[发明专利]一种地面-井中联合的三维磁共振测深装置及方法

权利要求书

1.一种地面-井中联合的三维磁共振测深装置，其特征在于，该装置包括：

地面仪器系统，接收上位机控制命令，并控制发射单元发射激发电流，控制接收单元接收磁共振信号，将数据传送给上位机；

地面发射线圈，用于承载发射单元的激发电流，产生磁共振激发磁场；

地面-井中连接总线，连接地面仪器系统和井中仪器系统，进行信号传输；

井中仪器系统，可置于井中不同深度处，接收磁共振信号，并将信号传输给地面仪器系统。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地面仪器系统包含上位机、数据缓存单元、参数解析单元、指令生成单元、接收控制单元、同步控制单元、发射控制单元、接收单元、发射单元、接收总线接口和高压发射接口；其中：

所述上位机，用于向井中仪器系统的下位机传输探测过程的设置参数和接收下位机返回的数据，并控制仪器开始运行和结束运行；

所述数据缓存单元，缓存上位机向下位机发送的控制参数数据，控制参数数据流接收结束后，数据缓存单元将数据传输给参数解析单元；

所述参数解析单元，解析上位机发送给下位机的控制参数，包括发射脉冲形式、脉冲幅度、发射时长、发射次数、叠加次数、放大器放大倍数、采集时长；

所述指令生成单元，根据上位机设置的参数，生成对应的控制指令，用来控制接收控制单元、同步控制单元以及发射控制单元工作；

所述接收控制单元，在同步控制单元作用下，控制接收单元工作；

发射控制单元，在同步控制单元作用下，控制发射单元工作；

同步控制单元，在指令生成单元的指令控制下，产生同步信号，输送给接收控制单元和发射控制单元。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述接收单元包含三分量信号采集单元、模/数转换单元和数据发送单元，其中：

三分量信号采集单元，通过接收总线接口和接收总线与井中仪器系统连接，分别采集由井中仪器系统中的3分量线圈接收到的磁共振信号x分量、y分量和z分量；

模/数转换单元，将接收到的三份量磁共振模拟信号进行采样，将模拟信号转变为数字信号；

数据发送单元，将采集的磁共振信号数据和发射单元参数采集的数据发送给上位机。

4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发射单元包括高压储能单元、高压发射单元和参数采集单元，其中：

高压储能单元，储存能量，为发射过程提供大功率发射电流；

高压发射单元，对高压储能单元储存的直流电压进行斩波，形成交流电流，斩波频率为拉莫尔频率；

参数采集单元，采集发射过程中的发射电压和发射电流。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地面-井中连接总线用于连接井中仪器系统和接收总线接口，地面-井中连接总线包含承重线缆和模拟信号传输总线；其中：

承重线缆，连接井下仪器系统，拖拽仪器系统使其处于井中不同深度；

模拟信号传输总线，包含三组模拟信号传输线，每组传输线分别与井中仪器系统传感器的一组线圈接口相连，将模拟信号传输给地面仪器系统接收单元。

6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述井中仪器系统包含套筒和井中三分量传感器，其中：

套筒，使用高强度的硬化塑料材料形成密封结构，用来承装传感器并包裹住内部线缆；

井中三分量传感器，使用高强度的硬化塑料作为骨架，分别在x、y和z方向各缠绕一组线圈，用来接收磁共振信号的三个分量，每组线圈都有一个线圈接口用来连接地面-井中连接总线的对应接口。

7.一种地面-井中联合的三维磁共振测深方法，其特征在于，该方法包括：

在地面铺设发射线圈，用于激发地面以下部分氢质子产生磁共振效应；

将井中三分量传感器置于套筒中，并通过地面-井中连接总线将套筒连同传感器置于井中不同深度位置处；

上位机控制地面仪器系统运行，完成探测过程的开始和结束；并且对接收的三分量磁共振信号数据进行分析，得到三维磁共振测深结果；

具体包括：

a、在野外环境中选择一个测区，在测区内选择一带有井眼的探测点，探测点附近铺设直径为100m的圆形发射线圈或者边长为100m的方形线圈；

b、线圈铺设完毕后，将发射线圈的两端与高压发射接口相连；

c、将地面-井中连接总线的一端与装有井中三分量传感器的套筒相连接，另一端与接收总线接口相连接；

d、线圈铺设和连接完毕后，打开上位机，并打开系统电源，上位机和仪器处于待机状态；上位机会自动控制系统完成自检；

e、系统自检无误后，通过上位机设置发射脉冲形式、脉冲幅度、发射时长、发射次数、叠加次数、放大器放大倍数、采集时长；

f、设置完成后，启动仪器，仪器开始工作；

g、首先采集噪声数据，由上位机绘制时域波形，并将多次采集的噪声数据保存在上位机当中；

h、发射之前由发射控制单元控制高压储能单元进行充电；

i、充电结束后，由发射控制单元控制高压发射单元通过高压发射接口向地面发射线圈中通入大功率发射电流；

j、激发过程中由发射控制单元实时控制井中三分量传感器采集激发电流数据，并上传至上位机显示；

k、激发结束后，由发射控制单元向同步控制单元传输同步采集触发信号，由同步控制单元将同步信号发送给接收控制单元；

l、接收控制单元控制三分量信号采集单元采集核磁共振信号，经过模/数转换单元将模拟信号转变为数字信号后，通过数据发送单元将磁共振信号数据上传至上位机显示；

m、信号采集结束后，由接收控制单元向同步控制单元传输同步发射触发信号，由同步控制单元将同步信号发送给发射控制单元；发射控制单元准备下次发射；

n、上位机实时保存参数采集单元采集的发射电流数据和接收单元采集的三分量磁共振信号。

o、重复步骤g-n，实现一个脉冲矩下一次叠加的探测过程，每次发射过程的参数由指令生成单元根据上位机最初配置的发射参数来计算。