核磁共振测井技术的研究现状
摘要核磁共振测井在我国的应用已经有十余年的历史，对我国复杂油气藏测井评价以及石油测井技术本身的发展都做出了有目共睹的积极贡献。例如，它提供的地层信息的丰富性，远多于其他任何单项测井方法；在复杂岩性，特殊岩性，如砂砾岩、火山岩等储层，常常是少数几种有效的重要方法之一；在束缚水引起的低阻油气藏，它是必不可少的方法；它是迄今为止唯一能够提供比较合理的地层渗透率的测井方法；对于深部气层，当天然气孔隙体积比较大时，它的显示十分明显；在稠油以及水淹层，有一定的经验关系存在；对原油粘度以及毛管压力曲线等信息也有较好的反映，等等。但是，由于或是使用条件的不适应，或是使用方法的不恰当，或是技术本身的不完善，也存在或出现过不少问题。例如，它求出的孔隙度时常偏低，有时也偏高；它求出的束缚水对地区或地层的依赖性比较强；它求出的渗透率还没有得到油藏专家的广泛应用；而在流体识别方面，它还有比较大的随意性和不确定性，等等。深入研究这些问题，对提高应用效果，挖掘应用潜力，发展核磁共振测井技术等，都有重要意义。本文从实际效果和技术适应性等几个方面，介绍和讨论我国核磁共振测井应用中存在的一些常见问题，以促进该项技术的正确应用。
我国的核磁共振测井是1996年开始的[1]。中油测井有限公司（CNLC）和华北油田测井公司（现中国石油集团测井有限公司即CPL的华北事业部）最先引进了NUMAR公司的C型磁共振成像测井仪（MRIL-C）。随后，这项技术在我国迅速推广。如今，10余套老的MRIL-C或升级后的MRIL-C/TP，30余套新的代MRIL-Prime（哈里伯顿商标），6套MREx（贝克阿特拉斯商标），3套CMR（斯仑贝谢商标）以及1套MR-Scanner在我国境内服务。均估算，年测井工作量在1000口左右，既有探井，也有生产井。油田公司对核磁共振测井的认可程度正逐年增加，特别是在复杂岩性，特殊岩性（碳酸盐岩，火山岩，砂砾岩等），低孔低渗，束缚水引起的低饱和度等复杂油气藏，核磁共振测井时常成为最后的、甚至是少数几个真正有效的测井手段。
但是，在我国核磁共振测井应用实践中，也发现许多问题，不仅影响了应用效果，还曾经在某种程度上影响过人们对这项技术的信心。这些问题主要集中在孔隙度和流体识别上。在孔隙度方面，从理论上来讲，核磁共振测井是最好的测量方法，应该能够提供准确的地层孔隙度测量结果，而实际上在气层，稠油层，或高矿化度钻井液等条件下，往往出现测量孔隙度偏低或偏高的情况，甚至表现出与地层岩性的某种相关性。在流体识别方面，从理论上讲，有这些可能性，并且也发展了相应的数据采集和处理方法，但是，却都有非常强的使用条件！如果不满足这些使用条件，当然不会有好的使用效果。至于核磁共振测井得到的束缚水，渗透率，孔径分布，毛管压力曲线，原油粘度等信息，都是由回波串反演出T2分布，然后再导出的二级参数，也都有非常强的使用条件。对应用实践中出现的种种问题进行归纳，总结和分析，将有益于改进提高核磁共振测井的应用效果。
核磁共振测井孔隙度
核磁共振测井孔隙度是被观测区域孔隙流体含氢指数与孔隙度的综合反映[2][3]，而且，受到多个因素的影响。这些因素包括：CPMG回波串采集参数；刻度；孔隙流体含氢指数；回波串的信噪比；钻井液矿化度；以及采集模式与处理方法。
一般来说，回波串采集参数如TW（等待时间），TE（回波间隔），NE（回波个数）以及90o脉冲和刻度等将影响对地层孔隙度的观测比较好理解。在测井作业中，也容易控制。孔隙流体含氢指数对核磁共振孔隙度的影响与对中子测井的影响是一样的，理论上容易分析，而实际情况则往往是：要么含氢指数无法已知，要么流体实际孔隙体积不能确定，所以，校正起来常常相当困难。这几个因素通常是使核磁共振观测的孔隙度比地层实际孔隙度偏低。而下
面的几个影响因素则可能使观测孔隙度偏高。
对于孔隙度较低的油气储层，观测的回波串信噪比会很低，从而对估算孔隙度产生明显影响，出现高于地层实际孔隙度的情况。
钻井液矿化度如果太高并且富含钠离子的话，对于使用梯度磁场的MRIL-Prime来说，一方面会降低回波串的信噪比，另一方面钠离子的信号可能被观测到，叠加在回波串里，使估算的孔隙度增大。此时，作业过程中应该采用泥浆排除器，或者在资料处理时扣除钠离子的影响。
同一种仪器或者不同的仪器会有多种不同的孔隙度采集模式与处理方法。这些采集模式和处理方法在某些地层条件下可能得到不一样的结果，从而发生孔隙度偏大或偏小的情况。所以，在核磁共振应用的新地区，有必要开展采集模式和处理方法的适应性分析。
总的来说，1），在含气储层，核磁共振孔隙度肯定偏小，归结于含氢指数和回波间隔甚至等待时间等的多重影响；2），在轻质油和含水储层，核磁共振孔隙度应该能够准确反映地层孔隙度；3），在稠油储层，核磁共振孔隙度也肯定偏小，归结于含氢指数和回波间隔等多重因素；4），在显著扩径井段，由于井眼泥浆的影响，核磁共振孔隙度肯定会偏高；5），用浓度很高的盐水泥浆钻井时，钠离子可能使核磁共振孔隙度偏高；6），在特别低的信噪比时，核磁共振孔隙度可能偏高；7），在泥质含量较高，或泥质成分比较复杂时，采集模式和处理方法可能使核磁共振测井孔隙度偏低或偏高。大部分情况下，这些影响是可以进行校正或消除的。
核磁共振测井流体识别
流体识别是核磁共振测井最早的意图之一，但真正成为可能还是得益于1995年的两篇文献[4][5]。基于双TW和双TE两种数据采集方式，相应地发展了两种直观的油气识别方法，即DSM（Differential Spectrum Method, 俗称差谱法）和SSM(Shifted Spectrum Method，俗称移谱法)。稍后，又出现了所谓的时间域方法（TDA）和扩散分析（DIFAN）及扩散增强方法（EDM）。这些方法，原理直观，操作简单，但是，都有很强的假设条件！例如，DSM和TDA都要求：1），不同流体（即气与水或油与水）之间T1的显著差异；2），不同TW条件下水信号都被充分极化；3），不同TW观测到的回波串之差有足够的信号强度。这些条件在气与轻质油并且亲水大孔隙度砂岩储层得到比较好的满足，而其他情况下这些条件则不一定能够满足，不会有好的应用效果！比较而言，DSM和TDA有比较好的理论支撑，而SSM，DIFAN或EDM 等，主要是经验方法，理论上仍然相当牵强！
这些方法还有其他一些不能忽视的影响因素，如：1），信噪比；2），油气所占据的实际孔隙体积；3），地层岩石的润湿性；4），油气水T2的重叠问题。一般情况下，信噪比太低时，受到检测灵敏度的影响，油气信号是检测不到的。油气所占据的实际孔隙体积太小，它们对观测信号以及回波串信号之差的贡献就非常小，受到算法灵敏度的影响，就会反演不准。地层岩石的润湿性将彻底改变油与水实际的核磁共振特性，使观测方法和处理思路发生根本性的变化。而油气水在T2分布上的重叠则是一种常态，为一维核磁共振测井区分和评价油气带来了不可逾越的困难，使二维核磁共振测井成为流体识别和评价的必然选择。
天然气的识别与评价比较确定。如果已知温度压力以及磁场梯度和回波间隔，天然气（甲环）的核磁共振特性（T1，T2，HI）可以方便地估算出来。在气－水体系，水总是润湿相，双TW模式采集数据，DSM或TDA的应用条件一般比较容易满足。但是，也要注意三个具体的使用条件和环境，即：
1），要求地层压力比较大，从而有比较大的含氢指数HI。所以，太浅的气层通常无法识别和评价。
2），要求含气孔隙体积比较大，从而有比较大的可观测信号。所以，低孔致密气层和冲洗带含气饱和度太低的气层一般不容易识别和评价。
