本发明公开了一种岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法，该方法首先构造待测岩石的（T2,G）等效分布模型，然后根据人工调节规律自动变化t0、NE1并计算对应的回波串幅度，结合最优化T2-G采集参数的回波串幅度约束条件确定适合待测岩石的采集参数t0、NE1。本发明原创性地设计出一种替代t0、NE1人工调节的T2-G实验采集参数自动匹配方法，实现了保证T2-G实验测量精度、降低实验操作难度、提高实验检测效率的目标。
1.岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法，其特征在于包括以下步骤：(1)构造待测岩石T2-G等效模型
由待测岩石在长、短回波间隔CPMG序列下测量的T2谱计算T2gS、T2gS为待测岩石在短回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
为待测岩石内部磁场梯度的平均值，单位T/m； 的计算公式见式(1)；
T2gL—待测岩石在长回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
T2gS—待测岩石在短回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
γ—氢核的旋磁比，常数，2.675×108rad·s-1·T-1；
D—待测岩石中孔隙流体的扩散系数，25℃时，等于2.5×10-9m2/s；
TEL—长回波间隔CPMG序列的回波间隔大小，单位ms；
TES—短回波间隔CPMG序列的回波间隔大小，单位ms；
以 为中心构造二维正态分布模型f(T2j,Gp)，并使f(T2j,Gp)满足归一化条件：式(2)中：
T2j—待测岩石中相同孔隙大小对应的横向弛豫时间分量，在[0.01ms，10000ms]间对数等间距分布，j＝1、2、3…64，单位ms；
Gp—待测岩石中内部磁场梯度分量，在[0.001T/m，1000T/m]间对数等间距分布，p＝1、
f(T2j,Gp)—横向弛豫时间分量为T2j，内部磁场梯度分量为Gp对应的归一化孔隙度分量，j＝1、2、3…64，p＝1、2、3…64，无量纲；
第二个窗口采集的回波串幅度计算模型为：式(3)中：
bik—第一个窗口的持续时间为t0、回波个数为NE1k时，第二个窗口中第i个回波的幅度，无量纲；
T2j—待测岩石中相同孔隙大小对应的横向弛豫时间分量，在[0.01ms，10000ms]间对数等间距分布，j＝1、2、3…64，单位ms；
Gp—待测岩石中内部磁场梯度分量，在[0.001T/m，1000T/m]间对数等间距分布，p＝1、
f(T2j,Gp)—横向弛豫时间分量为T2j，内部磁场梯度分量为Gp对应的归一化孔隙度分量，j＝1、2、3…64，p＝1、2、3…64，无量纲；
ti—bik对应第二个窗口的采样时间，ti＝i×TE，i＝1、2、3…NE，单位ms；TE代表第二个窗口的回波间隔，单位ms；NE代表第二个窗口的回波个数；
NE1k—第一个窗口的回波个数，k＝1、2、3、4、5；
γ—氢核的旋磁比，常数，2.675×108rad·s-1·T-1；
D—待测岩石中孔隙流体的扩散系数，25℃时，等于2.5×10-9m2/s；
X—待测岩石构造的T2-G等效模型f(T2j,Gp)；
(3)待测岩石T2-G实验采集t0、NE1自动匹配第一步：按以下步骤自动搜索并匹配适合待测岩石T2-G实验的t0的大小a)t0赋初值；
b)NE1min＝1、NE1max＝10t0，代入公式(4)计算对应的回波幅度b1min、b1max；
c)若满足b1min≤0.1b1max或t0≥T2gS，停止搜索t0，t0的当前值就是待测岩石T2‐G实验的最佳值；否则t0自动加0.1ms并返回步骤b)继续搜索，直至满足条件；
第二步：在确定t0的大小后，按以下步骤自动搜索并匹配适合待测岩石T2-G实验的参数NE1的组合a)NE1的组合个数为5，并且NE11＝1、NE15＝10t0，代入公式(4)计算对应的回波幅度b11、b15，Δb＝b15-b11，赋值NE12＝NE11+1；
