含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法与流程

本发明属于油气勘探技术领域，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明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，本发明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。

作为本发明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，S_h为含水合物多孔介质的水合物饱和度；M_h为水合物摩尔质量，单位：kg/mol；ρ_h为水合物的密度，单位：kg/m³；V_P为多孔介质孔隙的体积，单位：m³；V_G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)。

作为本发明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ωR_WC_W＝1关系的一个电阻R_W和一个电容C_W串联组成，电阻R_W和电容C_W分别与ω^-1/2呈线性关系，分别表示为：

R_W＝aω^-1/2+b (2)

C_W＝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＝40.401S_h+30.732 R²＝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，S_h为含水合物多孔介质的水合物饱和度。

为了达到上述目的，本发明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，本发明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，画出复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散度与水合物饱和度之间的关系图，根据复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散度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。

本发明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的软件实现方法，含有以下步骤：

以Matlab为开发平台，开发能够对复电阻率模型进行数值求解的代码，利用Matlab的coder工具将复电阻率模型求解代码转换成标准的C++代码；

以Visual Studio为开发平台，通过创建工程、编写源文件、设置工程属性、编译四个步骤将上述经Matlab转换后的用于对复电阻率模型进行数值求解的C++代码进行处理，进而生成动态链接库(DLL，Dynamic Link Library)文件；

以LabVIEW为开发平台，开发用于实现以下功能的子程序(即子VI)：阻抗数据的实时获取与预处理、复电阻率计算、阻抗数据与复电阻率的实时显示和保存，其中，预处理主要包括滤波和取平均，复电阻率计算包括计算复电阻率的实部、虚部、幅值和相角，阻抗数据与复电阻率数据实时保存时，以文本或二进制格式保存在硬盘；利用LabVIEW中的库函数节点直接调用上述用于对复电阻率模型进行数值求解的DLL文件，并将复电阻率模型输出的水合物饱和度数据进行实时显示和保存；

利用LabVIEW的程序发布功能，先生成可执行文件，再通过可执行文件生成安装程序，进而安装并应用于计算机。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过对含水合物多孔介质的复电阻率测量数据进行分析和处理，能够全面获取含水合物多孔介质的电学特性，获得复电阻率与水合物饱和度之间的关系，建立复电阻率模型，实现对水合物饱和度的定量评价，并能够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。

(2)通过本发明的处理方法，能够全面获取含水合物多孔介质的电学特性，获得电学特性与水合物饱和度之间的定量关系，即复电阻率各参数的频散特性曲线的特征与饱和度之间的关系、复电阻率各参数频散度与水合物饱和度之间的关系，建立相应的水合物饱和度计算模型，实现对水合物饱和度的定量评价，并能够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。

(3)本发明所建立的复电阻率模型充分利用了含水合物多孔介质的电学性质，具体来讲是同时利用了电阻率和介电常数，既有电阻特性又有电容特性，来对水合物饱和度进行计算，使得模型物理意义更加明确，模型的准确度更高，适用范围更广。

(4)本发明还提供一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法的软件实现方法，采用跨平台混合编程的方法，使得模型求解更加快速和准确。