3），要求观测到的天然气的T2与束缚水能够分开，这在采集模式中减小回波间隔或选择小的磁场梯度可以实现。
轻质油的识别与评价具有可能性。但是，它受到地层润湿性和原油粘度的严重影响，所以一般来说比天然气的识别和评价更困难。只有处于亲水储层孔隙中且粘度特别小的油才满足DSM或TDA的应用条件。砂岩和碳酸盐岩会有一个显著差别，即碳酸盐岩孔隙中的水比砂岩孔隙中的水具有更长的T1，其完全极化需要更长的TW，这在观测模式和处理方法中都必须充分考虑。
中等粘度油的识别与评价相当困难。由于T1和T2与原油粘度有很强的相关性，往往使DSM 或TDA的应用条件迅速失效，只能靠建立于经验之上的SSM或DIFAN或EDM方法。而DIFAN 或EDM严格意义说在理论上并不成立，其应用效果就只能是艺术而不是科学了。
稠油的识别与评价有一定的可能性，但是比轻质油要困难。稠油层的好处是它的流动性差，冲洗带的含油饱和度仍然高。困难之处在于，它的T1和T2都很短，而且都是范围较大的分布，与束缚水严重重合。
在现有的技术框架下，核磁共振对水淹层和残余油并没有理论上完全成立的解决方法！因为注入水和残余油的核磁共振特性与地层水及可动油的特性并没有显著的差异。在T2分布的形态上可能存在水淹层和残余油的蛛丝马迹，但并不具有普遍意义，所以推广起来会相当困难。
二维核磁共振测井已经显示较好的应用前景[6][7] [8][9]。在已经见到的（T2，D）和（T1，T2）两种二维方法中，前者对油－水体系有更好的分辨能力。但是，在实际应用中，二维核磁共振测井也可能出现许多新的问题，例如，信噪比低造成的对流体分辨能力低；探测深度浅，观测到冲洗带，流体饱和度低，造成信号强度低。此外，孔隙介质中的水其扩散系数究竟是一个什么样的分布？这在理论上和实验中都尚未完全清楚。
当然，在低孔隙度储层，裂缝性溶洞性等非均质性严重的储层，以及混合润湿和亲油储层，核磁共振测井仍然有许多困难。不管什么条件下，流体识别和评价的最好方法还是核磁共振与其他有效测井信息的综合解释！
核磁共振测井束缚水和渗透率
束缚水和渗透率是核磁共振测井另一个最具特色的优势。因为在此之前，还没有一种测井方法可以提供类似的信息。核磁共振束缚水和渗透率在理论上有结实基础，在效果上有广泛应用。但是，客观地说，束缚水和渗透率都是由T2分布得到的导出量，不是直接观测量，所以模型及其刻度或标定就显得特别重要。
目前，常用的束缚水模型有两种，即截止值模型（CBVI）和谱系数模型（SBVI）。前者简单实用，物理概念清晰，但与实际情况有差距；后者与实际情况更接近，物理概念也清晰，但模型使用起来并不方便。实践证明，在测井地层评价中，往往是模型越简单越好。
在截止值模型中，有两个问题容易被忽视：一是这样估算的束缚水是什么含义？二是截止值受到哪些因素的影响？
估算的束缚水其含义与T2分布怎么得到的有直接关系。如果由采集回波串得到的T2分布代表地层岩石总孔隙中的流体，那么，截止值模型估算的束缚水应该是总束缚水；如果T2分布仅仅代表地层岩石有效孔隙中的流体，那么，截止值模型得到的束缚水只是毛管束缚水。无论哪种情况，估算的束缚水都可能受到天然气和稠油的影响。
截止值本身受到两方面的影响，一是求取方法；二是样品特性。常规方法需要两个基本步骤，即岩石孔隙完全含水测量一个回波串得到T2分布；离心脱水至束缚水状态再测量一个回波
串得到T2分布。在这里，最容易出问题的是如何达到“束缚水状态”？由于各人对“束缚水状态”的理解不一样，同一批岩样确定的截止值也不一样。截止值与岩石样品的特性直接有关，特别是孔隙表面特性，所以砂泥岩与碳酸盐岩截止值有很大的差异。截止值是一个地区经验参数。不同的地区，不同的地层，不同的层系，不同的岩性，截止值都不一样。建立统一截止值或采用可变截止值，都存在困难。也就是说，想获得一个完全反映实际情况的束缚水基本上是不可能的，很多时候，获得的只是具有相对意义的束缚水指数。这也符合测井地层评价的一般原则！用简单的模型和有限的测井信息，不可能完全准确地去表达一个变化无穷，复杂无比的地质目标！
渗透率的模型主要有两个，即Coates和SDR，两者有相同的基础，只是用不同的方式来表达T2分布。Coates模型用自由流体指数和束缚水的比值来表达，而SDR模型用几何平均来表达。在一般意义上，Coates模型不受孔隙中油气的影响，而SDR模型会受到油气的影响。但是，两种模型也有许多相同的问题：首先，都必须进行严格的刻度或标定！尽管有坚实的物理和油藏物理基础，核磁共振渗透率仍然是一个基于统计关系的导出量，受到岩性等因素的影响。其次，核磁共振估算的渗透率究竟是什么渗透率？渗透率是个比较复杂的参数，而且，有强烈的各向异性。核磁共振不反映渗透率的各向异性。得到的渗透率的含义取决于标定模型的时候所用渗透率的含义和来源。再次，在一些极端情况，核磁共振无法得到合理的渗透率的估算。例如，在裂缝性储层，实际渗透率可能很高，而核磁共振估算的渗透率则可能很低。而在一些溶洞性储层，由于大量死孔的存在，实际渗透率可能很低，而核磁共振估算的渗透率则可能很高。
至于由T2分布得到孔径分布信息，估算原油粘度以及构建毛管压力曲线等应用[10][11]，同样有相应的假设条件。实际储层当然不能完全满足这些假设条件，但是，至少也要大致地满足，否则，得到的结论必定是不正确的。
核磁共振测井仪器的适应性问题
目前，商业化的核磁共振测井仪器有：MRIL-Prime，MREx，CMR-Plus，MR-Scanner等。这些仪器虽然各有特色，但是在孔隙度，渗透率，流体识别与评价等基本应用上并无大的区别，测量原理和处理方法大都可以互用。
对于核磁共振仪器来说，信噪比总是最突出的问题！应用上总是希望信噪比越高越好。核磁共振测井的信噪比受到三个基本因素的控制，即：地层孔隙度，磁场强度，样品体积。孔隙度的大小并不是可以控制的；磁场强度也无法更高，因为高了以后对地层岩石样品会引起很强的背景梯度磁场，使得测量结果很难分析；能够改进的只有加大观测样品的体积。核磁共振测井采用定位切片观测，样品体积取决于切片的直径，高度和厚度。比较而言，MRIL-Prime 有最大的观测样品体积，信噪比也相对较大。
信噪比与纵向分辨率，探测深度以及测井速度又互相影响，互相制约，必须综合考虑，作出折中和权衡。原则上说，在目前的技术框架下，核磁共振并不是一种高纵向分辨率的测井方法，它的探测深度相当浅，测井速度也相当慢。
另一个问题是井眼的影响。理论上讲，基于人工磁场的核磁共振测井不受井眼影响，因为其观测对象在井眼外的地层中。井眼对核磁共振测井的影响主要表现在对射频脉冲的消耗上。泥浆作为射频脉冲和回波信号的必经通道，它会损耗电信号，降低信噪比。泥浆电阻率越低，损耗就越大！这对于居中型的仪器有时会变得十分明显，甚至到无法正常工作的地步（例如泥浆电阻率小于0.02欧姆米）。贴井壁型的仪器可能就不存在这个问题，因为天线与井壁接触，脉冲和回波几乎不通过泥浆，损耗很少。
在适应性问题上，还要强调测前设计和质量控制的重要性。这同医学上的磁共振成像实在有许多相似的地方。由于成像的脉冲序列很多，每一种脉冲序列采集到的信息内容也不完全相
同，根据应用目标还选取脉冲序列就显得非常重要。而且，选定脉冲序列以后，还要进一步优化采集参数，并对观测结果进行预测。这项工作在新探区尤其重要。
