專利名稱：核磁共振擴(kuò)散測量設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及井孔測量，特別是利用核磁共振測量井孔。
各種采用核磁共振進(jìn)行井孔測量的工藝在專利文獻(xiàn)中已多有所知。實(shí)施這類工藝特別有效的方法和設(shè)備載于本專利受讓者的US4，710，713和US4，717，878中。美國專利第4，933，638號便是這樣一種工藝。
在鉆芯上進(jìn)行自擴(kuò)散系數(shù)(即一種材料的分子在同一材料的基本部分內(nèi)無規(guī)則移動的比率)的實(shí)驗(yàn)室測試，是眾所周知的。提供測試用的鉆芯是個非常昂貴和費(fèi)時的過程，而且不適合于大尺寸井孔的取樣。
下面給出這方面的有代表性的相關(guān)出版物清單J.H.Simpson和H.Y.Carr的《水中的擴(kuò)散及核自旋馳豫(Diffusion aud Nuclear Spin Relaxatiou)》，The physical Review，111，NO.5，Sept 1，1958，P1201ff.
D.C.Douglass和D.W.McCall的《石蠟碳?xì)浠衔镏械臄U(kuò)散(Difffusiou in Paraffin Hydrocarbons)》，Journal of physical Chemistry，62，1102(1958);
D.E.Woessner，《在受到約束擴(kuò)散的液體上的核磁共振自旋反射信號的自擴(kuò)散測量(N.M.R.Spin Echo Self Diffusion Mea-surmeuts on Fluids Undergoing Restricted Diffusion)》，Journal of physical Chemistry，87，1306(1963);
R.C.Wayne和R.M.Cotts的《粘合介質(zhì)中的核磁共振自擴(kuò)散研究(Nuclear Magnetic Resonance Study of Self-Diffusion in a Bounded Medium)》，Physical Review，151，NO.1，4 November，1964;
E.O.Stejskql和J.E.Tanner的《自旋擴(kuò)散測量在有時間相關(guān)場梯度情況下的自旋反射信號(Spin Diffusion Mea-surementsSpin Echos in fhe Presence of a TimeDependentField Gra-dient)》，The Journal of Chemical Physics，Vol.42，NO.1，288-292，1 January，1965。
K.J.Packer和C.Rees的《約束擴(kuò)散的脈沖核磁共振研究(Pulsed NMR Studies of Restricted Diffusion)》，Journal of Colloid and Interface Science，Vol.40，No.2，August，1972;
C.H.Neuman的《在粘合介質(zhì)中擴(kuò)散的自旋反射信號(Spin echo of spins diffusing in a bounded medium》，The Journal of Chemi-cal Physics，Vol.60，NO.11，1 June，1974;
W.D.Williams，E.F.W.Seymour和R.M.Cotts，《在有固有磁場梯度情況下測量擴(kuò)散的脈沖梯度多自旋反射信號核磁共振法(A Pulsed Gradient Multiple-Spin Echo NMR Technique for Measuring Diffusion in the Presence of Background Magnetic Fi-eld Gradients)》，Journal of Magnetic Resonauce 31，271-282，(1978);
美國專利US4，719，423敘述了有關(guān)擴(kuò)散系數(shù)在內(nèi)的傳輸性質(zhì)的材料核磁共振圖像。該專利涉及不在其原位置的芯巖樣品的圖像。
P.T.Callaghan，D.Macgowan，K.J.Packer和F.O.Zelaya和由磁共振雜志(1990)提供的《多孔結(jié)構(gòu)中的高清晰度q-空間圖像(High Resolution q-space Imaging in Porous Structure)》;
J.A.Jackson等人的美國專利4，350，955及J.A.Jackson有關(guān)同樣主題的其它出版物。
本發(fā)明旨在提供一種方法和設(shè)備，用以進(jìn)行井孔自擴(kuò)散系數(shù)及固有橫馳豫時間的核磁共振測量。
