具有多层磁体的核磁共振测井仪探头及天线激励方法

摘要

本发明提供一种具有多层磁体的核磁共振测井仪探头及天线激励方法,其中，核磁共振测井仪探头包括：探头骨架、多个磁体组件以及多个天线；所述探头骨架呈圆柱状，多个所述磁体组件在所述探头骨架周向上均匀分布；所述磁体组件包括从上至下依次设置的至少两层磁体，所述磁体的充磁方向为径向，且所述磁体组件中相邻两层磁体的充磁方向相反；每个所述磁体组件的外侧均设置有天线，多个所述天线各自独立馈电。本发明提供的核磁共振测井仪探头及天线激励方法中，通过激励不同的天线，可以实现不同方位角的地层信息探测，提高了核磁共振测井仪探头的周向分辨能力，实现了径向、轴向、周向三维尺度下的地层探测。

权利要求

1.一种核磁共振测井仪探头，其特征在于，包括：探头骨架、多个磁体组件以及多个天线；

所述探头骨架呈圆柱状，多个所述磁体组件在所述探头骨架周向上均匀分布；

所述磁体组件包括从上至下依次设置的至少两层磁体，所述磁体的充磁方向为径向，且所述磁体组件中相邻两层磁体的充磁方向相反；

每个所述磁体组件的外侧均设置有天线，多个所述天线各自独立馈电；

所述天线由去氧铜皮绕制而成，所述天线呈回型或者蚊香型；

所述天线包括N匝去氧铜皮，第1匝与第2匝之间的距离等于第N-1匝与第N匝之间的距离，且第k匝与第k+1匝之间的距离大于第1匝与第2匝之间的距离；

其中，k、N均为自然数，2＜k＜N-1，N＞3。

2.根据权利要求1所述的核磁共振测井仪探头，其特征在于，每个所述天线外侧还设置有辅助天线，所述辅助天线与所述天线各自独立馈电。

3.根据权利要求1所述的核磁共振测井仪探头，其特征在于，每个所述磁体组件包括上中下三层磁体，其中，中层磁体的厚度小于上层磁体和下层磁体的厚度。

4.根据权利要求1所述的核磁共振测井仪探头，其特征在于，所述探头骨架中设置有多个与所述磁体相匹配的容置腔，多个所述磁体分别固定设置在所述多个容置腔中。

5.根据权利要求1所述的核磁共振测井仪探头，其特征在于，所述探头骨架上开设有多个凹槽，多个所述天线分别固定设置在多个所述凹槽中。

6.根据权利要求1所述的核磁共振测井仪探头，其特征在于，还包括：用于为天线馈电的天线激励装置；

所述天线激励装置中包括多个激励通道，多个所述天线分别与多个所述激励通道电连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的核磁共振测井仪探头，其特征在于，所述探头骨架中设置有通孔，所述通孔的中心轴线与所述探头骨架的中心轴线重合；

所述通孔中穿设有支撑架，所述支撑架与探头壳体固定连接，或者，所述通孔中穿设有供钻井液流通的导流管，所述导流管通过金属件与所述探头骨架固定连接。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的核磁共振测井仪探头的天线激励方法，其特征在于，包括：激励一个天线，实现井下单方位角的探测；

激励至少两个天线，实现井下多方位角的探测；

激励全部天线，实现井下全方位探测。

说明书

具有多层磁体的核磁共振测井仪探头及天线激励方法

技术领域

[0001] 本发明涉及核磁共振测井技术领域，尤其涉及一种核磁共振测井仪探头及天线激励方法。

背景技术

[0002] 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)现象在1946年被发现，之后很快应用在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域。20世纪50年代，核磁共振开始在石油天然气工业中应用，最初应用于油藏岩石物理领域。核磁共振测井仪可以利用核磁共振原理对井眼周围的地层信息的进行探测，具有独特的储层流体的定性识别和定量评价能力。

[0003] 探头是核磁共振测井仪的重要部件之一，探头的结构决定了仪器的测量方式、核磁共振区域和核磁共振信号强度等关键性能。核磁共振测井仪探头主要包括磁体和天线，磁体能形成用于极化自旋氢质子的静磁场，天线能发射用于扳转自旋氢质子的射频场，撤去射频场后，自旋氢质子开始沿着静磁场发生进动，从而产生核磁共振感应信号，通过探测核磁共振感应信号，可以对地层情况进行分析。