附图说明

图1为本发明实施例电学参数测试系统示意图。

图2为本发明实施例一中含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法的流程图。

图3为本发明实施例一中含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法软件实现方法流程图。

图4为本发明实施例一中含水合物多孔介质的阻抗谱Nyquist图。

图5为本发明实施例一中含水合物多孔介质的等效电路模型图。

图6为本发明实施例一中含水合物多孔介质的等效电路模型中电阻R_W和电容C_W分别与ω^-1/2之间的关系图。

图7为本发明具体实施例一中含水合物多孔介质的等效电路模型参数a与水合物饱和度之间的关系图。

图8为本发明具体实施例一中含水合物多孔介质的等效电路模型参数b与水合物饱和度之间的关系图。

图9为本发明具体实施例一中含水合物多孔介质的等效电路模型参数c与水合物饱和度之间的关系图。

图10为本发明具体实施例一中含水合物多孔介质的等效电路模型参数d与水合物饱和度之间的关系图。

图11为本发明具体实施例二中含水合物多孔介质的复电阻率各参数的频散特性图。

图12为本发明具体实施例二中双对数坐标系下在0.1Hz-10Hz测试频率范围内含水合物多孔介质的复电阻率各参数的频散特性图。

图13为本发明具体实施例二中含水合物多孔介质的复电阻率各参数的频散特性曲线斜率k的绝对值与水合物饱和度之间的关系图。

图14为本发明具体实施例三中甲烷水合物饱和度不同时复电阻率幅值的频散度变化图。

图15为本发明具体实施例三中甲烷水合物饱和度不同时复电阻率实部的频散度变化图。

图中，1、反应釜，2、低温恒温水槽，3、储气瓶，4、增压泵，5、电学传感器出线孔，6、阻抗分析仪，7、温度传感器出线孔，8、压力传感器出线孔，9、数据采集器，10、计算机。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

以下以对含甲烷水合物多孔介质电学参数测试数据处理为例进行说明。通过电学参数测试系统对甲烷水合物分解过程中的反应釜内的压力、温度以及阻抗进行测试，获取相应的压力、温度及阻抗测试数据。见图1，所述电学参数测试系统的结构组成包括：反应釜，用于生成和分解甲烷水合物；与反应釜连接的低温恒温水槽，为反应釜提供恒定的低温环境；储气瓶，为生成甲烷水合物提供所需的气体；增压泵，连接于储气瓶与反应釜之间，对储气瓶内的气体进行增压处理，然后充入反应釜内，既能够提供生成甲烷水合物所需的气体又能够提供高压环境；设于反应釜中的电学传感器，用于测量含甲烷水合物多孔介质的阻抗；与电学传感器连接的阻抗分析仪，用于为电学传感器提供激励信号，使电学传感器完成测量含甲烷水合物多孔介质阻抗的功能，同时，阻抗分析仪将测量的阻抗传送至计算机；设于反应釜中的温度传感器，用于测量水合物分解或生成过程中的温度；设于反应釜中的压力传感器，用于测量水合物分解或生成过程中的压力；数据采集器，用于采集测量的温度和压力，并将采集的温度和压力传送至计算机。

参见图1，所述的反应釜为圆柱形，下部空间盛放质量分数为3.5％的氯化钠水溶液饱和的天然海砂，上部空间充入高压气体，天然海砂的上表面与高压气体接触且上表面水平。

上面所述电学传感器包括相对地平行放置的两个金属电极片，两个金属片垂直海砂表面完全插入海砂中，两个电极片的距离为7cm，电极片为正方形，边长为5cm。

所述的低温环境指温度不高于5℃。

实施例一：参见图2，一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，所述含水合物多孔介质是由甲烷水合物、天然海砂和质量分数为3.5％的氯化钠水溶液组成的含甲烷水合物多孔介质，假设甲烷水合物的化学式为CH₄·nH₂O，n为水合物指数，对n取值为5.89进行相关计算。为了便于描述，以下均称含水合物多孔介质，所述处理方法含有以下步骤：

步骤一：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；所述水合物饱和度的计算公式表示为：

式中，S_h为含水合物多孔介质的水合物饱和度；M_h为水合物摩尔质量，单位：kg/mol；ρ_h为水合物的密度，单位：kg/m³；V_P为多孔介质孔隙的体积，单位：m³；V_G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)。

步骤二：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；其中测试频率在0.1Hz-1MHz范围内取值。

根据公式(2)计算复电阻率的幅值，公式(2)的表达式为：

式中，|ρ|为复电阻率幅值，单位：Ω·m；|Z|为阻抗幅值，单位：Ω；S为电极片的面积，单位：m²；L为电极片之间的距离，单位：m。

本实施例中，电极片之间的距离为7cm，电极片的面积为25cm²。

根据公式(3)计算复电阻率的实部和虚部，公式(3)的表达式为：

式中，ρ′为复电阻率的实部，单位：Ω·m；ρ″为复电阻率的虚部，单位：Ω·m；θ为相角。

步骤三：由于阻抗实部Z′和阻抗虚部Z″所构成的阻抗谱Nyquist图是常用的阻抗谱数据表示形式，根据阻抗谱Nyquist图中的曲线可以得到与之对应的等效电路模型基本结构。根据步骤二测量的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。

