CN116026876A - 一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，所述方法包括以下步骤：核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据；对所述核磁共振数据进行数据处理，得到T₁‑T₂ ^*成像；对核磁共振数据进行解释并与有机质关联。进一步提出一种快速评价页岩有机质的装置。本申请能够快速评价页岩有机质分布及总体含量，可为不同场强不同配置下的核磁共振仪器提供快速成像，用来精密测量致密型页岩油气储层样品中的有机质含量和空间分布。本申请可快速无损分析得到致密页岩样品的T₁、T₂*数值及成像结果，进而可表征出样品的内部结构、微孔特性、饱含流体赋存状况等重要信息，在非常规油气藏复杂样品分析中有重要应用价值。

Description

一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法及装置

技术领域

本申请涉及核磁共振领域，具体涉及一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法及装置。

背景技术

核磁共振成像技术作为一种先进的无损探测手段，在医学、生物、能源、材料、农林、食品、安全监测、化工等多个领域均有着极为广泛的应用。以生物医学为例，由于不同类型组织液纵向弛豫时间的差异，核磁共振T₁成像技术可为生物组织原位探测病变机理提供最直接有效的证据，因此是一种常规的核磁共振加权成像方法。尽管如此，由于常规方法对纵向弛豫时间T₁的探测时间较长，通常需要组织中含氢质子自旋系统达到热平衡后才可进行下一步测量，因而采用T₁成像技术对被测样品的整体测量时间很长(例如中国专利CN112710688A)。同时，T₂*差异也在一定程度上可用于区分样品组分，识别流体种类及相态。

因此，提供一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，提高核磁共振成像技术的检测速度和效率，破解常规有机质含量测试周期长、精准度低等困境，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，以提高核磁共振成像技术的检测速度和效率。

第一方面，一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，所述方法包括以下步骤：

S1：核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)；

S2：对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行数据处理，得到T₁-T₂ ^*成像

S3：核磁共振数据解释与有机质关联。

进一步地，步骤S1包括以下步骤：

S1.1：在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化矢量M₀扳转至横向平面，得到横向平面磁化矢量；

S1.2：等待极短时间τ后，再在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加180°射频脉冲，将散相后的横向平面磁化矢量进行重聚；

S1.3：再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上；

S1.4：在GRD通道上向所述自旋系统施加一个恒定幅度的梯度脉冲，所述梯度脉冲用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；

S1.5：再在TRS通道上向所述自旋系统施加一小角度α射频脉冲，之后再在GRD通道上向所述自旋系统施加相位编码梯度脉冲，所述相位编码梯度脉冲的宽度为δ，幅度从-g_max到+g_max变化m步；

S1.6：所述相位编码梯度脉冲施加完毕后，再在TRS通道上向所述自旋系统施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID，所述自由感应衰减信号FID的记录点个数为S，记录点之间的时间间隔为ε；

S1.7：所述自由感应衰减信号FID采集完毕后，再在TRS通道上施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转；然后再在GRD通道上施加一个恒定幅度的梯度脉冲，以消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；

S1.8：重复步骤S1.5-S1.7N次，在ACQ通道中依次采集得到N个自由感应衰减信号FID，同时改变GRD通道上所述相位编码梯度脉冲的幅度m次，在ACQ通道上最终将采集得到m*N个自由感应衰减信号FID，每个所述自由感应衰减信号FID中包含S个数据点，最终得到一个数据大小为m*N*S的核磁共振数据M(k_z，NΔ，Sε)。

进一步地，所述核磁共振数据M(k_z，NΔ，Sε)的响应公式如下：

其中，k_z为波函数，N为步骤S1.5-S1.7的重复次数，△为步骤S1.8中相邻两个小角度α射频脉冲之间的时间间隔，S为自由感应衰减信号FID的记录点个数，ε为自由感应衰减信号FID记录点之间的时间间隔，

