一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法技术

本发明专利技术提出了一种测量岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的多维核磁共振方法,所述方法包括数据采集、数据提取、数据处理和数据解释，所述方法通过使用新脉冲序列对样品进行激发测量，可同时得到岩石孔隙尺寸a和岩石孔隙表面弛豫率ρ1信息。该方法首次实现了岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的同步测量,同时,该方法能够适用于不同场强下的核磁共振检测仪器，因此本发明专利技术技术在岩心分析中获取重要岩石物理参数具有重要意义。

An nuclear magnetic resonance method for obtaining the pore size and the relaxation rate of the pore surface

The invention provides a method for measuring pore size and pore surface relaxation rate of multidimensional NMR methods, the method includes data acquisition, data extraction, data processing and data interpretation, the method by using the new pulse sequence of sample excitation measurements, obtained pore size a and pore surface relaxation the ratio of 1 information at the same time. This method first realizes the synchronous measurement of rock pore size and surface relaxation rate. Meanwhile, this method can be applied to nuclear magnetic resonance detection instrument under different field strength. Therefore, the technology of this technology is of great significance for obtaining important petrophysical parameters in core analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法
本专利技术涉及地球物理领域，特别涉及一种测量岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的多维核磁共振新方法的原理和实际实现过程
技术介绍
岩心样品能够为石油、地热和水文等领域的勘探、评价和开发提供重要的第一手证据。地质人员可以通过分析这些岩心的性质来得到地热气、碳氢燃料和地下水的存储及运移规律。而往往有些岩石储层的性质是无法通过测井方法得到的。这其中一个重要的参数即为岩石的孔隙尺寸a，它反映了可能存储的孔隙流体体积。另外一个参数为岩石孔隙表面弛豫率ρ。这一参数受饱含流体分子与孔隙固体骨架表面的碰撞程度影响，因此能够反映孔隙的表面特性。上述两个参数可被用于储层建模和优化地下流体资源开发方案，在岩石渗透率计算和储层流体产量计算方面意义重大。经过半个多世纪的发展，核磁共振技术已经被确定为一种检测孔隙内部流体的重要手段。其中，鉴于氢质子核磁共振方法与含氢流体，如水喝碳氢化合物等样品的密切关系，其在岩石物理方面评价储层流体的应用越来越发广泛。常规的检测方法，如横向弛豫时间T2和纵向弛豫时间T1，能够在现场测井中和实验室测量中提供岩石的孔隙尺寸分布等信息。另外一种能够直接获得孔隙尺寸的方法为DDIF技术，主要依靠的是孔隙空间内部分布的背景磁场Bin。由于该磁场的空间分布与孔隙尺寸相关，通过孔隙内饱含流体分子的扩散及与Bin的相互作用关系得到岩石的孔隙尺寸信息。孔隙表面弛豫率ρ通常是通过匹配弛豫时间分布和孔隙尺寸分布获取的。因此在目前岩石物理测量中，获取岩石孔隙尺寸a和岩石孔隙表面弛豫率ρ需要进行两次独立测量，将受到两次系统测量误差的影响。
技术实现思路