在质量控制方面，每种仪器都建立了各自的质量控制指标和体系，在作业和资料处理以及应用的过程中，遵守这些指标是重要的。问题在于，采集到的资料如果有质量缺陷该怎么办？很少有井可以返工重新测量的，所以，分析资料质量的真正问题所在，剔除有质量问题的井段，对一些能够校正的问题数据进行合理的分析和校正，从而挽回损失，是质量控制的重要目的。最近我们对伊拉克一些核磁共振测井资料的质量控制表明，这种努力是有成效的。
结论
核磁共振测井在我国已经得到广泛应用，并且取得了明显效果，同时，也还有很大的发展空间并存在许多理论上和应用上的实际问题。梳理应用基础，核实理论假设，发展区域模型，是进一步提高应用效果的有效途径。在孔隙度方面，应该加强刻度和校正方法研究；在流体识别与评价方面，二维核磁共振测井可能是必由之路；在束缚水，渗透率，原油粘度，毛管压力曲线等方面，合理标定是唯一选择。
本文的讨论同样适用于随钻核磁共振测井[12]。
本文没有详细讨论电缆核磁共振测井仪器设计相关的问题。但是，可以相信，某些应用方面的难题在新仪器出现后会得到解决。
参考文献
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核磁共振技术及应用-综述
核磁共振技术及应用-综述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
核磁共振技术及应用 学号：2011201373 姓名：杨海源 摘要:综述核磁共振技术的基本原理与优势以及该技术作为一种检测分析手段在生物医药、食品、化工业中的应用进展。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是以原子核自旋的共振跃迁为探测对象的谱学方法。其最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化， 自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相 同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。此方法专属性强、准确快捷, 可与其它方法相互补充, 用于诸多环节且有很 好的应用前景。但在实际的应用中也还存在一些问题, 有待于进一步深入研究。 关键词:核磁共振技术，NMR，生物，食品，石油，分析，检测 Abstract The technology of nuclear magnetic resonance( NMR ) applying in biological medicine,food,chemical industry detection at home and abroad was summarized. The most basic principles of nuclei by magnetized in a magnetic field , the spin angular momentum precession , plus energy nuclei vibration frequency at the same time , the nuclei absorb energy level transition occurs , resonance absorption signal. According to current situation, it has some advantages in food detect ion such as fastness, accuracy, intactness. However, there are still some shortcomings, and we should further research to solve them in future. 1.前言
核磁共振测井简介
核磁共振测井简介 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。1956 年，Brown 和Fatt 研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。1960年，Brown 和Gamson 研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。1985 年，Zvi Taicher 和 Schmuel 提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。 1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。此后，核
磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们代表性的产品分别是：Schlumberger--CMR、Halliburton--MRIL-P、Baker hughts—MREX。基本原理在没有任何外场的情况下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场σ0影响下，这个自旋系统被极化，即M重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，这个场的方向以频率ω0 进动。 ω0与磁场强度σ0 成正比，并称ω0为拉莫尔频率。在极化后的磁场中，如果在垂直于的方向再加一个交变磁场，其频率也为质子（氢核）的进动频率时，将会发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩，通过吸收交变磁场提供的能量，越迁至高能态，此现象称为核磁共振。造岩元素中各种原子核的核磁共振效应的数值是不同的，它首先决定于原子核的旋磁比，岩石中元素的天然含量以及包含该元素的物质赋存状态。核磁测井以氢核与外加磁场的相互作用为基础，可直接测量孔隙流体的特征，不受岩石骨架矿物的影响，能提供丰富的底信息，如地层的有效孔隙度、自由流体孔隙度、束缚水孔隙度、孔径分布及渗透率等参数。氢核在地磁场中具有最大的旋磁比和最高的共振频率，根据含氢物质的旋磁比、天然含量和赋存状态，氢是在钻井条件下最容易研究的元素。因此，包含某种流（水、油或天然气）中的氢原子核是核磁测井的研究对象。对于静磁场，热平衡时，处于地
随钻核磁共振测井技术参数
INTEQ 的6 ?” MagTrak?随钻核磁共振测井技术提供实时总孔隙度，不需要放射源和岩性参考。通过石油工业标准定义的T 2分布，随钻核磁共振测井可以得到自由水和束缚水含量，流体饱和度以及孔隙特征。 MagTrak 随钻测井工具有着很高的垂直分辨率。探测直径可达12.6”。6 ?” 的MagTrak 工具可以适用8 3/8” – 9 7/8” 大小的井眼。 预先设定操作模式，简易井上操作。这种模式能够适应绝大多数地层和流体特性。 ■ “孔渗核磁”模式：可以得到总孔隙度，毛管束 缚水孔隙度，粘土束缚水孔隙度和预测的渗透率 ■ “孔渗核磁+轻烃”模式：可以得到总孔隙度，毛 管束缚水孔隙度，粘土束缚水孔隙度，预测的渗透率和轻烃饱和度 对于特殊的应用也可以自定义测量参数。 每一种模式的原始数据都在井下处理。经计算的地层性质参数，如总孔隙度和束缚水孔隙度等可以实时传输到地面。所有原始数据都被储存在内存中，工具出井后可下载，进行高级处理。 MagTrak 随钻测量工具由一个传感器短节和两个扶正器组成。工具下面需要配置一个柔性短节以减少震动。MagTrak 传感器短节有独立的发电装置，需要泥浆驱动发电。 服务优势： ■ 核磁共振随钻测量数据 - 总孔隙度和有效孔隙度(实时数据) - 自由水孔隙度和束缚水孔隙度(实时数据) - 预测的渗透率(实时数据) - 孔隙特征 - 轻烃饱和度 ■ 优化的井下测量环境 - 原始地层 - 无污染的井眼 ■ 可适用于高井斜井 ■ 高的垂直分辨率 ■ 对定向测量没有磁干扰 ■ 低的震动敏感性 技 术 参 数 表 6 3/4" MagTrak
