拓扑优化在Halbach核磁共振磁体主动垫补中的应用

针对Halbach阵列核磁共振主磁体的匀场问题,提出用拓扑优化法对主磁体进行主动垫补的方法。在使用相对密度法描述优化空间材料特性、使用连续性方法推导出拓扑优化灵敏度的基础上,用最速下降法优化垫补磁块的空间位置。数值计算结果表明,本方法能达到匀场的目的。

基于核磁共振测井的页岩油产能分析及甜点评价

吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油水平井产能差异大,各井产水率区别明显,其主控因素尚不清楚,现有甜点分类标准无法满足该区页岩油精细开发的需要,基于核磁共振测井截止值的含油性及可动性解释难以精细识别页岩油甜点。以核磁共振测井和实验室核磁共振测试为基础,基于分频处理、分流体核磁共振测井孔隙结构表征、弹性能排油模拟等技术,精细表征页岩油层中不同类型流体分布;分别刻画油水赋存孔径,建立可动油量评价模型,对流体赋存、孔径分布、可动油量等进行定量表征;结合单井试油和生产数据,明确水平井产能控制因素。研究表明:大孔轻质组分占比、可动油孔隙度与水平井产能的相关性明显优于孔隙度、含油饱和度和核磁可动油孔隙度;水影响指数则反映地层水对页岩油流动的影响程度,该值越小,相同可动油孔隙度下水平井产能越高、含水率越低。以大孔轻质组分占比、水影响指数和可动油孔隙度为指标,将页岩油油层划分为3类,由Ⅰ类至Ⅲ类油层,日产油量快速减小,含水率明显升高,可作为芦草沟组页岩油甜点精细评价的依据。

随钻核磁共振仪器缩短回波间隔方法优化设计

核磁共振测井是一种直接探测储层孔隙流体性质的地球物理方法,随钻核磁共振技术是在钻井过程中实时获得油气藏评价参数的技术方法.面对复杂油气藏中随钻核磁共振测量问题,通过缩短脉冲序列的回波间隔,可以减少仪器测量时间,能够获得快速衰减的短弛豫组分,实现储层孔隙结构的精细表征.本文提出了一种多级能量泄放方法,能够逐级降低天线品质因数,缩短天线恢复的死区时间,在不改变回波采集信噪比的情况下,实现脉冲序列的短回波间隔采集系统设计,并在随钻核磁共振测井仪器实验样机上进行了测试验证.测试结果表明,仪器回波信号信噪比良好,振铃噪声与回波信号区分明显,测试结果与模拟仿真结果一致,能够实现短回波间隔数据采集,验证了方法的有效性和实用性.

基于低场核磁共振技术进行黄酒发酵进程监测及品牌的分析

该文对不同发酵阶段的黄酒样品进行低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)检测,比较了陈酿时间、酒精度和品牌对黄酒低场核磁弛豫特性的影响,最后对9个品牌黄酒的LF-NMR弛豫信息进行了主成分分析。结果表明,发酵后样品的单组分弛豫时间(T_(2W))显著缩短,而陈酿后黄酒的T_(2W)又相对延长。多组分弛豫图谱(T_(2))表明,对照组和浸米样品均只有1个峰。发酵后样品的T_(2)图谱均出现2个峰。从第一次发酵到煎酒期间,T_(21)和T_(22)不断缩短,而陈酿期间T_(21)和T_(22)相对延长。同一品牌及陈酿时间的黄酒,酒精度越大,体系的T_(2W),T_(21)和T_(22)越短;同一品牌及酒精度下,陈酿时间仅对T_(21)有一定影响。不同品牌黄酒因酿造工艺的区别而使弛豫分布有一定特点。主成分分析表明,不同酒精度、陈酿时间、品牌及种类的黄酒的弛豫特性的PCA分布及间距不同。说明应用LF-NMR技术可实现对不同工艺生产的黄酒的快速辨别。

