CN110487607B - 多类型水合物生成监测测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多类型水合物生成监测测试方法，该方案设计有气体消耗计量模块、多类型水合物样品制备模块、电阻率参数测试模块和声学参数测试模块，设计能模拟环境压力、温度、沉积物填充方式及气液比等条件，合成多种类型的天然气水合物储层；并通过电阻层析成像技术探测水合物在岩心中的三维分布，实现岩心内部可视化；同时采用声波测试仪探测水合物沉积物岩心的纵横波，获得不同类型水合物储层声波速度与水合物分布的关系；对正确理解自然界中天然气水合物的赋存状态(不同类型储层)的物性参数，建立准确的水合物饱和度与其储层的基础物性参数之间的定量关系具有重要意义。

Description

多类型水合物生成监测测试方法
技术领域
本发明属于海洋天然气水合物资源勘探开发工程技术领域，具体涉及一种多类型水合物生成监测测试方法。
背景技术
天然气水合物在自然界中主要以孔隙填充型和裂隙填充型两种形态分布在海底沉积物中，是一种重要的潜在能源。到目前为止，现有的实验室内制备水合物岩心样品的方法主要有两种：原位生成法和混合压制法，前者是通过模拟海底环境条件在高压釜中原位生成，但这种生成方法基本上生成的都是孔隙填充型水合物岩心样品；后者是通过不同比例的纯水合物与沉积物混合压制而成。如何生成裂隙填充型水合物，如块状、脉状、结核状水合物样品尚没有报道，更没有关于这些水合物的探测方法。
目前，实验室内制备含水合物沉积物样品并测定其物性参数有多种实验装置与方法；如发明专利ZL201710303350.9公开了一种CT专用的水合物电阻率测量装置及方法，可在X-CT扫描的同时测定含水合物沉积物的电阻率，该装置体积很小，直径只有2cm；实用新型专利ZL201820344769.9公开了采用电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography简称ERT)技术进行裂隙型天然气水合物动态监测装置，该装置采用的ERT是iTS公司成熟的技术，只能监测两个截面的电阻率变化，不能形成水合物岩心的三维立体图像；发明专利ZL201610071504.1提供了一种测量含水合物沉积介质地震波速与电磁衰减的装置及方法，采用共振柱的原理实现的。
现有的这些天然气水合物实验装置与物性参数的测量方法主要存在以下缺陷：(1)CT实验所使用的沉积物样品比较小，难以开展多类型水合物尺度的实验；(2)测量参数比较单一，且获得的数据分辨率精度较低；(3)采用的ERT是商业性成熟技术，只能测定两个截面的电阻率，难以实现对整个岩心的三维可视化观测。
因此，为满足我国海域天然气水合物资源勘探和开发的需求，必须从水合物样品产状特征和监测测试可操作性方面对现有声、电测试方法做完善或改造，研制一套能在实验室内制备多类型的水合物岩心样品，同时能实现整个岩心的三维可视化实时观测，并同时测量其声波速度，对正确理解自然界中天然气水合物的赋存状态(不同类型储层)的物性参数，建立准确的水合物饱和度与其储层的基础物性参数之间的定量关系具有重要意义。
发明内容
本发明方案为解决实验室内大尺度实验尺寸下水合物赋存状态难以观测问题，以及实验室内多类型水合物合成效果难以确定问题，提供一种多类型水合物生成监测测试方法，为多类型天然气水合物样品的电学和声学监测测试提供新思路。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种多类型水合物生成监测测试系统的测试方法，包括以下步骤：
步骤A、检查监测测试系统：连接系统组件，检查系统密封性及信号通讯是否正常；
步骤B、基于多类型水合物样品制备模块制备多类型水合物样品；
步骤C、在多类型水合物生成过程中，基于电阻率参数测试仪和声波参数测试仪测量高压反应釜中水合物样品的电阻率参数和声学参数；
步骤D、完成多类型水合物样品制备后，基于步骤C中所获得的电阻率参数分析多类型水合物的空间分布状态，具体包括：
步骤D1、正演模拟：基于不同水合物饱和度条件及其对应的电阻率数值构建数据库，对形成的电阻率图像的二维剖面进行自适应的三角单元剖分，并求取稳定电流场数值解，计算视电阻率，得到每一个三角单元的电阻率值，最终形成视电阻率分布图像，作为初始模型；
