專利名稱：用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用核磁共振進(jìn)行物質(zhì)探測并實(shí)行材料的測試及分析的設(shè)備和技術(shù)，具體地說，涉及一種利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備及和測量方法。
背景技術(shù)：
在石油勘探和開發(fā)過程中，為了解地層情況，需要從地層中鉆取巖石樣品進(jìn)行分析測量。鉆取的巖石樣品一般為直徑從2.5厘米到12厘米不等的圓柱體，通稱巖心。獲取石油巖心樣品的孔隙大小分布、孔隙度、滲透率、含油飽和度、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度等物性參數(shù)是認(rèn)識(shí)油藏情況，提高勘探開發(fā)效果的重要環(huán)節(jié)。
通常，須先鉆井取得巖心樣品，然后將其送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖心分析。目前這種實(shí)驗(yàn)室?guī)r心分析方式存在以下四方面弊?、賻r心分析時(shí)間冗長(比如一個(gè)月以上)，且因時(shí)效性差，致不能有效地將分析結(jié)果應(yīng)用于石油勘探和開發(fā)；②需用多種分析儀器，通常，一種儀器只能測量一種參數(shù)；過多數(shù)量的儀器，使得實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)現(xiàn)場的快速測量；③鉆取巖心需要很高的費(fèi)用；④分析過程需使用有毒化學(xué)試劑，極容易對環(huán)境造成污染。因此，研制可在油田生產(chǎn)現(xiàn)場獲得地層巖石樣品物性參數(shù)的分析設(shè)備和方法頗具實(shí)用價(jià)值。
另一方面，在油田勘探開發(fā)的鉆井過程中，往往能夠收集大量巖屑(直徑約3mm的巖石碎片)。如果能從巖屑中同時(shí)得到上述孔隙大小分布、孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度等油層物理信息，則不僅可減少鉆取巖心的數(shù)量，大幅度降低勘探開發(fā)成本，還能給油田地質(zhì)工程師和開發(fā)工程師及時(shí)提供大量的地層物性參數(shù)，為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、產(chǎn)量預(yù)測和開發(fā)方案的制定提供重要依據(jù)。
眾所周知，當(dāng)含油(或水)的樣品處于均勻靜磁場中時(shí)，流體中所含氫核1H會(huì)被磁場極化，宏觀上表現(xiàn)出一個(gè)磁化矢量。這時(shí)，對樣品施加一定頻率(拉摩頻率)的射頻場，就可產(chǎn)生核磁共振。這之后再取消該射頻場，則可接收一個(gè)幅度隨時(shí)間依指數(shù)規(guī)律衰減的信號(hào)(常稱自旋回波信號(hào))，一般使用“橫向馳豫時(shí)間T2”描述這種信號(hào)衰減的快慢。所述橫向馳豫時(shí)間T2的長短與地層巖石孔隙大小有關(guān)，卻與巖石是否破碎無關(guān)。因此，采用核磁共振技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)地層巖心和巖屑的現(xiàn)場測量。
然而，現(xiàn)有的核磁共振儀器體積大、重量大、對環(huán)境要求高，不適合油田現(xiàn)場的使用。另外，現(xiàn)有的核磁共振分析方法主要用于物質(zhì)分子結(jié)果的分析，不能用于巖石物性的分析和測量。因此，尋求重量輕、體積小、對工作環(huán)境無特別要求、適于油田現(xiàn)場使用的核磁共振儀器及相應(yīng)的分析方法，極具實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、適于油田現(xiàn)場使用，并且對環(huán)境無污染的測量地層巖石物性的設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種快速且高精度分析地層巖石物性的測量方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備，該設(shè)備包括磁體、探頭、前置放大器、功率放大器、核磁共振控制器和控制計(jì)算機(jī)等部分。其中，所述核磁共振探頭被置于所述磁體中；巖石樣品被置于所述探頭內(nèi)；所述設(shè)備根據(jù)控制計(jì)算機(jī)傳來的指令，由核磁共振控制器產(chǎn)生預(yù)定頻率和波形的射頻激勵(lì)脈沖信號(hào)；激勵(lì)脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后被送到核磁共振探頭，激發(fā)被安置在核磁共振探頭內(nèi)的巖石樣品，并產(chǎn)生核磁共振信號(hào)；再由所述核磁共振探頭接收所產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)；所述核磁共振信號(hào)被送到所述前置放大器中放大；放大后的核磁共振信號(hào)被送至所述核磁共振控制器進(jìn)行濾波、轉(zhuǎn)換等處理；經(jīng)過上述處理后的核磁共振信號(hào)被送到控制計(jì)算機(jī)中，最終由計(jì)算機(jī)給出孔隙大小分布、孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度、含油飽和度等巖石物性參數(shù)。
按照本發(fā)明的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備，所述核磁共振控制器是全數(shù)字化的，它還包括激勵(lì)信號(hào)源單元、信號(hào)接收與處理單元、事件觸發(fā)器單元、I/O接口單元、存儲(chǔ)器單元、中央處理器單元、通信接口單元；所述激勵(lì)信號(hào)源單元產(chǎn)生射頻激勵(lì)脈沖信號(hào)；信號(hào)接收與處理單元對核磁共振信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、解調(diào)、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換處理；事件觸發(fā)器單元提供硬件動(dòng)作和時(shí)序控制信號(hào)；存儲(chǔ)器單元對接收和處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；中央處理器單元負(fù)責(zé)各單元功能的協(xié)調(diào)；通信接口單元負(fù)責(zé)控制計(jì)算機(jī)和儀器各部分的通訊及數(shù)據(jù)傳輸。
按照本發(fā)明的測量地層巖石物性的設(shè)備，其中所述核磁共振回波信號(hào)的解調(diào)為數(shù)字化解調(diào)，對回波信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)之前，先對所述信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字化處理，并使數(shù)字處理過程中信號(hào)的增益始終保持一致。
