CN117630076A - 一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，本发明将传统的螺线管线圈分为三段，其中，线圈主段位于磁体的两极之间，而线圈副段则分别位于线圈主段的两侧；其中，线圈主段与两线圈副段的绕制方向相反，如此，在通入电流时，两线圈副段则会产生一个与线圈主段相反的磁场；基于此，本发明用两线圈副段所产生的磁场，来抵消线圈主段的边沿磁场，从而加快线圈主段磁场在其边沿的衰落；基于前述设计，在进行岩芯测量时，则仅有线圈主段所处的区域才能用于氢核的激发，因此，可缩短岩芯激发的区域，从而提高测量的纵向分辨率；由此，本发明无需多个线圈正交或去耦，避免了线圈正交和去耦所带来的信号信噪比降低以及设计复杂的问题。
Description
技术领域
本发明属于核磁共振技术领域，具体涉及一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈。
背景技术
核磁共振测量油井或者岩芯是利用氢核在磁场中的核磁共振现象,来探测地层孔隙、流体以及岩芯内部特征的一种方法；其中，岩芯测量是将钻井中获得的岩芯在现场或者实验室进行测量；这种方法需要对钻出的岩芯做及时的处理，以避免岩芯中的有效检测成分挥发或者与外界发生化学反应。
核磁共振测井或者岩芯测量，通常需要一个静态磁场B0场和一个激发氢核的射频场B1场，其中，射频场通常由向特定线圈通入电流来产生，其线圈产生的磁场的方向需要与B0场正交，且正交的区域越多，线圈的发射和接收效率越高；同时，线圈探测信号的幅度与氢核的数量成正比，也就是与探测区域的体积成正比，一般有两种方法可以增加探测区域的体积，一是使用窄脉冲激发较厚的区域从而激发更多的氢核，二是增加天线的长度，天线的长度与探测区域的长度成正比，但是天线的长度与纵向分辨率成反比，纵向分辨率反应了当前测量位置的物质情况，纵向分辨率越高，越能够准确的反应出各个位置的地质分布情况；因此，提高岩芯检测的纵向分辨率，是保证岩芯测量准确性的重要前提。
目前，存在有两种提高纵向分辨率的方法，一种是通过特殊的序列设计与数据处理方法，通过对原始数据进行后处理同时并消除噪声信号来优化NMR信号，并以此来提高纵向分辨率；另一种则是通过改变射频线圈的结构，来提高纵向分辨率；在射频线圈的结构改进上，现有文献1(US678137)提供了一种高分辨率的天线设计，其本质是将一个大尺寸的主天线(即线圈)和一个小尺寸的副天线联合使用，大尺寸的主天线具有低的纵向分辨率，可以激发更深更大的范围，而小尺寸的副天线具有高的纵向分辨率，用以接收小范围的回波信号，如此，将两个线圈采集的信号数据做比较和组合处理，就可以提高纵向分辨率。
但是，前述现有技术存在以下不足：两个天线需要正交或去耦，其中，两天线正交需要更大的高度空间来放置线圈，如此，则会导致线圈距离检测样品距离变远，从而降低信号的信噪比；而去耦则会让线圈设计变得复杂，提高了加工难度；基于此，如何提供一种无需线圈正交以及去耦，且同时可提高岩芯测量纵向分辨率的射频探头，已成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，用以解决现有技术中使用双天线来提高纵向分辨率所存在的两天线需要正交或去耦，从而导致信号信噪比低以及线圈设计复杂的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，包括：
线圈支架、线圈主段以及线圈副段，其中，所述线圈主段绕制在所述线圈支架上，所述线圈支架的线圈主段绕制部位的两侧分别绕制有所述线圈副段，所述线圈主段处于磁体的两极之间，且所述线圈主段以及所述线圈副段绕制在所述线圈支架上后，构成螺线管线圈；
两线圈副段的绕制方向与所述线圈主段的绕制方向相反，其中，当向所述线圈主段和两线圈副段通入电流时，所述线圈主段在目标区域中产生的磁场，与两线圈副段在目标区域中产生的磁场相互抵消，所述线圈主段在目标区域中产生的磁场为线圈主段边沿磁场，且所述目标区域为线圈支架上处于线圈主段与两线圈副段之间的区域。
基于上述公开的内容，本发明相当于是将传统的螺线管线圈分为三段，其中，线圈主段位于磁体的两极之间，而线圈副段则分别位于线圈主段的两侧；其中，线圈主段与两线圈副段的绕制方向相反，如此，在通入电流时，两线圈副段则会产生一个与线圈主段相反的磁场；基于此，本发明相当于用两线圈副段所产生的磁场，来抵消线圈主段的边沿磁场，从而加快线圈主段磁场在其边沿的衰落；基于前述设计，在进行岩芯测量时，则仅有线圈主段所处的区域才能用于氢核的激发，因此，可缩短岩芯激发的区域，从而提高测量的纵向分辨率；由此，本发明无需多个线圈正交或去耦，避免了线圈正交和去耦所带来的信号信噪比降低以及设计复杂的问题，所以，本发明特别适用于岩芯的检测，适用于在岩芯测量领域的大规模应用与推广。
