多探测深度的核磁共振测井仪及其探头、天线激励方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及核磁共振测井技术领域，尤其设及一种核磁共振测井仪探头、核磁共 振测井仪及天线激励方法。
【背景技术】
[000引核磁共振（NuclearMa即eticResonance,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W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氨质子的静磁场，天线能发射用于扳转自旋氨质子的射频场，撤 去射频场后，自旋氨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W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W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、核磁共振测井仪及天线激励方法，用W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：外壳、磁体、W及天线阵列装置；
[0007] 所述磁体固定设置在所述外壳中；
[0008] 所述天线阵列装置包括沿所述磁体周向分布的至少两组天线阵列，每组所述天线 阵列包括N层各自独立馈电的天线；
[0009] 第k层天线设置在所述磁体与第k+1层天线之间，其中，k= 1、2、……N-1;
[0010] 所述天线固定在支架上，所述支架与所述壳体固定连接。
[0011] 进一步地，所述天线阵列装置包括至少一组反射型天线阵列，所述反射型天线阵 列的第一层天线为反射型天线，第二层天线为马鞍型天线或者条带型天线；
[0012] 其中，所述反射型天线的表面积大于所述条带型天线的表面积。
[0013] 进一步地，所述反射型天线与所述条带型天线呈弧面状，且所述反射型天线的中 屯、朝向所述磁体凹陷，所述条带型天线的中屯、背离所述磁体凹陷。
[0014]进一步地，所述条带型天线的弧面曲率小于所述反射型天线的弧面曲率。
[0015]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电路；
[0016]所述天线阵列中的多层天线分别与所述天线激励电路电连接。
[0017]进一步地，所述磁体为圆柱形磁体，所述圆柱形磁体的充磁方向为径向，所述天线 阵列装置包括四组天线阵列，所述四组天线阵列沿所述磁体周向均匀分布。
[0018]进一步地，所述磁体包括主磁体和屏蔽磁体，所述主磁体和所述屏蔽磁体为长方 体，所述主磁体的厚度大于所述屏蔽磁体的厚度；
[0019]所述至少两组天线阵列设置在所述主磁体的一侧。
[0020] 进一步地，所述磁体为环状结构，所述壳体中穿设有供钻井液流通的泥浆管，且所 述泥浆管上套设有所述磁体；
[0021] 所述至少两组天线阵列沿所述磁体周向均匀分布。
[0022] 本发明还提供一种核磁共振测井仪，包括上述任一项所述的核磁共振测井仪探 头。
[0023]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：
[0024]激励一组天线阵列中的天线，实现单方位角的探测；
[00巧]激励至少两组天线阵列中的天线，实现多方位角的探测；
[0026]激励同一天线阵列中不同层的天线，实现不同径向深度的探测。
[0027]本发明提供的核磁共振测井仪探头、核磁共振测井仪及天线激励方法中，磁体周 围分布有至少两组天线阵列，每组天线阵列包括至少两层各自独立馈电的天线，通过激励 不同的天线阵列，可W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Ξ维尺度下的地层探测；并且，第一层天线设置在磁体 与第二层天线之间，通过激励不同的天线，可W探测不同径向深度的地层信息，进一步提高 了径向深度上的探测能力。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头的结构示意图；
[0029]图2为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中天线阵列装置的结构示意 图；
[0030]图3为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中天线阵列的结构示意图；
[0031]图4为图3所示天线阵列的侧视图。
[0032]附图标记：
[0033] 1-磁体2-天线阵列装置21-第一层天线22-第二层天线
【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] 本发明实施例一提供一种核磁共振测井仪探头。图1为本发明实施例一提供的核 磁共振测井仪探头的结构示意图。如图1所示，本实施例中的核磁共振测井仪探头，可W包 括：外壳（图中未示出）、磁体1、W及天线阵列装置2 ;
[0037] 磁体1固定设置在外壳中；
[0038] 天线阵列装置2包括沿磁体1周向分布的至少两组天线阵列，每组天线阵列包括 N层各自独立馈电的天线；
[0039] 第k层天线设置在磁体1与第k+1层天线之间，其中，N为> 2的自然数，k= 1、 2、……N-1；
[0040] 天线固定在支架上，支架与壳体固定连接。
[0041] 具体地，磁体1可W为圆柱形、长方体形、环形或不规则形状，天线阵列装置2包括 多组天线阵列，天线阵列为射频天线阵列，多组天线阵列的类型可W相同，也可W不同，且 多组天线阵列沿磁体1周向分布。
[0042] 每组天线阵列中可W包括多层天线，其中，第一层天线设置在磁体1的外侧，第二 层天线设置在第一层天线的外侧，W此类推，第k+1层天线设置在第k层天线的外侧，即多 个天线在磁体1的外侧分层设置。图2为本发明实施例一提供的核磁共振测井仪探头中天 线阵列装置2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天线阵 列的结构示意图。如图2和图3所示，天线阵列装置2中包括多组天线阵列，天线阵列中包 括两层天线，第一层天线21设置在磁体1与第二层天线22之间。
[0043] 天线可W通过支架固定在壳体上，每个天线都是独立馈电的，具体地，本实施例中 的核磁共振测井仪探头中还可W包括：用于为天线馈电的天线激励电路；天线激励电路中 可W包括多条激励通道，多个天线可W分别与不同的激励通道相连接。当激励不同天线时， 可W探测不同区域的地层信息，其中天线的激励方式属于现有技术，本实施例中不再寶述。
[0044] 在实际工作过程中，磁体1产生静磁场，天线产生射频磁场，共同作用于井眼周围 的地层，从而实现对地层信息的探测。本实施例提供的探头中，在磁体1周围分布有多个天 线阵列，单独激励一个天线阵列可W探测单方位角的地层信息，同时激励多个天线阵列可 W探测多方位角的地层信息；在一组天线阵列中，单独激励一个天线可W探测较近区域的 地层信息，同时激励多个天线可W探测更远区域的地层信息。假设探头中设置有两组天线 阵列A和B，A和B分布在磁体1的左右两侧，且A组天线阵列中设置有两层天线A1、A2,B 组天线阵列中设置有两层天线B1、B2,则激励不同的天线得到的探测结果如表1所示。
[0045] 表 1
[0046]
[0047] 表1中，+表示天线处于被激励状态，-表示天线处于未被激励状态，当天线阵列 A和天线阵列B同时被激励时，可探测左右两侧区域的地层信息，运时天线探测到的是左右 两侧区域核磁共振信号的平均值，当仅激励一组天线时，可W探测到一侧区域的核磁共振 信号，并且，根据同时激励状态下两侧信号的平均值W及单独激励状态下的一侧信号，还可 W推算出另一侧的地层信息。在对天线阵列进行激励时，若两层天线的结构和激励方式不 同，则单独激励不同的天线可W探测不同径向深度的地层信息，如表1中的模式14和模式 15,虽然都是可探测右侧较近区域的地层信息，但是可能对应不同的径向深度。
[0048] 当天线阵列装置2中天线阵列的个数大于两个，或者天线阵列中天线的层数大于 两层时，则可W得到更多的探测结果，例如，图2示出的天线阵列装置中，包括8组天线阵 列，每组天线阵列包括2层天线，则可W有16X16=256种不同的探测模式，周向分辨能力 更高。