6 3/4" MagTrak 工具规格 传感器规格 井眼尺寸 8 3/8“ - 9 7/8“传感器距底端位置 9.97ft(3.04m)公称外径 6 3/4" (17.15cm)公称直径12.6“(320mm)两个低震动扶正器回波间隔可自定义,最小0.6ms 套筒长度9.6“(24.5cm)回波数可自定义,最大5000外径 1/8“欠尺寸 共振频率500kHz 总长/总重 名义磁场梯度 2.0G/cm 传感器带下扶正器 24.2ft(7.4m)3 197lbs(1 450kg)内存384MB,相当于340小时上扶正器 5.7ft(1.73m)705lbs(320kg) 2.8"(70mm)电源泥浆涡轮发电*静态纵向分辨率 接头 纵向分辨率 2 ft(钻速50ft/hr 和1空隙单位) 4 ft(钻速100ft/hr 和1空隙单位) NC50 下：INTEQ 标准扣 NC50 NC50 下：INTEQ 标准扣 NC50 操作参数 1 300 - 2 500 lpm 1 000 - 1688 lpm 最大钻压562 022 lbf(2 500kN)最大扭矩（钻头处）23 500ft-lbf(32 kNm)最大失效扭矩（钻头处）47 500ft-lbf(65 kNm)最大失效拉力 无旋转持续操作无旋转最大温度最大最小操作时300°F (150°C)-14°F(-10°C)极限温度347°F(175°C)-40°F(-40°C)最大静水压25 000 psi (1 725 bar)泥浆类型不含铁矿粉，不含海绵铁最小泥浆电阻率0.02ohm-m 最大轴向,径向,切向震动参阅《补充技术参数》881 251 lbf (3 920 kN) 1 16 2 262 lbf (5 170 kN) 最大狗腿度值对应相应的钻具组合， 它受到不同参数的影响，如钻具组合方式， 井身结构，钻进模式(造斜、降斜或稳斜)。为了优化钻具，需要专家的建议(BHASYS PRO)至于转速, 含沙量, 堵漏剂等可参照其它 随钻测量工具技术参数,如OnTrak, NaviTrak
核磁测井
核磁测井 1、现代NMRR测井 1、1脉冲NMR测井仪 传感器(如磁铁和天线)是脉冲NMR测井仪的核心部分。它对仪器的S／N、最小回波间距、探测深度(DOI)、测井速度和垂直分辨率有重要影响。在用的所有仪器在传感器的设计上都不尽相同，主要差别是电子线路、固件、脉冲序列、数据处理和解释算法。NMR仪器的详细技术指标都能在各家服务公司的网站上找到。 斯伦贝谢电缆式NMR测井仪器有三个天线和一个完全可编程的脉冲序列发生器，能进行多种不同方式的测量。两个152mm天线用于高分辨率测量，提供总孔隙度、束缚流体孔隙度和自由流体孔隙度。高分辨率天线还可用来探测天然气和轻烃，计算渗透率和孔隙大小分布。主天线长457mm，有多个频率，用于不同地层评价，提供多种NMR 测量。每个频率都对应不同DOI(从井壁算起为38～102mm)。主天线所提供的地层评价包括两个高分辨率天线所提供的所有地层评价，还用于评价流体径向剖面、流体体积和石油黏度。所有的商用NMR仪都有一些共同的特征，譬如：所有的仪器都采用强度很大的钐钴合金永久磁体，磁铁对温度变化相对不敏感。磁体用于极化(磁化)烃和水分子中的氢核(质子)。另一个共同的特征是它们都采用脉冲NMR测量。 1．2测量原理 NMR测量有两步。第一步是建立储层流体的净磁场，当仪器沿井简移动时，磁铁的磁场矢量B。磁化储层流体中的氢核，产生净磁场，磁场沿着B。方向，即纵向。在井壁附近区域(距井壁几英寸)，B。的大小一般为几百高斯。B。的大小随着离磁铁径向距离的增加而减小，从而在测量区域内形成磁场梯度或梯度分布。正如下面讨论的，磁场梯度用于识别储层流体并描述流体特征。在施加B。之前，氢核磁矩的方向是无序的，因此流体净磁场为0。在极化时间Tp内，磁化强度以指数形式增大到其平衡值Mo。描述磁场指数方式的时间常数为纵向弛豫时间，称之为T1。 在储层岩石中，用T1分布描述磁化过程。T1分布反映的是沉积岩中油气的复杂成分和孔隙大小分布。极化所需时间至少是最长T1时间的3倍以确保充分磁化。如果极化时间太短，得到的NMR孔隙度就会小于真实的地层孔隙度。极化时间一到，立即将RF脉冲串用于地层。第一个RF脉冲称为9O°脉冲，这是因为它能把最初与B。平行的磁化矢量旋转到垂直于B0的横向平面上。一旦磁化在横向平面内进行，它就会绕着B。旋转，就在原来产生脉冲的同一天线上产生一个随时问变化的信号。紧跟着9O。脉冲，首先产生一个NMR自由感应衰减(FID)信号，但由于其衰减太快而无法探测到。900脉冲之后是一系列间隔均匀的180。脉冲，用来使氢核的磁矩重新聚焦，形成连贯的自旋回波信号。在每对180。脉冲信号之间记录自旋回波信号。之所以把信号称之为回波，是因为它们在每一对180。脉冲的中间点能够达到最大幅度，然后在下一个脉冲到来之前快速衰减为零，下一脉冲重聚磁矩以产生下一个回波。 RF脉冲及相关的自旋回波就是所谓的Carr-Purcell-Meiboom(CPMG)序列，这是应用最广泛的NMR测井序列。自旋回波信号的包络线随特征时问常数(7"2)以指数规律衰减，称为横向弛豫时间或自旋一自旋弛豫(衰减)时间。外推到零时间(紧跟9O。脉冲)的自旋回波衰减曲线的幅度就等于推导的NMR总孔隙度(假设流体含氢指数等于1)。 NMR测井仪的一个重要技术指标是它的最小回波间隔。在确定T2敏感性极限--仪器能测量出的最小值方面，最小回波间隔和信噪比S／N起了重要作用。短的最小回波间隔对于准确而重复地测量包含黏土束缚水和微小孔隙(如测量小于3ms的T2值)在内的地层NMR总孔隙度是必需的。对于目前所用的仪器而言，其最小回波问隔大约在0．2～
核磁共振测井技术的研究现状
摘要核磁共振测井在我国的应用已经有十余年的历史，对我国复杂油气藏测井评价以及石油测井技术本身的发展都做出了有目共睹的积极贡献。例如，它提供的地层信息的丰富性，远多于其他任何单项测井方法；在复杂岩性，特殊岩性，如砂砾岩、火山岩等储层，常常是少数几种有效的重要方法之一；在束缚水引起的低阻油气藏，它是必不可少的方法；它是迄今为止唯一能够提供比较合理的地层渗透率的测井方法；对于深部气层，当天然气孔隙体积比较大时，它的显示十分明显；在稠油以及水淹层，有一定的经验关系存在；对原油粘度以及毛管压力曲线等信息也有较好的反映，等等。但是，由于或是使用条件的不适应，或是使用方法的不恰当，或是技术本身的不完善，也存在或出现过不少问题。例如，它求出的孔隙度时常偏低，有时也偏高；它求出的束缚水对地区或地层的依赖性比较强；它求出的渗透率还没有得到油藏专家的广泛应用；而在流体识别方面，它还有比较大的随意性和不确定性，等等。深入研究这些问题，对提高应用效果，挖掘应用潜力，发展核磁共振测井技术等，都有重要意义。本文从实际效果和技术适应性等几个方面，介绍和讨论我国核磁共振测井应用中存在的一些常见问题，以促进该项技术的正确应用。 