本發(fā)明屬于油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，涉及天然氣水合物儲層性質(zhì)探測技術(shù)，具體地說，涉及了一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物是一種具有巨大潛力的能量資源，主要分布于陸地永久凍土帶和大陸架邊緣的海底沉積物中，具有分布廣、儲量大、能量密度高、清潔等特點(diǎn)。天然氣水合物儲層是一種特殊類型的儲層，需要針對天然氣水合物儲層的特性探索新的理論、技術(shù)和方法，以便更有效地對天然氣水合物儲層進(jìn)行定性識別、對水合物飽和度進(jìn)行定量評價(jià)。在天然氣水合物資源調(diào)查工作中，其主要的技術(shù)手段是通過地球物理及地球化學(xué)等勘探方法進(jìn)行勘探，其中，地球物理測井是對天然氣水合物儲層進(jìn)行定性和定量評價(jià)的重要手段，利用地球物理測井技術(shù)可以在原位高壓低溫環(huán)境下對儲層物理性質(zhì)進(jìn)行探測，數(shù)據(jù)可靠性較高，在確定水合物賦存位置、估算水合物資源量等方面具有不可替代的作用。

現(xiàn)今，對水合物飽和度的評價(jià)主要依靠傳統(tǒng)的電阻率測井儀器以及測井響應(yīng)的解釋結(jié)果。但是，考慮到水合物儲層物理性質(zhì)的特殊性和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的電阻率這一電學(xué)參數(shù)不能充分刻畫含水合物儲層的電學(xué)特性，導(dǎo)致測井響應(yīng)信息量不足，從而給測井響應(yīng)的解釋帶來難以克服的困難，如不確定度高、多解性等。復(fù)電阻率包括實(shí)部電阻率和虛部電阻率，不僅能夠全面綜合地刻畫被測介質(zhì)(即含水合物儲層)的電學(xué)性質(zhì)，而且初步研究也表明含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率與水合物飽和度密切相關(guān)。由此可見，復(fù)電阻率能夠提供大量的可供分析利用的電學(xué)特性信息，但存在以下急需解決的問題：(1)如何對復(fù)電阻率的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析處理，從而挖掘和利用這些電學(xué)特性信息來實(shí)現(xiàn)水合物儲層的定性和定量評價(jià)；(2)如何實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的分析和處理算法，從而快速高效地完成從電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)到水合物飽和度評價(jià)結(jié)果這一過程。目前尚未發(fā)現(xiàn)解決上述問題的公開報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，該方法能夠有效地對復(fù)電阻率測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而挖掘出全面刻畫含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)特性的有用信息，實(shí)現(xiàn)對水合物飽和度的定量評價(jià)，并快速高效地完成從電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)到水合物飽和度評價(jià)結(jié)果這一過程。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，含有以下步驟：

獲取水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)的溫度和氣體的壓力，并根據(jù)溫度和壓力通過水合物飽和度的計(jì)算公式計(jì)算得到不同分解階段的水合物飽和度；

獲取水合物分解過程中的不同測試頻率激勵(lì)信號作用下含水合物多孔介質(zhì)的阻抗，并根據(jù)電學(xué)傳感器的幾何尺寸及距離和含水合物多孔介質(zhì)的阻抗計(jì)算得到相應(yīng)的復(fù)電阻率，并進(jìn)一步獲得復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角；

根據(jù)阻抗繪制含水合物多孔介質(zhì)的阻抗譜Nyquist圖，由阻抗譜Nyquist圖得到與其相對應(yīng)的等效電路模型的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)水合物飽和度對等效電路模型參數(shù)取值的影響規(guī)律，擬合等效電路模型參數(shù)與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立復(fù)電阻率模型，所述復(fù)電阻率模型的輸出參數(shù)為水合物飽和度，輸入?yún)?shù)為復(fù)電阻率和測試頻率；

根據(jù)所述復(fù)電阻率模型、實(shí)際測量的電學(xué)傳感器幾何尺寸及距離和測試頻率，利用迭代法求解水合物飽和度。

作為本發(fā)明上述處理方法的優(yōu)選設(shè)計(jì)，根據(jù)溫度和壓力對所述水合物飽和度進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算公式表示為：

式中，S_h為含水合物多孔介質(zhì)的水合物飽和度；M_h為水合物摩爾質(zhì)量，單位：kg/mol；ρ_h為水合物的密度，單位：kg/m³；V_P為多孔介質(zhì)孔隙的體積，單位：m³；V_G為反應(yīng)釜內(nèi)氣體的體積，單位：m³；T₁為不含水合物時(shí)多孔介質(zhì)(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)的溫度，單位：K；T₂為水合物分解過程中的含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的溫度，單位：K；P₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；P₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；Z₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；Z₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；R為摩爾氣體常數(shù)，單位：J/(mol·K)。

