一种高纵向分辨率的岩样测量系统及测量方法与流程

本发明属于核磁共振，具体涉及一种高纵向分辨率的岩样测量系统及测量方法。

背景技术：

1、随着石油与天然气工业的勘探开发重点从常规储层转向非常规储层,全面认识非常规储层的岩石物性和微观结构对实施高效的建产、增产、稳产措施具有重要的意义；面对油气储集空间多样化、流体在岩石多孔介质中渗流作用机理复杂化等问题,传统岩石物性测试和岩石静态微观结构描述已经不能满足油气渗流、储层增产的研究需要；而核磁共振技术(nmr)具备无损、无害的特点,通过共振信号能够直接反映岩石孔隙流体分布和间接反映岩石孔隙结构变化,因此，其在岩石物理测试、孔隙结构表征和孔隙流体识别等方面具有突出优势。

2、核磁共振对多孔岩石中的流体及其赋存状态敏感，可以提供油气含量及其赋存状态等信息；其中，岩石物性参数是认识油气层储油气状况，划分主力层、有效储层与隔层的物性界限，以及评价储集层和计算油气储量的重要参数之一；因此，核磁共振岩石物理是一种重要的油气探测方法，已得到了广泛应用。

3、现有的核磁共振测井技术主要包括井下探测仪和实验室台式核磁共振仪器；其中，井下探测仪可以测试井底原位岩心，以及移动测量不同层位的岩心物性，但是由于硬件限制导致测井仪精度较低、纵向分辨率低(一般大于0.5m)，已无法满足井场射孔需求。

4、实验室台式核磁共振仪器可以用于检测全尺寸岩心，回波时间短，测试精度很高，还可以配合趋替设备进行多维度测量；但是由于核磁共振仪器射频线圈的有效信号接收范围有限，因此，需要对取芯样品进行截断处理，最长可采集的样品长度不能超过射频线圈的有效信号接收范围，如此，则会导致其无法满足大长度的取芯采样的需求；基于此，市场上就出现了能测量大长度岩芯的井旁岩芯磁共振测量设备，其通过传动装置移动岩芯，测量岩芯的各个位置，从而来提高纵向分辨率高，使其达到几厘米级别。

5、目前，井旁岩芯磁共振测量设备均采用螺线管型探头，螺线管探头信噪比高，但是其多为单通道，而岩芯纵向有一定的尺寸，一般为5～8cm，因此，单通道覆盖整个岩样进行磁共振测量所得到的真实信号的纵向分辨率很难达到1cm级别；如此，则会导致无法准确测量出岩样的流体及其赋存状态；基于此，如何提供一种纵向分辨率高的岩样测量系统，已成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高纵向分辨率的岩样测量系统及测量方法，用以解决现有技术中的射频探头采用单通道来进行岩样磁共振测量所存在的纵向分辨率不高，从而导致的无法准确测量出岩样的流体及其赋存状态的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种高纵向分辨率的岩样测量系统，包括：

4、磁体装置、移动装置和射频装置，其中，所述磁体装置用于产生均匀的静态磁场，且所述移动装置的移动端上放置有待测岩样；

5、所述射频装置包括射频探头，其中，所述射频探头内设置有多个接收线圈，所述射频探头和所述待测岩样均设置于所述磁体装置产生的静态磁场内，且各个接收线圈的灵敏度在所述待测岩样的轴向方向上互不相同；

6、所述岩样测量系统还包括：工作站和核磁共振装置，其中，所述工作站和所述核磁共振装置分别电连接所述移动装置，用于向所述移动装置发送移动控制信号，以使所述移动装置基于所述移动控制信号驱动所述待测岩样穿过所述射频探头的探测区域；

7、所述核磁共振装置电连接所述射频装置，用于在所述待测岩样穿过所述射频探头的探测区域过程中，依次向所述射频装置发送若干射频发射脉冲，以使所述射频装置在每接收到一个射频发射脉冲后，通过所述射频探头向所述待测岩样发射接收到的射频发射脉冲，以利用多个射频发射脉冲信号对所述待测岩样进行多次采样；

8、所述射频装置，还用于在每次采样时，通过所述射频探头中的多个接收线圈，接收所述待测岩样受射频发射脉冲激发产生的核磁共振回波信号，以基于多个接收线圈接收的核磁共振回波信号，得到每次采样时的岩样采样信号；

9、所述射频装置，还用于通过核磁共振装置将各个岩样采样信号发送至工作站；

10、所述工作站，用于根据接收到的各个岩样采样信号，确定出所述待测岩样的真实岩样信号，并基于所述真实岩样信号，得出所述待测岩样的流体及赋存状态。

11、基于上述公开的内容，本发明所提供的测量系统，其射频探头内设置有多个接收线圈，且每个接收线圈的灵敏度，在岩样的纵向方向上互不相同；如此，相当于设置有多个灵敏度具有较大差异的接收通道；同时，本发明设置有移动装置，其驱动岩样穿过射频探头的探测范围，且在移动过程中，依次通过射频探头向岩样发射射频脉冲；基于此，则可在移动过程中，进行多次采样，且在每次采样时，均利用多个接收线圈来同时接收岩样的核磁共振回波信号，从而基于各个接收线圈接收的核磁共振回波信号，来组成本次采样对应的采样信号；最后，即可根据多个采样信号，来确定出岩样的真实信号，并基于该真实信号来得出岩样的流体及赋存状态。

12、通过上述设计，本发明利用灵敏度不同的多线圈组成的多通道射频探头，来采集岩样的磁共振信号，并以此来得出真实岩样信号；基于此，相比于传统的单通道测量，本发明的多通道测量更能够反应岩样的局部特征，提高了信号的纵向分辨率，能够更准确的测量出岩样的流体及赋存状态，因此，适用于在岩样测量领域的大规模应用与推广。