基于不同维度低场核磁共振技术的大豆含油率检测与判别

大豆含油率的高低直接影响榨油与育种结果。为探究大豆含油率的最佳检测方法与构建含油率高低判别模型,该研究基于不同维度低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术,以国标法为对照,利用LF-NMR波谱和LF-NMR含油含水率软件检测大豆含油率;核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)结合深度学习,建立大豆含油率高低判别模型。引入低场二维核磁共振(low field two-dimensional nuclear magnetic resonance,LF-2D-NMR)技术,定性分析一维波谱中信号重叠无法区分组分的问题。试验结果表明,LF-NMR含油含水率软件能快速准确检测大豆含油率,T1-T2二维核磁图谱成功解决了自由水和油信号重叠问题。利用U-net++深度学习模型对MRI成像的矢状面、冠状面、横截面以及三面混合数据集进行训练,其中横截面评价指标与其他数据集相比更优,语义分割部分中平均交并比(mean intersection over union,mIoU)约0.9058,全局准确率0.9980,训练后的模型能够将MRI图像识别并分割,快速判别大豆含油率高低。试验证明,LF-NMR及MRI能够快速无损掌握大豆含油率信息,为大豆的高油育种提供了新思路和技术支持。

核磁共振谱仪升级改造实践与成效

核磁共振谱仪是有机化合物结构鉴定的通用表征设备.核磁共振谱仪的特点在于磁体稳定,而机柜和工作站等硬件随着时间推移逐步老化,导致故障频发,并且随着仪器软件和探头硬件的不断更新换代,原有仪器存在配置不齐、功能不全等问题.在教育部改善基本办学条件专项资金以及学校各部门的大力支持下,天津大学分析测试中心顺利完成核磁共振谱仪的升级改造,优化了资源配置,增加了仪器功能,并完善了基础设施.实践成效表明,仪器升级改造后促进了仪器的功能开发利用,提升了工作效率,进一步提高了开放共享水平.

二维核磁共振评价页岩流体饱和度实验仿真

二维核磁共振(2D NMR)T_(1)-T_(2)测量在页岩油勘探中具有重要优势,但其数据处理与解释过程复杂,涉及抽象的理论知识。设计了一套基于Matlab图形用户界面的2D NMR T_(1)-T_(2)谱储层流体识别与饱和度评价实验仿真。仿真系统包括地层T_(1)-T_(2)谱模型构建、回波数据正演、回波数据反演以及流体识别与饱和度评价模块。通过输入不同参数,模拟得到页岩地层的T_(1)-T_(2)谱模型、回波数据、T_(1)-T_(2)谱反演结果以及页岩储层流体识别与饱和度评价结果。实验以直观、实用的方式向学生展示了基于2D NMR T_(1)-T_(2)谱的页岩储层流体识别与饱和度评价过程,增强学生对NMR数据处理与解释方法的理解,提高NMR教学效果。

页岩核磁共振横向弛豫时间与孔径分布量化关系及应用

核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔径分布的关键参数——表面弛豫率。7块页岩样品的表面弛豫率为1.52~3.06 nm/ms,平均值为2.53 nm/ms。由表面弛豫率计算的孔径分布结果与低温氮吸附的NLDFT模型计算结果相似度高,证实了页岩表面弛豫率确定方法和取值的合理性。利用上述方法确定了济阳坳陷典型页岩薄层的孔径分布,结合储层物性和地球化学分析结果,认为页岩中泥质薄层主要起到生-储作用,而纤维状方解石薄层、粉晶方解石薄层和长英质薄层则可以作为储-渗通道。在研究页岩油微观富集、流动机制及评价页岩油“甜点”时,需细化分析不同薄层的孔径分布特征及其生-储-渗作用。

核磁共振测井对致密砂岩储层进行有效性表征及分级预测

以鄂尔多斯盆地安塞地区三叠系致密砂岩油层为例,利用两个截止值将岩石孔隙空间划分为小尺寸孔隙、中等尺寸孔隙和大尺寸孔隙3部分,分别计算了小尺寸中等尺寸和大尺寸孔隙占整个岩石孔隙尺寸的百分比。结合核磁孔隙度、核磁共振T_(2)几何均值,构建了反映致密砂岩储层孔隙结构差异的有效性指数,利用其直观定量表征目标储层的有效性。分析了储层有效性指数与米采液指数之间的对应关系,利用其将目标储层划分为3类。

