含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法技术

本发明专利技术涉及一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，以含水合物多孔介质的阻抗为测试数据，对复电阻率幅值、相角、实部和虚部四个参数进行分析和处理，通过不同的方式拟合复电阻率各参数与水合物饱和度之间的关系，不仅能够全面获取含水合物多孔介质电学特性的有用信息，而且能够实现对水合物饱和度的定量评价，并快速高效地完成从电学参数测试数据到水合物饱和度评价结果这一过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气勘探
，涉及天然气水合物储层性质探测技术，具体地说，涉及了一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法。
技术介绍
天然气水合物是一种具有巨大潜力的能量资源，主要分布于陆地永久冻土带和大陆架边缘的海底沉积物中，具有分布广、储量大、能量密度高、清洁等特点。天然气水合物储层是一种特殊类型的储层，需要针对天然气水合物储层的特性探索新的理论、技术和方法，以便更有效地对天然气水合物储层进行定性识别、对水合物饱和度进行定量评价。在天然气水合物资源调查工作中，其主要的技术手段是通过地球物理及地球化学等勘探方法进行勘探，其中，地球物理测井是对天然气水合物储层进行定性和定量评价的重要手段，利用地球物理测井技术可以在原位高压低温环境下对储层物理性质进行探测，数据可靠性较高，在确定水合物赋存位置、估算水合物资源量等方面具有不可替代的作用。现今，对水合物饱和度的评价主要依靠传统的电阻率测井仪器以及测井响应的解释结果。但是，考虑到水合物储层物理性质的特殊性和复杂性，传统的电阻率这一电学参数不能充分刻画含水合物储层的电学特性，导致测井响应信息量不足，从而给测井响应的解释带来难以克服的困难，如不确定度高、多解性等。复电阻率包括实部电阻率和虚部电阻率，不仅能够全面综合地刻画被测介质(即含水合物储层)的电学性质，而且初步研究也表明含水合物多孔介质的复电阻率与水合物饱和度密切相关。由此可见，复电阻率能够提供大量的可供分析利用的电学特性信息，但存在以下急需解决的问题：(1)如何对复电阻率的测试数据进行有效地分析处理，从而挖掘和利用这些电学特性信息来实现水合物储层的定性和定量评价；(2)如何实现测试数据的分析和处理算法，从而快速高效地完成从电学参数测试数据到水合物饱和度评价结果这一过程。目前尚未发现解决上述问题的公开报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述不足，提供一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，该方法能够有效地对复电阻率测量数据进行分析和处理，从而挖掘出全面刻画含水合物多孔介质电学特性的有用信息，实现对水合物饱和度的定量评价，并快速高效地完成从电学参数测试数据到水合物饱和度评价结果这一过程。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，含有以下步骤：获取水合物分解过程中反应釜内多孔介质的温度和气体的压力，并根据温度和压力通过水合物饱和度的计算公式计算得到不同分解阶段的水合物饱和度；获取水合物分解过程中的不同测试频率激励信号作用下含水合物多孔介质的阻抗，并根据电学传感器的几何尺寸及距离和含水合物多孔介质的阻抗计算得到相应的复电阻率，并进一步获得复电阻率的实部、虚部、幅值和相角；根据阻抗绘制含水合物多孔介质的阻抗谱Nyquist图，由阻抗谱Nyquist图得到与其相对应的等效电路模型的基本结构，根据水合物饱和度对等效电路模型参数取值的影响规律，拟合等效电路模型参数与水合物饱和度之间的关系，建立复电阻率模型，所述复电阻率模型的输出参数为水合物饱和度，输入参数为复电阻率和测试频率；根据所述复电阻率模型、实际测量的电学传感器几何尺寸及距离和测试频率，利用迭代法求解水合物饱和度。