为T₁-T₂ ^*成像结果，K₁，K₂，K₃为三个核函数，z为方向矢量，T₁为纵向弛豫时间，

为横向弛豫时间；

波函数k_z和三个核函数K₁，K₂，K₃的具体形式为：

k_z＝γg_maxδ/mπ

K₁＝exp(i2πk_zz)

其中，γ为磁旋比，g_max为相位编码梯度脉冲的最高幅度，δ为相位编码梯度脉冲宽度，m为相位编码梯度脉冲的幅度改变步数，α为小角度射频脉冲的角度。

进一步地，步骤S2包括以下步骤：

S2.1：对所述核磁共振数据M(k_z，NΔ，Sε)进行Fourier变换，在成像维度上对数据进行解编，得到m个原始衰减数据M(NΔ，Sε)；

S2.2：对得到的空间任一位置处的原始衰减数据M(NΔ，Sε)进行数据拟合，得到该位置处的T₁-T₂ ^*分布；

S2.3：连续重复步骤S2.2m次，对空间每个位置的数据依次进行ILT数据处理，最终获得被测样品轴向上连续的(T₁-T₂ ^*)分布，得到最终的T₁-T₂ ^*成像

进一步地，步骤S2.2中的数据拟合包括单指数拟合、多指数拟合及InverseLaplace反演。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：

页岩样品有机质氢核的同核偶合及异核偶合作用与可动流体组分完全不同，使得有机质与可动流体的T₁/T₂ ^*比值不同，通过对每一层岩石切片内部的(T₁-T₂ ^*)分布中显示信号进行累加，获得该层的有机质和可动流体相对含量；

沿轴向方向连续识别并运算m个图谱中的有机质和可动流体含量，即可获得页岩的有机质含量剖面和可动流体剖面。

第二方面，一种快速评价页岩有机质的装置，所述装置主要包括以下模块：

数据采集模块，用于核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)；

数据处理模块，用于对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行数据处理，得到T₁-T₂ ^*成像

数据解释模块，用于核磁共振数据解释与有机质关联。

第三方面，一种电子设备，所述设备包括：

处理器；

存储器，所述存储器上存储有可执行指令，所述可执行指令由所述处理器执行，导致所述电子设备执行所述多维核磁共振方法的步骤。

第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述指令被执行时实现所述多维核磁共振方法的步骤。

基于以上技术方案，本申请实现了一下技术效果。

(一)本申请从量子力学角度出发，通过阐述基本理论，在脉冲序列的不同时间段内对相应的脉冲进行合理排布和优化，大大缩短核磁共振T₁成像技术的操作时间；同时在快速T₁编辑的片段中增加T₂*参量的探测，通过二维图谱中T₁/T₂*，定量识别页岩有机质和可动流体含量。该技术方案采集得到的数据与常规方法不尽相同，需要在实际数据处理过程中特殊注意。

(二)本申请提出了针对提出的快速核磁共振T₁-T₂*成像技术的数据处理方法及解释工作流程，提高核磁共振成像技术的检测速度和效率，同时有潜力解决常规有机质含量测试周期长、精准度低等问题，能够在非常规油气藏中进行实地应用。

(三)本申请提出一种新型的多维核磁共振技术，通过两个特征弛豫时间和成像编辑片段进行关联，即可对空间成像层位处的有机质含量进行有效获取。同时借助成像技术可完成对有机质含量的空间探测，因此是一种探测非常规致密油气藏样品行之有效的快速检测方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法所设计的核磁共振脉冲序列；

图2为本申请实施例所提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法数据处理流程图；

图3为本申请实施例所提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法探测岩石样品及结果示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法识别页岩空间某位置处有机质含量及可动流体含量图谱示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法识别页岩空间轴向方向有机质含量及可动流体含量剖面示意图；

图6是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

其中，TRS-脉冲发射通道；GRD-梯度脉冲发射通道；ACQ-信号接收通道；1-第一切片；2-第二切片；3-第三切片；600-电子设备；601-处理器；602-存储器；603-通信单元。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

