K)，ZjP Z 2分别为初始状态和生成/分解过程中各状态的气体压 缩因子。
[0174] 图12所示为升温时水合物分解过程中各测试点的水合物饱和度、反应釜内气体 摩尔数、实测压力和温度的变化去情况（一具体实施例）
[0175] 参见图6,电学传感器测量信号处理与水合物饱和度模型建立
[0176] 第一步，对测量到的阻抗值进行预处理，具体包括滤波、特征频率选取。滤波通过 Matlab设计数字滤波器，如Butterworth滤波器；特征频率点的选取原则为：选取阻抗幅值 随饱和度变化显著的频率点，如20Hz、200Hz、2kHz、20kHz、200KHz、2MHz。
[0177] 第二步，根据复电阻率的定义结合反应釜的结构尺寸计算所选定频率点处的复电 阻率。计算时被测介质为以电极面积为横截面积、电极间距离为高的圆（环）柱体空间内 的介质部分。
[0178] 第三步，分别计算阻抗和复电阻率的频散度，频散度可以采用以下四种形式的参 数：（高频率点处阻抗（或复电阻率）值-低频率点处阻抗（或复电阻率）值）/高频率点 处阻抗（或复电阻率）值、（高频率点处阻抗（或复电阻率）值-低频率点处阻抗（或复电 阻率）值）/低频率点处阻抗（或复电阻率）值、高频率点处阻抗（或复电阻率）值/低频 率点处阻抗（或复电阻率）值、低频率点处阻抗（或复电阻率）值/高频率点处阻抗（或 复电阻率）值。
[0179] 第四步，利用以上得到的频散度参数分别与计算得到的水合物饱和度进行多项式 拟合（单输入单输出），从而分别获得基于特征频率点阻抗频散度的水合物饱和度模型和 基于特征频率点复电阻率频散度的水合物饱和度模型；利用预处理过程选定的所有特征频 率点的阻抗值和根据阻抗值计算得到的复电阻率值作为多维非线性映射（在此实施例中 采用三层BP神经网络，多输入）的输入，计算所得到的水合物饱和度作为三层BP神经网络 的输出（单输出），利用经典的BP算法进行学习，最终获得水合物饱和度的电学特性融合模 型。特征提取环节采用主成分分析法来实现。
[0180] 参见图7,声学传感器测量信号处理与水合物饱和度模型建立
[0181] 第一步，对测量到的声波波形进行预处理，具体包括滤波、声波速度计算、声波幅 值获取、声波频率获取。通过Matlab设计数字滤波器，如Butterworth滤波器；声波速度计 算包括纵波速度、横波速度计算，通过辨识出波形中的纵波和横波的首波波至时间，结合反 应釜的尺寸进行计算；声波幅值以波形中相应纵波和横波的最大幅值为准；声波频率指声 波的主频，通过一定的信号处理方法来获得，如利用快速傅里叶变换后得到的频谱，其最大 频谱幅值对应的频率点即为主频。
[0182] 第二步，根据第一步的计算结果分别获取不同状态下（不同的水合物饱和度条件 下）声波的特性参数，具体为：（不同饱和度下声波速度-水合物饱和度为零时的声波速 度）/水合物饱和度为零时的声波速度、（不同饱和度下声波幅值-水合物饱和度为零时的 声波幅值）/水合物饱和度为零时的声波幅值、（不同饱和度下声波主频-水合物饱和度为 零时的声波主频）/水合物饱和度为零时的声波主频。
[0183] 第三步，利用以上得到的声波特性参数分别与计算得到的水合物饱和度进行多项 式拟合（单输入单输出），从而分别获得基于声波速度的水合物饱和度模型、基于声波幅度 的水合物饱和度模型和基于声波频率的饱和度模型；利用以上三类声波特性参数作为多维 非线性映射（在此实施例中采用三层BP神经网络，多输入）的输入，计算所得到的水合物 饱和度作为三层BP神经网络的输出（单输出），利用经典的BP算法进行学习，最终获得水 合物饱和度的声学特性融合模型.特征提取环节采用主成分分析法来实现。
[0184] 参见图8,基于声电测量信号数据融合的水合物饱和度模型建立与应用
[0185] 基于声电测量信号数据融合的水合物饱和度模型（声电特性融合模型）的建立以 以上分别针对声学和电学测量信号建立的水合物饱和度模型（下文称作声学子模型与电 学子模型）为基础，利用数据融合算法将以上各模型的输出进行处理，获取模型最终的水 合物饱和度输出值。
[0186] 当建立基于声电测量信号数据融合的水合物饱和度模型时，将声学子模型与电学 子模型的水合物饱和度输出作为数据融合算法的输入，将计算所得到的水合物饱和度作为 输出，融合算法采用D-S证据推理。利用计算所得到的水合物饱和度对数据融合算法进行 训练和参数校正，即可获得基于声电测量信号数据融合的水合物饱和度模型。
[0187] 参见图9,当应用基于声电测量信号数据融合的水合物饱和度模型时，把电学传感 器和声学传感器的测量信号按照上述的方法进行分析处理以后，最终可由声电特性融合模 型输出水合物饱和度的值。
[0188] 实施例2
[0189] 本实施例中，声学传感器和电学传感器米用一体化声电传感器，
[0190] 参见图14,声学传感器和电学传感器为一体化的声电传感器，同一直径上的内筒 和外筒上设置用以发射和接收的声电传感器。
[0191] 一体化声电传感器的声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用环形，声学传感器 的一端置于电学传感器的环内，参见图15。
[0192] 实施例3
[0193] 参见图16,一体化声电传感器的声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用矩形，矩 形中心具有圆孔，声学传感器的一端置于电学传感器的圆孔内。
[0194] 实施例4
[0195] 矩形上沿反应釜轴向设置若干个圆孔，声学传感器的一端置于电学传感器的圆孔 内。