13、在一个可能的设计中，所述多个接收线段包括若干马鞍形接收线圈和一个螺线管线圈。

14、在一个可能的设计中，所述多个接收线段包括若干马鞍形接收线圈和一个螺线管线圈；

15、其中，所述射频装置还包括：射频功率放大器、收发转换模块以及若干前置放大器，且每个前置放大器分别对应一接收线圈；

16、所述射频功率放大器的输入端电连接所述核磁共振装置的发送通道，所述射频功率放大器的输出端电连接所述收发转换模块，其中，所述收发转换模块电连接所述螺线管线圈，且所述收发转换模块还电连接对应的前置放大器；

17、各个马鞍形接收线圈分别电连接对应的前置放大器，且各个前置放大器电连接所述核磁共振装置的接收通道。

18、在一个可能的设计中，所述移动装置基于所述移动控制信号驱动所述待测岩样按照固定步进距离穿过所述射频探头的探测区域，且待测岩样在首次移动固定步进距离后，待测岩样的一端移动至所述探测区域的边界处；

19、相应的，所述核磁共振装置用于在所述待测岩样每移动固定步进距离后，向所述射频装置发送一射频发射脉冲，以使所述射频装置在接收到该射频发射脉冲后，通过所述射频探头向所述待测岩样发射接收到的射频发射脉冲，以激发得到所述待测岩样的核磁共振回波信号。

20、在一个可能的设计中，所述真实岩样信号的预期分辨率大于所述固定步进距离。

21、在一个可能的设计中，所述移动装置包括：传动控制器、驱动电机以及传动机构，其中，所述核磁共振装置和所述工作站分别电连接所述传动控制器，所述传动控制器电连接所述驱动电机，所述驱动电机的驱动端传动连接所述传动机构，且所述待测岩样放置于所述传动机构上。

22、在一个可能的设计中，所述磁体装置包括永磁磁铁或超导磁体。

23、第二方面，提供了基于第一方面中或第一方面中任意一种可能设计的所述高纵向分辨率的岩样测量系统的测量方法，其中，所述方法由所述高纵向分辨率的岩样测量系统中的工作站执行，且所述方法包括：

24、获取核磁共振装置发送的若干岩样采样信号，其中，若干岩样采样信号是在待测岩样穿过射频探头的探测区域过程中所采样得到的；

25、基于若干岩样采样信号，确定出所述待测岩样的真实岩样信号，并基于所述真实岩样信号，得出所述待测岩样的流体及赋存状态。

26、在一种可能的设计中，基于若干岩样采样信号，确定出待测岩样的真实岩样信号，包括：

27、获取所述射频探头内各个接收线圈的灵敏度；

28、基于各个接收线圈的灵敏度，构建出灵敏度矩阵，以及根据若干岩样采样信号，构建出采样信号矩阵；

29、利用所述灵敏度矩阵和所述采样信号矩阵，构建出真实岩样信号模型；

30、对所述真实岩样信号模型进行迭代求解处理，以在迭代求解处理后，得到所述待测岩样的真实岩样信号。

31、在一种可能的设计中，所述真实岩样信号模型为：

32、min||ay-s||2+λ1|y|   (1)

33、上述公式(1)中，a表示所述灵敏度矩阵，s表示所述采样信号矩阵，y表示真实岩样信号矩阵，λ1表示正则化因子，|| ||表示二范数；

34、其中，

35、

36、

37、

38、上述公式(2)中，a(-i/2,c(m))表示所述射频探头中第m个接收线圈的灵敏度，i表示常数，其中，i＝lc/r，且lc表示射频探头的长度，r为真实岩样信号的预期分辨率；

39、上述公式(3)中，s(x(1),c(m))表示在第一次采样时，射频探头中第m个接收线圈所接收到的核磁共振回波信号，且在第一次采样时，所述射频探头中所有接收线圈接收到的核磁共振回波信号，组成第一次采样时的岩样采样信号，s(x(n),c(m))表示在第n次采样时，射频探头中第m个接收线圈所接收到的核磁共振回波信号；

40、上述公式(4)中，y()表示真实岩样信号，x(1)表示第一次采样时，所述待测岩样的目标端部在目标坐标系中的横坐标，其中，目标坐标系的原点为所述射频探头的中心，横轴为所述射频探头的轴向方向，纵轴为垂直于所述轴向方向的方向，且所述目标端部为所述待测岩样最先进入所述射频探头的探测区域的端部。

41、第三方面，提供了一种高纵向分辨率的岩样测量装置，以装置为电子设备为例，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第二方面或第二方面中任意一种可能设计的所述测量方法。

42、第四方面，提供了一种存储介质，存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第二方面或第二方面中任意一种可能设计的所述测量方法。

43、第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当指令在计算机上运行时，使计算机执行如第二方面或第二方面中任意一种可能设计的所述测量方法。

44、有益效果：

45、(1)本发明利用灵敏度不同的多线圈组成的多通道射频探头，来采集岩样的磁共振信号，并以此来得出真实岩样信号；基于此，相比于传统的单通道测量，本发明的多通道测量更能够反应岩样的局部特征，提高了信号的纵向分辨率，能够更准确的测量出岩样的流体及赋存状态，因此，适用于在岩样测量领域的大规模应用与推广。

46、(2)相比于现有技术中的分辨率低于或等于岩样的步进距离，而本发明设置分辨率高于岩样的步进距离；如此，在接收线圈的通道数越多，灵敏度差异越大的基础上，则会使步进距离与分辨率的比值越大；基于此，则可以提升极限分辨率或在同等分辨率要求下节约扫描时间。