪器发射电路产生的射频脉冲幅度先为Sinc函数形状上升至A(仪器能承受最大的射频脉冲幅值)，持续时间为T/4，然后是持续时间为T/2的等幅脉冲，接着为Sinc函数形状下降直至为零，持续时间为T/4，最大限度地提高核磁共振回波信号带宽，从而提高核磁共振测量的信噪比。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为射频脉冲示意图，其中，(a)为传统硬射频脉冲，(b)为复合射频脉冲；
图2为硬射频脉冲在时域与频率域响应示意图，其中，(a)为矩形射频脉冲在时域的响应，(b)为矩形射频脉冲在频率域的响应；
图3为复合射频脉冲在时域与频率域响应示意图，其中，(a)为复合射频脉冲在时域的响应，(b)为复合射频脉冲在频率域的响应；
图4为采用了复合射频脉冲方法的核磁共振CPMG脉冲序列中的90°射频脉冲和第一个180°射频脉冲信号图。
图5为分别采用复合射频脉冲和硬射频脉冲技术的核磁共振回波信号对比图。
具体实施方式
本发明一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法，采用变幅度的射频脉冲作为复合射频脉冲，脉冲频率为核磁共振拉莫尔频率f，持续时间为T，脉冲幅度峰值为A，脉冲幅度在持续时间T内变化，实现核磁共振测井CPMG脉冲序列，完成自旋回波信号测量。
脉冲幅度变化趋势是，先为Sinc函数形状上升，持续时间为T/4，然后是持续时间为T/2的等幅脉冲，接着为Sinc函数形状下降直至为零，持续时间为T/4。
其中，90°射频脉冲与180°射频脉冲的频率、脉冲幅度峰值和脉冲幅度变化趋势一致，180°射频脉冲的持续时间是90°射频脉冲的两倍。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
根据核磁共振射频信号特点，设定拉莫尔频率为500kHz，磁化扳转角为90°，脉冲幅度为5Gauss，可得脉冲持续时间为100us，约为50个射频信号周期，经过傅里叶变换，得到信号强度在频率域的分布。在频率域的响应得出，矩形脉冲具有多次谐波分量，且频谱呈sinc函数分布，在主波瓣幅值-3dB时对应的频率范围作为有效带宽，有效带宽约为8kHz。
复合射频脉冲采用sinc函数脉冲和矩形脉冲组合的方式，仍设定拉莫尔频率为500kHz，需采用分段函数表示，经过傅里叶变换，得到信号强度在频率域的分布。
在频率域的响应可以得出，复合射频脉冲与矩形脉冲相似，频谱呈sinc函数分布，但是谐波分量少，能量相对集中，因此也需要在幅值-3dB时对应的频率范围作为有效带宽，有效带宽约为10.4kHz。
在核磁共振测井仪器上进行测试验证，分别采用复合射频脉冲和硬射频脉冲技术，前者得到的核磁共振回波信号幅度比后者高22％，信噪比提高28％。
请参阅图1，射频脉冲示意图，(a)为传统硬射频脉冲，(b)为复合射频脉冲。为得到相同的射频能量，后者的持续时间是前者的1.2倍。
请参阅图2，为硬射频脉冲在时域与频率域响应示意图，脉冲持续时间100us。通过数值计算，在频率域的响应可以得出，矩形脉冲具有多次谐波分量，且频谱呈sinc函数分布，在主波瓣幅值-3dB时对应的频率范围作为有效带宽，有效带宽约为8kHz。
请参阅图3，复合射频脉冲在时域与频率域响应示意图，脉冲持续时间120us.通过数值计算，在频率域的响应可以得出，复合射频脉冲与矩形脉冲相似，频谱呈sinc函数分布，但是谐波分量少，能量相对集中，因此也需要在幅值-3dB时对应的频率范围作为有效带宽，有效带宽约为10.4kHz。可以看出，与图2中的硬脉冲具有相同的能量，但是信号带宽提升26％。
请参阅图4，核磁共振测井采用CPMG脉冲序列实现自旋回波信号测量，该脉冲序列是一个90°射频脉冲后面跟着一长串180°射频脉冲。图中展示的是CPMG脉冲序列中的90°射频脉冲和第一个180°射频脉冲信号图，且采用了复合射频脉冲技术。
请参阅图5，分别采用复合射频脉冲和硬射频脉冲技术的核磁共振回波信号对比图。在核磁共振测井仪器上进行测试验证，分别采用复合射频脉冲和硬射频脉冲技术，前者得到的核磁共振回波信号幅度比后者高22％，信噪比提高28％。
综上所述，本发明提出核磁共振测井用的复合射频脉冲方法，明显区别于传统的硬脉冲或者软脉冲，其目的能明显提高核磁共振回波信号带宽，从而提高核磁共振测量的信噪比。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种核磁共振测井用复合射频脉冲方法，其特征在于，采用变幅度的射频脉冲作为复合射频脉冲，脉冲幅度在持续时间T内变化实现核磁共振测井CPMG脉冲序列，完成自旋回波信号测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，射频脉冲的脉冲幅度在持续时间T内的变化具体为：先为Sinc函数形状上升，然后为等幅脉冲形状，最后为Sinc函数形状下降直至为零。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，Sinc函数形状上升的持续时间为T/4。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，Sinc函数形状上升至脉冲幅度峰值A。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，等幅脉冲的持续时间为T/2。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，Sinc函数形状下降至零的持续时间为T/4。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，变幅度包括90°和180°，90°射频脉冲与180°射频脉冲的频率、脉冲幅度峰值和脉冲幅度变化趋势一致。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，180°射频脉冲的持续时间是90°射频脉冲的两倍。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲频率为核磁共振拉莫尔频率f。
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2021
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