我国的核磁共振测井是1996年开始的[1]。中油测井有限公司（CNLC）和华北油田测井公司（现中国石油集团测井有限公司即CPL的华北事业部）最先引进了NUMAR公司的C型磁共振成像测井仪（MRIL-C）。随后，这项技术在我国迅速推广。如今，10余套老的MRIL-C或升级后的MRIL-C/TP，30余套新的代MRIL-Prime（哈里伯顿商标），6套MREx（贝克阿特拉斯商标），3套CMR（斯仑贝谢商标）以及1套MR-Scanner在我国境内服务。均估算，年测井工作量在1000口左右，既有探井，也有生产井。油田公司对核磁共振测井的认可程度正逐年增加，特别是在复杂岩性，特殊岩性（碳酸盐岩，火山岩，砂砾岩等），低孔低渗，束缚水引起的低饱和度等复杂油气藏，核磁共振测井时常成为最后的、甚至是少数几个真正有效的测井手段。 但是，在我国核磁共振测井应用实践中，也发现许多问题，不仅影响了应用效果，还曾经在某种程度上影响过人们对这项技术的信心。这些问题主要集中在孔隙度和流体识别上。在孔隙度方面，从理论上来讲，核磁共振测井是最好的测量方法，应该能够提供准确的地层孔隙度测量结果，而实际上在气层，稠油层，或高矿化度钻井液等条件下，往往出现测量孔隙度偏低或偏高的情况，甚至表现出与地层岩性的某种相关性。在流体识别方面，从理论上讲，有这些可能性，并且也发展了相应的数据采集和处理方法，但是，却都有非常强的使用条件！如果不满足这些使用条件，当然不会有好的使用效果。至于核磁共振测井得到的束缚水，渗透率，孔径分布，毛管压力曲线，原油粘度等信息，都是由回波串反演出T2分布，然后再导出的二级参数，也都有非常强的使用条件。对应用实践中出现的种种问题进行归纳，总结和分析，将有益于改进提高核磁共振测井的应用效果。 核磁共振测井孔隙度 核磁共振测井孔隙度是被观测区域孔隙流体含氢指数与孔隙度的综合反映[2][3]，而且，受到多个因素的影响。这些因素包括：CPMG回波串采集参数；刻度；孔隙流体含氢指数；回波串的信噪比；钻井液矿化度；以及采集模式与处理方法。 一般来说，回波串采集参数如TW（等待时间），TE（回波间隔），NE（回波个数）以及90o脉冲和刻度等将影响对地层孔隙度的观测比较好理解。在测井作业中，也容易控制。孔隙流体含氢指数对核磁共振孔隙度的影响与对中子测井的影响是一样的，理论上容易分析，而实际情况则往往是：要么含氢指数无法已知，要么流体实际孔隙体积不能确定，所以，校正起来常常相当困难。这几个因素通常是使核磁共振观测的孔隙度比地层实际孔隙度偏低。而下
核磁共振技术及应用研究进展
科技信息 核磁共振（ＮｕｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ，简称ＮＭＲ）是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，最早于１９４６年被Ｂｌｏｃｈ和Ｐｕｒｃｅｌｌ等人用实验所证实［１］。核磁共振的发现具有十分重要的意义，不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证，而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。他们二人由于这项重大发现，共同分享了１９５２年的诺贝尔物理奖。 最初的核磁共振技术主要用于核物理方面，现今已经被化学，食品，医学，生物学，遗传学以及材料科学等领域广泛采用，已经成为在这些领域开展研究工作的有力工具。 在以往的半个世纪中，ＮＭＲ技术经历了几次飞跃。１９４５年ＮＭＲ信号的发现，１９４８年核磁弛豫理论的建立。１９５０年化学位移和耦合的发现以及１９６５年傅立叶变换谱学的诞生，迎来了ＮＭＲ的真正的繁荣期；自从７０年代以来，ＮＭＲ发展异常迅猛，形成了液体高分辨，固体高分辨和ＮＭＲ成像三雄鼎立的新局面。二维ＮＭＲ的发展，使得液体ＮＭＲ的应用迅速扩展到生物领域；交叉极化技术的发展，使５０年代就发明出来的固体魔角旋转技术在材料科学中发挥了巨大的作用；ＮＭＲ成像技术的发展，使ＮＭＲ进入了与人类生命息息相关的医学领域。 目前，ＮＭＲ技术已经成为研究高分子链结构的主要手段，对聚合物的构型，构象分析，立体异构的鉴定和序列分布，支化结构的长度和数量，共聚物和共缩聚物组成的定性，定量以及序列结构测定等均有独特的长处［２］。 核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁共振波谱（Ｎｕ－ｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）和磁共振成像（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ，简称ＭＲＩ）。核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的，主要用于测定物质的化学成分和分子结构［３］。核磁共振成像技术诞生于１９７３年，它是一种无损测量技术，可以用于获取多种物质的内部结构图像。由于核磁共振可获取的信息丰富，因此应用领域十分广泛，如分析化学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。 １核磁共振的基本原理 核磁共振是指原子核在外磁场作用下，其在能级之间共振跃迁的现象。原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示，μ具有方向性，μ＝νｈＩ，ｈ是普朗克常数，Ｉ为自旋量子数，简称自旋。旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量，ν值大表示原子核的磁性强，反之亦然。在天然同位素中，以氢原子核（质子）的ν值最大（４２．６ＭＨｚ／Ｔ），因此检测灵敏度最高，这也是质子首先被选择为ＮＭＲ研究对象的重要原因之一。 当把有磁矩的核（Ｉ≠０）置于某磁场中，该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动—— —拉莫尔进动，其频率由下式决定：ω＝２πν。式中ω为角频率，ν为拉莫尔进动频率。当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的核便吸收射频能，从低能态跃迁到高能态，此即核磁共振现象。没有自旋的原子核（Ｉ＝０）没有磁矩，这类核观察不到ＮＭＲ信号，如１４Ｃ，１６Ｏ，３２Ｓ等，Ｉ＝１／２的原子核是ＮＭＲ中研究得最多的核，如：１Ｈ，１３Ｃ，１９Ｆ，１５Ｎ等。 原子核的角动量通常称为核的自旋，是原子核的一个重要特性。由于原子核由质子和中子组成，质子和中子是具有自旋为１／２的粒子，它们在核内还有相对运动，因而具有相应的轨道角动量。所有核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核的自旋。原子核自旋角动量ＰＩ，遵循量子力学的角动量规则，它的大小为：ＰＩ＝［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２ｈＩ为整数或半整数Ｉ是核自旋量子数。原子核自旋在空间给定Ｚ方向上的投影ＰＩＺ为：ＰＩＺ＝ｍＩｈ，ｍＩ＝Ｉ，Ｉ－１，…，－Ｉ＋１，－Ｉ其中ｍＩ叫磁量子数。