步骤D2、反演模拟：将实验过程中通过电阻率参数测试仪得到的实际测量结果与上述正演模拟结果进行比较，不断对比实测结果与正演模拟模型直至正演结果和实际测量结果在误差允许范围内，并将最终的数据模型作为电阻率反演结果；
步骤D3、对m层剖面完成反演后，获得m层剖面的反演图像结果，将层与层之间进行插值运算，以得到整个生成内筒的电阻率三维成像。
进一步的，所述步骤D3中，考虑到层间间距远大于层内像素之间的距离，在建立三维图像模型时，在层与层之间进行插值运算，所述的插值运算采用Lagrange插值，首先对已获得的反演模拟图像结果的图层进行小波变换，获得图像边缘对应小波系数的位置信息，然后在不同图层的图像的相应小波系数之间运用Lagrange多项式进行强度和位置差值，其有限冲击响应函数为：
Figure BDA0002172358760000021
进一步的，所述步骤D3中，则具体通过以下方式进行插值运算：
(1)设步骤D2中反演得到的水合物电阻率层析图像f2和f4之间的位置d1处进行插值，对已获得的水合物电阻率层析图像f1，f2，f4，f5进行二维离散小波变换，得到一系列高频小波子图
Figure BDA0002172358760000022
及低频子图
Figure BDA0002172358760000023
其中i＝1,2,4,5代表已获得的电阻层析源图像，r＝1,2,…,n表示小波尺度；
(2)在相同尺度且相同方向的高频小波子图之间进行插值，得到一系列新的高频子图
Figure BDA0002172358760000031
Figure BDA0002172358760000032
(3)在低频子图之间进行插值，得到新的低频子图
Figure BDA0002172358760000033
(4)对新的高频小波子图
Figure BDA0002172358760000034
和低频子图
Figure BDA0002172358760000035
进行小波逆变换，得到新的插值图像fs，即为f2和f4之间的位置d1处的插值图像；
(5)其他位置的水合物电阻率层析图像插值图像步骤(1)-(4)同样的方法获得。
进一步的，所述步骤C中，利用电阻率参数测试仪进行电阻率参数采集时，采用以下采集方式：
先将某层相邻的两个电极作为供电电极，依次测量该层其余电极之间的电位差，然后改变供电电极进行下一组测量，直至完成该层的电阻率参数采集；对其它层采用同样的采集方式，直至完成m层电阻率参数的采集
进一步的，所述步骤C中，利用电阻率参数测试仪进行电阻率参数采集时，采用以下采集方式：
先将某层相邻的两个电极作为供电电极，依次测量该层其余电极之间的电位差，然后改变供电电极进行下一组测量，直至完成该层的电阻率参数采集；对其它层采用同样的采集方式，直至完成m层电阻率参数的采集。
进一步的，所述步骤B中，所述的多类型水合物样品包括分散状水合物样品、结核状水合物样品、层状水合物样品和块状水合物样品，制备之前，需要先对其通过岩芯塑样器进行塑样，岩芯塑样器整体为两瓣式，其顶端开口并设置压样平头锤，包括固定外筒、塑样内筒和塑样底座，塑样内筒为圆筒状，设置在柱筒状的固定外筒内，在岩芯塑样器内筒和岩芯塑样器外筒之间填充有耐低温充填层，固定外筒的外侧壁上设置有固定卡箍，以将两瓣式岩芯塑样器固定，整个塑样过程在液氮环境下实现，具体如下：
(1)分散状水合物样品塑样：将等量的冰粉和沉积物介质在液氮条件下充分混合搅拌，然后将混合均匀的沉积物装入岩心塑样器，采用压样平头锤施加300N-400N的压力将混合沉积物压实，直至装满岩心塑样器；
(2)结核状水合物样品塑样：先向岩心塑样器中加入1/m塑样器体积的预冷却的沉积物，然后加入1/2m塑样器体积的球状冰粉，m为自然数，使冰粉呈团块状在沉积物中不规则分布；之后重复加入上述等体积量的沉积物和冰粉，最后剩余空间加入冷却的沉积物，使用压样平头锤将混合沉积物压实，直至装满岩心塑样器；
(3)层状水合物样品塑样：先向岩心塑样器中加入1/n塑样器体积的预冷却的沉积物，使用压样平头锤将沉积物压实，然后加入1/n塑样器体积的冰粉，n为自然数，同样使用压样平头锤将冰粉压实，之后重复加入上述等体积量的沉积物和冰粉并压实，最后一层加入1/n塑样器体积的预冷却的沉积物，直至装满岩心塑样器；