基于低场核磁共振的预包装即食牛肉保质期预测模型研究

目的:开展预包装即食牛肉保质期快速、准确和无损的预测方法研究,对于保障产品货架期安全具有重要意义。方法:以预包装即食牛肉为分析对象,采集样品低场核磁H质子的T2弛豫时间,建立即食牛肉水分含量定量分析模型,结合样品感官接受性等建立预包装即食牛肉保质期预测模型。结果:预包装即食牛肉低场核磁谱图横向弛豫时间可较好地反映出随着贮存时间的延长航天即食牛肉的品质变化。建立了即食牛肉含水量预测模型,模型的预测误差小于4%;建模集相关系数(r)为0.9405,校正标准差(RMSECV)为34.5,相对分析误差(RPD)为3.1,对10个分别贮存一定时间但未参与建模的样本分别进行距离货架期终点的预测,预测结果与实测值的的相关性达0.99,预测结果的误差范围为0.7%~9.9%,RMSEP为13.6,预测模型的精确度满足货架期预测的精度要求。结论:低场核磁共振技术在预包装即食牛肉产品保质期预测方面具有应用潜力。

高倍数水驱砂岩中原油黏度、岩心润湿性时变规律核磁共振实验

根据模拟原油黏度与横向弛豫时间谱几何平均值的变化关系,建立了模拟原油黏度预测模型,并结合高倍数水驱核磁共振(NMR)实验实现了孔隙介质中模拟原油黏度的时变规律定量表征;基于核磁共振弛豫理论推导出新的NMR润湿性指数计算公式,结合砂岩岩心高倍数水驱实验,定量表征了水驱过程岩石润湿性的时变规律。研究表明:岩心中剩余油黏度与过水倍数正相关,过水倍数较低时剩余油黏度升高速度较快,过水倍数较高时剩余油黏度升高速度趋缓。剩余油黏度的变化与储层非均质性相关,储层均质性越强,剩余油中重质组分含量越高,黏度越高。注水后储层润湿性将发生改变,亲油储层向亲水储层转变,亲水储层则亲水性更强,且改变程度随过水倍数增加而增强。原油黏度的时变性与润湿性的时变性具有很高的关联性,原油的黏度变化不可忽略,考虑模拟原油黏度变化时计算得到NMR润湿性指数与测试Amott(自吸法)润湿性指数更具有一致性,更加符合储层润湿性时变规律。

基于差分结构的地面核磁共振数据噪声压制技术

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)技术是一种可直接定性定量探测地下水的非侵害式地球物理方法,已广泛应用于资源勘探、地质灾害预警和环境检测等方面。但在实际应用中,复杂的环境噪声导致微弱的SNMR信号常常被淹没,很难获取有效的SNMR信号。针对这一问题,本文提出了一种基于差分结构的SNMR数据噪声压制技术,采用两个接收线圈等距设置在发射线圈上下位置。这种分布可以实时抵消大部分环境噪声以及消除收发线圈耦合影响。理论建模和仿真结果验证了新方法能够有效压制噪声,并可靠获取到早期自由感应衰减(free induction decay,FID)信号。

基于核磁共振技术储层物性变化规律

冀东油田经多年的注水开发已经进入特高含水阶段,出现注水压力增大,开发效果差等问题。针对此问题,利用目标岩心分析了黏土矿物含量和粒度分布,结合二维核磁共振技术开展高倍数水洗实验,研究储层物性变化规律及原因。实验结果表明:岩心8-2、岩心16-1分别定义为含中砂质细砂岩、含粉砂中砂质细砂岩,其黏土矿物含量分别为2.41%、2.57%;随着注水倍数的增加,核磁孔隙度表现为先降低后上升的变化规律;随着注水倍数的增加,渗透率(水)波动式变化,前期降低幅度较大,后期出现短暂的上升后持续降低;注水过程中损害主要发生在中、大孔隙且岩心8-2的损害程度要大于岩心16-1;岩心核磁二维谱中自由水的信号变化规律与核磁T_(2)谱中中、大孔隙信号强度变化规律一致。研究认为:注水过程中受到水的冲刷作用,微粒以及胶结物中的黏土矿物容易脱落运移至孔隙喉道处发生堵塞,对孔隙喉道产生一定损害导致渗透率(水)降低,所以注水井出现注水困难和注水压力增大等问题,从而影响油田的开发效果。