[0004] 现有的核磁共振测井仪探头多采用柱状体磁体，磁体的圆面两边分别为N极和S极，磁场分布由N极指向S极的闭合磁力线形成，天线环绕在磁体周围，能向井眼四周360°激发极化的地层区域，使得在井眼周围没有探测盲区，可以进行多频多切片测量，但测量得到的信号只能是360°地层中信号的平均信号。因此，现有技术中的核磁共振测井仪探头只能进行径向深度维、轴向深度维的信号检测，不具有周向多方位敏感区域的信号检测能力。

发明内容

[0005] 本发明提供一种核磁共振测井仪探头及天线激励方法，用以解决现有技术中核磁共振测井仪探头只能进行径向深度维和轴向深度维的信号检测、不具有周向多方位敏感区域的信号检测能力的技术问题。

[0006] 本发明提供一种核磁共振测井仪探头，包括：探头骨架、多个磁体组件以及多个天线；

[0007] 所述探头骨架呈圆柱状，多个所述磁体组件在所述探头骨架周向上均匀分布；

[0008] 所述磁体组件包括从上至下依次设置的至少两层磁体，所述磁体的充磁方向为径向，且所述磁体组件中相邻两层磁体的充磁方向相反；

[0009] 每个所述磁体组件的外侧均设置有天线，多个所述天线各自独立馈电。

[0010] 进一步地，所述天线由去氧铜皮绕制而成，所述天线呈回型或者蚊香型。

[0011] 进一步地，所述天线包括N匝去氧铜皮，第1匝与第2匝之间的距离等于第N-1匝与第N匝之间的距离，且第k匝与第k+1匝之间的距离大于第1匝与第2匝之间的距离；

[0012] 其中，k、N均为自然数，2＜k＜N-1，N＞3。

[0013] 进一步地，每个所述天线外侧还设置有辅助天线，所述辅助天线与所述天线各自独立馈电。

[0014] 进一步地，每个所述磁体组件包括上中下三层磁体，其中，中层磁体的厚度小于上层磁体和下层磁体的厚度。

[0015] 进一步地，所述探头骨架中设置有多个与所述磁体相匹配的容置腔，多个所述磁体分别固定设置在所述多个容置腔中。

[0016] 进一步地，所述探头骨架上开设有多个凹槽，多个所述天线分别固定设置在多个所述凹槽中。

[0017] 进一步地，所述核磁共振测井仪探头，还包括：用于为天线馈电的天线激励装置；

[0018] 所述天线激励装置中包括多个激励通道，多个所述天线分别与多个所述激励通道电连接。

[0019] 进一步地，所述探头骨架中设置有通孔，所述通孔的中心轴线与所述探头骨架的中心轴线重合；

[0020] 所述通孔中穿设有支撑架，所述支撑架与探头壳体固定连接，或者，所述通孔中穿设有供钻井液流通的导流管，所述导流管通过金属件与所述探头骨架固定连接。

[0021] 本发明还提供一种基于上述任一项所述的核磁共振测井仪探头的天线激励方法，包括：

[0022] 激励一个天线，实现井下单方位角的探测；

[0023] 激励至少两个天线，实现井下多方位角的探测；

[0024] 激励全部天线，实现井下全方位探测。

[0025] 本发明提供的核磁共振测井仪探头及天线激励方法中，多个磁体组件在探头骨架周向上均匀分布，每个磁体组件的外侧均设置有天线，且多个天线各自独立馈电，通过激励不同的天线，可以实现不同方位角的地层信息探测，提高了核磁共振测井仪探头的周向分辨能力，实现了径向、轴向、周向三维尺度下的地层探测。并且，每个磁体组件均包括从上至下依次设置的至少两层磁体，相邻两层磁体的充磁方向相反，能够使磁力线更加聚拢，使静磁场在同一径向深度、不同轴向深度上的磁场强度更加均匀，提高了核磁共振测井仪探头的性能。

附图说明

[0026] 图1为本发明实施例一提供核磁共振测井仪探头中多个磁体组件的结构示意图；

[0027] 图2为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中回型天线的结构示意图；

[0028] 图3为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中蚊香型天线的结构示意图；

[0029] 图4为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中回型天线与磁体组件的位置示意图一；

[0030] 图5本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中回型天线与磁体组件的位置示意图二。

[0031] 附图标记：

[0032] 1-上层磁体 2-中层磁体 3-下层磁体 4-回型天线

[0033] 5-蚊香型天线

具体实施方式

[0034] 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。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。

[0035] 实施例一

[0036] 本发明实施例一种核磁共振测井仪探头。本实施例中的核磁共振测井仪探头，可以包括：探头骨架、多个磁体组件以及多个天线；探头骨架呈圆柱状，多个磁体组件在探头骨架周向上均匀分布。