首先对本申请中涉及的相关技术术语的定义及其物理意义做如下介绍。

静磁场B₀。静磁场由磁体提供，决定核磁共振信号的信噪比。被测样品置于静磁场中，自旋系统内发生能级分裂，沿着静磁场方向会产生一个宏观磁化矢量M₀。宏观磁化矢量M₀由静磁场强度B₀，温度等参数决定。磁体材料通常有永磁体和超导体两种。永磁体基本用于低场核磁共振测量；超导体通常用于医学成像和实验室内高场仪器化学谱分析中，需要使用液氦和液氮保持磁体温度恒定。

射频磁场B₁与脉冲。射频脉冲为电磁信号，通常由线圈产生。射频脉冲产生的磁场为射频磁场。射频磁场的方向与静磁场方向垂直，实现对在静磁场中形成的磁化矢量的扳转操作，扳转角度θ为：θ＝γB₁t_p。其中γ为磁旋比，B₁为射频磁场强度，t_p为射频脉冲的持续时间。因此可通过控制射频脉冲的幅值或持续时间达到改变扳转角的目的。核磁共振脉冲序列由不同数量和频率属性的射频脉冲按照设定时序组成。通过调整脉冲间时间间隔，脉冲角度及脉冲的频率选择性，实现对自旋系统的弛豫、扩散等测量。

磁场梯度与成像。脉冲磁场梯度由梯度线圈产生，通常在施加过程中考虑脉冲梯度线圈与射频线圈的涡流效应，注意屏蔽效果。通过空间磁场强度与梯度值之间的关系，可对被测样品进行相应的空间相位、频率和选层编码，实现不同维度上的空间成像。对于空间位置的某一方向，以z为例，通过在该方向上施加一幅度为g的梯度脉冲后，不同空间位置的质子拉莫(Larmor)频率为：

ω(z)＝γB₀+γgz

因此，采集得到的回波信号与空间所求的成像质子密度之间的相互关系为：

M(k)＝∫ε(z)e^i2πkzdz

ε(z)＝∫M(k)e^-i2πkzdk

其中，k为定义的波函数，与梯度脉冲的参数有关。当系统采用频率编码模式进行成像实验时，k＝γg_maxδ/2π；当采用相位编码时，k＝γg_maxδ/mπ。由上述公式可知，M(k)与ε(z)为傅里叶(Fourier)变换对。因此对采集得到的回波信号进行Fourier变换即可得到成像结果。通过配合使用频率梯度编码和相位梯度编码模式和方法，即可得到高维度下的核磁共振成像结果。

自由感应衰减信号FID。FID为核磁共振测量最常见的一种信号。首先对被测样品施加90°脉冲，将磁化矢量M₀扳转至垂直于静磁场方向的横向平面上。由于分子的扩散及静磁场的空间非均匀性等原因，磁化矢量M₀发生散相。这一段时间如果打开信号采集通道对信号进行采集，即可得到自由衰减信号。采集过程中，通过调整采集点数和采集点与点的时间间隔等参数，进而控制采集窗口的宽度。FID信号的衰减速率通过参数T₂*来表征，在核磁共振应用中主要有以下重要应用：(1)通过FID信号的持续时长完成磁场均匀度评估及匀场策略；(2)通过FID信号得到化学谱，用于评估各官能团组分及含量；(3)通过FID信号的衰减获得磁化系数差异，表征样品固体骨架的磁性特征；(4)通过FID信号衰减获得相态差异，表征组分的可动性和黏稠度。

弛豫。自旋系统从共振状态恢复至热平衡状态的过程。该过程在不同方向上由纵向弛豫时间T₁或横向弛豫时间T₂表征。T₁又称为自旋-晶格弛豫时间，反映自旋系统与外部环境的能量交换。T₂又称为自旋-自旋弛豫时间，反映自旋系统内部能量损耗。自旋系统弛豫过程可由Bloch方程进行描述。纵向弛豫时间T₁可采用饱和恢复脉冲序列进行测量。通过改变两个脉冲之间的时间间隔T_W，记录信号幅值，反映纵向磁化矢量在不同编辑时间下的演化过程：