按照本發(fā)明，上述結(jié)構(gòu)的全數(shù)字化核磁共振控制器收到控制計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令后，所述事件觸發(fā)器單元產(chǎn)生硬件動(dòng)作和時(shí)序控制信號(hào)；所述核磁共振控制器中的激勵(lì)信號(hào)源單元產(chǎn)生射頻激勵(lì)脈沖信號(hào)；激勵(lì)脈沖被所述功率放大器放大后，傳送到置于所述磁體中的核磁共振探頭，激發(fā)位于核磁共振探頭內(nèi)的巖石樣品并產(chǎn)生核磁共振信號(hào)；所產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)被所述核磁共振探頭接收，經(jīng)所述前置放大器放大后送至所述核磁共振控制器內(nèi)的數(shù)字信號(hào)接收與處理單元進(jìn)行核磁共振信號(hào)采集，得到核磁共振自旋回波數(shù)據(jù)；所述核磁共振自旋回波數(shù)據(jù)在核磁共振控制器中經(jīng)過數(shù)字濾波處理后，由所述核磁共振控制器中的通信接口單元傳送到所述控制計(jì)算機(jī)；由計(jì)算機(jī)最終對上述核磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到所述的巖石物性參數(shù)。
為產(chǎn)生核磁共振回波信號(hào)，必須有一定強(qiáng)度和均勻度的磁場環(huán)境。本發(fā)明的核磁共振設(shè)備包含一個(gè)適于便攜核的核磁共振永磁體，它包括多塊軛鐵，它們組成長方體形狀的軛鐵體；一對永磁磁塊被安裝在兩塊上、下軛鐵上，所述一對永磁磁塊彼此相對的表面上分別安裝極板，所述極板的另一表面上裝有與其外緣形狀相同的勻場環(huán)。其中，所述永磁磁塊由釤鈷永磁材料制成，所述極板和勻場環(huán)的外緣均為矩形形狀，并且，除安裝所述永磁磁塊的軛鐵外的側(cè)面軛鐵的中間部分被切除，形成對稱幾何圖形形狀的通孔。作為一種優(yōu)選的方式，構(gòu)成軛鐵體的兩塊側(cè)面軛鐵的中心分別被切割有一個(gè)矩形形狀的通孔，并且其中的勻場環(huán)是由薄金屬條組成的矩形。這樣，既保證所述各軛鐵形成所需磁路，具有足夠的導(dǎo)磁能力，又能大大減輕整個(gè)磁體的重量，并增加磁體的勻場區(qū)域。
另外，核磁共振回波信號(hào)的解調(diào)也采用數(shù)字化解調(diào)，即在對所接收的回波信號(hào)實(shí)行正交解調(diào)之前，先由信號(hào)接收與處理單元對所述信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字化處理，然后，再由數(shù)字振蕩器對已被數(shù)字化的回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。于是，在數(shù)字處理過程中信號(hào)的增益始終保持一致，并且無需像同類現(xiàn)有技術(shù)的模擬解調(diào)方式那樣，必須加入接收相位循環(huán)，大大減化了本振電路和接收處理過程，同時(shí)提高了測量速度。
按照本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的測量方法，它依序包括如下步驟讀取全數(shù)字化核磁共振設(shè)備獲得的核磁共振自旋回波信號(hào)；對所述自旋回波信號(hào)進(jìn)行弛豫時(shí)間反演計(jì)算處理，得到地層巖石橫向T2馳豫時(shí)間譜；用四氯化碳和煤油組成的標(biāo)準(zhǔn)樣品對T2弛豫時(shí)間譜進(jìn)行刻度和定標(biāo)；計(jì)算得出巖石物性參數(shù)。
按照本發(fā)明的測量地層巖石物性的方法，其中，在所述T2弛豫時(shí)間譜中以弛豫時(shí)間最短的兩個(gè)峰中間的最低點(diǎn)確定可動(dòng)流體T2弛豫時(shí)間截止值。
作為優(yōu)選，所述反演計(jì)算T2弛豫時(shí)間譜，采用最小二乘法確定目標(biāo)函數(shù)，并形成線性方程組；用矩陣變換的方法將T2的求解轉(zhuǎn)換到時(shí)域求解所述方程組。
作為優(yōu)選，在確定巖石樣品的含油飽和度時(shí)，通過向巖石樣品中添加水溶性順磁離子的方法來實(shí)現(xiàn)油、水核磁共振信號(hào)的分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)含油飽和度的測量。
所述物性參數(shù)包括巖石的孔隙度、滲透率、孔隙大小分布、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度、可動(dòng)流體含量和含油保和度。其中所述巖石的孔隙度又包括總孔隙度、可動(dòng)流體孔隙度、裂縫溶洞孔隙度。
按照本發(fā)明的方法，將采集到的核磁共振自旋回波信號(hào)處理成石油勘探和開發(fā)可以直接使用的參數(shù)。這種分析方法可從一個(gè)樣品的測量獲得對油田勘探和開發(fā)有重要意義的多種地層巖石物性參數(shù)，具有計(jì)算速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，不僅適合巖石樣品分析設(shè)備使用，也適合于油田其它核磁共振設(shè)備如核磁共振測井儀的使用。
采樣本發(fā)明利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的分析方法對工作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，所需使用的設(shè)備簡單，重量輕。


通過以下結(jié)合附圖對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的上述和其它目的、要素、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)愈為清晰，并可進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中圖1是說明本發(fā)明用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是說明本發(fā)明設(shè)備中所用全數(shù)字化核磁共振控制器的電路方框圖；圖3是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種實(shí)施例設(shè)備中所用便攜式永磁體結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖4是說明本發(fā)明所用永磁體結(jié)構(gòu)整體裝配透視圖；圖5是說明本發(fā)明一種實(shí)施例利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法和數(shù)據(jù)處理的流程圖；圖6是說明采用本發(fā)明的設(shè)備和分析方法得到的一塊實(shí)施例地層巖石的T2弛豫時(shí)間譜，及其離心實(shí)驗(yàn)前后T2弛豫時(shí)間譜變化的曲線圖；圖7是說明一種實(shí)施例確定帶有裂縫溶洞的巖石的T2弛豫時(shí)間譜及其可動(dòng)流體T2弛豫時(shí)間截止值方法的曲線圖；圖8是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的定標(biāo)曲線圖；圖9是說明一種實(shí)施例巖石樣品中的水在MnCl2水溶液中浸泡前后T2弛豫時(shí)間譜變化的曲線圖；圖10是說明本發(fā)明方法一種實(shí)施例測得的巖石核磁共振分析結(jié)果與同一深度核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)處理結(jié)果的對比圖。