实验发现，所有基态的原子核的自旋都满足下面的规律：偶Ａ核的自旋为整数，其中，偶偶核（质子数和中子数都是偶数）的自旋都为零；奇Ａ核的自旋都是半整数。核子是费米子，因此，核子数Ａ为偶数的原子核是玻色子，遵循玻色—— —爱因斯坦统计；核子数Ａ为奇数的原子核是费米子，遵守费米—— —狄拉克统计。原子核磁矩原子核是一个带电的系统，而且有自旋，所以应该具有磁矩。和原子磁矩相似，原子核磁矩μＩ和原子核角动量ＰＩ有关系式：μＩ＝μＮｇＩ［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２μＺ＝ｍＩμＮｇＩ其中，ｇＩ称为原子核的朗德因子，μＮ＝ｅｈ／（２ｍｐ）＝５．０５０８×１０－２７Ｊ／Ｔ，称作核磁子。质子质量ｍｐ比电子质量ｍｅ大１８３６倍，所以核磁子比玻尔磁子小１８３６倍，可见原子核的磁相互作用比电子的磁相互作用弱得多。这个弱的相互作用正是原子光谱的超精细结构的来源。核磁共振由于原子核具有磁矩，当将被测样品放在外磁场Ｂ０中，则与磁场相互作用而获得附加的能量。Ｗ＝－μＩ?Ｂ０＝－ｍＩμＮｇＩＢ０，ｍＩ有２Ｉ＋１取值，即能级分裂成２Ｉ＋１个子能级，根据选择定则△ｍＩ＝±１，两相邻子能级间可以发生跃迁，跃迁能量：△Ｅ＝μＮ－ｇＩＢ０若其能级差△Ｅ与垂直于磁场方向上的电磁波光子的能量相等，则处在不同能级上的磁性核发生受激跃迁，由于处在低能级上的核略多于处在高能级上的核，故其净结果是低能级的核吸收了电磁波的能量ｈ＂跃迁到高能级上，这就是核磁共振吸收。该频率ｖ＝μＮｇＩＢ０／ｈ称为共振频率［４］。 ２核磁共振技术的实验装置 实现核磁共振可采取两种途径：一种是保持外磁场不变，而连续地改变入射电磁波频率；另一种是用一定频率的电磁波照射，而调节磁场的强弱。图１为核磁共振现象的装置示意图，采用调节入射电磁波频率的方法来达到核磁共振。样品装在小瓶中，并置于磁铁两极之间，瓶外绕有线圈，通有由射频振荡器输出的射频电流。于是，由线圈向样品发射电磁波。调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化，当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。 图１核磁共振实验装置示意图 核磁共振技术及应用研究进展 临沧师范高等专科学校数理系王东云 ［摘要］核磁共振分析技术是利用物理原理，通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质。 它不破坏被测样品的内部结构，是一种无损检测方法。本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在化学、生命科学中的应用。 ［关键词］核磁共振技术原理应用 基金项目：本文为临沧师范高等专科学校校级课题。 博士?专家论坛 ３５３ ——
核磁共振成像技术分析
电磁波成像 一、核磁共振成像技术分析 1.基本概况 核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI)，又称自旋成像(spin imaging)，也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，简称MRI)，台湾又称磁振造影，是利用核磁共振(nuclear magnetic resonnance，简称NMR)原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。 将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 2.检测设备及原理 核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器，主要由磁铁、探头和谱仪三大部分组成。磁铁的功用是产生一个恒定的磁场；探头置于磁极之间，用于探测核磁共振信号；核磁共振谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来。采用调节频率的方法来达到核磁共振。由线圈向样品发射电磁波，调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化。当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。 3.核磁共振成像优缺点 磁共振成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用核磁共振成像技术进行检查。具体说来有以下几点优点： 1.对软组织有极好的分辨力。对膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等部位的检查优于CT；
核磁共振测井简介
引言 核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。本文主要讲解了核磁共振测井的发展历史、基本原理、基本应用、若干问题及展望。 发展历史 核磁共振作为一种物理现象，最初是由Bloch和Purcell于1946年发现的，从而揭开了核磁共振研究和应用的序幕。1952 年，Varian 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。1956 年，Brown 和Fatt研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。1960年，Brown 和Gamson研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。 但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。1985 年，ZviTaicher和Schmuel提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。 此后，核磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们代表性的产品分别是：Schlumberger--CMR、Halliburton--MRIL-P、Baker hughts—MREX。 基本原理 在没有任何外场的情况下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场σ0影响下，这个自旋系统被极化，即M重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，这个场的方向以频率ω0 进动。ω0与磁场强度σ
医学实习报告——核磁共振成像仪的原理和应用
医学实习报告 ——核磁共振成像仪的原理和应用 班级：生物医学0902 姓名：xx 日期：2010年1月6日
