岩石微裂缝损伤变量的核磁共振定量分析方法

摘要

岩石微裂缝损伤变量的核磁共振定量分析方法，先加工试样，将试样浸泡在蒸馏水中，然后进行核磁共振检测，通过对试样进行CPMG脉冲序列测试，得到自旋回波串衰减信号，对自旋回波串衰减信号进行反演，得到T₂谱的分布图、谱面积值；分析了弛豫时间T₂和孔隙尺寸r的对应关系，根据谱峰面积正比于微裂缝孔隙数量，本发明建立由核磁共振横向弛豫时间T₂谱表征的岩石损伤变量公式，为识别岩石材料的损伤提供了定量分析的方法。

主权项

岩石微裂缝损伤变量的核磁共振定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，按行业标准将试样加工成直径为25毫米、长为50毫米的圆柱体；将试样浸泡在蒸馏水中，分别在浸泡10min、30min、1h、2h、4h、6h、8h、1d、3d、5d不同时间后取出试样；对经过浸泡的试样进行核磁共振检测，通过对试样进行CPMG脉冲序列测试，得到自旋回波串衰减信号；利用核磁共振弛豫时间反演拟合软件对自旋回波串衰减信号进行反演，得到T₂谱的分布图、谱面积值和各峰所占比例值，利用MiniMR核磁共振成像软件得到同一试样不同浸泡时间的核磁共振成像；第二步，根据核磁共振原理,T₂弛豫由表面弛豫决定，表面驰豫与介质表面积有关，多孔介质孔隙表面积S与孔隙体积V之比为介质比表面，介质比表面越大，则驰豫越强，反之亦然，T₂表面表示为：式中ρ₂为T₂表面驰豫强度；(S/V)_孔隙为孔隙表面积S与孔隙体积V之比，继而得到T₂与孔径r的关系为：Fs称为几何形状因子，由上式可见孔隙内流体的弛豫时间和孔隙空间大小有关,孔隙越小,比面积越大,表面相互作用的影响越强烈,T₂时间也越短，弛豫时间T₂和孔径r是一一对应的，利用T₂分布来评价孔隙裂纹大小、分布；第三步，建立微裂纹密度分布函数n(r，t)，对理想微裂纹系统进行统计描述，n表示在t时刻时，单位体积内尺度在r～r+dr范围内的裂纹数n(r，t)dr，在损伤初期，略去裂纹间相关效应，成核过程和扩展过程决定了n的演化规律，考察孔径r所张成的一维相空间中相体元(r，r+Δr)内微裂纹数密度变化，${\int }_r^{r+\Delta r}n(r^{\prime },t){\mathrm{dr}}^{\prime }---\left(3\right)$第四步，设连续损伤D用微损伤数密度来表示：$D={\int }_h^{\infty }rn(t,r)dr---\left(4\right)$将第二步中的式(2)中的r代入上式(4)则得$D={\int }_{T_0}^{T_2}{F}_S{T}_{2}n(t,T){\mathrm{dT}}_2---\left(5\right)$第五步，对第一步反演得到的T₂谱面积进行分析，核磁共振横向弛豫时间T₂谱的积分面积正比于试样中所含流体的多少,T₂谱中X坐标表示弛豫时间T₂值大小，谱峰的位置与孔径大小有关，由此得到微损伤扩展前沿在Δt内新扩展的面积S≈∫F_Sn(t,T₂)dT₂      (6)第六步，根据(5)和(6)两式，建立以T₂谱表征的损伤变量为$D_T=\frac{S_{T_2}-S_{T_0}}{S_{T_2}}=1-\frac{S_{T_0}}{S_{T_2}}---\left(7\right)$S_T0由核磁共振测量初始损伤时的T₂谱积分面积，S_T2为经过水化浸泡后由核磁共振测量水化损伤的T₂谱积分面积。