CN107561113A - 核磁共振岩心分析仪自动搜索90度射频脉冲宽度的方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度核磁共振岩心分析仪谱仪自动搜索90度脉宽的方法。它是在脉冲序列发生器可编程逻辑器件中，含有一个计数器、两个数据存储位置的寄存器和一个比较器。所述脉冲序列发生器为美国Altera公司的EP3C80F780C8N器件，最小发射脉冲宽度6.25纳秒。计数器记录自动搜索90度脉宽过程中改变脉宽的次数，寄存器用于记录射频脉宽激励对应的信号幅度初值，当不断增加脉宽的过程中，由比较器判断相邻两次信号幅度初值由大变小时，就找到了90度脉宽，然后停止计数，记录当前设置的脉宽值。准确找到90度脉宽意味着180脉宽也是准确的，越来越岩石孔隙流体含量和种类的精确测定。

Description

核磁共振岩心分析仪自动搜索90度射频脉冲宽度的方法

所属技术领域

本发明涉及一种核磁共振岩心分析仪搜索和决定90度射频脉冲宽度的方法，尤其是能自动搜索确定谱仪90度脉冲宽度的方法。

背景技术

核磁共振岩心流体分析法，是一种重要的探测地层油气水储藏含量的技术方法。核磁共振岩心流体分析法，借助于氢原子对静磁场和射频脉冲磁场的响应规律，能够不受矿物元素存在的影响而准确的探测油的存在。按照探测的位置不同，核磁共振岩心流体分析方法分为井下岩心流体分析和地面实验室分析方法。按照探测时是否在线实时探测，核磁共振岩心分析方法又可以分为电缆测井和随钻测井，前者是指对井已打成、钻井后事后对岩壁附近的流体进行探测和分析，而后者顾名思义是在钻井的过程中同时进行周围岩心分析。

核磁共振谱仪是核磁共振岩心分析设备中重要的控制电子线路单元，在进行岩心流体分析时，最常用的是90度脉冲和180度脉冲，即将孔隙流体中可能存在的宏观磁化强度矢量偏转90度或180度。如果脉冲宽度设置的不准确，就不会准确得到用激发流体的90度偏转或180度偏转，当采用自旋回波串序列CPMG来检测流体的弛豫时间谱时，第一个90度脉宽不准确，后续的若干180度脉冲就会也不准确，而这种激励上的误差会逐次累加，最后总的误差会非常大，造成测试结果数据很不准确。

在中国实用新型专利《一种基于单片机的核磁共振谱仪电路》（申请号#201320208893X）中，公开了一种基于单片机的核磁共振谱仪电路，包括：频率源模块、与频率源模块连接的脉冲产生与收发状态转换模块，用于接收来自频率源模块的相位差为90°的正弦信号并采用高速单片机控制模拟开关的通断以产生多种脉冲序列的高频脉冲激励信号。该实用新型实现一种电路拓扑结构简单，造价低廉，易于实现的小型化核磁共振谱仪电路。但是，关于如何实现准确激发样品中自旋体系偏转90度没有公开，包括如何搜索确定90度脉宽等。

在中国实用新型专利《模拟储层条件的核磁共振岩心测量装置》（申请号#2014201067396）中，提供了一种适用于核磁共振岩心测量仪配套使用、能在模拟地层温度压力状态下，实现岩石的核磁共振测量的模拟储层条件的核磁共振岩心测量装置。它是在筒体内套入胶筒，筒体和胶筒的两端通过封堵总成进行封堵后形成筒体与胶筒之间的环形空间和胶筒内的岩心存放腔，筒体的两端部分别设有连通于环形空腔和外部的热循环接口，在胶筒两端的封堵总成上设有连通于岩心存放腔和外部的驱替中心孔，筒体为无磁性筒体。本发明的模拟储层条件的核磁共振岩心测量装置，设计简单，使用方便。但是，在岩心测量中90度脉冲宽度如何准确确定，该发明中没有提供。

发明内容

为了克服现有的核磁共振岩心分析仪谱仪90度脉宽不准确的问题，有时需要依赖经验随机地反复调试，本发明提供一种90度脉宽准确测试决定的方法，该方法能够以6.25ns的精度来找到并精确设定一定条件下的90度偏转角所对应的脉宽，而且搜寻最准确90度脉宽的过程是一种快速地、逐次逼近的过程。

采用自旋回波串脉冲序列激发样品时，首先打开核磁共振岩心分析仪谱仪，由程序设计使谱仪开始自动搜索并确定中心频率。然后，开始搜索90度脉宽，脉宽搜索范围是5微秒至500微秒。90度脉宽找到以后，180度磁化强度偏转角所对应的脉宽是90度脉宽的2倍。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：采用美国Altera公司生产的FPGA芯片EP3CF780C8N作为脉冲序列发生器，工作时钟频率160MHz。对任意一个产生的射频脉冲来说，最小脉冲精度是6.25ns.

