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-P 26
1.4 CMR 27
1.5 MREx 28
1.6 MR Scanner 28
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NMR 51
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