以上方法所需时间较长。每一步T_W下都需要质子自旋系统等待较长时间并达到热平衡状态下才能进行下一步实验，因此采集过程极慢。

实施例一

本申请实施例提供了一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，所述方法包括以下步骤：

S1：核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)；

S2：对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行数据处理，得到T₁-T₂ ^*成像

S3：核磁共振数据解释与有机质关联。

其中，参阅图1所示的根据本申请实施例提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法所设计的核磁共振脉冲序列。所述步骤S1可以包括以下步骤。

S1.1：在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化矢量M₀扳转至横向平面，得到横向平面磁化矢量；

S1.2：等待极短时间τ后，再在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加180°射频脉冲，将散相后的横向平面磁化矢量进行重聚；

S1.3：再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上，扳转后的磁化矢量与静磁场方向一致；

S1.4：在GRD通道上向所述自旋系统施加一个恒定幅度的梯度脉冲，所述梯度脉冲用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；

S1.5：再在TRS通道上向所述自旋系统施加一小角度α射频脉冲，之后再在GRD通道上向所述自旋系统施加相位编码梯度脉冲，所述相位编码梯度脉冲宽度为δ，高度从-g_max到+g_max变化m步；

S1.6：所述相位编码梯度脉冲施加完毕后，再在TRS通道上向所述自旋系统重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID。实际中，需要对FID进行全波形记录，记录点个数为S，点与点的时间间隔为ε；

S1.7：在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转。之后，在GRD通道上再次施加一个恒定幅度的梯度脉冲，用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；

S1.8：从TRS通道上的第一个小角度α射频脉冲开始至GRD通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ。采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个FID信号。改变GRD梯度中的相位编码梯度幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个FID信号，每个FID信号中包含S个数据点。对采集到的所述回波串信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的快速核磁共振T₁-T₂*成像结果。

进一步地，所述极短时间τ的长度范围为10-30us，优选为射频脉冲宽度的1-3倍。

进一步地，所述恒定幅度的梯度脉冲的幅度范围为0.5-10mT/m，具体依据实际情况待定。

进一步地，所述小角度α的角度范围为3-10度，具体依据实际情况待定

本申请的成像技术基于一种快速T₁编辑的方法，采用的是小角度α射频脉冲串采集得到最终测量结果。通过施加这一串含有N个小角度射频脉冲的脉冲串，其被测样品本身自旋系统磁化矢量的分量可表述为：

其中，M^xy为横向平面磁化矢量，M^z为纵向磁化矢量，Δ为相邻两个小角度α射频脉冲之间的时间间隔，T₁为纵向弛豫时间，M₀为宏观磁化矢量，α为小角度射频脉冲的角度。

采用相关适应的射频脉冲相位循环并对采集信号幅度，可得到每一个小角度α射频脉冲下的磁化矢量为：

其中，M(NΔ)为每一个小角度α射频脉冲下的磁化矢量，M₀为宏观磁化矢量，α为小角度射频脉冲的角度，N为小角度α射频脉冲的个数，Δ为相邻两个小角度α射频脉冲之间的时间间隔，T₁为纵向弛豫时间。

相对于常规的T₁测量方法，由于对纵向磁化矢量只进行一次操作，因此上述方法能够在较短时间内完成T₁测量。

对于T₂ ^*测量，该参数可通过对获得的每个FID信号进行处理获得。其数学相关性可表述为：

其中，M(Sε)为Sε时间点下对应的磁化矢量，M₀为宏观磁化矢量，S为自由感应衰减信号FID的记录点个数，ε为自由感应衰减信号FID记录点之间的时间间隔，

为横向弛豫时间。

本申请中的致密页岩样品为致密孔隙材料，由于其可动流体和有机质中含氢组分所处的自旋系统环境不同，因此不同组分表现出的纵向弛豫时间T₁和横向弛豫时间T₂ ^*差异相对明显，因此本申请通过加权信息与成像技术结合，实现对被测样品宏观和微观的跨尺度观测。如果采用常规的T₁和T₂ ^*测量方法与成像结合，实际测量时间相较较长，不利于快速动态观测样品本身信息。因此在本申请中将快速纵向弛豫时间T₁测量、快速横向弛豫时间T₂ ^*测量方法与相关成像技术融合，在优化调整相关参数的步骤下，给出快速多维核磁共振T₁-T₂ ^*成像技术的可行方案。