(4)块状水合物样品塑样：将1/10塑样器体积的冰粉和9/10塑样器体积的沉积物介质在液氮条件下混合搅拌，使沉积物呈不规则不均匀分布；在装样过程中，使用压样平头锤将冰粉和沉积物混合物压实，直至装满岩心塑样器。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明方案通过水合物岩心样品制备模块的设计，制备多类型水合物岩心样品，可实现沉积物填充方式、气体循环供给、流体循环供给、温度压力控制及数据采集、样品快速取出等功能；并通过电阻层析成像检测模块实现水合物样品制备过程中水合物分布情况的实时监测，多层位布设电极探头，不仅能获取多个剖面的水合物分布信息，还能形成空间成像，解决了多类型水合物生成监测问题；每层布设多个电极探头，使电阻率层析成像时分辨率升高，解决了分辨率不够导致无法判别水合物的问题；
另外，通过声波监测模块的设计，在多类型水合物生成监测过程中，能同时进行声波探测，获取声学参数，能够获取准确的多类型水合物的声波参数信息，通过声波的监测来确定不同类型水合物的分布，探讨不同类型水合物的声波特性及其与水合物非均匀分布的关系。
附图说明
图1为本发明实施例所述多类型水合物生成监测测试系统示意图；
图2为本发明实施例所述高压反应釜的结构示意图；
图3为本发明实施例所述高压反应釜端盖的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例所述高压反应釜内筒的结构示意图；
图5为本发明实施例所述电阻率测量电极激励示意图；
图6为本发明实施例插值方法原理示意图；
其中，1、气体消耗计量模块；11、储气罐；12、截止阀；13、减压阀；14、流量计；15、背压阀；2、样品制备模块；21、恒温水浴控制箱；22、高压反应釜；221、快开卡箍；222、堵头；223、流体进出口；224、水夹套层；225、流体底部出口；226、电阻测试层位；23、生成内筒；231、水合物生成内筒微孔；24、沉积物和水合物分布空间；25、气体导入管；26、压力传感器；27、温度传感器；3、电阻率参数测试模块；31、电极；32、电阻率参数测试仪；33、信号线；34、航空插头；4、声波参数测试模块；41、声波探头；42、声波参数测试仪；43、信号线；44、探头顶杆。
具体实施方式
为了能够更清楚的理解本发明的上述目的和优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细地描述：
本发明方案的设计思路是：为解决(1)实验室内大尺度实验尺寸下水合物赋存状态难以观测问题，以及(2)实验室内多类型水合物合成效果难以确定问题，提出创新方案：在多类型水合物样品制备模块中合成多类型水合物样品，然后将合成的水合物样品通过电阻率参数测试模块和声学参数测试模块进行原位测量，在测量的过程中，可以直接同时获得电阻率层析成像数据和声学参数。为开展多类型天然气水合物样品电阻率成像监测和声学参数的测试，获取多类型天然气水合物样品空间分布特征和声学特性数据，从而为探索实际多类型天然气水合物藏提供有效的探测依据和理论基础。
实施例1，一种多类型水合物生成监测测试系统，如图1所示，包括气体消耗计量模块1、多类型水合物样品制备模块2、电阻率参数测试模块3和声学参数测试模块4，所述气体消耗计量模块1、电阻率参数测试模块3和声学参数测试模块4均与多类型水合物样品制备模块2相连，在实验室内实现多类型天然气水合物岩心样品制备，研发电阻层析成像及声波的联合探测技术，实现水合物岩心样品的三维可视化观测及声学参数的测量。
继续参考图1，所述气体消耗计量模块1包括储气罐11，储气罐11通过气体导入管25与多类型水合物样品制备模块2的入口端相连，在气体导入管25上还设置有截止阀12、减压阀13、流量计14和背压阀，主要用于水合物生成过程中气体量的控制，通过阀门控制进入反应釜中的气体量。本实施例中，提供了两种气体流通路径，第一种方案通过气体导入管25上设置的截止阀12、减压阀13、流量计14和背压阀15实现气体流通，通过流量计计量水合物生成过程中甲烷气体的消耗量；第二种方案通过气体导入管25上设置的截止阀12、储气罐11和压力传感器26，通过储气罐中气体的压力降计算出水合物生成过程中甲烷气体的消耗量，两种方法测量的数据更准确。