为了解决岩石孔隙尺寸及孔隙内表面弛豫率无法同时测量的问题，本专利技术阐述一套测量岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的多维核磁共振方法的实现过程，以及相应的多维核磁共振数据处理及解释流程。一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法，所述方法包括，数据采集、数据提取、数据处理和数据解释。优选的，所述数据采集步骤，具体包括，步骤1.1、将岩石样品放置在含有磁铁的核磁共振设备中，由于岩石固体骨架和内部饱含流体的磁化系数差异，会在岩石样品的孔隙空间内产生一个背景磁场Bin，所述背景磁场表现在GRD1通道中为一个幅度为Gin的背景梯度场；步骤1.2、在TRS通道中向所述岩石样品施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转90°；步骤1.3、等待时间te后，在TRS通道中向所述岩石样品施加第二个90°脉冲，将恢复一定量的磁化强度矢量再次扳转90°；步骤1.4、等待tdiff时间，所述流体分子在所述孔隙空间内发生热力学扩散和/或在孔隙表面发生碰撞；步骤1.5、之后在TRS通道中向所述岩石样品施加第三个90°射频脉冲，将所述流体分子扩散后演化的磁化强度矢量再次扳转90°至横向磁化矢量平面上；步骤1.6、继续等待时间te后，在TRS通道中系统向所述岩石样品施加第四个90°脉冲，将恢复一定量的磁化强度矢量再次扳转90°至纵向磁化矢量方向上；步骤1.7、随后在TRS通道施加小角度α射频脉冲，将被测样品纵向方向上的磁化强度矢量M0扳转α度，随后在ACQ通道采集自由衰减信号；步骤1.8、在GRD2通道上施加一个梯度脉冲，所述梯度脉冲用于加速消除残留于横向磁化矢量平面上的磁化强度矢量，从所述步骤1.7中在TRS通道上施加小角度α射频脉冲始至在GRD2通道上施加梯度脉冲止，整个时序片段持续时间为ta；步骤1.9、重复所述时序片段N次，共采集得到自由衰减信号N个；步骤1.10、按照对数布点规律，系统性的延长步骤1.4中的等待时间tdiffL次并重复步骤1.9，共采集得到L*N个自由衰减信号，得到自由衰减串信号E(tdiff,Nta)。优选的，所述数据提取步骤，具体包括，步骤2.1、绘制所述自由衰减串信号E(tdiff,Nta)的首行一维数据和首列一维数据；步骤2.2、在对数坐标轴下，将所述首行一维数据和所述首列一维数据的收敛值进行做差运算，得到比例因子I0,0；步骤2.3、将所述首行一维数据进行拉普拉斯逆变换得到特征值分布函数，通过上述分布函数对首列一维数据进行重构得到新的向量，利用所述比例因子I0,0，将所述新的向量乘以所述比例因子I0,0后与所述首列一维数据进行做差，得到新的首列一维数据；步骤2.4、重复上述步骤2.3，将每行一维数据经处理后乘以比例因子I0,0与每列一维数据进行做差，得到的各列一维数据组合构成新的矩阵，所述新的矩阵即为最低本征模态与一阶高模态的耦合信号M(tdiff,Nta)。优选的，所述数据处理步骤具体包括，步骤3.1、将所述耦合信号M(tdiff,Nta)重新表达为：M＝K1FK2其中，K1,K2为核函数，具体为：其中，和为最低T1本征模态和一阶T1高本征模态下特征函数对应的特征值；步骤3.2、对得到的所述核函数K1,K2进行SVD分解及奇异值截取，对核函数矩阵进行奇异值分解可得：K1＝U1·S1·V′1K2＝U2·S2·V′2其中，S1和S2对角线元素值从大到小排列，且为对角矩阵，大小分别为s1×s1和s2×s2；其中s1为K1非零奇异值个数，s2为K2非零奇异值个数；U1，V1和U2，V2为正交单位矩阵，V′1为V1的转置矩阵；对对角矩阵S1和S2进行截取，使得核函数矩阵K1,K2的条件数满足设定值C，即：假设C为1000，σ1max和σ2max分别对应K1和K2的最大奇异值，即对角矩阵S1和S2的第一个对角线元素，σ1(i)表示K1的第i个奇异值，σ2(j)表示K2的第j个奇异值；步骤3.3、用截取之后的奇异值分解的正交单位矩阵U1，V1和U2，V2对所述耦合信号M(tdiff,Nta)进行压缩，降低数据内存；由于采用的是单位矩阵，因此压缩之后的数据与原始数据比对，没有丢失信息；压缩后的耦合信号为步骤3.4、数据压缩完成之后，采用Tikhonov正则化方法对数据矩阵进行反演，引入正则化项来求解，所述正则化项为：其中，p是正则化因子，与采集数据的信噪比相关，||·||项代表矩阵的Frobenius范数；步骤3.5、获取Tikhonov正则化方法对应的最优正则化因子，包括：通过非负约束步骤可以得到正则化因子p下的非负约束解f，所述非负约束解f通过以下公式得到其与测量结果M的残差分布：χ(p)＝‖M-Kf(p)‖2最优的平滑因子p的选取标准公式为:不断更新迭代正则化因子p，直至满足上述选取标准公式，此时的正则化因子p即为最优正则化因子popt；步骤3.6、通过得到的最优正则化因子popt，得到最终解求解公式如下所示：其中，表示压缩截取后残余矩阵的张量积矩阵；a为岩石孔隙尺寸信息，ρ1为岩石孔隙表面弛豫率，D为流体分子的自扩散系数，在分子快扩散区间(ρa/D＜＜1)下，ζn为公式：1-ζncotζn＝ρa/2D的正解，ζ1是ζn的最小正解。