P型核磁共振成像測(cè)井儀掃頻數(shù)據(jù)影響因素分析

李　岑，王　剛

(大慶鉆探工程公司測(cè)井公司　黑龍江 　大慶　163412)

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P型核磁共振成像測(cè)井儀掃頻數(shù)據(jù)影響因素分析

李岑，王剛

(大慶鉆探工程公司測(cè)井公司黑龍江 大慶163412)

摘要：P型核磁共振成像測(cè)井儀掃頻數(shù)據(jù)受多種因素影響。從核磁共振掃頻原理入手，運(yùn)用諧振電路知識(shí)，詳細(xì)分析了核磁探頭中的LC網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率。掃頻數(shù)據(jù)不但受核磁探頭內(nèi)繼電器、電容和天線的影響，而且也受外界電磁波的影響。結(jié)合實(shí)際工作，給出了相關(guān)的原因和規(guī)避的辦法，以有效地控制核磁測(cè)井質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：核磁共振；成像測(cè)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(cè)井儀[1]以多頻的方式參與工作，每次刻度測(cè)井前，需要進(jìn)行掃頻工作，來確定儀器的中心頻率[2]。只有儀器掃頻數(shù)據(jù)正常，才能繼續(xù)工作。然而，在實(shí)際使用中，核磁共振測(cè)井儀掃頻受多種因素影響，成功率并不高，成為核磁共振測(cè)井儀最受關(guān)注的問題之一。

1掃頻原理及其數(shù)據(jù)分析

核磁共振測(cè)井儀進(jìn)行掃頻是為了找到一個(gè)產(chǎn)生最高增益的頻率。在掃頻期間，核磁共振測(cè)井儀一方面通過軟件在一定范圍內(nèi)改變儀器的發(fā)射頻率，并將其信號(hào)通過安裝在主磁體上的B1線圈發(fā)射出去，另一方面通過RF天線來接收信號(hào)，并計(jì)算出不同發(fā)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(jù)核磁共振掃頻原理，掃頻是為了搜索一個(gè)可以得到最大增益的操作頻率即中心頻率。生產(chǎn)中常用的核磁儀器的一掃描結(jié)果如圖2所示。

圖2　核磁掃頻數(shù)據(jù)

5個(gè)中心頻率的確立，完全是通過頻率和增益的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找出增益最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為中心頻率。具體而言，Band0發(fā)射頻率從583.1～603.1 kHz逐漸改變，相應(yīng)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(shí)際掃頻過程中，并不能保證每次都出現(xiàn)如圖2所示的結(jié)果，也會(huì)出現(xiàn)無法確定中心頻率的情況，需要及時(shí)分析處理，才能繼續(xù)工作。

2掃頻數(shù)據(jù)影響因素分析

2.1LC網(wǎng)絡(luò)對(duì)掃頻數(shù)據(jù)的影響

核磁探頭中的LC網(wǎng)絡(luò)電路如圖3所示。LC網(wǎng)絡(luò)由4個(gè)高頻繼電器，4個(gè)調(diào)頻電容C7、C1、C2、C3，3個(gè)固定電容C4、C6、C5以及2個(gè)天線線圈組成。

核磁探頭內(nèi)的LC網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化如圖4所示。

圖3　核磁探頭中的LC網(wǎng)絡(luò)電路圖

圖4　簡(jiǎn)化后的LC網(wǎng)絡(luò)

本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是L1、C2′、L2串聯(lián)，然后與C1′并聯(lián)，電路的輸入導(dǎo)納[3]為

(1)

式(1)中L=L1+L2，ω為角頻率。當(dāng)L、C1′、C2′確定后，輸入導(dǎo)納Y(jω)因角頻率ω的變化而改變。當(dāng)式(1)中虛部為零時(shí)，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(guān)，也即跟C1′、C2′、L1、L2有關(guān)。

核磁儀器在掃頻過程中，一方面利用軟件在一定范圍內(nèi)改變儀器的發(fā)射頻率，通過B1線圈發(fā)射出去，另一方面，通過核磁探頭的LC網(wǎng)絡(luò)來接收信號(hào)。當(dāng)發(fā)射頻率與LC網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，這樣通過LC網(wǎng)絡(luò)接收到的信號(hào)幅度就是最大的，也即是增益最大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)射頻率也就是儀器的中心頻率。因此，儀器的中心頻率實(shí)質(zhì)上決定于LC網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，與C1′、C2′、L1、L2有關(guān)。

通過對(duì)LC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行諧振分析，不難發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致LC網(wǎng)絡(luò)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(duì)繼電器進(jìn)行烘干保養(yǎng)。

2.2外界電磁波對(duì)掃頻數(shù)據(jù)的影響

中心頻率除了受核磁探頭中的LC網(wǎng)絡(luò)影響外，還受外界的電磁波影響。當(dāng)外界的電磁波信號(hào)的頻率跟LC網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相同時(shí)，外界電磁波信號(hào)就會(huì)被核磁天線接收，干擾有用信號(hào)。

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(guó)主要用于調(diào)幅廣播，LC網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率正好處于此頻段(300～3 000 kHz)內(nèi)。因此，在掃頻過程中，我們要避開外界的電磁波信號(hào)，從而提高儀器的信噪比。核磁儀器在室內(nèi)掃頻時(shí)，一般將核磁探頭(天線部分)放置在刻度箱內(nèi)。核磁刻度箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)封閉的環(huán)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(fā)射信號(hào)和外界電磁波本底信號(hào)。

表1　電磁波頻段劃分及主要用途

3總結(jié)

核磁儀器的掃頻數(shù)據(jù)主要取決于核磁探頭中的LC網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)LC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定后，諧振頻率就已經(jīng)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(fù)雜地外界環(huán)境，掃頻結(jié)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(duì)外界電磁波信號(hào)干擾的防護(hù)措施不可忽視。在實(shí)際使用中，注意到以上兩點(diǎn)，對(duì)核磁共振測(cè)井的質(zhì)量控制會(huì)起到積極的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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

[2] 肖立志.核磁共振測(cè)井原理與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社，2007:161-162.

[3] 李樹雄.電路基礎(chǔ)與模擬電子技術(shù)(修訂本)[M].北京航空航天大學(xué)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(jiǎn)介：李岑，男，工程師，1983年生，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在大慶鉆探工程公司測(cè)井公司，從事儀器維修工作。E-mail:licen312@163.com

中圖法分類號(hào)：P631.8+17

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0077(2016)03-0098-03

(收稿日期：2015-10-19編輯：高紅霞)