作為本發(fā)明上述處理方法的優(yōu)選設(shè)計(jì)，所述阻抗譜Nyquist圖近似為一條與坐標(biāo)軸呈45度角的直線，其等效電路模型的基本結(jié)構(gòu)由具有ωR_WC_W＝1關(guān)系的一個(gè)電阻R_W和一個(gè)電容C_W串聯(lián)組成，電阻R_W和電容C_W分別與ω^-1/2呈線性關(guān)系，分別表示為：

R_W＝aω^-1/2+b (2)

C_W＝cω^-1/2+d (3)

式中，a、b、c、d為等效電路模型參數(shù)；

所述等效電路模型的表達(dá)式為：

式中，ρ為復(fù)電阻率；S為電學(xué)傳感器電極片的面積，單位：m²；L為電學(xué)傳感器電極片之間的距離，單位：m；ω為角頻率，單位：rad/s，ω＝2πf，f為測試頻率，單位：Hz；

進(jìn)一步表示為：

根據(jù)水合物飽和度對等效電路模型參數(shù)取值的影響規(guī)律，擬合等效電路模型參數(shù)a、b、c、d與水合物飽和度之間的關(guān)系，等效電路模型參數(shù)a、b、c、d分別與水合物飽和度之間的關(guān)系表示為：

b＝40.401S_h+30.732 R²＝0.9882 (7)

d＝0.00002 (9)

式中，R²為擬合度，即擬合曲線與用于擬合的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)程度；

進(jìn)而獲得含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立復(fù)電阻率模型，所述復(fù)電阻率模型表示為：

式中，S_h為含水合物多孔介質(zhì)的水合物飽和度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，含有以下步驟：

獲取水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)的溫度和氣體的壓力，并根據(jù)溫度和壓力通過水合物飽和度的計(jì)算公式計(jì)算得到不同分解階段的水合物飽和度；

獲取水合物分解過程中的不同測試頻率激勵(lì)信號作用下含水合物多孔介質(zhì)的阻抗，并根據(jù)電學(xué)傳感器的幾何尺寸及距離和含水合物多孔介質(zhì)的阻抗計(jì)算得到相應(yīng)的復(fù)電阻率，并進(jìn)一步獲得復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角；

分別在線性坐標(biāo)系和非線性坐標(biāo)系下，以測試頻率為坐標(biāo)軸橫軸，分別以復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角為坐標(biāo)軸縱軸，畫出復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散特性曲線，根據(jù)頻散特性曲線獲取不同測試頻率激勵(lì)信號作用下復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角四個(gè)參數(shù)的頻散特性曲線的特征參數(shù)；

在線性坐標(biāo)系下，以水合物飽和度為坐標(biāo)軸橫軸，以復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角頻散特性曲線的特征參數(shù)為坐標(biāo)軸縱軸，畫出復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散特性曲線的特征參數(shù)與水合物飽和度之間的關(guān)系圖，根據(jù)頻散特性曲線的特征參數(shù)與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立水合物飽和度計(jì)算模型，用于確定水合物飽和度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明又提供了一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，含有以下步驟：

獲取水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)的溫度和氣體的壓力，并根據(jù)溫度和壓力通過水合物飽和度的計(jì)算公式計(jì)算得到不同分解階段的水合物飽和度；

獲取水合物分解過程中的不同測試頻率激勵(lì)信號作用下含水合物多孔介質(zhì)的阻抗，并根據(jù)電學(xué)傳感器的幾何尺寸及距離和含水合物多孔介質(zhì)的阻抗計(jì)算得到相應(yīng)的復(fù)電阻率，并進(jìn)一步獲得復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角；

在線性坐標(biāo)系下，以水合物飽和度為坐標(biāo)軸橫軸，以復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散度為坐標(biāo)軸縱軸，畫出復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散度與水合物飽和度之間的關(guān)系圖，根據(jù)復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散度與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立水合物飽和度計(jì)算模型，用于確定水合物飽和度。

本發(fā)明還提供了一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法的軟件實(shí)現(xiàn)方法，含有以下步驟：

以Matlab為開發(fā)平臺，開發(fā)能夠?qū)?fù)電阻率模型進(jìn)行數(shù)值求解的代碼，利用Matlab的coder工具將復(fù)電阻率模型求解代碼轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的C++代碼；

以Visual Studio為開發(fā)平臺，通過創(chuàng)建工程、編寫源文件、設(shè)置工程屬性、編譯四個(gè)步驟將上述經(jīng)Matlab轉(zhuǎn)換后的用于對復(fù)電阻率模型進(jìn)行數(shù)值求解的C++代碼進(jìn)行處理，進(jìn)而生成動態(tài)鏈接庫(DLL，Dynamic Link Library)文件；

