针对多孔介质的核磁共振分析系统和方法技术方案

基于诸如CT图像的物理数据提供多孔介质的核磁共振(NMR)模拟。基于随机游走NMR模拟评估多孔介质的表面弛豫的方法，包括用于导出随机游走粒子的吸收概率的新算法，以及可以更精确地评估表面积并减少像素离散化效应的算法。该方法可应用于常规多孔介质以及非常规多孔介质，例如具有高表面积容积比的储层岩石，例如致密砂岩或页岩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
核磁共振(NMR)是探测多孔可渗透介质如岩石，土壤，沸石和生物组织的结构和岩石物理性质的有力工具，并已广泛应用于水文，石油工程，环境工程，生物医学研究，和临床设置。
技术实现思路
在一方面，提供了用于促进多孔介质的表征的系统和方法。例如，可以确定多孔介质的孔径分布。在另一个示例中，可以导出诸如表面弛豫参数的材料性质。然后可以利用这种表征来获得多孔介质中的流动性质。基于这些性质/参数，例如可以以更高的精度进行碳氢化合物探测。在生物医学领域中，可以获得更精确的成像，从而有助于改善治疗计划。本文公开的各种实施例使用基于物理数据(诸如计算机断层摄影(CT)图像)的NMR模拟来导出材料性质并将所导出的性质应用于碳氢化合物勘探，测井，生物医学诊断和治疗，特别是在NMR成像不可用或不足以促进参数推导的情况下。根据一些实施例，NMR过程可用随机游走算法来模拟(例如Talabi,O.,Alsayari,S.,IglauerS.andBlunt,M.J.,J.ofPetro.Sci.&Eng.67,168-178(2009),Toumelin,Torres-VerdinandChen,SPERes.Eva.&Eng,234(2003),Toumelin,Torres-Verdin,SunandDunn,JournalofMagneticResonance188,83-96(2007)).在这种模拟中，“湮灭几率”的表达式可用于描述随机游走粒子的减少速率。例如，在数字岩石物理学中，在三维多孔介质上的NMR衰减的表面弛豫可以用随机游走方法来模拟，其中代表磁化核的布朗运动粒子在界面吸收概率下被固体表面吸收。在传统方法中(例如Bergman,Dunn,SchwartzandMitra,Phy.Rev.E51,3393(1995))，湮灭几率是基于随机游走粒子撞击平面的假设推导出的。然而，这忽略了像素离散化效应，因此通常需要输入参数的非物理调整，以便获得合理的模拟结果。一些非常规的储层岩石类型，例如致密砂岩或页岩，可能包含大部分微孔，它们有高表面容积比的非常紧密且曲折的孔隙空间。因此，可能难以用常规方法的NMR模拟研究这些非常规岩石。使用随机游走法的先前的模拟方法通常忽略三维孔隙空间的块状像素外观，导致对表面积的过高估计，特别是对于具有高表面容积比(S/V)的非常规储层岩石。这可能需要通过调节表面弛豫强度(SRS)的值来对界面吸收概率进行任意调整，以便再现和预测“真实的”实验测量。然而，这种任意调整偏离了SRS是岩石依赖物理性质的事实。根据一些实施例，在随机游走NMR模拟中，采用随机游走粒子的减少来模拟横向磁化强度衰减。在模拟中，随机游走粒子由固体颗粒表面处的吸收概率控制，通常称为湮灭几率。湮灭几率与表面弛豫率和随机粒子步长成正比，并且与体扩散率成反比。本文公开的各种实施例提供多孔介质的NMR模拟的方法，并且在非平面边界上考虑。该方法可以适用于所有类型的多孔介质，并且当应用于具有高S/V值的多孔介质，例如具有高S/V值的非常规岩石类型时，比常规方法更有利。根据一些实施例，提供了一种用随机行走NMR模拟评估多孔介质的表面弛豫的方法。先前使用的湮灭几率方法中的不确定性大大降低。例如，在一些实施例中，基于横向磁化强度衰减的物理过程导出改进的湮灭几率，并且可以包括整个孔隙几何形状的S/V和全局撞击概率。这种湮灭几率的新方法可以应用于任何岩石类型，并且当应用于高S/V的多孔介质时具有优于常规方法的特别显著的优点。在一些实施例中，提供了更准确地帮助评估多孔介质表面积的方法，从而减少像素离散化效应。根据一些实施例，提供了一种方法，包括：(a)将代表磁化核的大量随机游走粒子播散到多孔介质的多孔空间中以模拟大量随机游走粒子的扩散布朗运动，其中随机游走粒子的数量减少用于模拟NMR测量得到的横向磁化强度衰减，如同通过NMR测量得到的；和(b)通过基于所述等式导出湮灭几率来推断多孔介质的固体颗粒表面的界面吸收概率：其中γ是大量随机粒子在多孔介质颗粒表面上的湮灭几率；D0是流体的体扩散系数，∈是粒子在时间步长中走过的扩散距离，如三维空间内空间扩散粒子的布朗运动定律中所描述的；h是随机粒子撞击多孔介质颗粒表面的全局几率；ρ是表面弛豫率，S是孔洞空间的表面积，V是多孔介质孔洞空间的体积。在一些实施例中，通过优化的行进立方体算法评价孔表面积S。通过沿着多孔介质的离散化固体-孔洞界面内插虚拟平滑表面，大量随机粒子撞击多孔介质的颗粒表面可以由判断这些随机粒子是否通过了虚拟平滑表面来确定。