在一个可能的设计中，所述线圈主段的绕制匝数大于各个线圈副段的绕制匝数。
在一个可能的设计中，所述线圈主段的匝间距与各个线圈副段的匝间距不同。
在一个可能的设计中，所述线圈支架的中间部位上绕制有所述线圈主段，且各个线圈副段与所述线圈主段之间间隔设置。
在一个可能的设计中，各个线圈副段与所述线圈主段之间的间隔间距相等。
在一个可能的设计中，各个线圈副段产生的射频磁场强度，小于所述线圈主段产生的射频磁场强度。
在一个可能的设计中，两线圈副段在目标区域中产生的磁场，对所述线圈主段在目标区域中产生的磁场的削弱程度与两线圈副段和线圈主段的匝数，两线圈副段和线圈主段的匝间距，以及两线圈副段与线圈主段之间的间隔间距相关。
在一个可能的设计中，所述线圈支架为圆形螺线支架，且所述圆形螺线支架内设置有岩芯放置通路。
在一个可能的设计中，所述磁体用于产生静态磁场，所述线圈主段用于产生射频磁场，且所述静态磁场的磁场方向与所述射频磁场的磁场方向相互正交。
在一个可能的设计中，所述磁体包括永磁体，电磁体或超导磁体。
有益效果：
(1)本发明将传统的螺线管线圈分为三段，其中，线圈主段位于磁体的两极之间，而线圈副段则分别位于线圈主段的两侧；其中，线圈主段与两线圈副段的绕制方向相反，如此，在通入电流时，两线圈副段则会产生一个与线圈主段相反的磁场；基于此，本发明相当于用两线圈副段所产生的磁场，来抵消线圈主段的边沿磁场，从而加快线圈主段磁场在其边沿的衰落；基于前述设计，在进行岩芯测量时，则仅有线圈主段所处的区域才能用于氢核的激发，因此，可缩短岩芯激发的区域，从而提高测量的纵向分辨率；由此，本发明无需多个线圈正交或去耦，避免了线圈正交和去耦所带来的信号信噪比降低以及设计复杂的问题，所以，本发明特别适用于岩芯的检测，适用于在岩芯测量领域的大规模应用与推广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的射频线圈的仿真示意图；
图3为图2中y为0时，XZ平面的仿真磁场分布图；
图4为本发明实施例提供的射频线圈的B1场分布图。
附图标记：
10-线圈支架；20-线圈主段；30-线圈副段；40-磁体；11-岩芯放置通路。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例：
参见图1～4所示，本实施例所提供的提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，不需要多个线圈的复杂设计，设计加工简单，能够在无需线圈正交或去耦的基础上，来加快主段螺线管磁场在其边沿的衰落，从而在牺牲少量岩芯激发磁场的情况下，来提高检测的纵向分辨率，进而准确的反应出岩芯各个位置的地质分布情况。
在本实施例中，举例前述提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈可以但不限于包括：线圈支架10、线圈主段20、线圈副段30以及磁体40；其中，线圈支架20用于线圈主段20以及线圈副段30的安装，磁体40用于产生静态磁场，而线圈主段20则用于产生射频磁场，当然，所述静态磁场的磁场方向与所述射频磁场的磁场方向相互正交，以满足岩芯测量要求；同时，在具体应用时，本实施例在传统的螺线管线圈的基础上，将线圈分为了三段，即前述线圈主段20和两线圈副段30；参见图1所示，线圈主段20绕制在所述线圈支架10上，而线圈副段30则绕制在线圈主段20的两侧，即所述线圈支架10的线圈主段绕制部位的两侧分别绕制有所述线圈副段30；如此，当线圈主段20以及线圈副段30绕制在所述线圈支架10上后，则构成了螺线管线圈(具体的，则是构成了三段螺线管线圈)。
在具体实施时，参见图1所示，举例所述线圈主段20处于磁体40的两极之间，即本实施例所提供的射频线圈，仅使用线圈主段20来进行测量信号的采集；同时，举例磁体40可以但不限于包括永磁体、电磁体或超导磁体，且可采用环形磁体或C字形磁体；当然，前述磁体的类型和结构仅是示意，可根据实际使用而具体设定，在此不限定于前述举例。
