一种核磁共振岩心自旋回波成像方法与流程

本发明涉及一种核磁共振成像方法，尤其是对石油勘探过程中的岩心样品进行自旋回波成像的核磁共振方法。

背景技术：

核磁共振岩心流体分析法，是一种重要的探测地层油气水储藏含量的技术方法。核磁共振岩心流体分析法，借助于氢原子对静磁场和射频脉冲磁场的响应规律，能够不受矿物元素存在的影响而准确的探测油的存在。按照探测的位置不同，核磁共振岩心流体分析方法分为井下岩心流体分析和地面实验室分析方法。按照探测时是否在线实时探测，核磁共振岩心分析方法又可以分为电缆测井和随钻测井，前者是指对井已打成、钻井后事后对岩壁附近的流体进行探测和分析，而后者顾名思义是在钻井的过程中同时进行周围岩心分析。

核磁共振成像，又称磁共振成像，是一种广泛使用的针对氢原子分布的成像方法。医学上，已经广泛采用磁共振成像技术来进行人体组织器官的成像实践，图像分辨率高，但是设备造价昂贵。本发明借鉴医学磁共振成像的方法，对含流体岩心样品进行含氢原子分布的自旋回波成像。

在中国发明专利《岩芯毛细压力与饱和度曲线、油气藏参数的一维1h磁共振成像测量表征方法》（申请号201710898529.3）中，公开了岩芯毛细压力与饱和度曲线、油气藏参数的一维1h核磁共振成像测量表征方法，包括步骤：制备岩芯样品、制备饱和岩芯样品并测算孔隙度、岩芯样品内液体分布的低场1hmri测量、离心岩芯样品低场1hmri测量、计算离心岩芯样品对应mri位置的各点的毛细压力并绘制毛细压力与饱和度曲线来解释油气藏参数。该方法测量速度快、数据准确可靠，但是，给出的是毛细管内流体压力一维的分布，未有流体中氢质子密度的三维分布。

技术实现要素：

针对目前没有对岩芯多孔介质中流体进行成像的现状，本发明提供一种核磁共振自旋回波成像方法，用于对岩芯中蕴藏流体分布进行三维成像。

本发明实现其技术，所采取的方案是：将试样圆柱体岩芯放入三维梯度线圈组中，所述梯度线圈组内部有一个螺线管线圈，该螺线管线圈用于产生圆偏振射频磁场，作用于流体上。梯度线圈的外围有一个磁体，用于产生静磁场。所述磁体可以是永磁体，也可以是超导磁体。本发明实现其技术，所采取的成像过程是：所述磁体产生的强主静磁场，使得岩芯蕴藏流体中的氢原子核发生极化，其结果是中流体所占据空间产生宏观磁化强度矢量，该磁化强度矢量的特点是可以被同角频率的射频磁场所操纵，在空间中做任意角度的翻转；然后上述射频螺线管线圈中通以与磁化强度矢量进动同频率的射频脉冲，使得所述磁化强度矢量的角度翻转90度；同时施加三维梯度线圈组中的纵向线圈脉冲直流磁场，将蕴藏流体特定层面位置的共振自旋体系磁化强度矢量选出来；由于自旋失相位，上述90度射频脉冲作用产生的自由感应磁共振信号逐渐衰减并消失；然后，为了将所述层面上共振自旋沿前后方向上区分开来，在一个梯度线圈组中的前后方向线圈在施加一个特定强度的脉冲直流激励，持续一段时间后，前后方向上自旋的进动相位形成一个恒定的相位差分布；再施加一个180度射频脉冲，使已经失相位的层面自旋体系重新聚相位，那么经过一半回波时间后，检测射频线圈检测到回波信号的最大值；在回波信号持续的时间段中，在梯度线圈组的左右方向上梯度线圈上施加特定强度的脉冲直流激励，以对上述共振层面中的自旋在左右方向上将位置区分开来。注意，上述成像射频脉冲和相关梯度磁场脉冲构成一次执行序列，为了完成对所述层面前后方向上自旋体系位置的区分，该执行序列重复执行若干次，其中脉冲相位编码梯度前后方向梯度线圈中通入的脉冲直流激励的强度不相同。这样，就实现了在空间三个正交方向上，对孔隙流体每一个体素位置进行了编码。