核磁共振成像仪的原理和应用 摘要 核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。核磁共振成像仪就是因这项技术而产生的仪器。它是继CT后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学、生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MRI)。 关键词 核磁共振、扫描、成像、计算机 正文： 前言 1930年代，物理学家伊西多?拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向 呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。 1946年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。 人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及
核自旋等，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术不断发展，从最初的一维氢谱发展到碳谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强。 进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。后来核磁共振广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织与活体组织分析，病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。 20世纪70年代，脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了，它使13C 谱的应用也日益增多。 仪器结构 MRI是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。 其中型台式核磁共振成像仪主要由谱仪、磁体柜、电子柜、梯度柜、监视器等部分组成。
核磁共振仪原理
核磁共振波谱学简单介绍及其应用 学生姓名：蔡兴宇学号：20105052029 化学化工学院应用化学 指导老师：王海波职称：讲师 摘要：核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。核磁共振是一种探索、研究物质微观结构和性质的高新技术。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。 关键词：核磁共振；量子力学；参数；能级分裂；电磁波 Abstract:nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is a branch of spectroscopy, and its resonant frequency in the radio frequency band, the corresponding transition is nuclear spin on the nuclear zeeman energy level transition. People usually mean by nuclear magnetic resonance (NMR) is the use of nuclear magnetic resonance phenomenon of molecular structure, the structure of human body internal information technology. Nuclear magnetic resonance (NMR) is a kind of exploration, research material microstructure and properties of high and new technology. At present, nuclear magnetic resonance (NMR) has been in physics, chemistry, materials science, life science and medicine has been widely applied in areas such as. Key words:nuclear magnetic resonance (NMR); Quantum mechanics; Parameters; Energy level splitting; The electromagnetic wave 引言 从19世纪40年代中期，美国哈佛大学珀塞尔和斯坦福大学布洛赫等人发现核磁共振现象以来，核磁共振技术飞速发展。目前，核磁共振已广泛地应用到物理、化学、生物特别是医学等各个领域。它是研究核结构和准确测量磁场的重要方法之一。化学家利用核磁共振技术解析分子结构即核磁共振的波谱分析。医学
核磁共振成像
磁共振成像技术（核磁共振，MRI）是与CT几乎同步发展起来的医学成像技术。MRI 作为最先进的影像检查技术之一，在许多方面有其独到的优势，尤其是近年来高场磁共振超快速成像与功能成像的出现，使得MRI的优势更为明显。但是，由于国情所限，MRI远没有CT普及，实际工作中，大量的病例本应首选MRI检查，却都进行了CT检查，因此造成的误诊及漏诊屡见不鲜。除病人经济情况的原因之外，临床医生对MRI的了解不足也是一个重要原因。目前关于磁共振成像的书籍虽很多，专业性均很强，信息量也非常大，临床医生很难有时间仔细翻阅，但临床医生又急需了解磁共振的相关知识。鉴于此，我们编写了这本小册子，以期临床医生在阅读之后能够了解磁共振成像的临床应用价值、哪些情况下应当建议病人进行MRI检查、以及一些磁共振基本读片知识。 1 磁共振成像的特点一、无损伤性检查。CT、X线、核医学等检查，病人都要受到电离辐射的危害，而MRI投入临床20多年来，已证实对人体没有明确损害。孕妇可以进行MRI检查而不能进行CT检查。 二、多种图像类型。CT、X线只有一种图像类型，即X线吸收率成像。而MRI常用的图像类型就有几十种，且新的技术和序列不断更新，理论上有无限多种图像类型。可根据组织特意性用不同的技术制造对比，制造影像，力求诊断疾病证据充分、客观、可靠。有更丰富的细节和依据方便医师作出明确的诊断，对疾病的治疗前及愈后作出更详细、系统的评估。 三、图像对比度高。磁共振图像的软组织对比度要明显高于CT。磁共振的信号来源于氢原子核，人体各处都主要由水、脂肪、蛋白质三种成分构成，它们均含有丰富的氢原子核作为信号源，且三种成分的MRI信号强度明显不同，使得MRI图像的对比度非常高，正常组织与异常组织之间对比更显而易见。CT的信号对比来源于X线吸收率，而软组织的X线吸收率都非常接近，所以MRI的软组织对比度要明显高于CT. 四、任意方位断层。由于我院MRI拥有1.5T高场强主磁体及先进的三维梯度系统逐点获得容积数据，所以可以在任意设定的成像断面上获得图像。五、心血管成像无须造影剂增强。基于MRI特有的时间飞逝法（TOF）和相位对比法（PC）血流成像技术，磁共振血管成像（MRA）与传统的血管造影（DSA）相比，对人体无损伤性（不需要注射造影剂）、费用低、检查方便等优点。且随着MRI技术的不断进步，我院磁共振MRA的图像质量与诊断能力已与DSA非常接近，基于以上MR血管成像特性，MRA完全可作DSA术前筛查以及血管手术后复查。六、代谢、功能成像。MRI的成像原理决定了MRI信号对于组织的化学成分变化极为敏感。我院在高场MRI系统上拥有丰富磁共振功能成像技术，划时代地实现了对于功能性疾病、代谢性疾病的影像诊断，同时也大大提高了对一些疾病的早期诊断能力，甚至可达到分子水平。 