更进一步的，本实施例还设置两线圈副段30的绕制方向与所述线圈主段20的绕制方向相反，如此，当向所述线圈主段20和两线圈副段30通入电流时，线圈主段20内的电流方向，与两线圈副段30内的电流方向相反；基于此，线圈主段20所产生的磁场方向，则与两线圈副段30所产生的磁场方向相反；由此，所述线圈主段20在目标区域中产生的磁场，与两线圈副段30在目标区域中产生的磁场则会相互抵消；参见图1所示，所述目标区域为线圈支架10上处于线圈主段20与两线圈副段30之间的区域，也就是图1中的区域2和区域4，且所述线圈主段在目标区域中产生的磁场为线圈主段边沿磁场；由此，本实施例相当于用两线圈副段30所产生的磁场(射频磁场)，来削弱线圈主段20的边沿磁场，从而加快线圈主段20的磁场在其边沿的衰落，进而使线圈主段20产生的磁场来进行氢核的激发；如此，则可缩短岩芯激发的区域，在少量牺牲线圈主段磁场的情况下，来提高线圈主段的纵向分辨率。
在一个具体的实施方式中，举例所述线圈主段20的绕制匝数大于各个线圈副段30的绕制匝数，所述线圈主段20的匝间距与各个线圈副段30的匝间距不同，且需要保证各个线圈副段30与所述线圈主段20之间间隔设置；基于此，相当于是两线圈副段30在目标区域中产生的磁场，对所述线圈主段20在目标区域中产生的磁场的削弱程度与两线圈副段30和线圈主段20的匝数，两线圈副段30和线圈主段20的匝间距，以及两线圈副段30与线圈主段20之间的间隔间距相关；如此，通过调整前述绕制匝数、匝间距以及间隔间距，即可调整两线圈副段30所产生的磁场，对线圈主段20的边沿磁场的削弱能效；而当调整到最佳值时，即可使两线圈副段30所产生的磁场来完全抵消线圈主段20的边沿磁场，从而将线圈主段20的纵向分辨率提高至最佳值。
更进一步的，举例各个线圈副段30产生的射频磁场强度，小于所述线圈主段产生的射频磁场强度，由于线圈副段距离磁体40有一定的距离，且未处于磁体40产生的有效静磁场范围内，因此线圈副段产生的射频磁场不对待测岩芯的氢核进行激发；因此，两个线圈副段各自区域(即图1中的区域1和区域5)内尽管有一定强度的射频磁场，但未位于有效的静磁场内，从而不能激发当前区域的氢核；由此，只有线圈主段20对应的区域才能激发氢核(即图1中的区域3)，所以，则缩短了岩芯激发的区域。
在本实施例中，前述绕制匝数、匝间距以及间隔间距，可根据实际使用而具体确定，在此不作具体限定。
在本实施例中，举例各个线圈副段30与所述线圈主段20之间的间隔间距相等，如此，可保证对线圈主段20的边沿磁场的屏蔽性。
同时，下述公开线圈主段20其中一种绕制结构：
在具体应用时，举例所述线圈支架10的中间部位上绕制有所述线圈主段20，而线圈支架10的两端则用于绕制线圈副段30；更进一步的，参见图1所示，举例所述线圈支架10为圆形螺线支架，且所述圆形螺线支架内设置有岩芯放置通路11；如此，通过将岩芯放置在该通路内，即可实现岩芯的测量。
参见图1所示，下述给出前述射频线圈能够提高纵向分辨率的原理分析：
磁体40用于产生恒定的B0磁场(静态磁场)，线圈支架10用于线圈主段20和线圈副段20的绕制和固定，支架内可以放置岩芯，线圈主段20位于区域3，距离线圈主段20一定的位置区域1和区域5分别放置一个和区域3内线圈主段20反向绕制的线圈副段，圈数一般低于区域3的线圈主段圈数；假设线圈进入的电流如图1所示方向，则线圈主段在区域2、3、4产生的磁场方向均向左，其中，区域2和区域4位于线圈主段20的边沿附近，磁场强度相对区域3要弱一些；而区域1和区域5内的线圈副段在区域2和区域4产生的磁场方向均向右，因此，区域3内的线圈主段和区域1、5内的线圈副段在区域2和区域4内的磁场相反，调整主线圈副段的间距，以及线圈主段和线圈副段的匝数及匝间距，就可以使得区域2和区域4内的磁场抵消到一定低的水平，从而不产生激发氢核的射频磁场；同时，由于检测岩芯的磁体40位于区域3内，而两个线圈副段距离磁体40有一定的距离，所以，两个线圈副段在区域1和区域5内尽管有一定强度的射频磁场，却不能有效的激发当前区域的氢核；因此，在激发岩芯的主要区域2、3、4内，且区域2和区域4的磁场被抵消，只有区域3的磁场用于氢核的激发，基于此，则可缩短岩芯激发的区域，从而提高纵向分辨率。
另外，参见图2～图4所示，下述给出本实施例所提供的射频线圈的仿真示意图：
图2所示的为本实施例所提供的射频线圈的仿真示意图，线圈正中心位置为(x,y,z)＝(0,0,0)，图3为图2在y＝0时，XZ平面的磁场仿真分布图(箭头代表方向，箭头大小代表磁场强度)，而图4则为仿真线圈的B1场分布幅值图(亮度代表幅值强度，亮度越大，幅值越大)，从图3可以看到，在三段线圈中每两段之间的磁场有一定的削弱；且中间的削弱程度受到主副线圈(即线圈主段和线圈副段)之间的距离、圈数以及匝间距的影响，调节前述距离、圈数和匝间距，就可以使两段螺线管的交界处的磁场得到更好的削弱，从而有更好的纵向分辨率；由此通过前述仿真图，也可说明本实施例所提供的射频线圈，能够具有更高的纵向分辨率。