圖11是本發(fā)明一種實(shí)施例方法對油井2030-2040米井段的核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)處理的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
首先參照圖1至4并結(jié)合一種實(shí)施例，進(jìn)一步描述本發(fā)明用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備。其中圖1示出本發(fā)明用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)方框圖；圖2示出本發(fā)明設(shè)備一種實(shí)施例所用的全數(shù)字化核磁共振控制器的電路結(jié)構(gòu)方框圖。圖3和4則示出本發(fā)明一種實(shí)施例設(shè)備中所用便攜式永磁體結(jié)構(gòu)的分解透視圖和整體裝配透視圖。
(1)測量地層巖石物性設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，一種實(shí)施例利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備，它包括控制計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，經(jīng)數(shù)字通信接口傳給核磁共振控制器，并且核磁共振控制器根據(jù)上述控制指令，通過其中的數(shù)字激勵(lì)信號(hào)源單元(參見圖2)產(chǎn)生具有特定頻率(如3.75MHz)和波形(如矩形、高斯形等)的射頻激勵(lì)脈沖，并將其傳送至功率放大器。然后，所述激勵(lì)脈沖經(jīng)功率放大器放大到一定功率(如25瓦)后再被送給核磁共振探頭，激發(fā)并產(chǎn)生核磁共振信號(hào)；緊接著激勵(lì)脈沖被關(guān)閉，核磁共振探頭接收核磁共振信號(hào)；接收到的核磁共振信號(hào)送到前置放大器。放大后的核磁共振回波信號(hào)被送到所述核磁共振控制器的數(shù)字信號(hào)接收與處理單元(見圖2)，經(jīng)該單元的濾波、放大、解調(diào)及A/D轉(zhuǎn)換等處理后，核磁共振信號(hào)再通過所述數(shù)字通信接口，被傳送到控制計(jì)算機(jī)。
從上面明顯地看出，本實(shí)施例所用的數(shù)字激勵(lì)脈沖信號(hào)的發(fā)射和核磁共振回波信號(hào)的接收是分時(shí)進(jìn)行的。也就是說，當(dāng)發(fā)射所述數(shù)字激勵(lì)脈沖信號(hào)時(shí)，停止核磁共振回波信號(hào)接收；反之，在接收核磁共振回波信號(hào)時(shí)，則停止發(fā)射所述數(shù)字激勵(lì)脈沖信號(hào)。這中間，由構(gòu)成本實(shí)施例核磁共振控制器的事件觸發(fā)器單元控制它們之間的切換(見圖2)。
在上述過程中，為產(chǎn)生理想的核磁共振回波串信號(hào)，對激勵(lì)信號(hào)源單元產(chǎn)生的射頻脈沖有一定的要求。首先要求射頻脈沖具有一定形狀，射頻脈沖形狀可以是矩形脈沖，也可以是高斯函數(shù)形或其它函數(shù)形狀的脈沖。一般地說，比較復(fù)雜的函數(shù)形狀可以產(chǎn)生電磁場比較均勻的激勵(lì)信號(hào)，可以產(chǎn)生比較好的核磁共振回波串信號(hào)。
另一方面，還要求精確地控制所述射頻脈沖的寬度。通常，對脈沖寬度的控制精度要求達(dá)到1微秒，以實(shí)現(xiàn)不同的磁化矢量偏轉(zhuǎn)角度，比如0°，90°，180°，270°等，以便獲得最佳的核磁共振信號(hào)。此外，還要求所述射頻脈沖具有一定的相位(如0°，90°，180°，270°等)以及與核磁共振條件相符合的頻率(如3.75MHz)。本實(shí)施例中，采用數(shù)字化方式產(chǎn)生所需的射頻脈沖信號(hào)，并且采用的是矩形形狀射頻脈沖信號(hào)。當(dāng)然，也可以方便地實(shí)現(xiàn)其它形狀的射頻脈沖信號(hào)。對于所述射頻脈沖信號(hào)的頻率和相位，都采用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)控制，因而具有很高的控制精度(頻率精度為0.01Hz，相位精度為0.1度)。
因此，在本實(shí)施例的核磁共振測量設(shè)備中，所產(chǎn)生的回波信號(hào)是核磁共振頻率和信號(hào)幅度調(diào)制而成的信號(hào)，也即回波信號(hào)的頻率與核磁共振頻率相同，回波信號(hào)的幅度隨時(shí)間通常按指數(shù)規(guī)律變化，核磁共振頻率信息和信號(hào)幅度信息調(diào)制混合在接收到的回波信號(hào)之中。因?yàn)橹挥须S時(shí)間變化的信號(hào)幅度信息才能夠反映地層巖石孔隙結(jié)構(gòu)。具體地說，為了獲得能夠反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)的信息，必須除掉回波信號(hào)中的共振頻率信息。因此，必須對所述核磁共振回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、A/D轉(zhuǎn)換等處理，以除掉回波信號(hào)中的共振頻率信息。
就這一點(diǎn)而言，普通核磁共振系統(tǒng)對接收到的回波信號(hào)，必須先進(jìn)行正交解調(diào)，然后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。也就是將所收到的回波信號(hào)分為兩路，分別與兩路正交本振信號(hào)模擬相乘，然后再分別實(shí)行濾波和A/D轉(zhuǎn)換。這種處理過程的實(shí)質(zhì)是一種模擬解調(diào)過程。這當(dāng)中，由于兩路模擬乘法器和模擬濾波器的處理增益不可能做到完全相同，因而必然帶來誤差。為此，還必須加入接收相位循環(huán)來消除這種誤差。這不僅使得本振電路和接收處理過程都復(fù)雜化，而且增加了測量所需的時(shí)間。