根据测量被测样品纵向弛豫时间T₁、横向弛豫时间T₂ ^*和空间梯度编码的相互关系，本实施例设计如图1所示的快速核磁共振T₁-T₂ ^*成像脉冲序列，通过采集信号得到以下响应公式：

其中，k_z为波函数，N为小角度α射频脉冲的个数，Δ为相邻两个小角度α射频脉冲之间的时间间隔，S为自由感应衰减信号FID的记录点个数，ε为自由感应衰减信号FID记录点之间的时间间隔，

为T₁-T₂ ^*成像结果，K₁，K₂，K₃为三个核函数，z为方向矢量。

三个核函数K₁,K₂,K₃的具体形式为：

K₁＝exp(i2πk_zz)

其中，k_z为波函数，z为方向矢量，α为小角度射频脉冲的角度，N为小角度α射频脉冲的个数，Δ为相邻两个小角度α射频脉冲之间的时间间隔，T₁为纵向弛豫时间，S为自由感应衰减信号FID的记录点个数，ε为自由感应衰减信号FID记录点之间的时间间隔，

为横向弛豫时间。

对于本申请中如图1中所示的相位编码模式，k_z＝γg_maxδ/mπ，其中，δ为相位编码梯度脉冲宽度，g_max为相位编码梯度脉冲的最高幅度，m为相位编码梯度脉冲的幅度改变步数。

本申请通过改变梯度幅度步数m，T₁编辑中的小角度α射频脉冲个数N及每个FID信号中的采集点数S获取多维数据。采用后续数据反演步骤对所得数据进行处理，得到被测样品的T₁-T₂ ^*成像结果。

实施例二

本方法中涉及的空间维度和数据维度相对较多，因此在实际运算过程中需要进行针对性处理。在实施例一的基础上，本实施例参阅图2所示的根据本申请实施例提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法数据处理流程图。所述步骤S2可以包括以下步骤。

整理采集得到的核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)的维度，确定最终数据大小为m*N*S，其中m为相位编码步数，N为每步相位编码中采集的FID信号个数，S为每个FID信号中采集点数；

S2.1：对M(k_z,NΔ,Sε)数据首先进行Fourier变换，在成像维度上对数据进行解编，得到m个原始M(NΔ,Sε)衰减数据。Fourier变换为线性变换，为非病态问题，本实施例不予赘述。

S2.2：对得到的空间每个位置处的解编二维数据进行数据拟合，得到T₁-T₂ ^*分布。具体的数据拟合算法分为多种，包括单指数拟合、多指数拟合及Inverse Laplace反演，得到最终不同空间位置处的T₁-T₂ ^*分布。由于Inverse Laplace反演为病态问题，因此本处对Inverse Laplace变换进行简述。此处将引入正则化项对此数据矩阵进行反演。为了得到稳定准确的解F，通常采用Tikhonov正则化方法，引入平滑项来求解该问题：

其中，s是正则化因子，与采集数据的信噪比相关，||·||项代表矩阵的Frobenius范数。引入的正则化项决定求解结果的稳定性与准确性。正则化因子选取过大，尽管求解得到的分布越稳定，但是解的准确性越差，即所谓的过平滑；正则化因子选取过小，解的求取越准确，但是解的稳定性降低，出现的伪信号越多，即欠平滑。因此，综合考虑解的真实性和解的稳定性，使用合理的正则化因子，是该方法的重点。通过非负约束步骤可得特定正则化因子s下的每个空间层位的非负约束解F(T₁,T₂ ^*)。