本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例提供了一種進(jìn)行井孔的核磁共振測量方法，包括在沿井孔的所需位置提供一個磁場梯度;在存在磁場梯度的情況下至少進(jìn)行一次，最好是兩次或多次核磁共振實(shí)驗(yàn);起碼關(guān)于第一反射信號檢測擴(kuò)散效果并據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該磁場梯度始終為恒定的。另一種情況中，可提供一種變換的磁場梯度。
按照本發(fā)明的一個實(shí)施例，所說的至少進(jìn)行一次核磁共振實(shí)驗(yàn)這一步系指進(jìn)行兩次核磁共振實(shí)驗(yàn)，它們至少在下述一種參數(shù)上不相同1.使分子擴(kuò)散的時間;
2.磁場梯度的量值;以及3.若使用磁場梯度脈沖，則這些脈沖作用的整個時間。
尤為特殊地是，這兩次實(shí)驗(yàn)的差別可以僅在于反射信號的間隔。在這種情況下，可從被測的幅值和衰減比率求得T2(橫豫時間)和D(擴(kuò)散系數(shù))。
換一種情況，若磁場梯度恒定且其本身又是磁場強(qiáng)度的函數(shù)，則兩次實(shí)驗(yàn)可在所加的射頻頻率有所不同。這種頻率上的不同伴隨著磁場梯度強(qiáng)度的變化。
做為上述方法的推廣，可以進(jìn)行兩次以上的這種實(shí)驗(yàn)。隨后，可對這些重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果積分并取平均，以提高信噪比。同時，兩次或者多次擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)可用于計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)和橫馳豫時間T2。
另外一種推廣是，將幾次這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)合成一次實(shí)驗(yàn)，這當(dāng)中通過一次激發(fā)的各信號得到所需要的全部數(shù)據(jù)。這可以通過在一個過程進(jìn)行當(dāng)中改變上述那些參數(shù)得以實(shí)現(xiàn)。做一個說明性的舉例最初幾個反射信號互相隔開一個固定的時間間隔，接下去的幾個則為另外的間隔等等。
為給出擴(kuò)散系數(shù)值的上限和T2的下限，或者二者當(dāng)中的一個(如果它們之一事先已知的話)，可以進(jìn)行一次具有固定參數(shù)(如反射波間隔、磁場梯度大小及持續(xù)時間)的實(shí)驗(yàn)。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，擴(kuò)散系數(shù)D可用來確定下列石油物理參量中至少一個參量水/碳?xì)浠衔锏膮^(qū)別;
水及碳?xì)浠衔锏娘柡投?
滲透性;
孔隙尺寸及孔隙尺寸分布;
石油的粘度;
巖層形態(tài)因子F，它是由于巖層的折曲所致的電阻平均增量的量度;以及巖層的q-空間圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，還可以提供實(shí)施井孔核磁共振測量的設(shè)備，它包括在沿著井孔所要求的位置處提供一個磁場梯度的裝置;
在存在磁場梯度情況下進(jìn)行至少一次核磁共振實(shí)驗(yàn)的裝置;
起碼對第一反射信號的衰減檢測擴(kuò)散效果的裝置;以及據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，還可以提供進(jìn)行井孔核磁共振實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，它包括施加一恒定磁場，使井孔給定區(qū)域材料中的核自旋發(fā)生極化，從而使所研究的區(qū)域整體磁化的裝置;
為了在以井孔平面為基準(zhǔn)所確定的水平面上至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域施加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻(磁)場的裝置;
對所研究的區(qū)域施加一個固定的磁場梯度，從而引起所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;
對所研究的區(qū)域施加一重聚焦射頻脈沖的裝置;
對所研究的區(qū)域再施加一個固定的磁場梯度，從而引起所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;
獲取核磁共振自旋反射信號的裝置;以及從反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D或自旋反射信號衰減T2的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，還提供進(jìn)行井孔核磁共振實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，它包括施加一恒定磁場，使井孔給定區(qū)域材料中的核自旋極化的裝置，這樣可使所關(guān)心的區(qū)域整體磁化;