b)计算NE12对应的回波幅度b12，Δb12＝b12-b11；
c)若满足Δb/8≤Δb12≤Δb/3，则停止搜索NE12；否则NE12＝NE12+1，并返回步骤b)继续搜索NE12，直至满足条件；
d)在NE12匹配结束后，赋值NE13＝NE12+1；
e)计算NE13对应的回波幅度b13，Δb13＝b13-b12；
f)若满足Δb/8≤Δb13≤Δb/3，则停止搜索NE13；否则NE13＝NE13+1，并返回步骤e)继续搜索NE13，直至满足条件；
g)在NE13匹配结束后，赋值NE14＝NE13+1；
h)计算NE14对应的回波幅度b14，Δb14＝b14-b13；
i)若满足Δb/8≤Δb14≤Δb/3，则停止搜索NE14；否则NE14＝NE14+1，并返回步骤h)继续搜索NE14，直至满足条件；
j)NE1＝1、NE12、NE13、NE14、10t0就是适合待测岩石T2-G实验的采集参数；
2.根据权利要求1所述的岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法，其特征在于：步骤(1)中，长、短回波间隔CPMG序列的回波间隔大小分别为TEL＝2.4ms，TES＝0.1ms。
岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法
技术领域
[0001] 本发明属于石油勘探岩石物理实验检测领域，具体涉及一种实现油气储层岩石T2-G实验采集参数的自动匹配方法。
背景技术
[0002] 在岩石内部磁场梯度作用下，扩散弛豫将加速孔隙流体的横向弛豫衰减，对核磁共振横向弛豫时间测量产生不可忽视的作用，影响核磁共振测井解释评价的精度和流体识别效果。获取岩石内部磁场的大小及分布是消除或减小其对核磁共振测量影响的前提，但是内部磁场梯度的大小不仅与磁化率的差异、外加磁场强度、孔隙半径有关系，还与岩石骨架的颗粒形状﹑颗粒表面粗糙度以及孔隙网络的微观几何形态等因素有关，导致无法直接使用公式计算。为定量研究内部磁场梯度分布，国内外学者进行了系统研究。Bendel（1990）将岩石孔隙空间每个体积单元内的内部梯度近似看成常数，通过对孔隙空间的所有体积单元积分得到岩石内部磁场梯度，但是这种近似在扩散时间较长时无法满足。Zhang等（1998）、Shafer等（1999）利用长、短回波间隔测量的岩石横向弛豫时间T2计算内部磁场梯度大小，这种方法假设所有的孔隙对应相同的内部磁场梯度大小，因此该方法只能得到岩石内部磁场梯度的平均值，不能研究其分布特征和范围。在二维核磁共振概念提出后，Sun和Dunn（2002）设计出两个窗口的改良式CPMG序列，并提出(T2,G)二维核磁共振反演方法，实现了岩石内部磁场梯度分布的测量。基于常规CPMG序列，谢然红和肖立志（2009）利用不同回波间隔的回波串实现了(T2,G)二维分布的计算。相对于多回波间隔方法，改良式CPMG序列的独特设计实现了反演系数中两个耦合函数的分离，使单个反演系数矩阵的规模大大减小，无需压缩回波串数据，有效提高了反演速度，并且随着该序列在核磁共振岩石分析仪上的普及，改良式CPMG序列在岩石内部磁场梯度研究中的应用越来越广泛。
[0003] 实践发现，利用改良式CPMG序列进行岩石T2-G实验测量时，采集参数中t（0 第一个窗口的持续时间）和NE1（第一个窗口中回波个数的组合）选择不合适将导致反演谱中岩石内部磁场梯度的“拖尾”现象（从附图2（b）N-1号岩石未优化t0、NE1（t0=0.5ms）时对应的T2-G反演谱可明显看出），不能获取岩石内部磁场梯度的真实分布；为了保证实验测量效果，T2-G实验测量时需要人工调节t0和NE1，但是人工调节t0、NE1步骤繁琐费时，尤其是NE1的插值组合随机性强，对实验操作人员的水平要求很高，这些都不符合油田现场岩石实验的大批量、快速测试要求。
[0004] 综上所述，亟需一种能够根据岩石内部磁场梯度分布特征实现自动搜索和匹配最佳t0、NE1的方法和技术，在保证T2-G实验测量精度的前提下降低实验操作难度、提高实验检测效率。迄今为止，国内外还没有T2-G实验采集参数自动匹配的相关技术和成果见诸报道。