S2.3：连续重复以上步骤m次，对空间每个点位的数据依次进行ILT数据处理，最终获得样品轴向上连续的(T₁-T₂ ^*)分布，得到最终的T₁-T₂ ^*成像

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例进一步提出核磁共振数据解释与有机质关联的具体步骤。

参阅图3所示的根据本申请实施例提供的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法探测岩石样品及结果示意图，其中，左图中三个条带分别为第一切片1、第二切片2和第三切片3，分别表示经过空间成像编辑的局部岩石切片位置，右图中的层1、层2、层3分别表示对应岩石切片内部的(T₁-T₂ ^*)分布。

进一步的，每一层岩石切片内部的(T₁-T₂ ^*)分布如图4所示。由于页岩样品有机质氢核的同核偶合及异核偶合作用与可动流体组分完全不同，最终该两组分的T₁/T₂ ^*比值不同，因此可用这一参数差异无损快速识别有机质组分。通过对图谱中显示信号进行累加，进而可获得该层位处的有机质和可动流体相对含量。

进一步连续的，沿轴向方向连续识别并运算m个图谱中的有机质和可动流体含量，即可获得页岩的有机质含量剖面和可动流体剖面，如图5所示。

常规方法探测页岩有机质需要对样品进行磨碎破坏，并对处理后的样品进行多次热解和酸洗，才能得到页岩有机质含量。因此常规方法工作效率低，探测精度差，同时仅能获得样品的体积有机质量，无法获得有机质的空间分布。本申请提出一种新型的多维核磁共振技术，通过两个特征弛豫时间和成像编辑片段进行关联，即可对空间成像层位处的有机质含量进行有效获取。同时借助成像技术可完成对有机质含量的空间探测，因此是一种探测非常规致密油气藏样品行之有效的快速检测方法。

实施例四

与实施例一到实施例三相对应，本申请还提供了一种快速评价页岩有机质的装置，所述装置主要包括以下模块：

数据采集模块，用于核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)；

数据处理模块，用于对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行数据处理，得到T₁-T₂ ^*成像

数据解释模块，用于核磁共振数据解释与有机质关联。

需要指出的是，本实施例涉及的具体内容可以参见上述方法实施例的描述，为了表述简洁，在此不再赘述。

参见图6，为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图6所示，该电子设备具体可以包括处理器601、存储器602及通信单元603。这些组件通过一条或多条总线进行通信，本领域技术人员可以理解，图中示出的电子设备结构并不构成对本申请实施例的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

其中，通信单元603，用于建立通信信道，从而使电子设备可以与其它设备进行通信。

处理器601，为电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器602内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，以执行电子设备的各种功能和/或处理数据。所述处理器可以由集成电路(integrated circuit，IC)组成，例如可以由单颗封装的IC所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装IC而组成。举例来说，处理器601可以仅包括中央处理器(centralprocessing unit，CPU)。在本申请实施方式中，CPU可以是单运算核心，也可以包括多运算核心。

存储器602，用于存储处理器601的执行指令，存储器602可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

当存储器602中的执行指令由处理器601执行时，使得电子设备600能够执行上述方法实施例中的部分或全部步骤。

与上述实施例相对应，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，其中，在程序运行时可控制计算机可读存储介质所在设备执行上述方法实施例中的部分或全部步骤。具体实现中，该计算机可读存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

与上述实施例相对应，本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含可执行指令，当可执行指令在计算机上执行时，使得计算机执行上述方法实施例中的部分或全部步骤。

本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，简称ROM)、随机存取存储器(random access memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)；

S2：对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行数据处理，得到T₁-T₂ ^*成像

S3：核磁共振数据解释与有机质关联。

2.根据权利要求1所述的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

S1.1：在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化矢量M₀扳转至横向平面，得到横向平面磁化矢量；

S1.2：等待极短时间τ后，再在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加180°射频脉冲，将散相后的横向平面磁化矢量进行重聚；

S1.3：再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上；

S1.4：在GRD通道上向所述自旋系统施加一个恒定幅度的梯度脉冲，所述梯度脉冲用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；