优选的，所述数据解释步骤具体包括，步骤4.1、将代入中，将变化为分布；步骤4.2、根据a和ρ1的相互关系，在得到的二维图谱中通过匹配关系得到岩石孔隙尺寸信息a和岩石孔隙表面弛豫率信息ρ1。本专利技术提出一种二维核磁共振新方法，通过使用该方法中的新脉冲序列对样品进行激发测量，可同时得到岩石孔隙尺寸a和岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法，其特征在于，所述方法包括，数据采集、数据提取、数据处理和数据解释。

【技术特征摘要】
1.一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法，其特征在于，所述方法包括，数据采集、数据提取、数据处理和数据解释。2.根据权利要求1所述的一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法，其特征在于，所述数据采集步骤，具体包括，步骤1.1、将岩石样品放置在含有磁铁的核磁共振设备中，由于岩石固体骨架和内部饱含流体的磁化系数差异，会在岩石样品的孔隙空间内产生一个背景磁场Bin，所述背景磁场表现在GRD1通道中为一个幅度为Gin的背景梯度场；步骤1.2、在TRS通道中向所述岩石样品施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转90°；步骤1.3、等待时间te后，在TRS通道中向所述岩石样品施加第二个90°脉冲，将恢复一定量的磁化强度矢量再次扳转90°；步骤1.4、等待tdiff时间，所述流体分子在所述孔隙空间内发生热力学扩散和/或在孔隙表面发生碰撞；步骤1.5、之后在TRS通道中向所述岩石样品施加第三个90°射频脉冲，将所述流体分子扩散后演化的磁化强度矢量再次扳转90°至横向磁化矢量平面上；步骤1.6、继续等待时间te后，在TRS通道中系统向所述岩石样品施加第四个90°脉冲，将恢复一定量的磁化强度矢量再次扳转90°至纵向磁化矢量方向上；步骤1.7、随后在TRS通道施加小角度α射频脉冲，将被测样品纵向方向上的磁化强度矢量M0扳转α度，随后在ACQ通道采集自由衰减信号；步骤1.8、在GRD2通道上施加一个梯度脉冲，所述梯度脉冲用于加速消除残留于横向磁化矢量平面上的磁化强度矢量，从所述步骤1.7中在TRS通道上施加小角度α射频脉冲始至在GRD2通道上施加梯度脉冲止，整个时序片段持续时间为ta；步骤1.9、重复所述时序片段N次，共采集得到自由衰减信号N个；步骤1.10、按照对数布点规律，系统性的延长步骤1.4中的等待时间tdiffL次并重复步骤1.9，共采集得到L*N个自由衰减信号，得到自由衰减串信号E(tdiff,Nta)。3.根据权利要求2所述的一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法，其特征在于，所述数据提取步骤，具体包括，步骤2.1、绘制所述自由衰减串信号E(tdiff,Nta)的首行一维数据和首列一维数据；步骤2.2、在对数坐标轴下，将所述首行一维数据和所述首列一维数据的收敛值进行做差运算，得到比例因子I0,0；步骤2.3、将所述首行一维数据进行拉普拉斯逆变换得到特征值分布函数，通过上述分布函数对首列一维数据进行重构得到新的向量，利用所述比例因子I0,0，将所述新的向量乘以所述比例因子I0,0后与所述首列一维数据进行做差，得到新的首列一维数据；步骤2.4、重复上述步骤2.3，将每行一维数据经处理后乘以比例因子I0,0与每列一维数据进行做差，得到的各列一维数据组合构成新的矩阵，所述新的矩阵即为最低本征模态与一阶高模态的耦合信号M(tdiff,Nta)。4.根据权利要求3所述的一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法，其特征在于，所述数据处理步骤具体包括，步骤3.1、将所述耦合信号M(tdiff,Nta)重新表达为：M＝K1FK2其中，K1,K2为核函数，具体为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘化冰，宗芳荣，汪正垛，陈伟梁，杨光，孙哲，
申请(专利权)人：北京青檬艾柯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11