CN109826618B - 一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈 - Google Patents

一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，线圈由两片柔性PCB板组成，两片柔性板紧贴在一面为弧形的基座上，整体构成螺线管结构，该种线圈贴合骨架较好，相比传统铜条带天线信噪比高，更容易装配，产生更符合理论计算的射频磁场分布。

Description

一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈
技术领域
本发明涉及石油测井仪器领域，具体涉及一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈。
背景技术
在核磁共振成像测井仪器中，核磁共振技术作为一种无损检测手段，广泛应用于生命医疗、地球物理、食品分析、材料科学等领域。射频线圈是发射和接收射频信号的专用装置，或者说是提供核磁共振频率的源装置，对成像质量至关重要，而且相对于其他部件，具有易于开发和优化的特点，因此一直是MRI研究领域的热点问题。在核磁共振测井中，射频线圈主要是产生与主磁体磁场互相垂直的静态射频磁场。目前井下居中型核磁共振测井仪所使用的是一种鞍状线圈结构，其产生的射频磁场与静磁场具有较高的匹配性，探测的是距线圈外某一固定距离一周的地层岩石样本信息，因此可以获得较高的信噪比。相应的，由于采用了周向探测方式，因此在井眼扩大较大的情况下，会探测到泥浆滤液无效的噪声信息，造成了应用的限制。
另一方面，鞍状线圈在测量时由于射频磁场需要通过井眼泥浆才能达到地层，井眼流体起负载作用，对射频能量产生损耗，从而降低信噪比。目前迫切需要一种小型、分辨率高、受井眼环境影响较小的贴井壁型核磁天线体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，以解决高矿化度井筒溶液条件下居中仪器核磁天线不能使用的问题，本发明可用于搭建核磁共振***，进行地层核磁共振信号检测，测量数据可直接用于岩石物理分析和测井解释，来确定含油(或含水)饱和度、总孔隙度、有小孔隙度、束缚含量、T2谱分布、渗透率等参数。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，包括上柔性板、下柔性板和基座，所述上柔性板和下柔性板均为PCB板，所述基座的上表面为弧形面，上柔性板设置在基座的上表面上，下柔性板设置在基座的下表面上，且上柔性板和下柔性板上分别布置有三条导线，上柔性板上的三条导线和下柔性板上的三条导线首尾焊接，呈螺线管结构缠绕在基座上，形成两匝线圈，且上柔性板上一根导线的首端和下柔性板上一根导线的末端作为两个激励输入点，或上柔性板上一根导线的末端和下柔性板上一根导线的首端作为两个激励输入点。
进一步地，所述上柔性板整体呈矩形，下柔性板的中部呈矩形，两端呈扇形。
进一步地，上柔性板上设置有若干用于方便将上柔性板安装在基座上的固定孔，下柔性板的矩形结构上设置有若干用于方便将下柔性板安装在基座上的固定孔，下柔性板的扇形结构上设置有若干用于使下柔性板紧贴基座的定位孔。
进一步地，所述上柔性板和下柔性板的基材采用聚酰亚胺，导线材料采用电解铜，基座材料为聚四氟乙烯。
进一步地，上柔性板上的三条导线等间距均匀排列，下柔性板上的三条导线等间距均匀排列。
进一步地，下柔性板上位于基座一侧的导线一端伸出下柔性板，下柔性板上其余两根导线的两端均伸出下柔性板。
进一步地，上柔性板上的三根导线和下柔性板上的三根导线的端部均设置有焊盘，上柔性板上的三条导线和下柔性板上的三条导线通过焊盘首尾焊接。
进一步地，下柔性板上位于基座一侧的导线伸出下柔性板的一端与上柔性板上位于基座一侧的导线一端焊接，上柔性板上位于基座一侧的导线另一端与下柔性板上位于中间的导线一端焊接，下柔性板上位于中间的导线另一端与上柔性板上位于中间的导线一端焊接，上柔性板上位于中间的导线另一端与下柔性板上位于基座另一侧的导线一端焊接，下柔性板上位于基座另一侧的导线另一端与上柔性板上位于基座领预测的导线一端焊接，下柔性板上位于基座一侧的导线另一端和上柔性板上位于基座另一侧的导线另一端作为两个激励输入点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的天线采用了绕组电线结构，相比平面天线具有更高的电感和发射效率，从而在不使用磁芯的条件下即可获得较高的探测灵敏度。这种结构设计不但使核磁天线的结构大大简化，而且避免了使用磁芯材料带来对静磁场的额外不利因素。由于该天线发射具有方向性，因此在使用过程中只要保证天线紧贴在井壁，即可在任何井眼尺寸下使用，同时，紧贴井壁使用带来的另外一个优势是，发射的电磁波不经过泥浆直接进入地层，因此避免了泥浆对电磁波的衰减，即天线可以在任何泥浆钻井液电导率条件下使用，由于采用了柔性结构设计，因此与天线骨架——基座贴合的更好，装配精度更高，因此具有更高的信噪比，本发明可以克服井眼泥浆影响，降低高矿化度泥浆的负载效应，不依赖井眼大小和扩井段的应用限制；另外，由于天线和探测区域距离较短，这样，会有更强的射频信号到达灵敏区，因此，较窄的射频脉冲会引起更宽的频带被激活，可用于搭建核磁共振***，进行地层核磁共振信号检测，测量数据可直接用于岩石物理分析和测井解释，来确定含油(或含水)饱和度、总孔隙度、有小孔隙度、束缚含量、T2谱分布、渗透率等参数。