发明内容
[0005] 针对改良式CPMG序列T2-G实验过程中人工调节t0、NE1操作难度大、持续时间长等弊端，本发明设计出一种替代t0、NE1人工调节的T2-G实验采集参数自动匹配方法，该方法在保证T2-G实验测量精度的前提下降低了实验操作难度、提高了实验检测效率。
[0006] 本发明所采用的技术解决方案是：
[0007] 岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法，包括以下步骤：
[0008] （1）构造待测岩石（T2，G）等效模型
[0009] 由待测岩石在长、短回波间隔CPMG序列下测量的T2谱计算T2gS、
[0010] T2gS为待测岩石在短回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
[0011] 为待测岩石内部磁场梯度的平均值，单位T/m； 的计算公式见式（1）；
[0012]
[0013] 式（1）中：
[0014] —待测岩石内部磁场梯度的平均值，单位T/m；
[0015] T2gL—待测岩石在长回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
[0016] T2gS—待测岩石在短回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
[0017] γ—氢核的旋磁比，常数，2.675×108rad·s-1·T-1；
[0018] D—待测岩石中孔隙流体的扩散系数，25℃时，等于2.5×10-9m2/s；
[0019] TEL—长回波间隔CPMG序列的回波间隔大小，单位ms；
[0020] TES—短回波间隔CPMG序列的回波间隔大小，单位ms；
[0021] 以(T2gS， )为中心构造二维正态分布模型f(T2j,Gp)，并使f(T2j,Gp)满足归一化条件：
[0022]
[0023] 式（2）中：
[0024] T2j—待测岩石中相同孔隙大小对应的横向弛豫时间分量，在[0.01ms，10000ms]间对数等间距分布，j=1、2、3…64，单位ms；
[0025] Gp—待测岩石中内部磁场梯度分量，在[0.001T/m，1000T/m]间对数等间距分布，p=1、2、3…64，单位T/m；
[0026] f(T2j,Gp)—横向弛豫时间为T2j，内部磁场梯度分量为Gp对应的归一化孔隙度分量，j=1、2、3…64，p=1、2、3…64，无量纲；
[0027] （2）建立T2-G回波串计算模型
[0028] 第二个窗口采集的回波串幅度计算模型为：
[0029]
[0030] 式（3）中：
[0031] bik—第一个窗口的持续时间为t0、回波个数为NE1k时，第二个窗口中第i个回波的幅度，无量纲；
[0032] T2j—岩石中相同孔隙大小对应的横向弛豫时间分量，在[0.01ms，10000ms]间对数等间距分布，j=1、2、3…64，单位ms；
[0033] Gp—岩石中内部磁场梯度分量，在[0.001T/m，1000T/m]间对数等间距分布，p=1、2、3…64，单位T/m；
[0034] f(T2j,Gp)—横向弛豫时间为T2j，内部磁场梯度为Gp对应的归一化孔隙度分量，j=1、2、3…64，p=1、2、3…64，无量纲；
[0035] ti—bik对应第二个窗口的采样时间，ti=i×TE，i=1、2、3…NE，单位ms；TE代表第二个窗口的回波间隔，单位ms；NE代表第二个窗口的回波个数；
[0036] t0—第一个窗口的持续时间，单位ms；
[0037] NE1k—第一个窗口的回波个数，k=1、2、3、4、5；
[0038] γ—氢核的旋磁比，常数，2.675×108rad·s-1·T-1；
[0039] D—待测岩石中孔隙流体的扩散系数，25℃时，等于2.5×10-9m2/s；
[0040] 式(3)写成矩阵形式：
[0041] B＝KT·X·KG (4)
[0042] 式（4）中：
