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绪论1

0.1 各种各样的NMR仪器1

0.2 井下极端环境NMR科学仪器的基本问题4

0.3 研究历史与技术现状9

0.3.1 探头9

0.3.2 谱仪10

0.3.3 低信噪比NMR信号提取11

0.3.4 脉冲序列12

0.3.5 反演理论13

0.4 总体设计思想与关键问题解决方案14

0.4.1 探头14

0.4.2 谱仪15

0.4.3 低信噪比NMR信号提取16

0.4.4 脉冲序列17

0.4.5 反演理论18

0.5 本书的结构18

参考文献18

第一部分 探头21

第1章 探头概述21

1.1 地磁场井下NMR仪器22

1.2 “Inside-out”井下NMR仪器25

1.3 MRIL-P26

1.4 CMR27

1.5 MREx28

1.6 MR Scanner28

第2章 探头设计的数值方法31

2.1 设计原理与数学方法31

2.1.1 设计原理31

2.1.2 电磁场反问题求解33

2.1.3 电磁场正问题求解35

2.2 探测特性评价37

2.3 磁性材料40

2.4 探头特性的数值模拟42

2.4.1 居中型梯度磁场NMR探头42

2.4.2 贴井壁型均匀磁场NMR探头47

2.4.3 贴井壁型梯度磁场NMR51

2.4.4 仪器探测特性58

第3章 探头设计60

3.1 结构设计61

3.1.1 总体方案设计61

3.1.2 磁体结构、材料选取与磁场特性分析61

3.1.3 数值模拟过程中的误差分析72

3.1.4 天线结构与磁场特性分析76

3.2 探头敏感区域数值模拟、信号强度和信噪比86

3.2.1 敏感区域形状和范围数值模拟86

3.2.2 信号强度87

3.2.3 信噪比88

3.3 测井速度对仪器结构的影响89

3.3.1 测井速度与预极化磁体89

3.3.2 测井速度与天线长度93

3.4 测井速度对测井响应的影响95

第4章 探头制作与测试97

4.1 探头实物97

4.2 磁场测试结果与数值模拟对比98

4.2.1 静磁场98

4.2.2 天线谐振电路结构选取与实测结果分析100

4.3 联合测试与分析103

4.3.1 刻度桶测试条件103

4.3.2 多频测试104

4.3.3 变TW测试105

4.3.4 变TE测试106

4.4 改进方向107

第5章 简化探头方案设计、架构与测试109

5.1 总体方案设计109

5.1.1 磁体结构109

5.1.2 静磁场数值模拟110

5.1.3 天线结构与射频磁场数值模拟113

5.2 敏感区域、信号强度和信噪比119

5.3 制作与装配121

5.4 磁场测试与分析122

5.5 天线参数测试与分析124

5.6 联合测试与分析127

第6章 振铃噪声的消除方法131

6.1 振铃噪声的观测131

6.1.1 测试系统131

6.1.2 90°脉冲振铃噪声观测132

6.1.3 180°脉冲振铃噪声观测133

6.2 NMR测井振铃噪声的消除135

6.2.1 PAPS对180°脉冲振铃噪声的消除135

6.2.2 新脉冲序列设计136

第7章 井下NMR响应的校正143

7.1 地层模型的建立与NMR影响因素分析143

7.1.1 钻井液电阻率与地层电阻率对NMR测井仪射频场的影响144

7.1.2 钻井液和地层流体中钠离子对NMR孔隙度的影响145

7.2 数值模拟结果与井下NMR响应校正方法146

7.2.1 居中型NMR测井仪146

7.2.2 贴井壁型NMR测井仪148

7.2.3 钻井液与地层电阻率影响校正方法150

7.2.4 钠离子影响机理分析与校正方法151

第8章 结论154

参考文献155

第二部分 谱仪电子线路165

第9章 谱仪概述165

9.1 研发意义165

9.2 极端环境NMR仪器电子成路165

9.2.1 探测器165

9.2.2 电子线路167

第10章 现有谱仪电子线路分析170

10.1 MRIL- P电子线路171

10.2 MREx电子线路175

10.3 CMR电子线路179

10.4 MR Scanner电子线路183

第11章 总体设计190

11.1 发射电路192

11.2 Q-转换电路192

11.3 隔离电路193

11.4 接收电路194

11.5 主控电路194

第12章 详细设计195

12.1 发射电路195

12.1.1 功率放大电路195

12.1.2 功率放大驱动电路201

12.1.3 储能电路206

12.2 Q-转换电路207

12.3 隔离电路213

12.4 接收电路222

12.4.1 仪用放大电路225

12.4.2 程控衰减电路228

12.4.3 带通滤波电路229

12.5 主控电路232

12.5.1 主控电路硬件232

12.5.2 主控电路软件236

12.6 天线调谐电路246

12.7 继电器驱动电路246

12.8 电源电路247

12.9 小结248

第13章 制作与测试249

13.1 发射电路249

13.1.1 功率放大驱动电路249

13.1.2 功率放大电路249

13.1.3 储能电路254

13.2 Q-转换电路255

13.3 隔离电路258

13.4 接收电路261

13.5 主控电路264

13.6 天线调谐电路273

13.7 继电器驱动电路274

13.8 电源电路277

13.9 样机测试278

13.10 天线测试283

参考文献285

第三部分 软件291

第14章 软件概述291

14.1 概述291

14.2 方法研究进展292

14.3 研究内容295

14.4 技术路线296

第15章 数据处理软件297

