[发明专利]一种基于核磁共振成像的岩石非均质性定量评价方法

摘要

本发明公开了一种基于核磁共振成像的岩石非均质性定量评价方法，通过选层脉冲、相位编码脉冲和频率编码脉冲实现岩石三维空间定位，应用自旋回波序列得到成像信号，通过实验刻度进行成像实验参数的优化选择。在此基础上，对实验测量所得核磁成像信号进行数字图像处理生成伪彩图，通过标样的孔隙度与核磁成像信号强度的关系即可得到单层面的总孔隙度和孔隙度分布谱，将多层成像结果进行对比并定义孔隙度非均质性系数，即可得到岩石纵向的孔隙度分布特性及非均质性。此外，应用一阶球状变差函数模型及网格化搜索方法得到变差函数的特征参数，定义非均质性系数和相对非均质性系数实现岩石纵、横向的非均质性定量表征。

主权项

一种基于核磁共振成像的岩石非均质性定量评价方法，其特征在于包括以下步骤：1.1岩心核磁共振成像测量方法和参数优化1.1.1测量序列的优化采用自旋回波序列作为基本序列，包括选层脉冲、相位编码脉冲和频率编码脉冲三部分；1.1.2测量参数的优化（1）标样选择：介质为水，孔隙度分别为1%、5%、8%、10%、15%和20%；（2）对标样进行不同回波间隔TE下的一维核磁共振测试得到核磁共振T2谱；（3）计算每块标样的核磁共振T2调和平均值；（4）建立不同回波间隔TE下的核磁共振T2调和平均值与标样孔隙度的关系，选择相关系数最高的组所对应回波间隔TE为最佳回波间隔TE；（5）选择一系列恢复时间TR进行核磁共振成像测试，并得到不同恢复时间TR下的核磁共振成像总信号与标样孔隙度的关系；（6）选择核磁共振成像总信号与标样孔隙度信号线性最强，相关性最好所对应组的TR作为核磁共振成像实验的恢复时间；（7）针对待测样品，同样先开展一维核磁共振实验测试得到T2谱，重复步骤（3）～（4）得到样品最佳回波间隔TE；（8）根据步骤（6）所确定的恢复时间TR进行岩心的核磁共振成像实验；1.2核磁共振成像的图像处理和非均质性定量表征1.2.1标准样品的测试选择一组标样：介质为水，孔隙度分别为1%、5%、8%、10%、15%、20%；对所选标样进行核磁共振成像测试，采集信号的实部和虚部，设(i,j)点的实信号为Real(i,j)、虚信号为Imaginary(i,j)，则该点的信号强度 Amplitude ( i , j ) = Real 2 ( i , j ) + Imaginary 2 ( i , j ) ) ; 通过线性回归得到像点信号强度与孔隙度的关系；1.2.2核磁共振图像的生成核磁共振成像同时采集信号的实部和虚部；设(i,j)点的实信号为Real(i,j)、虚信号为Imaginary(i,j)，则该点信号可表示为：Datacomplex(i,j)=Real(i,j)+iImaginary(i,j)，对Datacomplex(i,j)进行二维傅里叶变换，可得核磁共振成像图；1.2.3孔隙度分布由于信号强度直接与孔隙度相关，根据标样测试结果的信号强度与孔隙度的刻度关系， 可得每个像素点所表征的孔隙度，进而得到该层面的孔隙度分布，而总信号所对应的孔隙度，则为该成像面的孔隙度；1.2.4非均质性定量表征应用选层梯度控制层面，沿着岩心轴向进行多层采集，得到岩石轴向上的孔隙度分布及总孔隙变化；定义孔隙度非均质性系数为φheterogeneity(i)=φ(i)/min(φ)，min(φ)为轴向最小孔隙度；非均质性系数越大，则岩心非均质性越强；或基于一阶球状变差函数拟合的非均质性定量表征：应用一阶球状模型进行拟合分别得到变差函数的特征参数，将归一化的实验变差函数写为：r(h)=[S2(0)‑S2(h)]/S2(0)其中S2(0)为两点相关函数矩阵的方差；S2(h)为两点相关函数；将一阶球状模型函数写为： r ( h ) = 0 h = 0 C 0 + C ( 3 h 2 a - h 3 2 a 3 ) 0 < h ≤ a C 0 + C h > a 其中a为变程，表征变量在其邻域内的最大影响距离；C0为块金常数，是基于滞后尺度下的变异性大小的标志；C为拱高；C0+C称为基台值，是表征变异性大小的极限值；首先将a进行网格化，然后进行不同变程下的最小二乘拟合并对比不同变程下的拟合效果，确定最优参数；变程与非均质性成反比，基台值与非均质性成正比，因此定义非均质性系数I为： I = C 0 + C a 从上式可知，非均质性系数越大，孔隙的非均质性越强；如果轴向最小非均质性系数为min(I)，则可定义相对非均质性系数为Iheterogeneity(i)=I(i)/min(I)，相对均质性系数越大，则岩心非均质性越强。