进一步地，通过设置固定孔，安装时可以采用螺钉先进行固定，完成安装后再拆除，能够方便安装，通过设置定位孔，能够更好地使下柔性板与基座贴合。
附图说明
图1为本发明实施例提供的射频线圈结构示意图；
图2为本发明实施例提供的射频线圈导线连接示意图；
图3为本发明实施例提供的射频线圈上柔性板示意图；
图4为本发明实施例提供的射频线圈下柔性板示意图；
图5为本发明实施例提供的射频线圈产生的磁场分布图。
图中，A1-A6为上柔性板上的焊盘；B1-B6为下柔性板上的焊盘；21-24为上柔性板上的固定孔；16-19为下柔性板上的固定孔；1-15为下柔性板上的定位孔；25为井眼；26为探测敏感区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图5，一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，线圈结构由两个引出接线端子的PCB板(上柔性板和下柔性板)和一面为弧形的基座组成。上柔性板和下柔性板紧贴天线基座，在基座两侧进行焊线连接，整体构成螺线管结构缠绕在基座上，两片PCB板各分布三条导线，在基座弧面上进行焊接，构成两匝线圈，并且具有两个激励输入点，从输入点为整个线圈提供大的交变电流信号，两片PCB板为柔性板，板上分布三条平行的导线，且柔性板两端具有可以焊接的焊点，柔性板基材采用聚酰亚胺，导线材料采用电解铜，柔性板为双层板，各导线采用等间距均匀排列，两片柔性板两端分别引出接线端子，在骨架端面进行焊接，两片柔性板引出的接线端子采用焊盘进行焊接，焊盘留有渗锡孔，以便导线稳固连接，两片柔性板，一片紧贴于基座弧面上，一片紧贴于基座底面上，两片通过焊盘在弧面焊接，在基座一端上下各留出一个激励输入端，位于基座扇形面上的柔性板引出的接线端子需平滑过渡和底面的柔性板进行焊接，接线端子拐角弧度要求为35°，柔性板具有定位孔和折叠线，以便于安装，使柔性板更好地贴合天线基座，使用时，射频线圈通过固定装置固定于具有扇形凹槽的主磁体中，激励形成共振条件所需要的射频磁场，进行核磁共振成像测井。
下面对本发明的操作过程做详细描述：
本发明采用两片柔性PCB板及聚四氟乙烯材料基座，两片柔性PCB板在基座端面通过焊接构成电流通路。该结构构成的线圈匝数为2圈半，每匝线圈近似矩形结构，每匝线圈的匝间距相等，线圈各边相互平行，激励输入点和激励输出点设置在基座的上下两层。激励源从一层的激励输入点进入，从另一层的激励输出点流出，为了固定该线圈，还需要3M胶带将其紧密贴合在基座上。
如图1所示，贴井壁式核磁天线结构是由两片柔性板和天线基座两部分组成，在安装时要保证两点：1、柔性板和基座良好贴合；2、上下柔性板通过焊盘在端面处焊接牢固。
具体实施：两片柔性板是为双面PCB板，PCB基材为耐高温的聚酰亚胺材料，导线材质为电解铜。其中，上柔性板为矩形结构，长为65cm，宽为9.5cm，置于基座上弧面上，如图3所示；下柔性板中间为矩形结构，长为80cm，宽为13cm，两端为扇形结构，用于接线的端子突出于扇形结构外，置于基座下底面上，如图4所示。在上柔性板上有焊盘A1，A2，A3，A4，A5，A6，固定孔21,22,23,24是为了安装方便，在安装时先用M3螺钉进行固定，完成安装后拆除。在下柔性板上有焊盘B2，B3，B4，B5，B6,分别与焊盘A2，A3，A4，A5，A6进行焊接，焊接采用无铅高温焊锡；另外还有定位孔1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15用于更好的贴合基座，固定孔16,17,18,19同样在安装时先固定，后拆除。
如图5所示为天线产生的交变磁场分布。天线组件在使用过程中需要保证紧贴到井眼25的井壁，井下电子仪产生一定频宽的激励信号通过天线发射到地层，从而产生交变磁场。根据核磁共振原理，固定频率的射频脉冲只会在相匹配的磁场强度区域内(探测敏感区26)激发核磁共振现场，因此通过改变加载到天线上的工作频率，即可改变天线的探测深度。探测深度越深，可接收到的信号越弱。为了兼顾探测深度和信号强度，推荐该天线使用的频率范围在500K-1MHz范围。

