[发明专利]基于脉冲梯度硬件结构的一维空间选层T2

说明书

本发明公开了基于脉冲梯度硬件结构的一维空间选层T₂谱测试方法，在梯度线圈硬件上增加循环水冷模块，利用成像类的脉冲梯度硬件结构，实现长延时恒定梯度场输出，满足选层测试期间CPMG序列的采样需要，兼容核磁共振分析仪器的磁体平台。针对恒定梯度场选层测试的工作原理，设计适合脉冲梯度硬件结构的恒定梯度模式一维空间选层T₂谱测试专用序列。本发明在现有核磁共振分析仪器平台基础上，充分融合了脉冲梯度编码方法、恒定梯度场编码方法各自的优势，针对性的增加和提高部分硬件模块功能实现了一维空间选层T₂谱测试功能，既保持了恒定梯度场方法TE不受限制的优点，又保持了脉冲梯度场方法磁体平台结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及多孔介质材料实验测量领域，具体涉及一种基于脉冲梯度硬件结构的一维空间选层T₂谱测试方法。

背景技术

近几年随着国内大部分油气田开发进入中后期，提高采收率(EOR)成为油气开发的重要工作。油气开发实验中的剩余油空间分布测量一直是EOR实验的重点和难点，填砂管、玻璃刻蚀等传统实验技术难以真实模拟储层渗流状态，给精细化研究提高采收率方案造成困难。进入二十一世纪以来，随着CT、NMR等成像技术在油气勘探开发领域中的应用和普及，为剩余油空间分布测量创造了有利条件。NMR技术因其快速、无损、无毒、只对含氢孔隙流体敏感等特点，已在石油勘探领域已经得到成熟应用，钻井现场的裸眼井测井、随钻测井、地层测试器、岩屑录井等有相应的NMR仪器；近几年，NMR技术在石油开发领域中的应用也越来越广泛。

和勘探领域测量样品整体NMR信号不同的是，EOR实验更需要NMR技术提供岩心的流体空间分布，核磁共振成像技术原理上能够满足该需求。对物体进行核磁共振成像，需要三维梯度定位系统，最常用的是三维正交梯度线圈，实现样品区域内的三维空间梯度编码。梯度场施加后，相对于坐标原点，空间位置处的采样信号为：

式中是采样信号；是成像序列及梯度硬件参数确定的k空间；是样品中质子密度空间分布，也即岩心中孔隙流体的空间分布。对核磁成像信号用已知的k空间做傅里叶逆变换即可得到岩心孔隙流体的三维空间分布。

附图1是3种常用核磁共振成像序列示意图：MSE序列在自旋回波(Spin Echo)序列基础上增加了三维梯度空间编码，实现了三维空间的定位成像。FSE序列用了类似CPMG序列的原理，一次激发采集多个后续回波信号，对每次的回波信号都做三维梯度空间编码，把多个回波信号累加提高信噪比，进而降低扫描次数实现快速扫描。GRE序列采用小角度激发，降低重复采样等待时间，缩短累加采样的总时长。因此，FSE、GRE序列一般比MSE序列成像速度快。

岩心等多孔介质，特别是致密类岩心，核磁属性典型特征是弛豫时间短、信号量低，给常用核磁共振成像序列的应用带来严重挑战。核磁共振成像技术起源于医学，测量对象是人体、小动物等中长弛豫时间、高含水体系，因此公式1中没有考虑梯度编码期间的弛豫衰减。针对中短弛豫时间的岩心样品，考虑梯度编码期间弛豫衰减的成像信号表达式如下：

附图1所示的常用成像序列的射频激发脉冲都是软脉冲，软脉冲的特点是频率域带宽小、选层特性好，缺点就是脉宽大，在ms量级。软脉冲成像序列，射频脉冲宽度，加上梯度编码时间(也是ms量级)，导致产生回波信号时的TE至少在5～10ms，导致岩心中小孔隙信号丢失严重。为减少短弛豫信号损失，必须缩短成像序列的回波间隔TE，因此出现了硬脉冲三维成像序列，如附图2所示。HMSE序列利用三维梯度空间编码实现成像的同时，发挥硬脉冲持续时间短(us量级)的巨大优势，将成像的TE缩短至2～3ms，保证了短弛豫信号的采集。

岩心成像除了对TE有更高要求外，SNR受限的影响更大。岩心成像参数：选层数量10层，每层像素点是100*100，假设孔隙流体在岩心内部均匀分布，则图像上每个像素点的信号是整体信号的十万分之一。岩心核磁共振信号本身就是微弱信号，再做三维成像分割，将导致成像像素点的SNR急剧下降。