15.1 NMR数据处理软件基本功能297

15.1.1 数据输入297

15.1.2 NMR数据处理297

15.1.3 处理成果输出298

15.1.4 NMR测井数据处理流程和基本功能298

15.2 数据输入299

15.2.1 NMR测井数据特殊性299

15.2.2 CLS格式300

15.2.3 XTF格式301

15.2.4 DLIS格式303

15.3 数据处理流程304

15.3.1 MRIL-Prime数据处理流程305

15.3.2 MREx数据处理流程306

15.3.3 MR Scanner数据处理流程308

15.4 成果输出309

15.4.1 数据格式转换309

15.4.2 成果图绘制309

15.5 二次开发接口310

第16章 数据处理方法312

16.1 采集模式312

16.1.1 MRIL-Prime脉冲序列312

16.1.2 MREx脉冲序列313

16.1.3 MR Scanner脉冲序列314

16.2 预处理315

16.2.1 回波串识别315

16.2.2 原始回波串数据校正317

16.2.3 回波串信号和噪声计算318

16.2.4 时深转换320

16.3 流体识别320

16.3.1 油气水在T1-T 2int-D三维空间中的分布320

16.3.2 理论基础320

16.3.3 基于1种属性差异的流体识别325

16.3.4 基于1.5种属性差异的流体识别326

16.3.5 基于多种属性差异的流体识别327

16.4 岩石物理参数计算329

16.4.1 孔隙度329

16.4.2 渗透率330

16.4.3 伪毛管压力曲线转换330

第17章 软件设计与数值模拟332

17.1 软件总体框架332

17.2 数据输入332

17.2.1 CLS格式读取333

17.2.2 XTF格式读取333

17.2.3 DLIS格式读取335

17.2.4 MAT格式335

17.3 井下NMR数据处理336

17.3.1 井下NMR数据处理框架336

17.3.2 预处理337

17.3.3 数据仪器无关化处理339

17.3.4 反演处理框架339

17.3.5 反演处理速度优化340

17.3.6 流体定性识别和饱和度计算348

17.3.7 岩石物理参数计算349

17.4 成果输出350

17.4.1 成果数据输出350

17.4.2 成果图输出350

17.5 二次开发接口351

第18章 处理软件实现与测试353

18.1 软件开发工具353

18.2 软件界面及主要功能354

18.3 数据管理356

18.4 数据处理356

18.4.1 预处理358

18.4.2 反演处理359

18.4.3 流体饱和度计算362

18.4.4 岩石物理参数计算367

18.5 图形绘制368

18.6 二次开发工具/接口368

第19章 软件应用实例370

19.1 MRIL-Prime数据处理370

19.1.1 数据采集模式370

19.1.2 数据处理374

19.1.3 应用实例374

19.2 MREx数据处理377

19.3 MR Scanner数据处理378

第20章 结论379

参考文献380

第四部分 降噪391

第21章 降噪概述391

21.1 NMR信噪比391

21.2 相关降噪方法398

21.3 研究内容及技术路线402

第22章 自适应谱线增强降噪（回波检测前）406

22.1 NMR测井的信号强度406

22.2 自适应谱线增强原理412

22.2.1 自适应滤波412

22.2.2 自适应谱线增强413

22.2.3 自适应算法414

22.2.4 自适应滤波器结构416

22.3 PC-ALE原理417

22.3.1 ALE算法选取417

22.3.2 相位补偿419

22.4 PC-ALE数值模拟421

22.5 PC- ALE回波降噪实验424

22.5.1 流体测量降噪424

22.5.2 岩心测量降噪426

22.6 小结433

第23章 基于DPSD的降噪（回波检测中）435

23.1 微弱信号检测方法435

23.2 DPSD原理436

23.2.1 DPSD的数学原理437

23.2.2 数字低通滤波器在DPSD方法中的作用438

23.3 数字低通滤波器设计439

23.3.1 数字滤波器简介439

23.3.2 窗函数设计法440

23.4 数字滤波器窗函数441

23.5 DPSD方法数值模拟444

23.6 实验结果分析447

23.6.1 实验设备447

23.6.2 实验设计与结果448

23.7 小结449

第24章 小波变换降噪（回波检测后）450

24.1 小波变换原理450

24.1.1 连续小波变换和离散小波变换450

24.1.2 小波分解与重构451

24.1.3 小波变换降噪454

24.2 SURE降噪方法454

24.2.1 SURE算法原理454

24.2.2 SURE降噪流程456

24.3 regularization-heursure算法原理457

24.3.1 NMR相位旋转457

24.3.2 R-Heursure算法原理458

24.3.3 R-Heursure算法降噪流程460

24.4 数值模拟461

24.4.1 SURE算法数值模拟461

24.4.2 R-Heursure算法数值模拟465

24.5 实验结果分析471

24.5.1 数据准备471

24.5.2 SURE算法降噪472

24.6 井下NMR实例分析474

24.6.1 稠油层降噪分析474

24.6.2 算法适用范围477

24.7 小结480

第25章 结论482

参考文献484

附录A NLMS算法494

附录B AP算法496

附录C Mallat算法499

后记503