然而，正如上述實(shí)施例所表明的，按照本發(fā)明，系將現(xiàn)有技術(shù)中對信號(hào)模擬解調(diào)方式改變?yōu)椴捎脭?shù)字解調(diào)方式。即在對回波信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)之前，先對所述信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字化(如20MHz的A/D轉(zhuǎn)換)處理，然后，利用數(shù)字振蕩器對已被數(shù)字化的回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。這就使得在數(shù)字處理過程中信號(hào)的增益始終保持一致，從而可以省去現(xiàn)有技術(shù)中的接收相位循環(huán)，這不僅大大減化了本振電路和接收處理過程，同時(shí)提高了測量速度。
此外，核磁共振測量對于硬件動(dòng)作，比如相位控制、發(fā)射許可、接收許可等的時(shí)刻要求極為嚴(yán)格，通常對其精度要求到達(dá)1μs量級(jí)。如果直接通過軟件方式(如脈沖序列指令)，由中央處理器軟件執(zhí)行硬件動(dòng)作的控制，則由于處理器指令本身的執(zhí)行時(shí)間并不完全相同，以及在程序執(zhí)行過程中可能會(huì)受到其它控制過程的影響，因而很難將脈沖序列指令的時(shí)間準(zhǔn)確度控制在核磁共振測量所要求的范圍內(nèi)。于是，按照本發(fā)明的實(shí)施例，為核磁共振控制器設(shè)置事件觸發(fā)器單元，作為專用于執(zhí)行所述脈沖序列指令的硬件。本實(shí)施例中，采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)所述事件觸發(fā)器。事件觸發(fā)器在規(guī)定的時(shí)間段向外圍電路(如相位控制、發(fā)射許可、接收許可等電路)發(fā)出動(dòng)作(事件)控制信號(hào)，比如打開發(fā)射機(jī)、關(guān)閉接收機(jī)的觸發(fā)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)為5V電壓的直流脈沖信號(hào)，其時(shí)間控制精度達(dá)到0.5μs。
因此，結(jié)合圖1和圖2，就總體而言，作為一種實(shí)施例利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備，整體地可以實(shí)現(xiàn)以下功能1)由核磁共振控制器的信號(hào)接收與處理單元1對安裝在磁體中的核磁共振探頭接收的來自樣品的核磁共振回波信號(hào)依序?qū)嵭袨V波、放大、解調(diào)及A/D轉(zhuǎn)換處理；2)由核磁共振控制器的激勵(lì)信號(hào)源單元2對核磁共振控制器中數(shù)控振蕩器輸出的信號(hào)實(shí)行頻率合成、相位控制、脈沖寬度控制；3)由核磁共振控制器中設(shè)置的事件觸發(fā)器單元對安裝在設(shè)備中的前置放大器和射頻放大器實(shí)施開關(guān)控制；5)存儲(chǔ)脈沖序列指令或執(zhí)行該指令；以及6)由所述核磁共振控制器中的存儲(chǔ)器單元對A/D采樣數(shù)據(jù)緩存；7)由所述核磁共振控制器中的通信接口單元實(shí)現(xiàn)核磁共振控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信；8)由所述控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對核磁共振回波信號(hào)進(jìn)行刻度、標(biāo)定和處埋。
(2)永磁體結(jié)構(gòu)以下參照圖3-4描述本發(fā)明實(shí)施例測量地層巖石物性的設(shè)備中所用永磁體的結(jié)構(gòu)。
圖3示出本實(shí)施例測量地層巖石物性的設(shè)備中所用永磁體結(jié)構(gòu)的分解透視圖。其中，所述永磁體包括上軛鐵1和下軛鐵9以及兩塊側(cè)面軛鐵5和14，它們通過螺釘11′-13′、11-13、10′、10以及15′-16′(圖中未示出相應(yīng)的螺釘15-16)連接，組成一個(gè)整體成長方體形狀的軛鐵體；作為整個(gè)磁體的主體。所述軛鐵采用電工純鐵(型號(hào)DT4C，下同)制造，所述各連接螺釘采用不銹鋼材料。
按照面對圖3的紙面方向觀看，所述上、下軛鐵1和9的長度分別為200mm，寬度為160mm(分別對應(yīng)圖4中的“AB”和“BC”)，并且它們互相相對的內(nèi)表面上分別用市售強(qiáng)力膠(商品名325厭氧膠，下同)粘結(jié)有釤鈷合金(Sm2Co17)材料制成的永磁磁塊2和8，并使所述釤鈷永磁磁塊2和8各自在所述軛鐵1和9上排列成相反的極性。每個(gè)側(cè)面軛鐵5和14與相鄰上、下軛鐵1和9的鄰接邊的邊長均為160mm(即圖4中的“BC”)，即等于所述上、下軛鐵1和9的寬度，而與該鄰接邊垂直的另一邊的邊長為100mm(即圖4中的“BD”)。由此，形成相鄰的上、下軛鐵與側(cè)面軛鐵的長度之比為200mm∶100mm＝2∶1。每一塊軛鐵1、9和5、14的厚度均為10mm。
在所述釤鈷永磁磁塊2和8互相相對內(nèi)表面上分別用上述強(qiáng)力膠粘結(jié)呈矩形形狀的極板3和7。使二極板3和7的相對內(nèi)表面之間形成寬度58mm空氣隙，從而在該間隙內(nèi)形成均勻磁場。
圖4為圖3所示永磁體結(jié)構(gòu)對應(yīng)的整體裝配透視圖。圖中示出，本實(shí)施例永磁體的兩個(gè)側(cè)面軛鐵5和14的中心均被切割成矩形形狀的通孔。該矩形通孔的尺寸約為長100mm，寬50mm(分別對應(yīng)于與圖4中“BC”和“BD”平行的邊)，從而保證整個(gè)磁體有足夠的導(dǎo)磁能力，并使如此構(gòu)成的磁體重量約為10公斤，僅為同樣線度之普通永磁體重量的五分之一左右。
再回到圖3，一對極環(huán)4和6分別用強(qiáng)力膠粘結(jié)在極板3和7上，極環(huán)4或6為矩形結(jié)構(gòu)，由電工純鐵加工成的薄片組成，并且其外部周緣與所依附的極板外緣等大。極板3或7為電工純鐵加工成矩形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在相同的空間范圍內(nèi)增大了極板和極環(huán)的面積，更有利于聚磁和消除邊緣效應(yīng)，從而達(dá)到最大限度地提高磁場強(qiáng)度均勻性的目的。
采用上述結(jié)構(gòu)的永磁體，在圖4所示磁體的中心區(qū)域形成了恒定磁場。為進(jìn)一步提高磁場的均勻性，在極板3和7上粘有薄的、尺寸不等的硅鋼片(圖中未示出)。按照本實(shí)施例，以上述結(jié)構(gòu)磁體的幾何中心為中心，在直徑約25mm、軸向(即圖4中BC邊所沿的方向)長約30mm的柱形范圍內(nèi)，形成強(qiáng)度達(dá)到880高斯的恒定磁場，并且磁場均勻度優(yōu)于100ppm。