為了在以井孔平面為基準(zhǔn)所確定的水平面上至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域施加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻場的裝置;
對所研究的區(qū)域施加一個時間變換磁場梯度，從而引起所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;
對所研究的區(qū)域施加一個重聚焦的射頻脈沖的裝置;
對所研究的區(qū)域再施加一個固定的磁場梯度，從而引起所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;
獲取核磁共振自旋反射信號的裝置;以及從反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D或自旋反射信號衰減T2的裝置。
上述方法適合于用在井孔四周的以外的周圍介質(zhì)，以及用在除井孔內(nèi)所看到的材料之外的材料。
這些方法的優(yōu)點(diǎn)在于，被測試的材料可置于這些測試設(shè)備外邊。
由下面結(jié)合附圖所做的詳細(xì)說明，能更充分地了解和認(rèn)識本發(fā)明。其中

圖1A為一框圖，說明按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行井孔擴(kuò)散系數(shù)測定所用的設(shè)備，其中磁場梯度在整個過程中為恒定者;
圖1B為一框圖，說明按照本發(fā)明又一實(shí)施例進(jìn)行井孔擴(kuò)散系數(shù)測定用的設(shè)備，其中磁場梯度是脈沖的;
圖2A和2B分別表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所使用的射頻脈沖與反射信號，以及磁場梯度時序;
圖3A和3B分別表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所使用的射頻脈沖與反射信號，以及磁場梯度時序。
現(xiàn)在參照圖1A，一般化地說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行核磁共振井孔擴(kuò)散系數(shù)測定所用的設(shè)備。該設(shè)備包括第一部分6，為了分析處于區(qū)域9內(nèi)的井孔附近材料的性質(zhì)，將這部分下降安排在具有縱軸8的井孔7內(nèi)。所說的區(qū)域9是指井孔的周圍，而且一般是呈圓柱體狀外形。
第一部分6最好包括一個普通的圓柱體形永久磁鐵10，磁鐵截面最好為圓形且順著其縱軸11安置;磁鐵的縱軸11最好與井孔的縱軸8共軸。按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例，可使用多個永久磁鐵10。通過詳細(xì)說明，這一個或者多個永久磁鐵10將一起考慮并且就稱之為永久磁鐵10，而且它們的共同縱軸被視為縱軸11。
第一部分6還包括一個或多個線圈繞組16，它們最好被排布于永久磁鐵的表面上，使得各個線圈的繞線處在一個平面內(nèi)，該平面基本上平行于永久磁鐵的磁化軸12與縱軸11所成的平面。具體地說，線圈繞組16的軸13基本上與井孔的縱軸8及永久磁鐵的磁化軸12都正交。
永久磁鐵10和線圈繞組16最好被置于非導(dǎo)電、非鐵磁的保護(hù)罩18內(nèi)。該罩及它里面的東西下文將稱之為探頭19。
線圈繞組16與發(fā)送機(jī)/接收機(jī)(T/R)匹配電路20一起確定一個發(fā)送機(jī)/接收機(jī)(T/R)電路。T/R匹配電路20典型地包括一個諧振電容器、一個T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)和既能發(fā)送又能接收的匹配網(wǎng)路，而且它與一個射頻功率放大器24和一個接收機(jī)前置放大器26相聯(lián)接。
上面所述的所有這些部件，通常容納于一個罩子28中，罩子28穿過井孔。另一種情況下，上面的一些部件不容納于罩子28中而被置于地上。
方框30所表示的是控制電路，用于聯(lián)接各裝置。這些裝置包括計(jì)算機(jī)32，它向脈沖程序設(shè)計(jì)器34提供控制輸出，后者接收來自可變頻率射頻源36的射頻輸出。脈沖程序設(shè)計(jì)器34控制可變頻率射頻源36以及射頻激發(fā)器38的工作，激發(fā)器38接收來自可變頻率射頻源36的輸入并向射頻功率放大器24輸出。
將射頻接收機(jī)前置放大器26的輸出加給射頻接收機(jī)40，接收機(jī)40則接收來自移相器44的輸入。移相器44接收來自可變頻率射頻源36的輸入。射頻接收機(jī)40經(jīng)過帶緩沖寄存裝置46的A/D轉(zhuǎn)換器輸出給計(jì)算機(jī)32，以提供所需的聯(lián)機(jī)輸出數(shù)據(jù)，供進(jìn)一步使用和分析。