[0043] B—回波幅度bik对应的矩阵；
[0044] KT—核函数 对应的系数矩阵；
[0045] KG—核函数 对应的系数矩阵；
[0046] X—待测岩石构造的（T2,G）等效模型f(T2j,Gp)；
[0047] （3）待测岩石T2-G实验采集参数（t0、NE1）自动匹配
[0048] 第一步：按以下步骤自动搜索并匹配适合待测岩石T2-G实验的参数t0的大小[0049] a）t0赋初值；
[0050] b）NE1min=1、NE1max=10t0，代入公式（4）计算对应的回波幅度b1min、b1max；
[0051] c）若满足b1min≤0.1b1max或t0≥T2gS，停止搜索t0，t0的当前值就是待测岩石T2‐G实验的最佳值；否则t0自动加0.1ms并返回步骤b）继续搜索，直至满足条件；
[0052] 第二步：在确定t0的大小后，按以下步骤自动搜索并匹配适合待测岩石T2-G实验的参数NE1的组合
[0053] a）NE1的组合个数为5，并且NE11=1、NE15=10t0，代入公式（4）计算对应的回波幅度b11、b15，Δb=b15-b11，赋值NE12=NE11+1；
[0054] b）计算NE12对应的回波幅度b12，Δb12=b12-b11；
[0055] c）若满足Δb/8≤Δb12≤Δb/3，则停止搜索NE12；否则NE12=NE12+1，并返回步骤b）继续搜索NE12，直至满足条件；
[0056] d）在NE12匹配结束后，赋值NE13=NE12+1；
[0057] e）计算NE13对应的回波幅度b13，Δb13=b13-b12；
[0058] f）若满足Δb/8≤Δb13≤Δb/3，则停止搜索NE13；否则NE13=NE13+1，并返回步骤e）继续搜索NE13，直至满足条件；
[0059] g）在NE13匹配结束后，赋值NE14=NE13+1；
[0060] h）计算NE14对应的回波幅度b14，Δb14=b14-b13；
[0061] i）若满足Δb/8≤Δb14≤Δb/3，则停止搜索NE14；否则NE14=NE14+1，并返回步骤h）继续搜索NE14，直至满足条件；
[0062] j）NE1=1、NE12、NE13、NE14、10t0就是适合待测岩石T2-G实验的采集参数；
[0063] 上述步骤采用编程软件编程实现。
[0064] 上述步骤（1）中，长、短回波间隔CPMG序列的回波间隔大小分别为TEL=2.4ms，TES=0.1ms。
[0065] 本发明的有益技术效果是：
[0066] 本发明提供了一种岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法，该方法通过输入数据：待测岩石在长、短回波间隔下测量的T2谱及其回波间隔TEL、TES，即可自动匹配出T2-G实验采集参数t0、NE1。经验证，本发明设计的t0、NE1自动匹配方法满足岩石T2-G实验设计要求，实现了保证实验精度、降低实验操作难度、提高实验检测效率的设计目标。
附图说明
[0067] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
[0068] 图1为T2-G实验采用的两个窗口改良式CPMG序列示意图；
[0069] 图2为N-1号岩石未优化t0、NE1时对应的T2-G测量曲线及其反演谱，t0=0.5ms；
[0070] 图3为N-1号岩石人工调节t0、NE1至最佳值时对应的T2-G测量曲线及其反演谱，t0=6.7ms；
[0071] 图4为N-1号岩石长、短回波间隔的T2谱及构造的（T2,G）等效模型；
[0072] 图5为T2-G实验采集参数（t0、NE1）自动匹配流程图；
[0073] 图6为N-1号岩石自动匹配t0、NE1时对应的T2-G测量曲线及其反演谱，t0=6.4ms。
具体实施方式
[0074] 针对改良式CPMG序列T2-G实验过程中人工调节t0、NE1操作难度大、持续时间长等弊端，本发明原创性地设计出一种替代t0、NE1人工调节的T2-G实验采集参数自动匹配方法，实现了保证T2-G实验测量精度、降低实验操作难度、提高实验检测效率的目标。