基于总体最小二乘-旋转不变算法的地表核磁共振信号参数估计

在地表核磁共振(SNMR)找水系统中,根据SNMR信号的参数能够预估地下含水层的储水量、导电性以及孔隙结构等信息。然而在实际应用中探测现场采集的SNMR信号十分微弱,易受到环境噪声干扰,导致无法直接获取SNMR信号的参数。针对这一问题,该文提出基于总体最小二乘-旋转不变法(TLS-ESPRIT)的地表核磁共振信号参数估计方法。基于谐波噪声与SNMR信号的相似信号特征构成一个由多个正弦衰减信号叠加的混合信号模型,使用TLS-ESPRIT将混合信号参数提取问题转换为旋转不变矩阵的广义特征值求解,从而获得SNMR信号的拉莫尔频率和弛豫时间,并结合最小二乘法求得其初始振幅和相位。仿真信号和实测信号实验结果表明此方法能够估计出混有随机噪声和工频谐波噪声的SNMR信号的参数,相比传统的谐波建模方法,在参数提取精度上效果更好。

艾司氯胺酮用于患儿核磁共振成像检查的安全性及可行性

目的探讨艾司氯胺酮在患儿核磁共振成像检查(magnetic resonance imaging,MRI)中的应用价值。方法选择2022年1月—2023年5月烟台市烟台山医院和山东中医药大学附属医院收治的90例行MRI检查患儿为研究对象,随机分为Ⅰ组(采用丙泊酚)、Ⅱ组(采用右美托咪定)和Ⅲ组(采用艾司氯胺酮),各30例。比较3组镇静起效时间、MRI检查时间、苏醒时间及检查过程中发生的并发症。结果Ⅱ组镇静起效时间为(7.73±0.83)min,明显长于Ⅰ组(3.47±0.63)min和Ⅲ组(3.50±0.51)min(P<0.05)。Ⅲ组MRI检查时间明显短于Ⅰ组和Ⅱ组(P<0.05)。Ⅱ组苏醒时间明显长于Ⅰ组和Ⅲ组(P<0.05)。所有患儿均无严重并发症发生。结论艾司氯胺酮可安全用于患儿MRI,起效快、苏醒快,值得临床进一步研究。

基于核磁共振动态截止值理论的致密砂砾岩储层渗透率评价方法

准噶尔盆地南缘深层清水河组致密砂砾岩储层为该区的重要勘探领域,渗透率是评价致密砂砾岩储层的关键参数。为提高此类储层渗透率计算精度,基于核磁共振实验,分析致密砂砾岩岩心饱和水及离心核磁共振横向弛豫时间(T_(2))谱,明确致密砂砾岩孔隙中流体的赋存形态及渗流规律,提出常规核磁共振渗透率计算方法的不足,并且提出核磁共振动态截止值的概念。基于核磁共振动态截止值,将储层孔隙空间划分为3类:自由流体孔、毛细管半束缚孔、完全束缚孔;分析了渗透率与不同孔隙类型之间的相关关系:致密砂砾岩储层渗透率与自由流体孔孔隙度、核磁总孔隙度、毛细管半束缚孔的T_(2)几何平均值呈正相关关系,与完全束缚孔流体饱和度呈负相关关系。构建基于不同孔隙类型渗透率模型,计算渗透率与岩心实验渗透率之间的相对误差小于9.0%。该方法提高了致密砂砾岩储层渗透率的计算精度,且在准噶尔盆地南缘深层清水河组致密砂砾岩储层评价中具有广泛的应用前景。

核磁共振技术在致密岩心孔隙量化表征中的应用

为了实现致密岩心的孔隙量化表征,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术,利用T2弛豫时间和孔隙半径(r)的正比关系可测致密岩心的孔隙度、渗透率和孔径分布,利用核磁共振T2截止值可区分孔隙中的自由流体和束缚流体。从核磁共振表征岩心孔隙的原理出发,分析了核磁共振T2谱与岩心孔隙度、渗透率、孔径分布、孔隙内可动流体的关系。根据上述原理,通过实例验证了核磁共振技术在致密岩心孔隙度和渗透率量化表征中的准确性和适用性。实验岩心的T2截止值和孔径分布测试表明:1号岩心T2截止值为21.85 ms,2号岩心的T2截止值为40.11 ms;1号岩心小孔隙分量大,2号岩心孔隙分布较均匀。截止值的计算结果表明地区经验法得出的T2截止值不完全适用于该区域的致密岩心,有必要建立区域性的截止值变化范围图版。