作为本专利技术上述处理方法的优选设计，根据温度和压力对所述水合物饱和度进行计算的计算公式表示为：式中，Sh为含水合物多孔介质的水合物饱和度；Mh为水合物摩尔质量，单位：kg/mol；ρh为水合物的密度，单位：kg/m3；VP为多孔介质孔隙的体积，单位：m3；VG为反应釜内气体的体积，单位：m3；T1为不含水合物时多孔介质(即多孔介质中水合物还未开始生成或者已经全部分解完毕)的温度，单位：K；T2为水合物分解过程中的含水合物时多孔介质的温度，单位：K；P1为多孔介质中不含水合物(即多孔介质中水合物还未开始生成或者已经全部分解完毕)时反应釜内气体的压力，单位：Pa；P2为水合物分解过程中反应釜内气体的压力，单位：Pa；Z1为多孔介质中不含水合物(即多孔介质中水合物还未开始生成或者已经全部分解完毕)时反应釜内气体的压缩因子；Z2为水合物分解过程中反应釜内气体的压缩因子；R为摩尔气体常数，单位：J/(mol·K)。作为本专利技术上述处理方法的优选设计，所述阻抗谱Nyquist图近似为一条与坐标轴呈45度角的直线，其等效电路模型的基本结构由具有ωRWCW＝1关系的一个电阻RW和一个电容CW串联组成，电阻RW和电容CW分别与ω-1/2呈线性关系，分别表示为：RW＝aω-1/2+b(2)CW＝cω-1/2+d(3)式中，a、b、c、d为等效电路模型参数；所述等效电路模型的表达式为：式中，ρ为复电阻率；S为电学传感器电极片的面积，单位：m2；L为电学传感器电极片之间的距离，单位：m；ω为角频率，单位：rad/s，ω＝2πf，f为测试频率，单位：Hz；进一步表示为：根据水合物饱和度对等效电路模型参数取值的影响规律，拟合等效电路模型参数a、b、c、d与水合物饱和度之间的关系，等效电路模型参数a、b、c、d分别与水合物饱和度之间的关系表示为：b＝40.401Sh+30.732R2＝0.9882(7)d＝0.00002(9)式中，R2为拟合度，即拟合曲线与用于拟合的数据之间的相关程度；进而获得含水合物多孔介质的复电阻率与水合物饱和度之间的关系，建立复电阻率模型，所述复电阻率模型表示为：式中，Sh为含水合物多孔介质的水合物饱和度。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，含有以下步骤：获取水合物分解过程中反应釜内多孔介质的温度和气体的压力，并根据温度和压力通过水合物饱和度的计算公式计算得到不同分解阶段的水合物饱和度；获取水合物分解过程中的不同测试频率激励信号作用下含水合物多孔介质的阻抗，并根据电学传感器的几何尺寸及距离和含水合物多孔介质的阻抗计算得到相应的复电阻率，并进一步获得复电阻率的实部、虚部、幅值和相角；分别在线性坐标系和非线性坐标系下，以测试频率为坐标轴横轴，分别以复电阻率实部、虚部、幅值和相角为坐标轴纵轴，画出复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散特性曲线，根据频散特性曲线获取不同测试频率激励信号作用下复电阻率实部、虚部、幅值和相角四个参数的频散特性曲线的特征参数；在线性坐标系下，以水合物饱和度为坐标轴横轴，以复电阻率实部、虚部、幅值和相角频散特性曲线的特征参数为坐标轴纵轴，画出复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散特性曲线的特征参数与水合物饱和度之间的关系图，根据频散特性曲线的特征参数与水合物饱和度之间的关系，建立水合物饱和度计算模型，用于确定水合物饱和度。为了达到上述目的，本专利技术又提供了一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，含有以下步骤：获取水合物分解过程中反应釜内多孔介质的温度和气体的压力，并根据温度和压力通过水合物饱和度的计算公式计算得到不同分解阶段的水合物饱和度；获取水合物分解过程中的不同测试频率激励信号作用下含水合物多孔介质的阻抗，并根据电学传感器的几何尺寸及距离和含水合物多孔介质的阻抗计算得到相应的复电阻率，并进一步获得复电阻率的实部、虚部、幅值和相角；在线性坐标系下，以水合物饱和度为坐标轴横轴，以复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散度为坐标轴纵轴，画本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，其特征在于，含有以下步骤：获取水合物分解过程中反应釜内多孔介质的温度和气体的压力，并根据温度和压力通过水合物饱和度的计算公式计算得到不同分解阶段的水合物饱和度；获取水合物分解过程中的不同测试频率激励信号作用下含水合物多孔介质的阻抗，并根据电学传感器的几何尺寸及距离和含水合物多孔介质的阻抗计算得到相应的复电阻率，并进一步获得复电阻率的实部、虚部、幅值和相角；根据阻抗绘制含水合物多孔介质的阻抗谱Nyquist图，由阻抗谱Nyquist图得到与其相对应的等效电路模型的基本结构，根据水合物饱和度对等效电路模型参数取值的影响规律，拟合等效电路模型参数与水合物饱和度之间的关系，建立复电阻率模型，所述复电阻率模型的输出参数为水合物饱和度，输入参数为复电阻率和测试频率；根据所述复电阻率模型、实际测量的电学传感器几何尺寸及距离和测试频率，利用迭代法求解水合物饱和度。