[0075] 本发明设计的岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法的基本原理是：首先构造待测岩石的（T2,G）等效分布模型，然后根据人工调节规律自动变化t0、NE1并计算对应的回波串幅度，结合最优化T2-G采集参数的回波串幅度约束条件确定适合待测岩石的采集参数t0、NE1。
[0076] 结合附图，岩石T2-G实验采集参数自动匹配方法，包括以下步骤：
[0077] （1）构造待测岩石（T2，G）等效模型
[0078] 由图3中N-1号岩石的反演谱可知，岩石的T2谱、G谱分布上都存在明显的主峰，因此可构造（T2,G）二维正态分布模型作为待测岩石的（T2,G）等效模型。为保证构造模型和待测岩石真实（T2,G）分布的近似程度，由待测岩石在长、短回波间隔CPMG序列下测量的T2谱计算待测岩石的参数T2gS、
[0079] T2gS为待测岩石在短回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms。
[0080] 为待测岩石内部磁场梯度的平均值，单位T/m； 的计算公式见式（1）；
[0081]
[0082] 式（1）中：
[0083] —待测岩石内部磁场梯度的平均值，单位T/m；
[0084] T2gL—待测岩石在长回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
[0085] T2gS—待测岩石在短回波间隔CPMG序列测量的T2几何平均值，单位ms；
[0086] γ—氢核的旋磁比，常数，2.675×108rad·s-1·T-1；
[0087] D—待测岩石中孔隙流体的扩散系数，25℃时，等于2.5×10-9m2/s；
[0088] TEL—长回波间隔CPMG序列的回波间隔大小，单位ms；
[0089] TES—短回波间隔CPMG序列的回波间隔大小，单位ms。
[0090] 以(T2gS， )为中心构造二维正态分布等效模型f(T2j,Gp)，如图4所示，并使f(T2j,Gp)满足归一化条件：
[0091]
[0092] 式（2）中：
[0093] T2j—待测岩石中相同孔隙大小对应的横向弛豫时间分量，在[0.01ms，10000ms]间对数等间距分布，j=1、2、3…64，单位ms；
[0094] Gp—待测岩石中内部磁场梯度分量，在[0.001T/m，1000T/m]间对数等间距分布，p=1、2、3…64，单位T/m；
[0095] f(T2j,Gp)—横向弛豫时间为T2j，内部磁场梯度分量为Gp对应的归一化孔隙度分量，j=1、2、3…64，p=1、2、3…64，无量纲。
[0096] （2）建立T2-G回波串计算模型
[0097] 人工调节T2-G实验采集参数时是根据第二个窗口的回波幅度差优选t0、NE1的。建立T2-G回波串计算模型是实现t0、NE1自动匹配方法的必要条件。由多孔介质核磁共振弛豫理论，结合改良式CPMG序列的特点，第二个窗口采集的回波串幅度计算模型为：
[0098]
[0099] 式（3）中：
[0100] bik—第一个窗口的持续时间为t0、回波个数为NE1k时，第二个窗口中第i个回波的幅度，无量纲；
[0101] T2j—岩石中相同孔隙大小对应的横向弛豫时间分量，在[0.01ms，10000ms]间对数等间距分布，j=1、2、3…64，单位ms；
[0102] Gp—岩石中内部磁场梯度分量，在[0.001T/m，1000T/m]间对数等间距分布，p=1、2、3…64，单位T/m；
[0103] f(T2j,Gp)—横向弛豫时间为T2j，内部磁场梯度为Gp对应的归一化孔隙度分量，j=1、2、3…64，p=1、2、3…64，无量纲；
[0104] ti—bik对应的采样时间（第二个窗口），ti=i×TE，i=1、2、3…NE，单位ms；TE代表第二个窗口的回波间隔，单位ms；NE代表第二个窗口的回波个数；
[0105] t0—第一个窗口的持续时间，单位ms；
[0106] NE1k—第一个窗口的回波个数，k=1、2、3、4、5；