参见图4，所述阻抗谱Nyquist图为一条与坐标轴呈45度角的直线，是甲烷水合物饱和度为30.51％时的阻抗谱Nyquist图，参见图5，其等效电路模型的基本结构由具有ωR_WC_W＝1关系的一个电阻R_W和一个电容C_W串联组成，并且电阻R_W和电容C_W与ω^-1/2呈线性关系，通过复电阻率的实部和虚部得到电阻R_W和电容C_W。参见图6，电阻R_W和电容C_W与ω^-1/2的线性关系分别表示为：

R_W＝aω^-1/2+b (4)

C_W＝cω^-1/2+d (5)

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；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，参见图7-10，其中，图7为水合物饱和度与参数a之间的关系图，图8为水合物饱和度与参数b之间的关系图，图9为水合物饱和度与参数c之间的关系图，由图10可得，d近似取为0.00002。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＝40.401S_h+30.732R²＝0.9882 (9)

d＝0.00002 (11)

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，其值越接近1表示拟合程度越高，拟合效果越好；

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，S_h为含水合物多孔介质的水合物饱和度。

步骤四：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。

参见图3，本发明上述数据处理方法软件实现方法的步骤为：

步骤一：以Matlab 2012为开发平台，开发能够对上述复电阻率模型进行数值求解的代码，利用Matlab的coder工具将模型求解代码转换成标准的C++代码。考虑到公式(12)所示复电阻率模型的复杂性，即非线性复数方程，本实施例中应用不动点迭代法或一般迭代法或牛顿迭代法，并编制Matlab代码进行算法实现，代码保存为.m文件，将所需要的参数类型输入，例如参数类型double表示双精度，选择需要生成C++语言形式的标准代码，从而完成将Matlab代码转换为可移植的标准C++代码。

步骤二：以Visual Studio 2010为开发平台，通过创建工程、编写源文件、设置工程属性、编译等四个步骤将上述经Matlab转换后的用于对复电阻率模型进行数值求解的C++代码进行处理，进而生成动态链接库(DLL，Dynamic LinkLibrary)文件，文件名后缀为.dll。

步骤三：以LabVIEW 2012为开发平台，开发用于实现以下功能的子程序(即子VI)：阻抗数据的实时获取与预处理、复电阻率计算、阻抗数据与复电阻率的实时显示和保存，其中，预处理主要包括滤波和取平均，复电阻率计算包括计算复电阻率的实部、虚部、幅值和相角，阻抗数据与复电阻率数据实时保存时，以文本或二进制格式保存在硬盘；

利用LabVIEW中的库函数节点直接调用上述用于对复电阻率模型进行数值求解的DLL文件，在LabVIEW中选择调用库函数节点，并配置水合物饱和度计算过程中所需要的输入参数，即电学传感器几何尺寸及距离、测试频率、复电阻率以及各参数的数据类型(如double，即双精度)，并将复电阻率模型输出的水合物饱和度数据进行实时显示和保存。

步骤四：利用LabVIEW的程序发布功能，先生成可执行文件，再通过可执行文件生成安装程序，安装并应用于计算机，无需安装LabVIEW和Matlab。

生成可执行文件的操作步骤如下：

首先在LabVIEW中新建一个工程项目，在项目中添加生成可执行文件所需的材料，本实施例中这些材料主要包括：数据采集与处理软件的LabVIEW程序、在水合物饱和度计算时需要调用的DLL文件以及Visual Studio 2010编译程序默认的库文件msvcr120.dll；其中，所述的数据采集与处理软件的LabVIEW程序为上述步骤三中所述的子程序(即子VI，也就是.vi文件)

在程序生成规范中点击右键，新建一个应用程序.exe，在第一项信息中输入自定义的应用程序名称，源文件中将数据采集与处理软件的.vi文件放置在启动vi里面，将其他的DLL文件放置在始终包括的位置上；

选择应用程序的图标、运行时语言属性，之后点击生成即可得到所需的.exe文件，即可执行文件。

生成安装程序的操作步骤如下：

首先在上述工程中继续新建，右键选择程序生成规范，在安装程序属性中的源文件部分，将上述所生成的.exe文件放置到右边的目标视图中；在附加安装程序中将LabVIEW的运行引擎包含到安装程序中，安装类型选择全部；之后点击生成即可得到所需的安装程序文件夹，文件夹中主要包括setup.exe文件、setup.ini文件、bin文件夹、license文件夹和supportfiles文件夹。