压裂液辅助二氧化碳吞吐提高页岩油采收率核磁共振实验

为获取可实现连续补能的页岩油吞吐开发方式,以吉木萨尔页岩油储层为研究对象,借助低频核磁共振岩心分析仪和完成了压裂液辅助CO_(2)吞吐补能一体化模拟实验。分析岩样在多介质吞吐与驱替组合的开发过程中孔喉流体动用特征和采收率变化特征,评价压裂液辅助CO_(2)吞吐提高采收率效果,提出页岩油补能吞吐开发新方式。实验结果表明,CO_(2)吞吐,岩样采收率随吞吐周期快速下降,仅动用中大孔中原油,产油量主要源于前2个周期,最终采收率在30%~40%之间;压裂液辅助CO_(2)吞吐并采用CO_(2)注入端生产,原油主要产自中大孔,且产油量源于前3个周期,最终采收率在30%~40%之间;压裂液辅助CO_(2)吞吐并采用压裂液注入端生产,全部孔隙中原油均得到动用,最终采收率在70%~80%之间,剩余油分布均匀,表现出最好的开发效果。研究可为矿场吞吐补能提高页岩油采收率实践提供一定的理论基础。

基于核磁共振谱图分段技术的流体性质识别方法研究

核磁共振录井近些年应用效果显著,可实现对现场岩石物性的快速分析,评价孔隙结构,定量分析含油气饱和度、可动流体饱和度、束缚流体饱和度等重要参数,但在流体性质识别方面,由于受T2截止值,以及可动流体、束缚流体饱和度及孔径分布等重要参数计算误差的影响,制约了核磁共振录井技术的进一步发展。通过引入核磁共振谱图分段技术(按照横向弛豫时间分段)对核磁谱图进行处理,依据重构的信号重新计算求取含油饱和度,并优选1~10 ms段含油饱和度与孔隙度建立二维解释图板,后期资料应用取得了较好的应用效果,解释符合率由75.6%提高到81.6%,提高了核磁共振录井解释评价精度,可满足现场快速识别流体性质的需要。

基于核磁共振代谢组学特征构建脓毒症患者短期死亡风险的预测模型及效能

目的 探讨基于核磁共振代谢组学特征构建脓毒症患者短期死亡风险的预测模型的效果。方法 选择2020年1月~2022年12月我院ICU收治的60例脓毒症患者作为训练集。以治疗后28 d时患者存活情况为分组标准,将所有患者分为存活组及死亡组。收集患者一般资料、实验室检查资料,在患者入组时搜集血清样本进行质子核磁共振特异性代谢标志物分析,通过LASSO回归筛选出排名前4的产物构建脓毒症患者短期死亡风险预测模型。最后纳入2023年1~12月于我院ICU治疗的脓毒症患者49例作为测试集对模型的预测效果进行验证。结果 死亡组患者APACHE Ⅱ评分高于存活组,差异具有统计学意义(P<0.05)。多元统计分析方法显示原始模型的预测能力大于任何1次随机排列Y变量的预测能力,证明模型有效。无监督主成分分析得分散点图共解释了57%的变量(PC1=50%,PC2=7%),脓毒症患者经PCPA造模后血清中内源性代谢物发生了显著变化。OPLS-DA图示模型拟合效果好,不存在特异点,两组的分布区域完全分开。载荷矩阵图显示L-天门冬氨酸、吲哚乙酸、丙氨酸等水平升高,异亮氨酸、亮氨酸等水平下降。提取OPLS-DA模型中VIP值最大的前50个变量进行非参数检验,最后得到34个有统计学意义的变量(P<0.05),共有19个与脓毒症死亡最有可能相关的特征代谢物。死亡组患者血清苯丙氨酸、肌酸、乙酰乙酸、谷氨酸、蛋氨酸、尿素、乳酸及氧化三甲胺显著高于存活组(P<0.05)。使用LASSO筛选出的4个高相关的代谢产物,并建立的列线图模型脓毒症患者短期死亡风险的C-index分别为0.993(95%CI:0.931~0.999)。列线图模型预测训练集的脓毒症患者短期死亡风险(AUC=0.993,95%CI:0.978~1.000,P<0.001)具有一定价值;将列线图模型预测测试集的脓毒症患者短期死亡风险(AUC=0.934,95%CI:0.863~1.000,P<0.001)具有一定的使用价值。模型对训练集预测的准确率分别为96.66%,敏感度分别为94.11%,特异度分别为97.60%。模型对验证集预测的准确率分别为90.62%,敏感度分别为88.23%,特异度分别为91.48%。结论 基于血清核磁共振代谢组学特征构建脓毒症患者短期死亡风险的预测模型对于脓毒症患者28 d死亡风险具有较好的预测价值。