以LabVIEW為開發(fā)平臺，開發(fā)用于實(shí)現(xiàn)以下功能的子程序(即子VI)：阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與預(yù)處理、復(fù)電阻率計(jì)算、阻抗數(shù)據(jù)與復(fù)電阻率的實(shí)時(shí)顯示和保存，其中，預(yù)處理主要包括濾波和取平均，復(fù)電阻率計(jì)算包括計(jì)算復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角，阻抗數(shù)據(jù)與復(fù)電阻率數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存時(shí)，以文本或二進(jìn)制格式保存在硬盤；利用LabVIEW中的庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)直接調(diào)用上述用于對復(fù)電阻率模型進(jìn)行數(shù)值求解的DLL文件，并將復(fù)電阻率模型輸出的水合物飽和度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和保存；

利用LabVIEW的程序發(fā)布功能，先生成可執(zhí)行文件，再通過可執(zhí)行文件生成安裝程序，進(jìn)而安裝并應(yīng)用于計(jì)算機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明通過對含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，能夠全面獲取含水合物多孔介質(zhì)的電學(xué)特性，獲得復(fù)電阻率與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立復(fù)電阻率模型，實(shí)現(xiàn)對水合物飽和度的定量評價(jià)，并能夠快速高效地完成從電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)到水合物飽和度評價(jià)結(jié)果這一過程。

(2)通過本發(fā)明的處理方法，能夠全面獲取含水合物多孔介質(zhì)的電學(xué)特性，獲得電學(xué)特性與水合物飽和度之間的定量關(guān)系，即復(fù)電阻率各參數(shù)的頻散特性曲線的特征與飽和度之間的關(guān)系、復(fù)電阻率各參數(shù)頻散度與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的水合物飽和度計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)對水合物飽和度的定量評價(jià)，并能夠快速高效地完成從電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)到水合物飽和度評價(jià)結(jié)果這一過程。

(3)本發(fā)明所建立的復(fù)電阻率模型充分利用了含水合物多孔介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)，具體來講是同時(shí)利用了電阻率和介電常數(shù)，既有電阻特性又有電容特性，來對水合物飽和度進(jìn)行計(jì)算，使得模型物理意義更加明確，模型的準(zhǔn)確度更高，適用范圍更廣。

(4)本發(fā)明還提供一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法的軟件實(shí)現(xiàn)方法，采用跨平臺混合編程的方法，使得模型求解更加快速和準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例電學(xué)參數(shù)測試系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法軟件實(shí)現(xiàn)方法流程圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的阻抗譜Nyquist圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的等效電路模型圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的等效電路模型中電阻R_W和電容C_W分別與ω^-1/2之間的關(guān)系圖。

圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的等效電路模型參數(shù)a與水合物飽和度之間的關(guān)系圖。

圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的等效電路模型參數(shù)b與水合物飽和度之間的關(guān)系圖。

圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的等效電路模型參數(shù)c與水合物飽和度之間的關(guān)系圖。

圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例一中含水合物多孔介質(zhì)的等效電路模型參數(shù)d與水合物飽和度之間的關(guān)系圖。

圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例二中含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率各參數(shù)的頻散特性圖。

圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例二中雙對數(shù)坐標(biāo)系下在0.1Hz-10Hz測試頻率范圍內(nèi)含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率各參數(shù)的頻散特性圖。

圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例二中含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率各參數(shù)的頻散特性曲線斜率k的絕對值與水合物飽和度之間的關(guān)系圖。

圖14為本發(fā)明具體實(shí)施例三中甲烷水合物飽和度不同時(shí)復(fù)電阻率幅值的頻散度變化圖。

圖15為本發(fā)明具體實(shí)施例三中甲烷水合物飽和度不同時(shí)復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度變化圖。

圖中，1、反應(yīng)釜，2、低溫恒溫水槽，3、儲氣瓶，4、增壓泵，5、電學(xué)傳感器出線孔，6、阻抗分析儀，7、溫度傳感器出線孔，8、壓力傳感器出線孔，9、數(shù)據(jù)采集器，10、計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面，通過示例性的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步敘述的情況下，一個(gè)實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

以下以對含甲烷水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理為例進(jìn)行說明。通過電學(xué)參數(shù)測試系統(tǒng)對甲烷水合物分解過程中的反應(yīng)釜內(nèi)的壓力、溫度以及阻抗進(jìn)行測試，獲取相應(yīng)的壓力、溫度及阻抗測試數(shù)據(jù)。見圖1，所述電學(xué)參數(shù)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成包括：反應(yīng)釜，用于生成和分解甲烷水合物；與反應(yīng)釜連接的低溫恒溫水槽，為反應(yīng)釜提供恒定的低溫環(huán)境；儲氣瓶，為生成甲烷水合物提供所需的氣體；增壓泵，連接于儲氣瓶與反應(yīng)釜之間，對儲氣瓶內(nèi)的氣體進(jìn)行增壓處理，然后充入反應(yīng)釜內(nèi)，既能夠提供生成甲烷水合物所需的氣體又能夠提供高壓環(huán)境；設(shè)于反應(yīng)釜中的電學(xué)傳感器，用于測量含甲烷水合物多孔介質(zhì)的阻抗；與電學(xué)傳感器連接的阻抗分析儀，用于為電學(xué)傳感器提供激勵(lì)信號，使電學(xué)傳感器完成測量含甲烷水合物多孔介質(zhì)阻抗的功能，同時(shí)，阻抗分析儀將測量的阻抗傳送至計(jì)算機(jī)；設(shè)于反應(yīng)釜中的溫度傳感器，用于測量水合物分解或生成過程中的溫度；設(shè)于反應(yīng)釜中的壓力傳感器，用于測量水合物分解或生成過程中的壓力；數(shù)據(jù)采集器，用于采集測量的溫度和壓力，并將采集的溫度和壓力傳送至計(jì)算機(jī)。