上面方塊30中所描述的全部或部分部件最好配置于井下;在另外的情況中，這樣的部件可配置在地上的罩子內(nèi)。
現(xiàn)在參看圖1B，它一般地說明根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行核磁共振井孔擴(kuò)散系數(shù)測定的裝置。該裝置包括第一部分106，為了分析井孔附近材料的性質(zhì)，將這部分下降安排在井孔107中。
第一部分106包括一個磁鐵或多個磁鐵108，它在所研究的容積109內(nèi)產(chǎn)生一個最好是基本均勻的恒磁場。第一部分106還包括射頻天線線圈116，它在所研究的容積109內(nèi)產(chǎn)生一個射頻磁場，基本上垂直于所說的恒磁場。
一個或多個磁場梯度線圈110在所研究的容積109處產(chǎn)生磁場梯度。對磁場的這個附加貢獻(xiàn)最好具有與基本上均勻的磁場共線的場方向，并具有基本上均勻的磁場梯度，可以通過變換流過線圈110的直流電流而通/斷，也可以不通過變換上述電流而通/斷之。
也可以將磁鐵108、天線116和梯度線圈110構(gòu)成的部分106稱做探頭。
與發(fā)送機(jī)/接收機(jī)(T/R)匹配電路120連在一起的天線典型地包括一個諧振電容器，一個T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)和既能發(fā)送又能接收的匹配網(wǎng)路，而且與射頻功率放大器124和接收機(jī)前置放大器126相聯(lián)接。
電源129提供產(chǎn)生磁場梯度的線圈110所需的直流電流。
上面所描述的所有這些部件通常被包容在穿過井孔的罩子128內(nèi)。另外一種情況下，上面的一些部件可被置于地上。
方框130所表示的是控制電路，用以聯(lián)接各裝置。它通常與上面對照圖1A實(shí)施例有關(guān)的方框30所描述的相同，只是多加了一個脈沖程序設(shè)計(jì)裝置146。
脈沖程序設(shè)計(jì)裝置146控制梯度線圈的電源129，使其能夠或者不能流過電流，并由此依據(jù)計(jì)算機(jī)32的指令產(chǎn)生磁場梯度。
上面描述的被置于地上的罩子里的全部或部分部件可換成置于地下。
現(xiàn)在參看圖2A和2B，它們分別表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所使用的射頻脈沖與反射信號，以及磁場梯度時序。
本發(fā)明的這個實(shí)施例中存在以下操作步驟1.在井孔的給定區(qū)域施加一恒定磁場，使材料中的核自旋極化，這樣可使所研究的區(qū)域整體磁化。這個磁場以及由此產(chǎn)生的同一直線上的磁化確定一鉛直方向。
2.把一個磁場梯度加到所研究的區(qū)域，這個梯度場可以是也可以不是第一步的那個恒定磁場的一部分。
3.為了使起碼部分磁化是處在相對鉛直軸所確定的水平面上，將一個頻率、持續(xù)時間以及大小都事先選定的射頻場加到所研究的區(qū)域。
4.在時間間隔t內(nèi)，所研究區(qū)域內(nèi)材料的原子和分子可在一固定的磁梯度場內(nèi)擴(kuò)散。
5.將一重聚焦射頻脈沖加到所研究的區(qū)域。
6.重復(fù)第4步。
7.得到核磁共振自旋反射信號。
8.從所說的反射信號幅值得到擴(kuò)散系數(shù)D或其上限，或者得到自旋反射信號衰減T2或其下限。
9.以不同的t或不同的磁場梯度強(qiáng)度至少重復(fù)一次步驟1至7。
10.由全部或部分實(shí)驗(yàn)的反射信號幅值得出D和/或T2。
可以理解，為了得到一串足夠長的反射信號幅值，可連續(xù)多次重復(fù)步驟4至7，更有意義地在于由這串幅值可得到橫馳豫時間。
進(jìn)而可以理解，若D以及T2都不知，而且兩者均不被看做是主要的衰減比率，則步驟8就是不需要的了。如果D或者T2為已知，則步驟9和10便不需要。這種情況下，由一次實(shí)驗(yàn)便能得到所不知道的T2或者D。同樣，若已知D或者T2對于反射信號幅值的衰減占有顯著的主導(dǎo)地位，則也只需做一次實(shí)驗(yàn)。
為了統(tǒng)計(jì)地得出正確又有意義的結(jié)果而重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并累積這些測量的讀數(shù)的優(yōu)點(diǎn)也是受到重視的。
還應(yīng)看到，可將步驟5改為使用兩個或者多個脈沖以替代之，這些脈沖的聯(lián)合作用使核自旋得以重聚焦，并可在步驟7產(chǎn)生一得到促進(jìn)的反射信號，且在這些脈沖之間得到更多的擴(kuò)散時間。
現(xiàn)在參看圖3A和3B，它們分別表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例所使用的射頻脈沖及反射信號，以及磁場梯度時序。本發(fā)明的這個實(shí)施例中存在以下操作步驟1、如上例所描述的步驟1。