通过前述对射频线圈的详细结构阐述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将传统的螺线管线圈分为三段，其中，线圈主段位于磁体的两极之间，而线圈副段则分别位于线圈主段的两侧；其中，线圈主段与两线圈副段的绕制方向相反，如此，在通入电流时，两线圈副段则会产生一个与线圈主段相反的磁场；基于此，本发明相当于用两线圈副段所产生的磁场，来抵消线圈主段的边沿磁场，从而加快线圈主段磁场在其边沿的衰落；基于前述设计，在进行岩芯测量时，则仅有线圈主段所处的区域才能用于氢核的激发，因此，可缩短岩芯激发的区域，从而提高测量的纵向分辨率；由此，本发明无需多个线圈正交或去耦，避免了线圈正交和去耦所带来的信号信噪比降低以及设计复杂的问题，所以，本发明特别适用于岩芯的检测，适用于在岩芯测量领域的大规模应用与推广。
(2)本发明不需要进行复杂的序列以及算法设计来实现纵向分辨率的提高，因此，可降低成本，以及提高测量效率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，包括：
线圈支架(10)、线圈主段(20)以及线圈副段(30)，其中，所述线圈主段(20)绕制在所述线圈支架(10)上，所述线圈支架(10)的线圈主段绕制部位的两侧分别绕制有所述线圈副段(30)，所述线圈主段(20)处于磁体(40)的两极之间，且所述线圈主段(20)以及所述线圈副段(30)绕制在所述线圈支架(10)上后，构成螺线管线圈；
两线圈副段(30)的绕制方向与所述线圈主段(20)的绕制方向相反，其中，当向所述线圈主段(20)和两线圈副段(30)通入电流时，所述线圈主段(20)在目标区域中产生的磁场，与两线圈副段(30)在目标区域中产生的磁场相互抵消，所述线圈主段在目标区域中产生的磁场为线圈主段边沿磁场，且所述目标区域为线圈支架(10)上处于线圈主段(20)与两线圈副段(30)之间的区域。
2.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，所述线圈主段(20)的绕制匝数大于各个线圈副段(30)的绕制匝数。
3.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，所述线圈主段(20)的匝间距与各个线圈副段(30)的匝间距不同。
4.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，所述线圈支架(10)的中间部位上绕制有所述线圈主段(20)，且各个线圈副段(30)与所述线圈主段(20)之间间隔设置。
5.根据权利要求4所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，各个线圈副段(30)与所述线圈主段(20)之间的间隔间距相等。
6.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，各个线圈副段(30)产生的射频磁场强度，小于所述线圈主段(20)产生的射频磁场强度。
7.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，两线圈副段(30)在目标区域中产生的磁场，对所述线圈主段(20)在目标区域中产生的磁场的削弱程度与两线圈副段(30)和线圈主段(20)的匝数，两线圈副段(30)和线圈主段(20)的匝间距，以及两线圈副段(30)与线圈主段(20)之间的间隔间距相关。
8.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，所述线圈支架(10)为圆形螺线支架，且所述圆形螺线支架内设置有岩芯放置通路(11)。
9.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，所述磁体(40)用于产生静态磁场，所述线圈主段(20)用于产生射频磁场，且所述静态磁场的磁场方向与所述射频磁场的磁场方向相互正交。
10.根据权利要求1所述的一种提高岩芯检测纵向分辨率的射频线圈，其特征在于，所述磁体(40)包括永磁体，电磁体或超导磁体。
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2023
- 2023-11-28 CN CN202311615064.8A patent/CN117630076A/zh active Pending
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