2 磁共振成像的原理想获得人体的体层图像，任何成像系统都需要解决三方面问题：图像信号的来源、图像组织对比度的来源、图像空间信息的来源。磁共振成像也同样要解决这些问题。现对磁共振成像的原理作一简单介绍。 2.1 核磁共振信号的来源磁共振成像，是依靠核磁共振现象来成像的。核磁共振现象，是指处于静磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波作用时，将在他们的磁能级间产生共振跃迁。上述过程，是原子核与磁场发生的共振，所以称为核磁共振，因为“核”字涉嫌核辐射，所以业内将其改称为磁共振。氢原子是人体中含量最多的元素，它的核只有一个质子，是最活跃、最易受磁场影响的原子核。所以磁共振成像采集的是氢原子核的信号。业内常把氢原子核简称为质子。核磁共振现象是一个无法直观观察的现象，理解起来较为抽象，在此只作简要解释。 层厚、层间距。MRI中层厚的概念与CT是一致的。层间距与非螺旋CT的层间距概念一致。层间距一般显示为层厚加上两层之间的间隔。如果层间距大于层厚，两层之间就有未扫描到的区域，需要注意是否有遗漏病灶的可能性。扫描矩阵（resolution）。扫描矩阵代表扫描时图像点阵的密度。扫描矩阵越大，图像空间分辨率越高，但信噪比就越低；扫描矩阵越小，
核磁共振测井理论与应用
核磁共振测井理论与应用 核磁共振测井技术应用研究的发展 一、快速发展的核磁共振测井技术 1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。 40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。70年代末至80年代初，美国Los Alamos国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面： 第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通
核磁共振的成像原理
核磁共振的成像原理 核磁共振成像术又叫磁共振成像术，简称核磁共振、磁共振或核磁，是80年代发展起来的一种全新的影像检查技术。它的全称是：核磁共振电子计算机断层扫描术(简称MRI--CT 或者MRl)。什么是核磁共振成像技术呢?简单地说，就是利用核磁共振成像技术(英文简写MRI、MR或NMR，法文简写RMN)进行医学诊断的一种新颖的医学影像技术。核磁共振是一种物理现象，早在1946年就被美国的布劳克和相塞尔等人分。别发现，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学等领域，用作研究物质的分子结构。直到1971年，美国人达曼迪恩才提出，将核磁共振用于医学的诊断，当时，未能被科学界所接受。然而，仅仅10 年的时间，到1981年，就取得了人体全身核磁共振的图像。使人们长期以来，设想用无损伤的方法，既能取得活体器官和组织的详细诊断图像，又能监测活体器官和组织中的化学成分和反应的梦想终于得以实现。 核磁共振完全不同于传统的X线和CT，它是一种生物磁自旋成像技术，利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发，产生核磁共振现象，经过空间编码技术，用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号，输入计算机，经过数据处理转换，最后将人体各组织的形态形成图像，以作诊断。 核磁共振所获得的图像异常清晰、精细、分辨率高，对比度好，信息量大，特别对软组织层次显示得好。使医生如同直接看到了人体内部组织那样清晰、明了，大大提高了诊断效率。避免了许多以往因手术前诊断不明而不得不进行的开颅、开胸、开腹探查及其他的一些探查诊断性手术，使病人避免了不必要的手术痛苦以及探查性手术所带来的副损伤及并发症。所以它一出现就受到影像工作者和临床医生的欢迎，目前已普遍的应用于临床，对一些疾病的诊断成为必不可少的检查手段。 核磁共振提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，它是一项革命性的影像诊断技术。因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。 80年代美国政府开始批准核磁共振机的商品化生产，并开始临床应用。我国从1985年引进第1台核磁共振机至今已有超过1000台在工作，目前医生们越来越认识到它在诊断各种疾病中的重要作用，其使用范围也越来越广泛。
学习心得：关于磁共振成像技术学习的点滴体会
关于磁共振成像技术学习的点滴体会 每一次到医院拜访或会议上讲完课总有老师问该如何学习磁共振成像技术？到底应该看哪本书？这些的确是很多磁共振使用者一个共同的困惑。 坦率的说我和大家有着相同的困惑和痛苦。我是纯学临床医学的，当时大学课程里所学习的唯一一门影像课程就是放射诊断学。其中连CT的内容都没有，就更别提磁共振了。毕业后从事放射诊断工作，渐渐的接触到CT和磁共振诊断内容。 相比于其他影像学设备而言磁共振成像技术原理复杂，也更具多学科交叉的属性。由于我们大多数影像科医生在大学阶段渐渐淡化了数学和物理学等的学习，所以这给我们学习磁共振成像技术带来了很大挑战。那么，以我个人的经验看我们到底应不应该学习磁共振成像技术？我们又该怎样学习磁共振成像技术且能学以致用呢？在此，谈一点个人体会。需要提前声明这些绝不是什么经验，仅仅想以此抛砖引玉而已。 Q1 作为读片医生或者磁共振操作者，到底有没有必要学习磁共振技术？ 显而易见，答案是肯定的。 磁共振成像技术非常复杂，学习起来耗时耗力，很容易让人望而却步、从而采取消极抵抗策略。但是我要告诉所有有这些想法的老师如果这样做牺牲的一定是自己。大家知道随着磁共振成像设备性能的不断进步和完善，新的技术也层出
不穷，然而非常遗憾的是，真正能把这些新技术用起来的医院少之又少。究其原因就是因为使用者因为不了解这些新技术就主观上产生了畏难和恐惧心理。 事实上，要能真正快速理解、掌握新技术，就必须要有扎实的基础知识。我要告诉大家一点：所有的新技术都是在常规序列基础之上衍生出来的，如果我们有夯实的基础，那么面对每一个新技术你只需了解它的革新和变化点即可，而且通过与相关传统技术对比你也更容易感觉和认识到这些新技术的临床优势可能有哪些。这些对于你的临床和科研切入都至关重要。 我常常见到一些从事某项课题研究的医生或研究生，当深入谈及其课题所采用的相关技术时却没有完整或清醒的认识，每一天都懵懵懂懂的在盲目的扫描着。我不理解这样的研究工作乐趣何在？ 另一方面，磁共振本身作为一门多序列多参数对比的成像技术，充分利用好其优势不仅可以大大提高病变的检出率也能为诊断和鉴别诊断提供更特异性的信息。 举个例子： 对于一个怀疑脊髓内病变的患者，如果你在颈椎轴位扫描时还只是墨守成规的扫描了FSE T2加权像，你就很难发现早期脊髓内改变。如果此时你深入了解到梯度回波准T2加权像更有利于显示脊髓内灰质结构，再进一步你还知道在GE 磁共振平台的MERGE序列较常规梯度回波序列更敏感，那你就会根据临床需求而加扫MERGE这个序列了。当然这其中的原因很简单就是因为这些脊髓内病变的含水量没有那么丰富，在FSE序列T2加权像一般TE时间很长导致这些髓内病变的高信号衰减掉了，而在梯度回波我们可以在相对短的时间内获取准T2加