2、如上例所描述的步驟3。
3、施加一時間變換磁場梯度脈中，通過它可使所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散。典型的脈沖幅值、持續(xù)時間和頻率對于0.1-10ms來說是0.1-30G/cm。
4、如上例所描述的步驟5。
5、重復(fù)步驟3。
6、如上例所描述的步驟7。
7、由這些反射信號的幅值得到擴(kuò)散系數(shù)D或其上限，或者得到自旋反射信號衰減T2或其下限。
8、至少對下列變量之一取不同值重復(fù)步驟1至6第3步和第5步的磁場梯度強(qiáng)度;第3步和第5步的磁場梯度持續(xù)時間;第3、4、5及7步所占的時間。
9、由所得到的核磁共振數(shù)據(jù)導(dǎo)出擴(kuò)散系數(shù)和/或T2。
可以理解，為了得到一串足夠長的反射信號幅值，可連續(xù)多次重復(fù)步驟3至6，更有意義的事實(shí)在于由這串幅值可得到橫馳豫時間。
進(jìn)而可以理解，若D以及T2都不知，而且兩者無不被看做是主要的衰減比率，則步驟7就是不需要的了。如果D或者T2為已知，則步驟8和9便不需要。這種情況下，由一次實(shí)驗(yàn)便能得到所不知道的T2或者D。同樣，若已知D或者T2對于反射信號幅值的衰減占有顯著的主導(dǎo)地位，則也只需做一次實(shí)驗(yàn)。
進(jìn)而還能理解，可以采用除圖3B的矩形脈沖之外的磁場梯度的時間相關(guān)性。具體而言，當(dāng)斷開脈沖梯度時，梯度強(qiáng)度并不一定會遞減，也不一定是正弦形的，而可以采用其它的時間相關(guān)關(guān)系。
為了統(tǒng)計(jì)地得出正確又有意義的結(jié)果而重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并累積這些測量的讀數(shù)的優(yōu)點(diǎn)也是受到重視的。
還應(yīng)看到，步驟4可以變換成由使用兩個或者多個脈沖來代替之，這些脈沖的聯(lián)合作用是核自旋的重聚焦，同時產(chǎn)生得到促進(jìn)的反射信號，而且這些脈沖之間可以有更多的擴(kuò)散時間。
利用下列恒梯度情況下的方程可以求得擴(kuò)散系數(shù)D的誤差
或者在脈沖梯度情況下則是
其中A是在te→o時或者零時刻的信號大小。A可以為已知也可以是不知道的;
n是反射信號數(shù);
an是它的測量幅值;
te是實(shí)驗(yàn)者所使用的反射信號內(nèi)的間隔;
T2是在現(xiàn)場的物理、化學(xué)條件下液體的固有橫馳豫時間;實(shí)驗(yàn)之前，T2可以是已知的，也可以是不知道的;
D是在現(xiàn)場條件下液體的擴(kuò)散系數(shù)。實(shí)驗(yàn)之前，D可以是已知的，也可以是不知道的;
Γ是所研究的同位素的回轉(zhuǎn)磁比(對于氫而言為2π×4.26KH
/Gauss);
G是由實(shí)驗(yàn)裝置加在所研究的容積內(nèi)磁場梯度大小。G為已知;
δ是磁場梯度脈沖的持續(xù)時間;以及delta是兩個在反射信號之前的磁場梯度脈沖之間的時間。
有四種情況要討論1、所研究的容積內(nèi)液體的三個參數(shù)，A、T2和D當(dāng)中的兩個為已知的。這時，可由上面的方程推得第三個。例如，若A和T2為已知，且測得第一反射信號幅值a1，那么，對于恒定梯度而言D＝[-te/T2-ln(a1/A)]×12/(ΓG)2te3較多的反射信號，以及重復(fù)測試都能改善這個結(jié)果的統(tǒng)計(jì)正確性。
2、幅值A(chǔ)為已知，T2以及D均未知，只能力求得到一個D的上限和/或T2的下限。由上面所提到的方程，通過以零代替te/T2項(xiàng)即可得到D的上限;通過設(shè)D＝0則可得到T2的下限。這種值限在各種情況中都是非常有用的，例如根據(jù)D或T2來區(qū)分水與碳?xì)浠衔?，或者區(qū)分重油與輕油。
3、A為已知亦或未知無關(guān)緊要;已記下幾個反射信號并算出表觀衰減率。作為例子，對于恒定磁場梯度的情況，表觀橫馳豫時間是T(app)2＝〔1/T2+D(ΓGte)2/12〕-1由最為合適的測量反射信號幅值an的過程可推得其表達(dá)式為an＝Ae-nc這里c＝te/T2(app)是調(diào)整參數(shù)。
另外一種情況，用各個反射信號幅值中的一個，如a1去除各幅值，所得的比用下式的右方來表示an/a1＝exp[-(nte-te)/T(app)2]提公因子A，并由上面提及的有關(guān)T(app)2、T2以及D的方程得出D、T2或者它們的值限。繼而，設(shè)1/T2為零并求出D，則可得到D的上限;而設(shè)D為零，則可得到T2的下限。
另外一種情況中，同樣的實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次，改變參數(shù)te、G、delta或δ中的一個或多個，即可推得T2或D或者它們中某一個的值限。