在一些实施例中，全局几率可以计算为其中Zi是三维图像(比如从CT扫描中获取的图像)第i个像素的像素标记，其中Zi＝0是孔洞，Zi＝1是固体颗粒；(或者)是Zi的6(或8或12，等等)面(角或者边)的相邻像素，以及hs,hc和he分别是随机粒子从像素Zi跳到面，角，和边的恒定几率。上述公开的方法可用于分析任何岩石类型，例如土壤，沸石或具有高表面容积比的非常规储层岩石(例如碳酸盐岩，砂岩或页岩)。所述方法还可以应用于其它应用领域，例如生物样品。根据一些实施例，使用NMR模拟表征多孔介质的方法可以包括以下步骤：(a)获取多孔介质的CT数据；以及(b)用基于CT数据的NMR模拟确定多孔介质的特性，包括利用评估多孔介质表面弛豫的方法的子步骤。此方法可应用于决定多孔介质的特征，比如岩石物理结构(例如一个三维孔隙网络)，岩石物理性质(例如，孔隙度，孔径分布，渗透率，含水饱和度，或者润湿性)，和岩石物理过程(例如，单相或多相流，或者放射性同位素在多孔介质中通过扩散和迁移来传输)。这些特性也可以进行数值模拟。根据一些实施例的方法相对于在样品的多孔空间中进行NMR模拟的传统方法可有一个或多个优势。基于诸如多孔介质的X射线CT图像的物理数据，并结合以下算法，可以显著减少与常规方法相关联的不确定性。例如，根据一些实施例，基于横向磁化强度衰减的物理过程导出改进的湮灭几率。改进的湮灭几率有效地包括整个孔隙几何形状的表面体积比和全局撞击概率，并且因此可以应用于任何岩石类型。在另一个示例中，提供了新的算法以更精确地评估表面积并减小像素离散化效应。根据本文公开的实施例的NMR模拟可以通过在标准几何孔隙空间和各种岩石类型的现实岩石样品的数字图像上进行测试来验证。可以证实，基于传统方法得出的错误T2分布可以被成功校正。所要求保护的实施例的其他方面和优点将从以下描述和所附权利要求中阐明。附图说明图1A说明在孔洞空间中随机粒子数量的下降。图1B比较了随机游走粒子数量下降的数值模拟与磁化强度衰减的理论曲线。图2显示在一个孔洞像素中的一个随机粒子撞击颗粒像素的表面之一的概率分布(彩色轮廓线)。图3显示在二维和三维情况下，孔洞像素中的一个随机粒子撞击颗粒像素的平均撞击概率。图4A阐释典型的行进立方体多边形群配置，用于减少孔洞空间表面的像素离散化效应。图4B显示根据本文公开的用于孔表面平滑的一些实施例的算法，可以有效作用在诸如球体(上图)和不规则孔隙空间(下图)的曲面上。图5A-5E说明根据一些实施例的在微米CT(MCT)图像上的随机游走NMR模拟，像素尺寸从约0.5微米到约25微米。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表征多孔介质的方法，所述方法包括：获得包含所述多孔介质的三维几何信息的物理数据；和使用基于物理数据的核磁共振(NMR)模拟来确定多孔介质的特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种表征多孔介质的方法，所述方法包括：获得包含所述多孔介质的三维几何信息的物理数据；和使用基于物理数据的核磁共振(NMR)模拟来确定多孔介质的特性。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物理数据包括计算机断层摄影(CT)图像。3.根据权利要求2所述的方法，还包括基于所述CT图像分割孔隙。4.根据权利要求3所述的方法，还包括将代表磁化核的大量随机游走粒子播散到孔隙空间中，以模拟所述大量随机游走粒子的扩散布朗运动。5.根据权利要求4所述的方法，其中，用大量随机游走粒子数量的减少来模拟如通过NMR实验所测量的横向磁化强度衰减。6.根据权利要求5所述的方法，还包括通过基于以下公式推导出湮灭概率，来导出所述多孔介质的固体颗粒表面处的界面吸收概率：γ=ρ∈2S6D0hV---(i)]]>其中:γ是大量随机游走粒子被多孔介质的颗粒表面吸收的湮灭概率；D0是流体的体扩散系数，∈是大量随机游走粒子在时间步长内的扩散距离，如在三维空间中的空间扩散粒子的布朗运动定律所描述的；h是大量随机游走粒子撞击多孔介质的颗粒表面的全局概率；ρ是多孔介质中的表面弛豫率，S是孔洞空间表面积，V是孔洞空间体积。7.根据权利要求6所述的方法，还包括基于优化的行进立方体算法来评估所述孔表面积S。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述评估孔表面积S包括沿着多孔介质的离散化固体-孔隙界面内插虚拟平滑表面，并且大量随机游走粒子撞击多孔介质的颗粒表面可以通过判断大量随机游走粒子是否穿过虚拟平滑表面来决定。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹勇，
申请(专利权)人：数岩科技厦门股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11