參見圖1，所述的反應(yīng)釜為圓柱形，下部空間盛放質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％的氯化鈉水溶液飽和的天然海砂，上部空間充入高壓氣體，天然海砂的上表面與高壓氣體接觸且上表面水平。

上面所述電學(xué)傳感器包括相對地平行放置的兩個(gè)金屬電極片，兩個(gè)金屬片垂直海砂表面完全插入海砂中，兩個(gè)電極片的距離為7cm，電極片為正方形，邊長為5cm。

所述的低溫環(huán)境指溫度不高于5℃。

實(shí)施例一：參見圖2，一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，所述含水合物多孔介質(zhì)是由甲烷水合物、天然海砂和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％的氯化鈉水溶液組成的含甲烷水合物多孔介質(zhì)，假設(shè)甲烷水合物的化學(xué)式為CH₄·nH₂O，n為水合物指數(shù)，對n取值為5.89進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。為了便于描述，以下均稱含水合物多孔介質(zhì)，所述處理方法含有以下步驟：

步驟一：獲取水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)的溫度和氣體的壓力，并根據(jù)溫度和壓力通過水合物飽和度的計(jì)算公式計(jì)算得到不同分解階段的水合物飽和度；所述水合物飽和度的計(jì)算公式表示為：

式中，S_h為含水合物多孔介質(zhì)的水合物飽和度；M_h為水合物摩爾質(zhì)量，單位：kg/mol；ρ_h為水合物的密度，單位：kg/m³；V_P為多孔介質(zhì)孔隙的體積，單位：m³；V_G為反應(yīng)釜內(nèi)氣體的體積，單位：m³；T₁為不含水合物時(shí)多孔介質(zhì)(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)的溫度，單位：K；T₂為水合物分解過程中的含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的溫度，單位：K；P₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；P₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；Z₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；Z₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；R為摩爾氣體常數(shù)，單位：J/(mol·K)。

步驟二：獲取水合物分解過程中的不同測試頻率激勵(lì)信號作用下含水合物多孔介質(zhì)的阻抗，并根據(jù)電學(xué)傳感器的幾何尺寸及距離和含水合物多孔介質(zhì)的阻抗計(jì)算得到相應(yīng)的復(fù)電阻率，并進(jìn)一步獲得復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角；其中測試頻率在0.1Hz-1MHz范圍內(nèi)取值。

根據(jù)公式(2)計(jì)算復(fù)電阻率的幅值，公式(2)的表達(dá)式為：

式中，|ρ|為復(fù)電阻率幅值，單位：Ω·m；|Z|為阻抗幅值，單位：Ω；S為電極片的面積，單位：m²；L為電極片之間的距離，單位：m。

本實(shí)施例中，電極片之間的距離為7cm，電極片的面積為25cm²。

根據(jù)公式(3)計(jì)算復(fù)電阻率的實(shí)部和虛部，公式(3)的表達(dá)式為：

式中，ρ′為復(fù)電阻率的實(shí)部，單位：Ω·m；ρ″為復(fù)電阻率的虛部，單位：Ω·m；θ為相角。

步驟三：由于阻抗實(shí)部Z′和阻抗虛部Z″所構(gòu)成的阻抗譜Nyquist圖是常用的阻抗譜數(shù)據(jù)表示形式，根據(jù)阻抗譜Nyquist圖中的曲線可以得到與之對應(yīng)的等效電路模型基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)步驟二測量的阻抗繪制含水合物多孔介質(zhì)的阻抗譜Nyquist圖，由阻抗譜Nyquist圖得到與其相對應(yīng)的等效電路模型的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)水合物飽和度對等效電路模型參數(shù)取值的影響規(guī)律，擬合等效電路模型參數(shù)與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立復(fù)電阻率模型，所述復(fù)電阻率模型的輸出參數(shù)為水合物飽和度，輸入?yún)?shù)為復(fù)電阻率和測試頻率。