[0196] 当声学传感器与电学传感器为一体化传感器（称为声电传感器）时，可采用以下 方案：声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用环形，环形的中空部分放置圆柱形声学传感 器；或者声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用矩形，矩形的中心开出面积与声学传感器 横截面面积相同的孔；当电学传感器采用矩形时，沿反应釜轴向为长边，沿长边方向可以安 装一个或者多个声学传感器，可以实现单发单收或者单发多收的工作模式，参见图17。
[0197] 采用声电一体化传感器，声学传感5采用圆柱形，电学传感器6采用环形，环形的 中空部分放置圆柱形声学传感器5,如图2所示。共采用16个声电一体化传感器（8个传感 器对），形成声电传感器阵列。发射端声学传感器采用内置放大器的超声波换能器，接收端 采用与发射端换能器对应的型号，即相同的频率特性但不带放大器的超声换能器。
【主权项】
1. 一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，主要包括反应釜、传感系统、硬件接口 设备和数据处理系统，反应釜用以盛装被测介质，传感系统安装在反应釜内，传感系统通过 硬件接口设备接入数据处理系统； 其特征在于：传感系统主要由声学传感器、电学传感器、温度传感器和压力传感器组 成， 硬件接口设备包括： 波形发生器，用以产生传感系统所需的激励信号，作为传感系统的输入； 声电信号数据采集模块、阻抗测量电路和超声激励信号功率放大器，超声激励信号经 超声激励信号功率放大器放大后作为声学传感器的输入，声学传感器的输出由声电信号数 据采集模块采集，声电信号数据采集模块经阻抗测量电路采集电学传感器的信号输出； 温度采集模块和压力采集模块分别采集温度传感器和压力传感器的信号； 多路切换模块I用以切换波形发生器与传感系统的连通； 多路切换模块II用以切换各采集模块和相应传感系统的连通； 数据处理系统接收并处理各数据采集模块发送的数据。2. 根据权利要求1所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：反应 釜为同轴双筒结构，内筒同轴置于外筒内，外筒上端设置顶盖用于密封，反应釜底部安装滤 网，同一平面上反应釜内筒和外筒经内、外筒同一直径上对应设置若干个孔，孔内对应安装 声学传感器和电学传感器，反应釜底部设置若干孔，孔内安装温度传感器，反应釜顶盖开两 个孔，分别安装气体导管和引出传感器的连接导线，气体导管上安装阀门和压力传感器，反 应釜底部开两个孔，分别连接气体导管和液体导管。3. 根据权利要求2所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：同一 直径上的内筒和外筒上设置用以发射和接收的成对的声学传感器或成对电学传感器。4. 根据权利要求2或3所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于： 声学传感器和电学传感器为一体化的声电传感器，同一直径上的内筒和外筒上设置用以发 射和接收的声电传感器。5. 根据权利要求1所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：数据 处理系统经远程控制器接收并处理各数据采集模块发送的数据。6. 根据权利要求4所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：一体 化声电传感器的声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用环形，声学传感器的一端置于电 学传感器的环内。7. 根据权利要求4所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：一体 化声电传感器的声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用矩形，矩形中心具有圆孔，声学传 感器的一端置于电学传感器的圆孔内。8. 根据权利要求7所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：矩形 上沿反应釜轴向设置若干个圆孔，声学传感器的一端置于电学传感器的圆孔内。9. 根据权利要求2或8所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于： 滤网为500目不锈钢或陶瓷滤网。10. 根据权利要求1所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：内筒 和外筒的两个超声换能器组成声学传感器对。
【专利摘要】本实用新型公开了一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，主要包括反应釜、传感系统、硬件接口设备和数据处理系统，反应釜用以盛装被测介质，传感系统安装在反应釜内，传感系统通过硬件接口设备接入数据处理系统；传感系统包括电学、声学、温度和压力传感器，数据处理系统通过多路切换模块控制分别采集各传感器的信号并进行处理，实现实验室环境下沉积物中天然气水合物生成分解过程的模拟、声学与电学参数联合测试的实施，利用此系统和对应的测试方法可以高效地开展天然气水合物相关的物理模拟实验，获取蕴含丰富信息的声学和电学测试参数数据，建立准确的天然气水合物饱和度计算模型。
【IPC分类】G01V11/00, G01V13/00, G01N33/00
【公开号】CN205015491
【申请号】CN201520743642
【发明人】邢兰昌, 刘昌岭, 陈强, 耿艳峰, 华陈权, 祁雨
【申请人】中国石油大学(华东), 青岛海洋地质研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月23日