[0037] 图1为本发明实施例一提供核磁共振测井仪探头中多个磁体组件的结构示意图。如图1所示，探头中包括八个磁体组件，每个磁体组件包括从上至下依次设置的至少两层磁体，磁体的充磁方向为径向，且磁体组件中相邻两层磁体的充磁方向相反；每个磁体组件的外侧均设置有天线，多个天线各自独立馈电。

[0038] 具体地，多个磁体组件可以组成中心对称结构，每个磁体组件与探头骨架中心轴线之间的距离均相等，且多个磁体组件在探头骨架周向上均匀分布。

[0039] 每个磁体组件包括从上至下依次设置的至少两层磁体，磁体的充磁方向为径向，也就是说磁体沿着探头骨架的半径延伸方向充磁。具体地，磁体的充磁方向可以为由内向外或者由外向内。并且，每个磁体组件中相邻两层磁体的充磁方向相反，中层磁体2的充磁方向可以为由内向外，相应地，上层磁体1和下层磁体3的充磁方向均为由外向内。

[0040] 本实施例中，每个磁体组件中均包括多层磁体，并且每层磁体的充磁方向相反，能够使磁力线更加聚拢，使静磁场在同一径向深度、不同轴向深度上的磁场强度更加均匀，提高了核磁共振测井仪探头的性能。

[0041] 优选的是，中层磁体2的厚度小于上层磁体1和下层磁体3的厚度能够使磁体组件外侧的磁场强度更加均匀。

[0042] 每个磁体组件外侧均设置有天线，多个天线分别是独立馈电的，对其中一个天线发送激励信号不会影响其它的天线。

[0043] 在实际工作过程中，探头进入井下后，多个磁体组件产生的静磁场会激发周向上多个方位角的氢质子，当需要探测某一方位角的地层信息时，可以对该方位角对应的天线发送激励信号，天线产生的射频磁场能够扳转氢质子，停止对天线发送激励信号后，氢质子会沿着静磁场发生进动，产生核磁共振感应信号，通过探测该核磁共振感应信号，可以获取相应单方位角的地层信息。类似的，激励至少两个天线，可以实现井下多方位角的探测，激励全部天线，可以实现井下全方位探测。

[0044] 磁体组件的个数越多，则天线个数越多，能探测到的敏感区域的个数也就越多。当需要探测某一敏感区域时，激励相应位置的天线即可。假设有四个磁体，按照罗盘方位分别设置在探头骨架中心的东南西北四个方向，对应的四个天线分别为A、B、C、D。表1示出了激励不同天线产生的敏感区域范围。

[0045] 表1

[0046]模式 天线A 天线B 天线C 天线D 敏感区域
1 + - - - 东部单方位角
2 - + - - 南部单方位角
3 - - + - 西部单方位角
4 - - - + 北部单方位角
5 + + - - 东、南多方位角
6 + - + - 东、西多方位角
7 + - - + 东、北多方位角
8 - + + - 西、南多方位角
9 - + - + 南、北多方位角
10 - - + + 西、北多方位角
11 + + + - 东、西、南多方位角
12 + + - + 东、南、北多方位角
13 + - + + 东、西、北多方位角
14 - + + + 西、南、北多方位角
15 + + + + 全方位

[0047] 表1中，+表示天线被激励，-表示天线未被激励。由表1可以看出，通过激励不同的天线，可以实现不同方位角的地层信息的探测，使核磁共振测井仪探头具有周向分辨能力。当天线个数为4个时，可以实现15种探测模式，当天线个数为8个时，可以实现255种探测模式，也可以增加更多的天线，实现更多的探测模式。

[0048] 在井下探测过程中，通过上提探头、下降探头，可以实现不同轴向深度的地层信息的探测；通过改变天线的激励频率，可以实现不同径向深度的地层信息的探测；通过激励不同的天线，可以实现不同方位角的地层信息的探测。因此，将轴向深度维信号、径向深度维信号、周向方位角度信号结合，可以实现探头的三维尺度下的探测能力。本实施例中，轴向是指井的中心轴线的延伸方向，径向是指井中心沿半径向外延伸的方向，周向是指环绕井中心的延伸方向。