以下參照圖5至11并結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步描述本發(fā)明用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法和數(shù)據(jù)處理的過程。
圖5示出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性方法的測量和數(shù)據(jù)處理體流程圖。
(1)T2弛豫譜反演計(jì)算(步驟S12)在步驟S11時(shí)，從計(jì)算機(jī)讀入核磁共振測量所得到的回波數(shù)據(jù)，即利用本發(fā)明的核磁共振設(shè)備進(jìn)行巖石核磁共振測量，得到的核磁共振回波信號(hào)。這種信號(hào)可由下式描述為y(t)=Σifi·exp(-tT2i)+ϵ(t)---(la)]]>t＝n·τ(1b)其中，y(t)表示核磁共振回波信號(hào)的幅度，t表示采樣時(shí)間，fi表示第i類巖石孔隙在總孔隙中所占的份額，T2i表示第i類巖石孔隙的T2弛豫時(shí)間，τ表示相鄰回波信號(hào)的間隔時(shí)間，ε(t)表示設(shè)備的隨機(jī)噪聲，n表示回波數(shù)。式(1a)和(1b)說明不同大小的孔隙有各自的T2弛豫時(shí)間，采集到的核磁共振回波信號(hào)是這些T2弛豫時(shí)間信號(hào)的疊加。
于是，在步驟S12采用數(shù)學(xué)反演的方法求解(1a)和(1b)式。具體方法是先用最小二乘法確定目標(biāo)函數(shù)；然后對待求變量(fi，T2i)求極值并令其等于0，從而形成一個(gè)關(guān)于fi，T2i的線性方程組。解此方程組即可得出一組fi，T2i值，它們組成T2弛豫時(shí)間譜。在求解上述方程組過程中，采用矩陣變換的方法將求解T2的問題轉(zhuǎn)換到時(shí)域來進(jìn)行，使計(jì)算結(jié)果更快、更精確。圖6是采用本發(fā)明的設(shè)備和分析方法反演得到的一塊實(shí)際油田地層巖石的T2弛豫時(shí)間譜。圖6中的橫座標(biāo)表示T2弛豫時(shí)間的大小，縱座標(biāo)表示不同T2弛豫時(shí)間分量所占的比例。
(2)確定可動(dòng)流體截止值及飽和度(步驟S 13)采用T2截止值方法確定油田地層巖石中可動(dòng)流體含量。
如所周知，T2弛豫時(shí)間譜能夠反映巖石孔隙半徑分布情況，即T2弛豫時(shí)間越短，表明流體存在的孔隙越?。环粗嗳?。然而，當(dāng)巖石孔隙半徑小到一定程度，則孔隙中的流體會(huì)被巖石表面與流體之間的毛細(xì)管張力所束縛，以致流體無法在其中流動(dòng)。因此，在所述T2弛豫譜上存在一個(gè)界限，即當(dāng)巖石孔隙流體的T2弛豫時(shí)間大于一個(gè)弛豫時(shí)間界限時(shí)，流體為可動(dòng)流體，反之為束縛流體。這個(gè)弛豫時(shí)間界限，稱為可動(dòng)流體T2截止值(T2截止值)?？蓜?dòng)流體截止值是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層石油、水等流體含量和流動(dòng)性的一個(gè)重要指標(biāo)，廣泛地應(yīng)用于石油勘探的實(shí)踐中。
進(jìn)一步，根據(jù)T2截止值，可以從T2弛豫時(shí)間譜中計(jì)算出可動(dòng)流體所占的百分比(即可動(dòng)流體的飽和度)。具體方法是在步驟S12得到的T2弛豫譜上，將T2弛豫時(shí)間大于T2截止值的組分進(jìn)行積分，并用M1表示積分面積，同時(shí)還對T2弛豫譜上所有組分進(jìn)行積分，用M2表示這一積分面積，于是，可動(dòng)流體飽和度BVM用下式計(jì)算BVM＝M1/M2(2)可以用高速離心實(shí)驗(yàn)來確定所述可動(dòng)流體截止值。具體方法是，將巖石樣品飽和水進(jìn)行一次核磁共振測量，然后，將巖石樣品放到高速離心機(jī)中接受離心處理(離心機(jī)轉(zhuǎn)速度控制在10000轉(zhuǎn)/分左右，離心時(shí)間約為1小時(shí))，離心處理完畢后，再進(jìn)行一次核磁共振測量，以便確認(rèn)可動(dòng)流體T2截止值。
具體地說，在高速離心處理過程中，樣品中的可動(dòng)流體被排除到巖石樣品之外，因此，離心前后T2弛豫時(shí)間譜發(fā)生變化(參見圖6)，通過對離心前后的T2弛豫時(shí)間譜的比較可以確定可動(dòng)流體T2截止值。具體方法如下首先，對離心后T2譜的所有點(diǎn)的幅度求和，然后在離心前的T2譜中找出一點(diǎn)，使得該點(diǎn)左邊各點(diǎn)的幅度和與離心后T2譜所有點(diǎn)的幅度和相等，則該點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)即為所分析巖樣的可動(dòng)流體T2截止值(如圖6中黑色實(shí)線所示)。
從上面的敘述不難看出，實(shí)現(xiàn)確定可動(dòng)流體截止值的過程比較復(fù)雜。并且，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，巖石可動(dòng)流體的T2弛豫時(shí)間截止值絕大多數(shù)處于T2弛豫時(shí)間譜中T2弛豫時(shí)間最短的兩個(gè)峰中間的最低點(diǎn)附近(如圖7中的黑色實(shí)線所示)。這個(gè)T2弛豫時(shí)間截止值可以是不固定的，隨著地層的不同而不同，因而它可以作為區(qū)別地層結(jié)構(gòu)的重要物性參數(shù)。
根據(jù)上述方法能方便地確定地層巖石可動(dòng)流體截止值，其誤差小于5％，滿足工程應(yīng)用的要求。
參照圖7，該圖所示為一塊帶有裂縫溶洞的巖石的T2弛豫時(shí)間譜，可動(dòng)流體T2弛豫時(shí)間截止值處于A1譜峰和A2譜峰之間的最低點(diǎn)。圖中譜峰A1的積分面積反映的是巖石束縛流體含量。譜峰A2的積分面積反映的是巖石可動(dòng)流體含量。譜峰A3的積分面積反映的是巖石裂縫溶洞孔隙中流體含量。因此有 束縛流體飽和度＝1-可動(dòng)流體飽和度(4)從(3)和(4)式可以看出，所謂可動(dòng)流體飽和度表示巖石中可動(dòng)流體占所有流體的百分?jǐn)?shù)，束縛流體飽和度是指巖石中束縛流體占所有流體的百分?jǐn)?shù)。這是標(biāo)志地層巖石能夠提供的石油產(chǎn)量特性的重要物性參數(shù)。
(3)地層巖石孔隙度確定地層巖石孔隙度是指巖石中孔隙體積與巖石外形體積的比值，這是表示地層巖石儲(chǔ)存石油性能的重要參數(shù)。
在所述地層巖石物性的核磁共振測量中，使用不同比例的四氯化碳(CCl4)和煤油的混合溶液，比如四氯化碳∶煤油＝97∶3、91∶9、85∶15、79∶21、73∶27等，加入一定濃度，如500ppm的弛豫試劑(比如乙酰丙酮鉻)作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，用以刻度T2譜，即刻度巖石的孔隙度(步驟S14)。這里所說的刻度T2譜，即通過計(jì)算T2譜下的面積并與標(biāo)準(zhǔn)樣品對比，從而得出所需的孔隙度。