4、如果D以及T2均為未知，而且上面提到的值限是不適當(dāng)?shù)慕浦?，則應(yīng)對兩次實(shí)驗(yàn)至少計(jì)算兩次表觀馳豫時間，兩次實(shí)驗(yàn)至少參數(shù)te、G、delta或δ當(dāng)中的一個不相同。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，梯度G還是場強(qiáng)的函數(shù)，因此就是諧振頻率的函數(shù)，諧振頻率不同的兩個或多個實(shí)驗(yàn)是足夠的。
根據(jù) R(app)2＝1/T(app)2以及R2＝1/T2重新寫出T(app)2、T2及D之間的關(guān)系雖然是不必要的，但卻是方便的。關(guān)于R2和D的方程是線性方程，例如對于固定梯度的實(shí)施例而言，有R(app)2＝R2+D(ΓGte2)/12兩次或多次有差別的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生一組(兩個或多個)關(guān)于T2與D的線性方程，它們具有不同的R(app)2值。由于這一組(兩個或多個)方程，就可以通過兩個線性方程的顯然解給出兩個未知量的值的辦法，或者利用對一組(三個或多個)實(shí)驗(yàn)最為合適的辦法(如最小二乘法)來推得T2和D。
可以理解，通過由單個激發(fā)的信號獲得所需要的全部數(shù)據(jù)，就能把幾個上面所描述的這類實(shí)驗(yàn)聯(lián)合成一個整個的實(shí)驗(yàn)。通過在一個單獨(dú)的順序過程中改變上面所提到的那些參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。做為一個說明性的例子就是，最初一批反射信號間隔一個固定的時間間隔，而接下去的一批就是另一個間隔，等等。
本領(lǐng)域的熟練人員會理解，本發(fā)明并不限于上面所特別說明和描述的內(nèi)容。只有通過下面各權(quán)利要求才能表示出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種井孔核磁共振測量方法，包括如下步驟在沿井孔的所需位置提供一磁場和一磁場梯度；在存在磁場梯度的情況下至少進(jìn)行一次核磁共振實(shí)驗(yàn)；起碼關(guān)于第一反射信號的衰減檢測擴(kuò)散效果；據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)。
2.一種按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)步驟乃包含至少進(jìn)行兩次核磁共振實(shí)驗(yàn)的步驟。
3.一種按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的磁場梯度在整個實(shí)驗(yàn)期間為恒定的。
4.一種按照權(quán)利要求2所述的方法，其中所說的磁場梯度在整個實(shí)驗(yàn)期間為恒定的。
5.一種按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的磁場梯度是變換的磁場梯度。
6.一種按照權(quán)利要求2所述的方法，其中所說的磁場梯度是變換的磁場梯度。
7.一種按照權(quán)利要求2所述的方法，其中所說的兩次核磁共振實(shí)驗(yàn)至少下列參數(shù)中的一種是不相同的(1).使分子擴(kuò)散的時間，(2).磁場梯度的量值，(3).施加磁場梯度的持續(xù)時間，(4).反射信號間隔，和(5).所加的射頻頻率。
8.一種按照權(quán)利要求1所述的方法，其中在給出的核磁共振實(shí)驗(yàn)期間，下述參數(shù)中的至少一種是變化的(1).使分子擴(kuò)散的時間，(2).磁場梯度的量值，(3).施加磁場梯度的持續(xù)時間，(4).反射信號間隔。
9.一種按照權(quán)利要求1所述的方法，它還包括利用擴(kuò)散系數(shù)D確定下列石油物理參量中至少一個參量的步驟水/碳?xì)浠衔锏膮^(qū)別;水及碳?xì)浠衔锏娘柡投?滲透性;孔隙尺寸及孔隙尺寸分布;石油的粘度;巖層形態(tài)因子F，它是由于巖層的折曲，電阻平均增量的量度;巖層的q-空間圖像。
10.一種按照權(quán)利要求2所述的方法，它還包括利用擴(kuò)散系數(shù)D確定下列石油物理參量中至少一個參量的步驟水/碳?xì)浠衔锏膮^(qū)別;水及碳?xì)浠衔锏娘柡投?滲透性;孔隙尺寸及孔隙尺寸分布;石油的粘度;巖層形態(tài)因子F，它是由于巖層的折曲，電阻平均增量的量度;巖層的q-空間圖像。