[0107] γ—氢核的旋磁比，常数，2.675×108rad·s-1·T-1；
[0108] D—待测岩石中孔隙流体的扩散系数，25℃时，等于2.5×10-9m2/s。
[0109] 式(3)写成矩阵形式：
[0110] B＝KT·X·KG (4)
[0111] 式（4）中：
[0112] B—回波幅度bik对应的矩阵；
[0113] KT—核函数 对应的系数矩阵；
[0114] KG—核函数 对应的系数矩阵；
[0115] X—待测岩石构造的（T2,G）等效模型f(T2j,Gp)。
[0116] （3）待测岩石T2-G实验采集参数（t0、NE1）自动匹配
[0117] 如图5所示，根据T2-G实验时人工调节参数t0、NE1的规律，结合核磁共振岩心分析仪器的性能参数，并在上述步骤（1）、（2）的基础上，提出待测岩石的T2-G实验采集参数（t0、NE1）自动匹配流程如下：
[0118] 第一步：构造待测岩石的（T2,G）等效模型f(T2j,Gp)
[0119] a）待测岩石测量长、短回波间隔CPMG序列时的T2谱（TEL=2.4ms，TES=0.1ms）；
[0120] b）计算待测岩石的参数T2gL、T2gS、
[0121] c）以(T2gS， )为中心构造二维正态分布模型f(T2j,Gp)。
[0122] 第二步：按以下步骤自动搜索并匹配适合待测岩石T2-G实验的参数t0的大小[0123] a）t0赋初值0.5ms；
[0124] b）NE1min=1、NE1max=10t0，代入公式（4）计算对应的回波幅度b1min、b1max；
[0125] c）若满足b1min≤0.1b1max或t0≥T2gS，停止搜索t0，t0的当前值就是待测岩石T2‐G实验的最佳值；否则t0自动加0.1ms并返回步骤b）继续搜索，直至满足条件。
[0126] 第三步：在确定t0的大小后，按以下步骤自动搜索并匹配适合待测岩石T2-G实验的参数NE1的组合
[0127] a）NE1的组合个数为5，并且NE11=1、NE15=10t0，代入公式（4）计算对应的回波幅度b11、b15，Δb=b15-b11，赋值NE12=NE11+1；
[0128] b）计算NE12对应的回波幅度b12，Δb12=b12-b11；
[0129] c）若满足Δb/8≤Δb12≤Δb/3，则停止搜索NE12；否则NE12=NE12+1，并返回步骤b）继续搜索NE12，直至满足条件；
[0130] d）在NE12匹配结束后，赋值NE13=NE12+1；
[0131] e）计算NE13对应的回波幅度b13，Δb13=b13-b12；
[0132] f）若满足Δb/8≤Δb13≤Δb/3，则停止搜索NE13；否则NE13=NE13+1，并返回步骤e）继续搜索NE13，直至满足条件；
[0133] g）在NE13匹配结束后，赋值NE14=NE13+1；
[0134] h）计算NE14对应的回波幅度b14，Δb14=b14-b13；
[0135] i）若满足Δb/8≤Δb14≤Δb/3，则停止搜索NE14；否则NE14=NE14+1，并返回步骤h）继续搜索NE14，直至满足条件；
[0136] j）NE1=1、NE12、NE13、NE14、10t0就是适合待测岩石T2-G实验的采集参数。
[0137] 将上述的T2-G实验采集参数（t0、NE1）自动匹配流程用C、C++、Fortran、Matlab等编程软件编成计算程序。程序的输入数据：待测岩石在长、短回波间隔下测量的T2谱及其回波间隔TEL、TES；程序的输出数据：T2-G实验优化采集参数t0、NE1。
[0138] 应用实例：
[0139] N-1号岩石利用t0、NE1自动匹配程序的计算结果：t0=6.4ms，NE1=1、3、8、17、64，使用这组参数进行N-1号岩石T2-G实验测量，实验结果见图6。对比图6（b）和图3（b），可看出t0、NE1自动匹配参数的反演谱与人工调节参数的反演谱分布形态和范围一致，说明本发明设计的t0、NE1自动匹配方法满足岩石T2-G实验设计要求，实现了保证实验精度、降低实验操作难度、提高实验检测效率的设计目标。