按照本實(shí)施例的方法，其中，使用的四氯化碳由于不含有氫原子而不會(huì)產(chǎn)生核磁信號(hào)，因此所含四氯化碳的體積相當(dāng)于巖石骨架的體積，一定濃度弛豫試劑的加入，用于模擬巖石中鐵、鉻等順磁物質(zhì)等對弛豫時(shí)間的影響。而煤油可產(chǎn)生核磁信號(hào)，煤油的體積相當(dāng)于巖石的孔隙體積。這樣不同比例的四氯化碳+煤油混合物就相當(dāng)于不同孔隙度的巖石流體系統(tǒng)。作為舉例，比如可在8毫升的四氯化碳中加入2毫升煤油，將上述混合溶液密封地裝在直徑25毫米，高30毫米的玻璃器皿中，即形成了孔隙度為20％的標(biāo)準(zhǔn)樣。按照本實(shí)施實(shí)例，用上述方法形成5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采樣，用以對巖石孔隙度進(jìn)行刻度，這5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣分別相當(dāng)于孔隙度φk＝3％，9％，15％，21％，27％。
具體刻度方法是利用本發(fā)明的測量地層巖石物性的設(shè)備，對上述5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行的核磁共振測量。表1給出了一組測量結(jié)果。
表1標(biāo)準(zhǔn)采樣的核磁共振測量結(jié)果

以核磁共振測量信號(hào)值(無因次)為縱軸，以標(biāo)準(zhǔn)樣孔隙度為橫軸，則可以得出圖8所示的定標(biāo)曲線圖。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的線性回歸方法將數(shù)據(jù)點(diǎn)(圖中的矩形標(biāo)記)擬合成一條直線。然后根據(jù)未知巖石樣品的測量信號(hào)在擬合線上的位置可以計(jì)算出未知樣品的孔隙度。例如，在圖8中，一個(gè)未知巖石樣品的核磁共振信號(hào)測量值為3,600，則對應(yīng)的孔隙度值為16％。
求得核磁共振孔隙度和可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)(可動(dòng)流體的飽和度)后，進(jìn)而，還容易求得如下各項(xiàng)重要參數(shù)可動(dòng)孔隙度＝核磁共振孔隙度×可動(dòng)流體飽和度(5) 其中，所述可動(dòng)孔隙度表示巖石中可動(dòng)孔隙含量；裂縫溶洞孔隙度表示巖石裂縫中流體的含量。
巖石物性參量的計(jì)算(步驟S15)(a)地層巖石滲透率確定實(shí)驗(yàn)表明，可用下面的式(7)和(8)計(jì)算地層巖石滲透率Knmrl=(φnmrC1)4.2(BVMBVI)1.5---(7)]]>Knmr2=C2×φnmr2.2×T2g1.4---(8)]]>上式中的BVM表示由T2譜計(jì)算得到的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)；BVI表示由T2譜計(jì)算得到的不可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)；φnmr表示核磁共振測得的孔隙度；T2g表示T2弛豫時(shí)間譜中T2的幾何平均值(ms-毫秒)；而Knmr1、Knmr2表示滲透率(mD-毫達(dá)西)；C1、C2為待定系數(shù)。
當(dāng)?shù)貙訋r石的滲透率大于100mD時(shí)，采用(7)式計(jì)算；但當(dāng)?shù)貙訋r石的滲透率小于100mD時(shí)，采用(8)式計(jì)算。待定系數(shù)C1、C2需要結(jié)合常規(guī)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)來確定(C1通常在5-15間，C2通常在100-200間)。具體方法將已知的滲透率和核磁共振測量結(jié)果帶入公式(7)和(8)中，算出C1或C2。對一定的具體地質(zhì)區(qū)域而言，待定系數(shù)C1、C2是一定的，可對一定量(比如30塊左右)的巖心進(jìn)行上述計(jì)算，然后用各次測量的平均值來確定C1、C2。
(b)地層巖石孔隙半徑分布確定按照本實(shí)施例，采用下式計(jì)算地層巖石孔隙半徑及其分布情況r＝c·T2(9)其中r表示孔隙半徑(μm-微米)；c為轉(zhuǎn)換系數(shù)，它的取值范圍可在0.01到0.1之間，更可以結(jié)合常規(guī)巖石壓汞測量結(jié)果來確定。轉(zhuǎn)換系數(shù)c的具體取值方法與上述“地層巖石滲透率確定“中的待定系數(shù)確定方法一樣。對一定的具體地質(zhì)區(qū)域而言，轉(zhuǎn)換系數(shù)c是一定的，不需要進(jìn)行大量的巖石壓汞實(shí)驗(yàn)。
(c)地層巖石樣品含油飽和度的核磁共振測量當(dāng)巖石樣品(包括巖心與巖屑)中存在油、水兩相時(shí)，由于油和水中都含有氫原子，因此，區(qū)分其中的油、水核磁共振信號(hào)成為確定樣品中含油飽和度的關(guān)鍵。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，利用向巖石樣品中添加水溶性順磁離子(如Mn2+)的方法，可實(shí)現(xiàn)油、水核磁共振信號(hào)的分離。
作為弛豫試劑的水溶性順磁離子添加劑(Mn2+離子溶液)可以有效地縮短水相弛豫時(shí)間，而由于Mn2+離子不能溶于油相，因而油的弛豫時(shí)間不受影響。利用水溶性順磁離子溶液的這種性質(zhì)，將含油巖石樣品浸泡在MnCl2水溶液中，溶液中的Mn2+離子通過擴(kuò)散作用進(jìn)入孔隙內(nèi)的水相中。穩(wěn)定狀態(tài)下，巖石樣品內(nèi)的Mn2+濃度與巖石樣品外MnCl2水溶液中的Mn2+濃度相等，因而，將有效地縮短巖石樣品中水相的弛豫時(shí)間，而油相弛豫時(shí)間不變。根據(jù)這一特點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)對巖心中油、水含量的精確測量。
具體地說，按照本發(fā)明的這種實(shí)施例，使用Mn2+離子含量為1000mg/l的MnCl2水溶液，將巖心浸泡30分鐘，或者將巖屑浸泡15分鐘，巖心(巖屑)中水相T2弛豫時(shí)間縮短至10毫秒以下。即T2譜上的弛豫時(shí)間小于10毫秒的組份為水相，而大于10毫秒的組份為油相。