11.一種井孔核磁共振測量方法，包括如下步驟(1)、加一恒定磁場，使井孔給定區(qū)域處材料中的核自旋極化，從而使所研究的區(qū)域整體磁化;(2)、為了在以井孔平面為基準(zhǔn)所確定的水平面上至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻磁場;(3)、對所研究的區(qū)域加一固定的磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子能在一梯度場中擴(kuò)散;(4)、對所研究的區(qū)域加一重聚焦射頻脈沖;(5)、重復(fù)步驟(3);(6)、獲取核磁共振自旋反射信號;以及(7)、從反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D和/或自旋反射信號衰減T2。
12.一種按照權(quán)利要求11所述的方法，還包括為獲取多個反射信號并從中得出T2和/或D而重復(fù)的步驟(3)至(6)。
13.一種井孔核磁共振測量方法，包括如下步驟(1)、加一恒定磁場，使井孔給定區(qū)域處材料中的核自旋極化，從而使所研究的區(qū)域整體磁化;(2)、為了在以井孔平面為基準(zhǔn)所確定的水平面上至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻磁場;(3)、對所研究的區(qū)域加一時間變換的磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子能在一梯度場中擴(kuò)散;(4)、對所研究的區(qū)域加一重聚焦射頻脈沖;(5)、重復(fù)步驟(3);(6)、獲取核磁共振自旋反射信號;以及(7)、從反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D和/或自旋反射信號衰減T2。
14.一種按照權(quán)利要求13所述的方法，還包括為獲取多個反射信號并從中得出T2和/或D而重復(fù)的步驟(3)至(6)。
15.一種進(jìn)行井孔核磁共振測量用的設(shè)備，包括在沿井孔所需位置提供一磁場梯度的裝置;在存在磁場梯度的情況下至少進(jìn)行一次核磁共振實(shí)驗(yàn)的裝置;起碼關(guān)于第一反射信號的衰減檢測擴(kuò)散效果的裝置;據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)的裝置。
16.一種按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所說的進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)的裝置乃包括至少進(jìn)行兩次核磁共振實(shí)驗(yàn)的裝置。
17.一種按照權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所說的至少進(jìn)行兩次核磁共振實(shí)驗(yàn)的裝置包括在整個實(shí)驗(yàn)序列期間至少用來改變一個實(shí)驗(yàn)參量的裝置。
18.一種按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所說的磁場梯度在整個實(shí)驗(yàn)期間為恒定的。
19.一種按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所說的磁場梯度為變換的磁場梯度。
20.一種按照權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所說的兩次核磁共振實(shí)驗(yàn)至少下列參數(shù)中的一種是不相同的(1)使分子擴(kuò)散的時間，(2)磁場梯度的量值，(3)施加磁場梯度的持續(xù)時間，(4)反射信號間隔，和(5)所加的射頻頻率。
21.一種按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備，它還包括利用擴(kuò)散系數(shù)D確定下列石油物理參量中至少一個參量的裝置水/碳?xì)浠衔锏膮^(qū)別;水及碳?xì)浠衔锏娘柡投?滲透性;孔隙尺寸及孔隙尺寸分布;石油的粘度;巖層形態(tài)因子F，它是由于巖層的折曲，電阻平均增量的量度;巖層的q-空間圖像。
22.一種進(jìn)行井孔核磁共振測量用的設(shè)備，包括加一恒定磁場，使井孔給定區(qū)域處材料中的核自旋極化，從而使所研究的區(qū)域整體磁化的裝置;為了在以井孔平面為基準(zhǔn)所確定的水平面上至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻磁場的裝置;對所研究區(qū)域加一固定的磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子能擴(kuò)散的裝置;對所研究區(qū)域加一重聚焦射頻脈沖的裝置;再次對所研究區(qū)域加一固定磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;用來獲取核磁共振自旋反射信號的裝置;以及由反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D或自旋反射信號衰減T2的裝置。