实施例二：一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，所述含水合物多孔介质是由甲烷水合物、天然海砂和质量分数为3.5％的氯化钠水溶液组成的含甲烷水合物多孔介质，假设甲烷水合物的化学式为CH₄·nH₂O，n为水合物指数，对n取值为5.89进行相关计算。为了便于描述，以下均称含水合物多孔介质，所述处理方法含有以下步骤：

步骤一：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；所述水合物饱和度的计算公式表示为：

式中，S_h为含水合物多孔介质的水合物饱和度；M_h为水合物摩尔质量，单位：kg/mol；ρ_h为水合物的密度，单位：kg/m³；V_P为多孔介质孔隙的体积，单位：m³；V_G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)。

步骤二：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；其中测试频率在0.1Hz-1MHz范围内取值。

根据公式(2)计算复电阻率的幅值，公式(2)的表达式为：

式中，|ρ|为复电阻率幅值，单位：Ω·m；|Z|为阻抗幅值，单位：Ω；S为电极片的面积，单位：m²；L为电极片之间的距离，单位：m。

本实施例中，电极片之间的距离为7cm，电极片的面积为25cm²。

根据公式(3)计算复电阻率的实部和虚部，公式(3)的表达式为：

式中，ρ′为复电阻率的实部，单位：Ω·m；ρ″为复电阻率的虚部，单位：Ω·m；θ为相角。

步骤三：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、幅值和相角四个参数为坐标轴纵轴，画出复电阻率实部、虚部绝对值、幅值和相角绝对值的频散特性曲线，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；

参见图11，图11给出了甲烷水合物饱和度为30.51％时，复电阻率的幅值、相角绝对值、实部及虚部绝对值在测试频率0.1Hz-1MHz范围内的频散特性曲线。分析图11中的曲线可以得到：随着测试频率的增大，复电阻率的幅值由29.04Ω·m减小至1.69Ω·m，实部由20.90Ω·m减小至1.68Ω·m，虚部绝对值由20.16Ω·m减小至0Ω·m后又增大至0.11Ω·m，测试频率对复电阻率幅值、实部以及虚部的影响逐渐减小。在测试频率0.1Hz-100Hz范围内复电阻率的幅值、实部及虚部频散现象更为明显。随着测试频率的增加，复电阻率的相角绝对值先减小后增大，由43.96°减小至0.01°后又增大至4.15°。在测试频率10Hz～100Hz范围内相角绝对值减小速度较快；在经过一段缓慢减小的过程后，当测试频率接近200kHz时，复电阻率的相角绝对值有明显增大的趋势；复电阻率的虚部绝对值和相角绝对值频散特性曲线的极值点为200kHz，可以认为极值点是激电效应与电磁感应效应的分界点，极值点之前(即频率低于极值点频率200kHz)激发极化效应为主要影响因素，极值点之后(即频率高于极值点频率200kHz)电磁感应效应逐渐加强。

参见图12，图12给出了甲烷水合物饱和度为30.51％时，0.1Hz～10Hz测试频率范围内双对数坐标系下复电阻率实部、虚部、幅值和相角四个参数的频散特性曲线。复电阻率的幅值、实部和虚部绝对值与测试频率成近似线性关系，表示为：

lgy＝klgx+b (13)

式中，y为复电阻率的幅值、实部或虚部绝对值；x为测试频率；k为频散特性曲线的斜率，表示各参数频散的显著程度，频散越显著则k的绝对值越大；b为当测试频率x为1Hz时，复电阻率的幅值、实部或虚部绝对值的对数值。

基于最小二乘原理进行线性拟合，得到复电阻率的幅值、实部、虚部绝对值与频率之间拟合直线的斜率分别为k₁＝-0.4606(R²＝0.9997)、k₂＝-0.4276(R²＝0.9983)、k₃＝-0.5123(R²＝0.9992)。

步骤四：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、虚部绝对值、幅值的频散特性曲线的斜率为坐标轴纵轴，画出复电阻率实部、虚部绝对值、幅值的频散特性曲线的斜率绝对值与水合物饱和度之间的关系图，根据频散特性曲线的斜率绝对值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。