參見圖4，所述阻抗譜Nyquist圖為一條與坐標(biāo)軸呈45度角的直線，是甲烷水合物飽和度為30.51％時(shí)的阻抗譜Nyquist圖，參見圖5，其等效電路模型的基本結(jié)構(gòu)由具有ωR_WC_W＝1關(guān)系的一個(gè)電阻R_W和一個(gè)電容C_W串聯(lián)組成，并且電阻R_W和電容C_W與ω^-1/2呈線性關(guān)系，通過復(fù)電阻率的實(shí)部和虛部得到電阻R_W和電容C_W。參見圖6，電阻R_W和電容C_W與ω^-1/2的線性關(guān)系分別表示為：

R_W＝aω^-1/2+b (4)

C_W＝cω^-1/2+d (5)

式中，a、b、c、d為等效電路模型參數(shù)；

所述等效電路模型的表達(dá)式為：

式中，ρ為復(fù)電阻率；ω為角頻率，單位：rad/s，ω＝2πf，f為測試頻率，單位：Hz；

進(jìn)一步表示為：

根據(jù)水合物飽和度對等效電路模型參數(shù)取值的影響規(guī)律，擬合等效電路模型參數(shù)a、b、c、d與水合物飽和度之間的關(guān)系，參見圖7-10，其中，圖7為水合物飽和度與參數(shù)a之間的關(guān)系圖，圖8為水合物飽和度與參數(shù)b之間的關(guān)系圖，圖9為水合物飽和度與參數(shù)c之間的關(guān)系圖，由圖10可得，d近似取為0.00002。等效電路模型參數(shù)a、b、c、d分別與水合物飽和度之間的關(guān)系表示為：

b＝40.401S_h+30.732R²＝0.9882 (9)

d＝0.00002 (11)

式中，R²為擬合度，即擬合曲線與用于擬合的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)程度，其值越接近1表示擬合程度越高，擬合效果越好；

進(jìn)而獲得含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立復(fù)電阻率模型，所述復(fù)電阻率模型表示為：

式中，S_h為含水合物多孔介質(zhì)的水合物飽和度。

步驟四：根據(jù)所述復(fù)電阻率模型、實(shí)際測量的電學(xué)傳感器幾何尺寸及距離和測試頻率，利用迭代法求解水合物飽和度。

參見圖3，本發(fā)明上述數(shù)據(jù)處理方法軟件實(shí)現(xiàn)方法的步驟為：

步驟一：以Matlab 2012為開發(fā)平臺，開發(fā)能夠?qū)ι鲜鰪?fù)電阻率模型進(jìn)行數(shù)值求解的代碼，利用Matlab的coder工具將模型求解代碼轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的C++代碼?？紤]到公式(12)所示復(fù)電阻率模型的復(fù)雜性，即非線性復(fù)數(shù)方程，本實(shí)施例中應(yīng)用不動點(diǎn)迭代法或一般迭代法或牛頓迭代法，并編制Matlab代碼進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)，代碼保存為.m文件，將所需要的參數(shù)類型輸入，例如參數(shù)類型double表示雙精度，選擇需要生成C++語言形式的標(biāo)準(zhǔn)代碼，從而完成將Matlab代碼轉(zhuǎn)換為可移植的標(biāo)準(zhǔn)C++代碼。

步驟二：以Visual Studio 2010為開發(fā)平臺，通過創(chuàng)建工程、編寫源文件、設(shè)置工程屬性、編譯等四個(gè)步驟將上述經(jīng)Matlab轉(zhuǎn)換后的用于對復(fù)電阻率模型進(jìn)行數(shù)值求解的C++代碼進(jìn)行處理，進(jìn)而生成動態(tài)鏈接庫(DLL，Dynamic LinkLibrary)文件，文件名后綴為.dll。

步驟三：以LabVIEW 2012為開發(fā)平臺，開發(fā)用于實(shí)現(xiàn)以下功能的子程序(即子VI)：阻抗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與預(yù)處理、復(fù)電阻率計(jì)算、阻抗數(shù)據(jù)與復(fù)電阻率的實(shí)時(shí)顯示和保存，其中，預(yù)處理主要包括濾波和取平均，復(fù)電阻率計(jì)算包括計(jì)算復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角，阻抗數(shù)據(jù)與復(fù)電阻率數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存時(shí)，以文本或二進(jìn)制格式保存在硬盤；

利用LabVIEW中的庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)直接調(diào)用上述用于對復(fù)電阻率模型進(jìn)行數(shù)值求解的DLL文件，在LabVIEW中選擇調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)，并配置水合物飽和度計(jì)算過程中所需要的輸入?yún)?shù)，即電學(xué)傳感器幾何尺寸及距離、測試頻率、復(fù)電阻率以及各參數(shù)的數(shù)據(jù)類型(如double，即雙精度)，并將復(fù)電阻率模型輸出的水合物飽和度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和保存。

步驟四：利用LabVIEW的程序發(fā)布功能，先生成可執(zhí)行文件，再通過可執(zhí)行文件生成安裝程序，安裝并應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，無需安裝LabVIEW和Matlab。