S1.5：再在TRS通道上向所述自旋系统施加一小角度α射频脉冲，之后再在GRD通道上向所述自旋系统施加相位编码梯度脉冲，所述相位编码梯度脉冲的宽度为δ，幅度从-g_max到+g_max变化m步；

S1.6：所述相位编码梯度脉冲施加完毕后，再在TRS通道上向所述自旋系统施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自由感应衰减信号FID，所述自由感应衰减信号FID的记录点个数为S，记录点之间的时间间隔为ε；

S1.7：所述自由感应衰减信号FID采集完毕后，再在TRS通道上施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转；然后再在GRD通道上施加一个恒定幅度的梯度脉冲，以消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；

S1.8：重复步骤S1.5-S1.7N次，在ACQ通道中依次采集得到N个自由感应衰减信号FID，同时改变GRD通道上所述相位编码梯度脉冲的幅度m次，在ACQ通道上最终将采集得到m*N个自由感应衰减信号FID，每个所述自由感应衰减信号FID中包含S个数据点，最终得到一个数据大小为m*N*S的核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)。

3.根据权利要求2所述的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，其特征在于，所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)的响应公式如下：

其中，k_z为波函数，N为步骤S1.5-S1.7的重复次数，Δ为步骤S1.8中相邻两个小角度α射频脉冲之间的时间间隔，S为自由感应衰减信号FID的记录点个数，ε为自由感应衰减信号FID记录点之间的时间间隔，

为T₁-T₂ ^*成像结果，K₁，K₂，K₃为三个核函数，z为方向矢量，T₁为纵向弛豫时间，

为横向弛豫时间；

波函数k_z和三个核函数K₁，K₂，K₃的具体形式为：

k_z＝γg_maxδ/mπ

K₁＝exp(i2πk_zz)

其中，γ为磁旋比，g_max为相位编码梯度脉冲的最高幅度，δ为相位编码梯度脉冲宽度，m为相位编码梯度脉冲的幅度改变步数，α为小角度射频脉冲的角度。

4.根据权利要求1所述的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S2.1：对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行Fourier变换，在成像维度上对数据进行解编，得到m个原始衰减数据M(NΔ,Sε)；

S2.2：对得到的空间任一位置处的原始衰减数据M(NΔ,Sε)进行数据拟合，得到该位置处的T₁-T₂ ^*分布；

S2.3：连续重复步骤S2.2m次，对空间每个位置的数据依次进行ILT数据处理，最终获得被测样品轴向上连续的(T₁-T₂ ^*)分布，得到最终的T₁-T₂ ^*成像

5.根据权利要求4所述的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，其特征在于，步骤S2.2中的数据拟合包括单指数拟合、多指数拟合及Inverse Laplace反演。

6.根据权利要求4所述的一种快速评价页岩有机质的多维核磁共振方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

页岩样品有机质氢核的同核偶合及异核偶合作用与可动流体组分完全不同，使得有机质与可动流体的T₁/T₂ ^*比值不同，通过对每一层岩石切片内部的(T₁-T₂ ^*)分布中显示信号进行累加，获得该层的有机质和可动流体相对含量；

沿轴向方向连续识别并运算m个图谱中的有机质和可动流体含量，即可获得页岩的有机质含量剖面和可动流体剖面。

7.一种快速评价页岩有机质的装置，其特征在于，所述装置主要包括以下模块：

数据采集模块，用于核磁共振脉冲序列设计及数据采集，得到核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)；

数据处理模块，用于对所述核磁共振数据M(k_z,NΔ,Sε)进行数据处理，得到T₁-T₂ ^*成像

数据解释模块，用于核磁共振数据解释与有机质关联。

8.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：

处理器；

存储器，所述存储器上存储有可执行指令，所述可执行指令由所述处理器执行，导致所述电子设备执行权利要求1至6中任意一项所述多维核磁共振方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，所述指令被执行时实现权利要求1至6中任意一项所述多维核磁共振方法的步骤。

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