[0049] 本实施例提供的核磁共振测井仪探头中，多个磁体组件在探头骨架周向上均匀分布，每个磁体组件的外侧均设置有天线，且多个天线各自独立馈电，通过激励不同的天线，可以实现不同方位角的地层信息探测，提高了核磁共振测井仪探头的周向分辨能力，实现了径向、轴向、周向三维尺度下的地层探测。并且，每个磁体组件均包括从上至下依次设置的至少两层磁体，相邻两层磁体的充磁方向相反，能够使磁力线更加聚拢，使静磁场在同一径向深度、不同轴向深度上的磁场强度更加均匀，提高了核磁共振测井仪探头的性能。

[0050] 本实施例中，磁体组件中磁体的层数可以根据实际需要来设置，例如，每个磁体组件中磁体的层数除了是三层以外，还可以是两层或四层，无论磁体层数是多少，相邻两层磁体之间的充磁方向总是相反的。

[0051] 在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，天线由去氧铜皮绕制而成，天线呈回型或者蚊香型。图2为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中回型天线的结构示意图。图3为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中蚊香型天线的结构示意图。图4为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中回型天线与磁体组件的位置示意图一。图5本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中回型天线与磁体组件的位置示意图二。

[0052] 如图4和图5所示，多个回型天线4可以分别位于多个磁体组件的外侧，当天线为蚊香型天线5时，蚊香型天线5和磁体组件的位置可以与此类似。回型天线4和蚊香型天线5产生的射频磁场中，磁力线比较密集，且磁力线与天线所在平面的正交性较好，有利于射频磁场与静磁场进行正交匹配，能够进一步提高核磁共振测井仪探头的性能。

[0053] 在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，天线可以包括N匝去氧铜皮，第1匝与第2匝之间的距离等于第N-1匝与第N匝之间的距离，且第k匝与第k+1匝之间的距离大于第1匝与第2匝之间的距离；其中，k、N均为自然数，1＜k＜N-1，N＞3。

[0054] 在对天线进行馈电时，位于天线半径中间位置的磁场强度较大。例如，当天线中包含十匝线圈时，第四匝至第七匝线圈外侧的磁场强度较大，第一匝和第十匝线圈外侧的磁场强度较小，将天线的中间匝线圈设置得稀疏、最内侧的线圈和最外侧的线圈设置得密集，能够使天线产生的射频磁场更加均匀。

[0055] 在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，每个天线外侧还设置有辅助天线，辅助天线与天线各自独立馈电。

[0056] 在实际工作过程中，单独激励天线或者其外侧的辅助天线可以探测较近区域的地层信息，同时激励这两个天线可以探测更远区域的地层信息，提高了核磁共振测井仪探头在径向深度上的探测能力。

[0057] 在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，探头骨架中可以设置有多个与磁体相匹配的容置腔，多个磁体分别固定设置在多个容置腔中。此外，探头骨架上还可以开设有多个凹槽，多个天线分别固定设置在多个凹槽中，且凹槽中填充有高导磁材料。高导磁材料能够提高天线效率，保证敏感区域的深度。

[0058] 在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，还包括：用于为天线馈电的天线激励装置；天线激励装置中包括多个激励通道，多个天线分别与多个激励通道电连接。通过向不同的天线提供激励信号，可以产生不同方位角的敏感区域切片。

[0059] 在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，探头骨架中设置有通孔，通孔的中心轴线与探头骨架的中心轴线重合。

[0060] 对于电缆式核磁共振测井仪来说，通孔中可以穿设有支撑架，支撑架与探头壳体固定连接，用于为探头提供机械支撑；对于随钻式核磁共振测井仪来说，通孔中可以穿设有供钻井液流通的导流管，导流管通过金属件与探头骨架固定连接，能够将钻井过程中产生的钻井液及时抽取到井外。

[0061] 实施例二

[0062] 本发明实施例二提供一种基于上述任一项实施例所述的核磁共振测井仪探头的天线激励方法。本实施例中的天线激励方法，可以包括：

[0063] 激励一个天线，实现井下单方位角的探测；

[0064] 激励至少两个天线，实现井下多方位角的探测；

[0065] 激励全部天线，实现井下全方位探测。

[0066] 本实施例提供的天线激励方法的原理与实施例一类似，此处不再赘述。

[0067] 本实施例提供的天线激励方法中，通过激励不同的天线，可以实现不同方位角的地层信息探测，提高了核磁共振测井仪探头的周向分辨能力，实现了径向、轴向、周向三维尺度下的地层探测。并且，每个磁体组件均包括从上至下依次设置的至少两层磁体，相邻两层磁体的充磁方向相反，能够使磁力线更加聚拢，使静磁场在同一径向深度、不同轴向深度上的磁场强度更加均匀，提高了核磁共振测井仪探头的性能。

[0068] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。