本发明的有益效果是，可以也成像的方式看到液体藏质在岩心孔隙结构中的分布，并通过空间积分，可以进一步将油水物质的含量计算出来。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实现岩芯流体核磁共振自旋回波成像的工作时序原理图。

附图中各部件的标记如下：1.射频激励脉冲序列，2.梯度线圈组选层梯度序列，3.磁共振射频信号序列，4.梯度线圈组相位编码梯度序列，5.梯度线圈组读出梯度序列。

具体实施方式

在图1中，被测岩芯试样自旋回波核磁共振成像，由4个射频和梯度脉冲序列实施完成，并按照固定的时序作用完成而实现，另外其中磁共振信号产生单独由一个脉冲序列表示。图中，射频激励脉冲序列（1）的90度和180度脉冲的间隔时间为翻转时间ti，磁共振射频信号序列（3）的回波信号峰值与90度脉冲的间隔时间为回波时间te,梯度线圈组选层梯度序列(2)的两个选层脉冲作用时刻分别与90度脉冲和180度脉冲一致。梯度线圈组相位编码梯度序列（4）的作用时间位于90度和180度射频脉冲之间。梯度线圈组读出梯度序列（5）的作用时间与回波发生时间同步。

在图1所示的实施例中，被测岩芯样品的空隙流体放入主静磁场中，流体的氢原子核自旋体系被极化，表现为磁化强度矢量与静磁场方向一致。磁共振成像操作者确定成像平面后，同时施加射频激励脉冲序列（1）和梯度线圈组选层梯度序列（2），即前者第一个90度脉冲，后者施加第一个层面选择脉冲。所述90度脉冲作用于岩芯流体的同时，在磁共振射频信号序列（3）中出现第一个感应衰减信号。为了对所述成像平面上自旋体系实现空间一个维度上的位置区分与编码，在完整的成像平面磁共振信号采集过程中，于梯度线圈组相位编码梯度序列（4）中施加一系列不同强度的直流脉冲，而一次扫描得到的一个回波信号，对应于施加一次特定强度的相位编码梯度磁场脉冲。间隔时间段ti后，在射频激励脉冲序列（1）中施加一个180度射频脉冲，然后经过二分之一回波时间te后，在磁共振射频信号序列（3）中再次出现磁共振回波信号，同时在所述回波信号形成过程中，于梯度线圈组读出梯度序列（5）中施加一个同步的直流脉冲。以上过程完成了一个平面上自旋体系对应的一行磁共振成像数据的采集，那么重复上述过程若干次，得到完整的一个平面上自旋分布图像数据。经过处理后，得到被测岩芯试样中蕴藏流体空间分布的磁共振自旋回波图像。

技术特征：

技术总结
一种核磁共振岩芯孔隙流体自旋回波成像方法。该方法利用一套射频激励线圈和梯度线圈组，实现岩芯孔隙流体空间上任意层面的油水分布成像。在磁共振射频激励脉冲序列中，先后施加一个90度脉冲和一个180度脉冲，分别用于使磁化强度矢量偏转90度和180度，后者经过二分之一回波时间后，在磁共振射频序列中产生一个幅度由小到大、又由大到小的回波信号。该方法还涉及三个用于空间位置编码的梯度磁场序列，分别是梯度线圈组选层梯度序列、梯度线圈组相位编码梯度序列和梯度线圈组读出梯度序列，分别用于成像层面位置选择和平面上二维空间定位,该方法还能通过成像手段获取油水资源在孔隙中的分布信息。

技术研发人员：李晓南;刘国强;刘洣娜;安慧林
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所无锡分所;万博森科技江苏有限公司
技术研发日：2018.06.04
技术公布日：2018.12.11