在不同甲烷水合物饱和度条件下求取复电阻率的幅值、实部及虚部绝对值的频散特性曲线斜率k，参见图13，图13给出了水合物饱和度与复电阻率的幅值、实部及虚部绝对值频散特性曲线双对数坐标系下的斜率k绝对值的关系。由图13可以看出，随甲烷水合物饱和度增大，复电阻率的幅值、实部及虚部绝对值频散特性曲线的斜率k的绝对值减小，复电阻率的幅值、实部及虚部绝对值的频散程度逐渐减弱。在同一饱和度下，复电阻率虚部绝对值的频散程度最强，复电阻率幅值次之，复电阻率实部最弱。对水合物饱和度与频散特性曲线斜率k绝对值进行拟合，得到水合物饱和度与斜率k绝对值之间的关系，建立水合物饱和度计算模型，从而用于确定水合物饱和度。

实施例三：一种含水合物多孔介质电学参数测试数据处理方法，所述含水合物多孔介质是由甲烷水合物、天然海砂和质量分数为3.5％的氯化钠水溶液组成的含甲烷水合物多孔介质，假设甲烷水合物的化学式为CH₄·nH₂O，n为水合物指数，对n取值为5.89进行相关计算。为了便于描述，以下均称含水合物多孔介质，所述处理方法含有以下步骤：

步骤一：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；所述水合物饱和度的计算公式表示为：

式中，S_h为含水合物多孔介质的水合物饱和度；M_h为水合物摩尔质量，单位：kg/mol；ρ_h为水合物的密度，单位：kg/m³；V_P为多孔介质孔隙的体积，单位：m³；V_G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)。

步骤二：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；其中测试频率在0.1Hz-1MHz范围内取值。

根据公式(2)计算复电阻率的幅值，公式(2)的表达式为：

式中，|ρ|为复电阻率幅值，单位：Ω·m；|Z|为阻抗幅值，单位：Ω；S为电极片的面积，单位：m²；L为电极片之间的距离，单位：m。

本实施例中，电极片之间的距离为7cm，电极片的面积为25cm²。

根据公式(3)计算复电阻率的实部和虚部，公式(3)的表达式为：

式中，ρ′为复电阻率的实部，单位：Ω·m；ρ″为复电阻率的虚部，单位：Ω·m；θ为相角。

步骤三：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，画出复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散度与水合物饱和度之间的关系图，根据复电阻率实部、虚部、幅值和相角的频散度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。

频散度越大表示复电阻率实部、虚部、幅值和相角等参数对测试频率的依赖程度越强，即对测试频率的变化越敏感。

所述复电阻率幅值的频散度表示为：

式中，Z_PFE为复电阻率幅值的频散度；Z_L为低频复电阻率的幅值；Z_H为高频复电阻率的幅值。

所述复电阻率实部的频散度表示为：

式中，R_PFE为复电阻率实部的频散度；R_L为低频复电阻率实部；R_H为高频复电阻率实部。

所述复电阻率虚部的频散度表示为：

式中，X_PFE为复电阻率虚部的频散度；X_L为低频复电阻率虚部；X_H为高频复电阻率虚部。

所述复电阻率相角的频散度表示为：

式中，θ_PFE为复电阻率相角的频散度；θ_L为低频复电阻率相角；θ_H为高频复电阻率相角。

本实施例中，在计算频散度时，选取10Hz为低频点、1MHz为高频点，在实际计算中高、低频点可视具体情况进行适当选取。按照计算式(14)、(15)、(16)、(17)分别计算复电阻率幅值的频散度、复电阻率实部的频散度、复电阻率虚部的频散度以及复电阻率相角的频散度。

参见图14、图15，图14给出了甲烷水合物饱和度不同时，含水合物多孔介质的复电阻率幅值的频散度变化情况；图15给出了甲烷水合物饱和度不同时，含水合物多孔介质的复电阻率实部的频散度变化情况。由图14、图15可知，在10Hz～1MHz测试频率范围内，随着水合物饱和度的增大，复电阻率幅值和复电阻率实部的频散度逐渐减小。经线性拟合可知，复电阻率幅值的频散度、复电阻率实部的频散度与水合物饱和度基本呈线性关系。

以上所举实施例仅用为方便举例说明本发明，并非对本发明保护范围的限制，在本发明所述技术方案范畴，所属技术领域的技术人员所作各种简单变形与修饰，均应包含在以上申请专利范围中。