【技术特征摘要】
1.一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，其特征在于，含有以下步骤：获取水合物分解过程中反应釜内多孔介质的温度和气体的压力，并根据温度和压力通过水合物饱和度的计算公式计算得到不同分解阶段的水合物饱和度；获取水合物分解过程中的不同测试频率激励信号作用下含水合物多孔介质的阻抗，并根据电学传感器的几何尺寸及距离和含水合物多孔介质的阻抗计算得到相应的复电阻率，并进一步获得复电阻率的实部、虚部、幅值和相角；根据阻抗绘制含水合物多孔介质的阻抗谱Nyquist图，由阻抗谱Nyquist图得到与其相对应的等效电路模型的基本结构，根据水合物饱和度对等效电路模型参数取值的影响规律，拟合等效电路模型参数与水合物饱和度之间的关系，建立复电阻率模型，所述复电阻率模型的输出参数为水合物饱和度，输入参数为复电阻率和测试频率；根据所述复电阻率模型、实际测量的电学传感器几何尺寸及距离和测试频率，利用迭代法求解水合物饱和度。2.如权利要求1所述的含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，其特征在于，根据温度和压力对所述水合物饱和度进行计算的计算公式表示为：Sh=(P1Z1T1-P2Z2T2)×VGR×Mhρh×VP×100%---(1)]]>式中，Sh为含水合物多孔介质的水合物饱和度；Mh为水合物摩尔质量，单位：kg/mol；ρh为水合物的密度，单位：kg/m3；VP为多孔介质孔隙的体积，单位：m3；VG为反应釜内气体的体积，单位：m3；T1为不含水合物时多孔介质的温度，单位：K；T2为水合物分解过程中的含水合物时多孔介质的温度，单位：K；P1为多孔介质中不含水合物时反应釜内气体的压力，单位：Pa；P2为水合物分解过程中反应釜内气体的压力，单位：Pa；Z1为多孔介质中不含水合物时反应釜内气体的压缩因子；Z2为水合物分解过程中反应釜内气体的压缩因子；R为摩尔气体常数，单位：J/(mol·K)。3.如权利要求2所述的含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，其特征在于，所述阻抗谱Nyquist图近似为一条与坐标轴呈45度角的直线，其等效电路模型的基本结构由具有ωRWCW＝1关系的一个电阻RW和一个电容CW串联组成，电阻RW和电容CW分别与ω-1/2呈线性关系，分别表示为：RW＝aω-1/2+b(2)CW＝cω-1/2+d(3)式中，a、b、c、d为等效电路模型参数；所述等效电路模型的表达式为：ρ=SL(RW+1jωCW)---(4)]]>式中，ρ为复电阻率；S为电学传感器电极片的面积，单位：m2；L为电学传感器电极片之间的距离，单位：m；ω为角频率，单位：rad/s，ω＝2πf，f为测试频率，单位：Hz；进一步表示为：ρ=SL(aω-1/2+b+1jω(cω-1/2+d))---(5)]]>根据水合物饱和度对等效电路模型参数取值的影响规律，拟合等效电路模型参数a、b、c、d与水合物饱和度之间的关系，等效电路模型参数a、b、c、d分别与水合物饱和度之间的关系表示为：a=782.78Sh2-177.1Sh+406.23R2=0.9583---(6)]]>b＝40.401Sh+30.732R2＝0.9882(7)c=0.0023Sh0.0344R2=0.9207---(8)]]>d＝0.00002(9)式中，R2为拟合度，即拟合曲线与用于拟合的数据之间的相关程度；进而获得含水合物多孔介质的复电阻率与水合物饱和度之间的关系，建立复电阻率模型，所述复电阻率模型表示为：ρ=SL((782.78Sh2-177.1Sh+406.23)ω-1/2+40.401Sh+30.732+1jω(0.0023Sh0.0344ω-1/2+0.00002))---(10)]]>式中，Sh为含水合物多孔介质的水合物饱和度。4.一种含水合物多孔介质电...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢兰昌，陈强，刘昌岭，王彩程，耿艳峰，华陈权，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37