圖9示出在上述MnCl2水溶液中將只含有水的巖屑浸泡15分鐘前后T2弛豫時(shí)間譜的變化。從圖中可見，經(jīng)上述浸泡后，水相弛豫時(shí)間均縮短至10毫秒以下。對于既含油又含水的巖石樣品，如果MnCl2水溶液浸泡前T2弛豫時(shí)間譜的積分面積為W1，浸泡后T2弛豫時(shí)間譜的積分面積為W2，則用下式計(jì)算巖心(巖屑)含油包和度SoSo＝(W1-W2)/W1(10)實(shí)例1利用本發(fā)明方法對取自中國北方油田的30塊地層巖心取樣(直徑25毫米)進(jìn)行分析處理。測量中，使用前述本發(fā)明的設(shè)備作為核磁共振測量儀器，共振頻率3.75MHz，測量回波時(shí)間300毫秒，回波串個(gè)數(shù)為1024個(gè)。為便于比較，用常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法對這30塊巖心的物性也進(jìn)行了測量。表2給出對所述30塊巖心按常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法所得巖心的孔隙度和滲透率與按本發(fā)明核磁共振測量裝置及測量方法得到的結(jié)果對比。從表中可以看出，本發(fā)明的處理結(jié)果與常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法得到的結(jié)果吻合很好，具有良好的精度。
表2


實(shí)例2采用本發(fā)明方法對8塊地層巖心取樣進(jìn)行核磁共振含油飽和度分析處理。核磁共振測量儀器采用本發(fā)明的設(shè)備，具體參數(shù)為共振頻率3.75MHz，測量回波時(shí)間300ms，回波串個(gè)數(shù)1024個(gè)。為便于比較，用常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法對這8塊巖心的含油飽和度也進(jìn)行了測量。表3給出了本發(fā)明的測量結(jié)果與常規(guī)測量方法得到的含油飽和度的對比。從表中可以看出，本發(fā)明的處理結(jié)果與常規(guī)測量方法得到的結(jié)果吻合很好，具有良好的精度。
表3 8塊地層巖心核磁共振含油飽和度結(jié)果

附帶地，除上述對從地下取出的地層巖心樣品的物性參數(shù)進(jìn)行測量外，還可將本發(fā)明的方法應(yīng)用于油田核磁共振測井儀的數(shù)據(jù)處理。譬如，發(fā)明人曾將本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法應(yīng)用于對中國西部油田一口井的核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)的處理中。處理解釋過程中，發(fā)明人從回波信號(hào)中反演計(jì)算出100個(gè)指數(shù)，即T2弛豫時(shí)間譜中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(對比美國NUMAR公司只有10個(gè)指數(shù))，T2弛豫時(shí)間分布范圍從0.1ms到10000ms(對比美國NUMAR公司的則從2ms-1024ms)，從而極大地提高了核磁測井?dāng)?shù)據(jù)反映復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的能力。使裂縫結(jié)構(gòu)在新的解釋結(jié)果中有了明顯地顯示，也即使用常規(guī)方法不能顯示和分辨的地層巖石裂縫結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用本發(fā)明方法的測量和處理方法后可清晰地顯現(xiàn)出來。
圖10給出深度為4058米處取出的巖石樣品的核磁共振分析結(jié)果與同一深度核磁測井?dāng)?shù)據(jù)處理結(jié)果的對比。從圖中可以看出NUMAR公司從核磁測井?dāng)?shù)據(jù)處理得到的10個(gè)指數(shù)的T2譜與巖心分析結(jié)果相距較遠(yuǎn)，而采用本發(fā)明反演方法得到的100個(gè)指數(shù)的T2譜與巖心樣品分析結(jié)果有較好地對應(yīng)關(guān)系，特別是來自裂縫等大孔道的組份有了明顯地顯示。
圖11示出的是采用本發(fā)明的處理方法對該井2030-2040米井段核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理的結(jié)果。圖中第一道為采用本發(fā)明的方法計(jì)算出的T2馳豫時(shí)間分布譜，第二道為測井?dāng)?shù)據(jù)對應(yīng)的深度信息，第三道顯示的是原始回波信號(hào)的信噪比，第四道為美國NUMAR公司的測井軟件計(jì)算的質(zhì)量控制(CHI)曲線，第五道為核磁孔隙度(MPHI)曲線和不可動(dòng)流體孔隙度(MBVI)曲線，第六道為核磁滲透率(PERM)曲線，第七道為核磁共振測量的原始回波(ECHOS)信號(hào)。圖中的質(zhì)量控制曲線和原始回波曲線是直接從NUMAR公司原始測井?dāng)?shù)據(jù)磁帶的文件中讀取出來的，其它曲線為采用本發(fā)明的方法處理出來的。通過與其它地質(zhì)及測井資料對比，表明本發(fā)明的處理結(jié)果與實(shí)際地層情況吻合得很好。
以上雖然通過實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但只是為了說明的目的。實(shí)際上，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，可對上述實(shí)施例做出各種改型和變化而不致脫離有如以下所附各權(quán)利要求限定的本發(fā)明精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備，包括磁體、探頭、前置放大器、功率放大器、核磁共振控制器和控制計(jì)算機(jī)等部分，其特征在于，所述核磁共振探頭被置于所述磁體中；巖石樣品被置于所述探頭內(nèi)；上述設(shè)備根據(jù)控制計(jì)算機(jī)傳來的指令，由所述核磁共振控制器產(chǎn)生預(yù)定頻率和波形的射頻激勵(lì)脈沖信號(hào)；該激勵(lì)脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后被送到所述核磁共振探頭，激發(fā)安置在核磁共振探頭內(nèi)的巖石樣品，并產(chǎn)生核磁共振信號(hào)；再由上述核磁共振探頭接收所產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)；所述核磁共振信號(hào)被送到所述前置放大器中放大；放大后的核磁共振信號(hào)被送至所述核磁共振控制器進(jìn)行濾波、轉(zhuǎn)換等處理；處理后的核磁共振信號(hào)被送到控制計(jì)算機(jī)中，最終由計(jì)算機(jī)給出孔隙大小分布、孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度、含油飽和度等巖石物性參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的測量地層巖石物性的設(shè)備，其中，所述核磁共振控制器是全數(shù)字化的，并且包括激勵(lì)信號(hào)源單元、信號(hào)接收與處理單元、事件觸發(fā)器單元、I/O接口單元、存儲(chǔ)器單元、中央處理器單元、通信接口單元；所述激勵(lì)信號(hào)源單元產(chǎn)生射頻激勵(lì)脈沖信號(hào)；信號(hào)接收與處理單元對核磁共振信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