生成可執(zhí)行文件的操作步驟如下：

首先在LabVIEW中新建一個(gè)工程項(xiàng)目，在項(xiàng)目中添加生成可執(zhí)行文件所需的材料，本實(shí)施例中這些材料主要包括：數(shù)據(jù)采集與處理軟件的LabVIEW程序、在水合物飽和度計(jì)算時(shí)需要調(diào)用的DLL文件以及Visual Studio 2010編譯程序默認(rèn)的庫文件msvcr120.dll；其中，所述的數(shù)據(jù)采集與處理軟件的LabVIEW程序?yàn)樯鲜霾襟E三中所述的子程序(即子VI，也就是.vi文件)

在程序生成規(guī)范中點(diǎn)擊右鍵，新建一個(gè)應(yīng)用程序.exe，在第一項(xiàng)信息中輸入自定義的應(yīng)用程序名稱，源文件中將數(shù)據(jù)采集與處理軟件的.vi文件放置在啟動vi里面，將其他的DLL文件放置在始終包括的位置上；

選擇應(yīng)用程序的圖標(biāo)、運(yùn)行時(shí)語言屬性，之后點(diǎn)擊生成即可得到所需的.exe文件，即可執(zhí)行文件。

生成安裝程序的操作步驟如下：

首先在上述工程中繼續(xù)新建，右鍵選擇程序生成規(guī)范，在安裝程序?qū)傩灾械脑次募糠?，將上述所生成?exe文件放置到右邊的目標(biāo)視圖中；在附加安裝程序中將LabVIEW的運(yùn)行引擎包含到安裝程序中，安裝類型選擇全部；之后點(diǎn)擊生成即可得到所需的安裝程序文件夾，文件夾中主要包括setup.exe文件、setup.ini文件、bin文件夾、license文件夾和supportfiles文件夾。

實(shí)施例二：一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，所述含水合物多孔介質(zhì)是由甲烷水合物、天然海砂和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％的氯化鈉水溶液組成的含甲烷水合物多孔介質(zhì)，假設(shè)甲烷水合物的化學(xué)式為CH₄·nH₂O，n為水合物指數(shù)，對n取值為5.89進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。為了便于描述，以下均稱含水合物多孔介質(zhì)，所述處理方法含有以下步驟：

步驟一：獲取水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)的溫度和氣體的壓力，并根據(jù)溫度和壓力通過水合物飽和度的計(jì)算公式計(jì)算得到不同分解階段的水合物飽和度；所述水合物飽和度的計(jì)算公式表示為：

式中，S_h為含水合物多孔介質(zhì)的水合物飽和度；M_h為水合物摩爾質(zhì)量，單位：kg/mol；ρ_h為水合物的密度，單位：kg/m³；V_P為多孔介質(zhì)孔隙的體積，單位：m³；V_G為反應(yīng)釜內(nèi)氣體的體積，單位：m³；T₁為不含水合物時(shí)多孔介質(zhì)(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)的溫度，單位：K；T₂為水合物分解過程中的含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的溫度，單位：K；P₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；P₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；Z₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；Z₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；R為摩爾氣體常數(shù)，單位：J/(mol·K)。

步驟二：獲取水合物分解過程中的不同測試頻率激勵(lì)信號作用下含水合物多孔介質(zhì)的阻抗，并根據(jù)電學(xué)傳感器的幾何尺寸及距離和含水合物多孔介質(zhì)的阻抗計(jì)算得到相應(yīng)的復(fù)電阻率，并進(jìn)一步獲得復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角；其中測試頻率在0.1Hz-1MHz范圍內(nèi)取值。

根據(jù)公式(2)計(jì)算復(fù)電阻率的幅值，公式(2)的表達(dá)式為：

式中，|ρ|為復(fù)電阻率幅值，單位：Ω·m；|Z|為阻抗幅值，單位：Ω；S為電極片的面積，單位：m²；L為電極片之間的距離，單位：m。

本實(shí)施例中，電極片之間的距離為7cm，電極片的面積為25cm²。

根據(jù)公式(3)計(jì)算復(fù)電阻率的實(shí)部和虛部，公式(3)的表達(dá)式為：

式中，ρ′為復(fù)電阻率的實(shí)部，單位：Ω·m；ρ″為復(fù)電阻率的虛部，單位：Ω·m；θ為相角。

步驟三：分別在線性坐標(biāo)系和非線性坐標(biāo)系下，以測試頻率為坐標(biāo)軸橫軸，分別以復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角四個(gè)參數(shù)為坐標(biāo)軸縱軸，畫出復(fù)電阻率實(shí)部、虛部絕對值、幅值和相角絕對值的頻散特性曲線，根據(jù)頻散特性曲線獲取不同測試頻率激勵(lì)信號作用下復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角四個(gè)參數(shù)的頻散特性曲線的特征參數(shù)；