23.一種進(jìn)行井孔核磁共振測量用的設(shè)備，包括加一恒定磁場，使井孔給定區(qū)域處材料中的核自旋極化，從而使所研究的區(qū)域整體磁化的裝置;為了在以井孔平面為基準(zhǔn)所確定的水平面上至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻磁場的裝置;對所研究的區(qū)域加一時間變換的磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;對所研究的區(qū)域加一重聚焦射頻脈沖的裝置;再次對所研究區(qū)域加一固定磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子擴(kuò)散的裝置;用來獲取核磁共振自旋反射信號的裝置;以及由反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D或自旋反射信號衰減T2的裝置。
24.一種進(jìn)行材料的核磁共振測量的方法，包括如下步驟由相對于材料外部相隔的磁鐵在材料中的所需位置提供一磁場梯度;在存在該磁場梯度的情況下，至少進(jìn)行一次核磁共振實(shí)驗(yàn)，這個實(shí)驗(yàn)至少產(chǎn)生第一反射信號;至少關(guān)于第一反射信號的衰減檢測擴(kuò)散效果;據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)。
25.一種進(jìn)行核磁共振測量的方法，包括如下步驟(1).加一恒定磁場，使該恒定磁場源以外的所研究的給定區(qū)域處材料中的核自旋極化，從而使所研究區(qū)域整體磁化;(2).為了在與該恒定磁場方向垂直的平面中至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻磁場;(3).對所研究的區(qū)域加一固定的磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子能在梯度場中擴(kuò)散;(4).對所研究的區(qū)域加一重聚焦射頻脈沖;(5).重復(fù)步驟(3);(6).獲取核磁共振自旋反射信號;以及(7).由反射信號的幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D和/或自旋反射信號衰減T2。
26.一種按照權(quán)利要求25所述的方法，還包括為獲取多個反射信號，并由反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D和/或自旋反射信號衰減T2而重復(fù)步驟(3)至(6)。
27.一種進(jìn)行核磁共振測量的方法，包括如下步驟(1).加一恒定磁場，使該恒定磁場源以外的所研究的給定區(qū)域處材料中的核自旋極化，從而使所研究區(qū)域整體磁化;(2).為了在與該恒定磁場方向垂直的平面中至少引起部分磁化，對所研究的區(qū)域加一個頻率、持續(xù)時間及大小均事先選定的射頻磁場;(3).對所研究的區(qū)域加一時間變換的磁場梯度，使所研究區(qū)域中材料的原子和分子能在梯度場中擴(kuò)散;(4).對所研究的區(qū)域加一重聚焦射頻脈沖;(5).重復(fù)步驟(3);(6).獲取核磁共振反射信號;以及(7).由反射信號的幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D和/或自旋反射信號衰減T2。
28.一種按照權(quán)利要求27所述的方法，還包括為獲取多個反射信號，并由反射信號幅值得出擴(kuò)散系數(shù)D和/或自旋反射信號衰減T2而重復(fù)步驟(3)至(6)。
29.一種進(jìn)行核磁共振測量用的設(shè)備，包括用來在材料中所需位置提供一磁場梯度的裝置，所說材料置于磁場梯度源外面;在存在磁場梯度情況下，至少進(jìn)行一次核磁共振實(shí)驗(yàn)的裝置，至少產(chǎn)生第一反射信號;至少對第一反射信號的衰減測試擴(kuò)散效果的裝置;以及據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)的裝置。
全文摘要
一種井孔核磁共振測量方法，包括如下步驟在沿井孔所需位置處提供一磁場和一磁場梯度；在存在磁場梯度的情況下，至少進(jìn)行一次核磁共振實(shí)驗(yàn)；至少對第一反射信號的衰減檢測擴(kuò)散效果；并據(jù)此確定擴(kuò)散系數(shù)。還描述一種實(shí)施該方法所用的設(shè)備。
文檔編號G01R33/44GK1063139SQ9111278
公開日1992年7月29日 申請日期1991年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月3日
發(fā)明者Z·帕蒂埃爾 申請人:紐馬公司