Claims (8)

1.一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，包括上柔性板、下柔性板和基座，所述上柔性板和下柔性板均为PCB板，所述基座的上表面为弧形面，上柔性板设置在基座的上表面上，下柔性板设置在基座的下表面上，且上柔性板和下柔性板上分别布置有三条导线，上柔性板上的三条导线和下柔性板上的三条导线首尾焊接，呈螺线管结构缠绕在基座上，形成两匝线圈，且上柔性板上一根导线的首端和下柔性板上一根导线的末端作为两个激励输入点，或上柔性板上一根导线的末端和下柔性板上一根导线的首端作为两个激励输入点。
2.根据权利要求1所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，所述上柔性板整体呈矩形，下柔性板的中部呈矩形，两端呈扇形。
3.根据权利要求2所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，上柔性板上设置有若干用于方便将上柔性板安装在基座上的固定孔，下柔性板的矩形结构上设置有若干用于方便将下柔性板安装在基座上的固定孔，下柔性板的扇形结构上设置有若干用于使下柔性板紧贴基座的定位孔。
4.根据权利要求1所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，所述上柔性板和下柔性板的基材采用聚酰亚胺，导线材料采用电解铜，基座材料为聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，上柔性板上的三条导线等间距均匀排列，下柔性板上的三条导线等间距均匀排列。
6.根据权利要求1所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，下柔性板上位于基座一侧的导线一端伸出下柔性板，下柔性板上其余两根导线的两端均伸出下柔性板。
7.根据权利要求6所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，上柔性板上的三根导线和下柔性板上的三根导线的端部均设置有焊盘，上柔性板上的三条导线和下柔性板上的三条导线通过焊盘首尾焊接。
8.根据权利要求7所述的一种可用于高矿化度泥浆钻井液条件下的核磁共振射频线圈，其特征在于，下柔性板上位于基座一侧的导线伸出下柔性板的一端与上柔性板上位于基座一侧的导线一端焊接，上柔性板上位于基座一侧的导线另一端与下柔性板上位于中间的导线一端焊接，下柔性板上位于中间的导线另一端与上柔性板上位于中间的导线一端焊接，上柔性板上位于中间的导线另一端与下柔性板上位于基座另一侧的导线一端焊接，下柔性板上位于基座另一侧的导线另一端与上柔性板上位于基座另一侧 的导线一端焊接，下柔性板上位于基座一侧的导线另一端和上柔性板上位于基座另一侧的导线另一端作为两个激励输入点。
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