參見圖11，圖11給出了甲烷水合物飽和度為30.51％時(shí)，復(fù)電阻率的幅值、相角絕對值、實(shí)部及虛部絕對值在測試頻率0.1Hz-1MHz范圍內(nèi)的頻散特性曲線。分析圖11中的曲線可以得到：隨著測試頻率的增大，復(fù)電阻率的幅值由29.04Ω·m減小至1.69Ω·m，實(shí)部由20.90Ω·m減小至1.68Ω·m，虛部絕對值由20.16Ω·m減小至0Ω·m后又增大至0.11Ω·m，測試頻率對復(fù)電阻率幅值、實(shí)部以及虛部的影響逐漸減小。在測試頻率0.1Hz-100Hz范圍內(nèi)復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部及虛部頻散現(xiàn)象更為明顯。隨著測試頻率的增加，復(fù)電阻率的相角絕對值先減小后增大，由43.96°減小至0.01°后又增大至4.15°。在測試頻率10Hz～100Hz范圍內(nèi)相角絕對值減小速度較快；在經(jīng)過一段緩慢減小的過程后，當(dāng)測試頻率接近200kHz時(shí)，復(fù)電阻率的相角絕對值有明顯增大的趨勢；復(fù)電阻率的虛部絕對值和相角絕對值頻散特性曲線的極值點(diǎn)為200kHz，可以認(rèn)為極值點(diǎn)是激電效應(yīng)與電磁感應(yīng)效應(yīng)的分界點(diǎn)，極值點(diǎn)之前(即頻率低于極值點(diǎn)頻率200kHz)激發(fā)極化效應(yīng)為主要影響因素，極值點(diǎn)之后(即頻率高于極值點(diǎn)頻率200kHz)電磁感應(yīng)效應(yīng)逐漸加強(qiáng)。

參見圖12，圖12給出了甲烷水合物飽和度為30.51％時(shí)，0.1Hz～10Hz測試頻率范圍內(nèi)雙對數(shù)坐標(biāo)系下復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角四個(gè)參數(shù)的頻散特性曲線。復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部和虛部絕對值與測試頻率成近似線性關(guān)系，表示為：

lgy＝klgx+b (13)

式中，y為復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部或虛部絕對值；x為測試頻率；k為頻散特性曲線的斜率，表示各參數(shù)頻散的顯著程度，頻散越顯著則k的絕對值越大；b為當(dāng)測試頻率x為1Hz時(shí)，復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部或虛部絕對值的對數(shù)值。

基于最小二乘原理進(jìn)行線性擬合，得到復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部、虛部絕對值與頻率之間擬合直線的斜率分別為k₁＝-0.4606(R²＝0.9997)、k₂＝-0.4276(R²＝0.9983)、k₃＝-0.5123(R²＝0.9992)。

步驟四：在線性坐標(biāo)系下，以水合物飽和度為坐標(biāo)軸橫軸，以復(fù)電阻率實(shí)部、虛部絕對值、幅值的頻散特性曲線的斜率為坐標(biāo)軸縱軸，畫出復(fù)電阻率實(shí)部、虛部絕對值、幅值的頻散特性曲線的斜率絕對值與水合物飽和度之間的關(guān)系圖，根據(jù)頻散特性曲線的斜率絕對值與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立水合物飽和度計(jì)算模型，用于確定水合物飽和度。

在不同甲烷水合物飽和度條件下求取復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部及虛部絕對值的頻散特性曲線斜率k，參見圖13，圖13給出了水合物飽和度與復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部及虛部絕對值頻散特性曲線雙對數(shù)坐標(biāo)系下的斜率k絕對值的關(guān)系。由圖13可以看出，隨甲烷水合物飽和度增大，復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部及虛部絕對值頻散特性曲線的斜率k的絕對值減小，復(fù)電阻率的幅值、實(shí)部及虛部絕對值的頻散程度逐漸減弱。在同一飽和度下，復(fù)電阻率虛部絕對值的頻散程度最強(qiáng)，復(fù)電阻率幅值次之，復(fù)電阻率實(shí)部最弱。對水合物飽和度與頻散特性曲線斜率k絕對值進(jìn)行擬合，得到水合物飽和度與斜率k絕對值之間的關(guān)系，建立水合物飽和度計(jì)算模型，從而用于確定水合物飽和度。

實(shí)施例三：一種含水合物多孔介質(zhì)電學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)處理方法，所述含水合物多孔介質(zhì)是由甲烷水合物、天然海砂和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％的氯化鈉水溶液組成的含甲烷水合物多孔介質(zhì)，假設(shè)甲烷水合物的化學(xué)式為CH₄·nH₂O，n為水合物指數(shù)，對n取值為5.89進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。為了便于描述，以下均稱含水合物多孔介質(zhì)，所述處理方法含有以下步驟：

步驟一：獲取水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)的溫度和氣體的壓力，并根據(jù)溫度和壓力通過水合物飽和度的計(jì)算公式計(jì)算得到不同分解階段的水合物飽和度；所述水合物飽和度的計(jì)算公式表示為：