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先设定测试脉冲宽度为5微秒，然后观察接收的磁共振信号的幅度，记录该幅度值。增加脉冲宽度1微秒，如果信号幅度的初值增加，记录下该幅度值。再增加脉冲宽度1微秒，并记录信号幅度初值。这样一直增加脉冲宽度，并记录磁共振自由感应衰减信号的初值。当某一次增加脉冲宽度1微秒后，信号幅度初值变小，说明找到了章动曲线的第一个极大值点，该极大值点所对应的脉宽值，就是近似的90度脉宽。此后再不断增加脉宽，记录一系列的信号幅度初值，并据以画出幅度初值和脉宽的曲线，就是章动曲线。章动曲线上的每一个波峰和波谷，依次对应于90度、180度、360度、450度等等的宏观磁化强度矢量偏转角。在核磁共振岩心分析仪谱仪控制软件中，设计一个计数器、一个比较器和两个寄存器，计数器用来记录脉冲宽度增加的次数，两个寄存器用来存储前后两次不同脉宽激发和样品磁共振信号的幅度初值，比较器用来比较前后两次幅度的大小，逻辑上当前次幅度小于后次幅度，则继续增加脉宽、激励样品并记录信号幅度初值，而当前次幅度大于后次幅度，则停止增加脉宽，并表明章动曲线中的第一个波峰已经被找到，即90度脉宽已经被找到。在保证恢复时间的情况下，当信号累加次数较少时，则信号信噪比不高，如果累加次数较多，信号信噪比较好，则可以在脉冲序列发生器性能允许的情况下，缩短脉宽增加的步长，进行更加精确地找寻90度脉宽。精确的90度脉宽，意味着在回波串序列中如果个180度脉宽激励产生若干个回波，若干个回波信号之间的相位相干性更高，岩石孔隙流体含量检测将更加准确。

本发明的有益效果是，可以以较高的脉宽精度来确定90度脉宽，利用在控制台软件中实现的逻辑模块和存储模块，可以自动地快速找到90度脉宽，算法简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明搜索90度脉宽的逻辑原理图。

图中1.计数器，2.寄存器，3.比较器。

具体实施方式

在图1中，脉冲序列发生器的计数器（1）记录在搜索90度脉宽的过程中脉宽步长增加的次数，当计数器（1）每增加1次，寄存器（2）就更新一次，寄存器（2）中同时存储前后两次的磁共振信号初始幅度值，寄存器（2）每更新一次，比较器（3）也会在时钟控制下更新一次，即比较寄存器（2）中当前两个磁共振信号初值的大小，当比较结果为真时，什么前次脉宽的信号初值小于后次激励脉宽所对应的信号的初值，则计数器继续增加。

在图1所示实施例中，脉冲序列发生器采用美国Altera公司的可编程逻辑器件EP3C80F780C8N设计实现，该器件的工作时钟频率是160MHz，利用该逻辑器件实现的脉冲序列最小脉宽20纳秒，最短增加步长6.25纳秒，即脉宽精度为6.25纳秒。打开核磁共振岩心分析仪谱仪，找到并设置好中心共振频率以后，本发明发明开始自动搜索90度脉宽，计数器（1）上电复位计数值置零，一个时钟周期后计数器（1）置1，核磁共振岩心分析仪谱仪发射一个脉宽为5微秒的射频脉冲，谱仪通过磁共振信号接收电路记录下磁共振信号的幅度初值，并存入寄存器（2），然后计数器（1）的数值再增加1，射频脉冲宽度增加1微秒后再次激发岩心孔隙流体，记录对应磁共振信号的幅度初值，并存入寄存器（2）的第二个存储位置，经过一个时钟周期后，比较器（3）被触发，对寄存器（2）当前存储的两个初值进行比较，如果比较器（3）的输出结果为1，则意味着前次的信号初值小于后次的信号初值，那么应该继续增加脉冲宽度寻找90度脉宽，如果比较器（3）的输出结果为0，则意味着前次的信号初值大于后次的信号初值，即应停止搜索，对应的90度脉宽就是前次激励时的脉宽。

Claims (2)

1.一种核磁共振岩心分析仪自动搜索90度射频脉冲宽度的方法，在核磁共振岩心分析仪谱仪的脉冲序列发生器中，包含一个计数器、一个数据寄存器和一个比较器，其特征是：计数器记录测试脉宽从小到大变化的次数，提供用比较器比较寄存器中相邻两次磁共振信号初始幅度，当初始幅度出现由大变小时，对应的前次脉宽值就是90度扳倒角所对应的脉宽。

2.根据权利要求1所述的核磁共振岩心分析仪自动搜索90度射频脉冲宽度的方法，其特征是：所述核磁共振岩心分析仪谱仪的脉冲序列发生器为美国Altera公司的可编程逻辑器件EP3C80F780C8N。