、解調(diào)、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換處理；事件觸發(fā)器單元提供硬件動(dòng)作和時(shí)序控制信號(hào)；存儲(chǔ)器單元對接收和處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；中央處理器單元負(fù)責(zé)各單元功能的協(xié)調(diào)；通信接口單元負(fù)責(zé)控制計(jì)算機(jī)和儀器各部分的通訊及數(shù)據(jù)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利2要求所述的測量地層巖石物性的設(shè)備，其中，所述核磁共振回波信號(hào)的解調(diào)為數(shù)字化解調(diào)，對回波信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)之前，先對所述信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字化處理，使數(shù)字處理過程中信號(hào)的增益始終保持一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的測量地層巖石物性的設(shè)備，其中，所述磁體為永磁體，由上、下軛鐵和兩塊側(cè)面軛鐵組成長方體形狀的軛鐵體；所述上、下軛鐵上分別安裝永磁磁塊，兩塊側(cè)面軛鐵的中間部分被切除，形成對稱幾何圖形形狀的通孔。
5.一種利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其特征在于，依次包括如下步驟讀取全數(shù)字化核磁共振設(shè)備獲得核磁共振自旋回波信號(hào)；對所述自旋回波信號(hào)進(jìn)行弛豫時(shí)間反演計(jì)算處理，得到地層巖石橫向T2馳豫時(shí)間譜；用四氯化碳和煤油組成的標(biāo)準(zhǔn)樣品對T2弛豫時(shí)間譜進(jìn)行刻度和定標(biāo)；計(jì)算得出巖石物性參數(shù)。
6.如權(quán)利5要求所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，所述反演計(jì)算T2弛豫時(shí)間譜，采用最小二乘法確定目標(biāo)函數(shù)，并形成線性方程組；用矩陣變換方法使對T2的求解轉(zhuǎn)換到時(shí)域求解所述方程組。
7.如權(quán)利5要求所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，在所述T2弛豫時(shí)間譜中以弛豫時(shí)間最短的兩個(gè)峰中間的最低點(diǎn)確定可動(dòng)流體T2弛豫時(shí)間截止值。
8.如權(quán)利5要求所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，確定巖石樣品的含油飽和度時(shí)，通過向巖石樣品中添加水溶性順磁離子的方法實(shí)現(xiàn)油、水核磁共振信號(hào)的分離，并實(shí)現(xiàn)含油飽和度的測量。
9.如權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，所述物性參數(shù)包括巖石的孔隙度、滲透率、孔隙大小分布、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度、可動(dòng)流體含量和含油飽和度。
10.如權(quán)利要求9所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，所述巖石的孔隙度包括總孔隙度、可動(dòng)流體孔隙度、裂縫及溶洞孔隙度。
11.如權(quán)利要求9所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，還包括利用四氯化炭和煤油混合溶液按97∶3-73∶27的比例，并加入弛豫試劑乙酰丙酮鉻作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，以刻度巖石的孔隙度的步驟。
12.如權(quán)利要求9所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，采用r＝c·T2計(jì)算巖石孔隙的半徑r，式中T2表示橫向馳豫時(shí)間，c為轉(zhuǎn)換系數(shù)，它的取值范圍為0.01到0.1。
13.如權(quán)利要求9所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，地層巖石滲透率大于100mD時(shí)，使用下式計(jì)算所述計(jì)算地層巖石滲透率，Knmr1=(φnmrC1)4.2(BVMBVI)1.5]]>式中Knmr1表示滲透率(mD)；φnmr表示核磁共振測得的孔隙度；BVM表示從T2譜計(jì)算的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)；BVI表示從T2譜計(jì)算的不可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)；C1表示待定系數(shù)，且取5-15之間的值。
14.如權(quán)利要求9所述的利用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的方法，其中，地層巖石滲透率小于100mD時(shí)，使用下式計(jì)算所述計(jì)算地層巖石滲透率，Knmr2=C2×φnmr2.2×T2g1.4]]>式中Knmr2表示滲透率(mD)；φnmr表示核磁共振測得的孔隙度；T2g表示T2弛豫時(shí)間譜中T2的幾何平均值(ms)；C2表示待定系數(shù)，且取100-200之間的值。
全文摘要
一種用巖石核磁共振弛豫信號(hào)測量地層巖石物性的設(shè)備包括磁體、探頭、前置放大器、功率放大器、核磁共振控制器和控制計(jì)算機(jī)等部分。核磁共振控制器產(chǎn)生特定頻率和波形的射頻激勵(lì)脈沖，放大后送到磁體中的核磁共振探頭，激發(fā)探頭內(nèi)放置的巖石樣品，并產(chǎn)生核磁共振回波信號(hào)。核磁共振探頭接收所述回波信號(hào)，放大后送至所述核磁共振控制器，最終送至計(jì)算機(jī)。本發(fā)明方法系將采集的核磁共振自旋回波信號(hào)處理成石油勘探開發(fā)生產(chǎn)可直接使用的參數(shù)，快速且精度高地給出孔隙大小分布、孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體飽和度、含油飽和度等多種巖石物性參數(shù)。本發(fā)明數(shù)據(jù)分析和處理方法也適于油田核磁共振測井儀的使用。
文檔編號(hào)G01N24/08GK1763563SQ200410083878
公開日2006年4月26日 申請日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者王為民, 卜凡亮 申請人:北京大學(xué)