式中，S_h為含水合物多孔介質(zhì)的水合物飽和度；M_h為水合物摩爾質(zhì)量，單位：kg/mol；ρ_h為水合物的密度，單位：kg/m³；V_P為多孔介質(zhì)孔隙的體積，單位：m³；V_G為反應(yīng)釜內(nèi)氣體的體積，單位：m³；T₁為不含水合物時(shí)多孔介質(zhì)(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)的溫度，單位：K；T₂為水合物分解過程中的含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的溫度，單位：K；P₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；P₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓力，單位：Pa；Z₁為多孔介質(zhì)中不含水合物(即多孔介質(zhì)中水合物還未開始生成或者已經(jīng)全部分解完畢)時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；Z₂為水合物分解過程中反應(yīng)釜內(nèi)氣體的壓縮因子；R為摩爾氣體常數(shù)，單位：J/(mol·K)。

步驟二：獲取水合物分解過程中的不同測試頻率激勵(lì)信號作用下含水合物多孔介質(zhì)的阻抗，并根據(jù)電學(xué)傳感器的幾何尺寸及距離和含水合物多孔介質(zhì)的阻抗計(jì)算得到相應(yīng)的復(fù)電阻率，并進(jìn)一步獲得復(fù)電阻率的實(shí)部、虛部、幅值和相角；其中測試頻率在0.1Hz-1MHz范圍內(nèi)取值。

根據(jù)公式(2)計(jì)算復(fù)電阻率的幅值，公式(2)的表達(dá)式為：

式中，|ρ|為復(fù)電阻率幅值，單位：Ω·m；|Z|為阻抗幅值，單位：Ω；S為電極片的面積，單位：m²；L為電極片之間的距離，單位：m。

本實(shí)施例中，電極片之間的距離為7cm，電極片的面積為25cm²。

根據(jù)公式(3)計(jì)算復(fù)電阻率的實(shí)部和虛部，公式(3)的表達(dá)式為：

式中，ρ′為復(fù)電阻率的實(shí)部，單位：Ω·m；ρ″為復(fù)電阻率的虛部，單位：Ω·m；θ為相角。

步驟三：在線性坐標(biāo)系下，以水合物飽和度為坐標(biāo)軸橫軸，以復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散度為坐標(biāo)軸縱軸，畫出復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散度與水合物飽和度之間的關(guān)系圖，根據(jù)復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角的頻散度與水合物飽和度之間的關(guān)系，建立水合物飽和度計(jì)算模型，用于確定水合物飽和度。

頻散度越大表示復(fù)電阻率實(shí)部、虛部、幅值和相角等參數(shù)對測試頻率的依賴程度越強(qiáng)，即對測試頻率的變化越敏感。

所述復(fù)電阻率幅值的頻散度表示為：

式中，Z_PFE為復(fù)電阻率幅值的頻散度；Z_L為低頻復(fù)電阻率的幅值；Z_H為高頻復(fù)電阻率的幅值。

所述復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度表示為：

式中，R_PFE為復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度；R_L為低頻復(fù)電阻率實(shí)部；R_H為高頻復(fù)電阻率實(shí)部。

所述復(fù)電阻率虛部的頻散度表示為：

式中，X_PFE為復(fù)電阻率虛部的頻散度；X_L為低頻復(fù)電阻率虛部；X_H為高頻復(fù)電阻率虛部。

所述復(fù)電阻率相角的頻散度表示為：

式中，θ_PFE為復(fù)電阻率相角的頻散度；θ_L為低頻復(fù)電阻率相角；θ_H為高頻復(fù)電阻率相角。

本實(shí)施例中，在計(jì)算頻散度時(shí)，選取10Hz為低頻點(diǎn)、1MHz為高頻點(diǎn)，在實(shí)際計(jì)算中高、低頻點(diǎn)可視具體情況進(jìn)行適當(dāng)選取。按照計(jì)算式(14)、(15)、(16)、(17)分別計(jì)算復(fù)電阻率幅值的頻散度、復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度、復(fù)電阻率虛部的頻散度以及復(fù)電阻率相角的頻散度。

參見圖14、圖15，圖14給出了甲烷水合物飽和度不同時(shí)，含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率幅值的頻散度變化情況；圖15給出了甲烷水合物飽和度不同時(shí)，含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度變化情況。由圖14、圖15可知，在10Hz～1MHz測試頻率范圍內(nèi)，隨著水合物飽和度的增大，復(fù)電阻率幅值和復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度逐漸減小。經(jīng)線性擬合可知，復(fù)電阻率幅值的頻散度、復(fù)電阻率實(shí)部的頻散度與水合物飽和度基本呈線性關(guān)系。

以上所舉實(shí)施例僅用為方便舉例說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在本發(fā)明所述技術(shù)方案范疇，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所作各種簡單變形與修飾，均應(yīng)包含在以上申請專利范圍中。