如图1-3所示，所述多类型水合物样品制备模块2包括恒温水浴控制箱21、高压反应釜22，高压反应釜22设置在恒温水浴控制箱21内，高压反应釜最高工作压力30MPa，压力控制精度±0.1％，内径φ140mm，内部空间高度400mm；所述高压反应釜22采用内外筒设计，在高压反应釜内部设置有一生成内筒23，外筒设计为耐高压快开反应釜，选用材质316L不锈钢，设计为卡箍式快开结构，可快速打开反应釜，进行样品快速拆装；反应釜底部预留放空口，顶部预留流体进出口及电阻线、超声波外接绝缘快接接头等测试接口；高压反应釜侧壁焊接水夹套层224用于温度控制，并设计有保温棉组成的保温层，采用水夹套制冷，低温恒温循环水浴控温；从高压反应釜侧壁开孔2个，放置在接近内筒顶部和底部位置，用于安装内部测温探头。
所述高压反应釜内部绝缘生成内筒23采用绝缘度MΩ级尼龙材质加工，生成内筒的筒壁密布筛孔231，便于气体扩散到筒内沉积物中；内筒底部中心位置安装一个超声波探头41，上部堵头(绝缘度MΩ级尼龙材质)中心位置安装一个超声波探头41；内筒电阻和超声波探头安装范围以外区域，四周及底部均匀布置透气不透水通道(这里通道就是指筛孔231的位置)，透水压差约0.1MPa。所述生成内筒高280mm，直径100mm，厚度8mm，设置于所述高压反应釜22内，外壁与高压反应釜内壁之间有32mm空隙(反应釜内径140mm，内筒内径100mm，内筒厚8mm，所以这个空隙为32mm)。
本方案中在进行温度控制时，采用水夹套制冷，低温恒温循环水浴控温，水浴温度范围：-10℃～室温，精度±0.3℃。恒温控制箱21可采用低温水域来调节，多类型水合物生成高压反应釜22密封端开口有孔用于连接进气/泄气、温度传感器、信号线、航空插头、压力表及压力传感器(量程30MPa，精度±0.1％F.S)等。
本方案中，电阻层析成像模块的设计思路是：在水合物反应釜内部布设电极阵列，仪器自动按某种装置固有的数据采集方式进行电位测量和采集，不同的极距组合可以计算出不同位置的视电阻率数值，通过绘制其视电阻率等值断面图或反演出电阻率真断面图来反映探测区域内的异常，利用含天然气水合物储层具有高电阻率这一特征，就可以完成对水合物储层的电阻率成像监测；
参考图2-3，所述电阻率参数测试模块3包括电极31、电阻率参数测试仪32、信号线33和航空插头34，电极31设置于所述多类型水合物生成内筒23上，共布设12层，每层16支电极，夹角22.5°，共计数量192个，层高20mm。电阻率参数测试仪32用于获取电阻率参数并进行成像，信号线33用于连接所述电极31和所述电阻率参数测试仪32，航空插头34用于便捷连接所述反应釜端盖外和端盖内的信号线，其中每个航空插头34具有39针通讯接口。
另外，继续参考图1，所述声波参数测试模块4包括声波探头41、声波参数测试仪42、信号线43、航空插头34和声波探头顶杆44。其中声波探头41设置于多类型水合物生成内筒23的上下两端。声波参数测试仪42用于测试样品声波参数；信号线43用于连接声波探头41和声波参数测试仪42；航空插头34用于连接所述反应釜端盖外和端盖内的信号线，探头顶杆44用于压紧多类型水合物生成内筒23里的水合物样品。
本实施例所述的测试系统能够模拟环境压力、温度、沉积物填充方式及气液比等条件，合成多种类型的天然气水合物储层；并通过电阻层析成像技术探测水合物在岩心中的三维分布，实现岩心内部可视化；同时为采用声波测试仪探测水合物沉积物岩心的纵横波，获得不同类型水合物储层声波速度与水合物分布的关系提供支持。
实施例2，基于实施例1所述的多类型水合物生成监测测试系统，本实施例提供了一种水合物岩心样品的测试方法，包括以下步骤：(1)检查监测测试系统；(2)在高压反应釜内样品筒中装样，并将高压反应釜内筒放入多类型水合物样品制备模块中制备多类型水合物样品；将声波探头安装好，连接好声波参数测试仪和电阻率参数测试仪；多类型水合物样品生成过程中，利用电阻率层析成像功能监测多类型水合物样品在沉积物中的分布情况；利用声波探头测量多类型水合物样品的声波参数，具体的：
A、检查测试系统。
样品制备前，检查各密封位置密封环是否完好无损，主要检查点包括导入管25与多类型水合物生成高压反应釜22之间的密封、航空插头34与高压反应釜22之间的密封、温度传感器27与高压反应釜22之间的密封以及高压反应釜22与高压反应釜22端盖之间的密封。
另外，并检查电阻率参数测试仪32与电极31通过信号线33和航空插头34连接，声波参数测试仪42与声波探头41通过信号线43和航空插头34连接，测试模块连接好后，检查信号通讯是否正常。
B、在多类型水合物生成内筒23中装样，并将多类型水合物生成内筒23放入高压反应釜22中制备多类型水合物样品。
将封装好的多类型水合物生成内筒23放入高压反应釜22，将高压反应釜22放入恒温控制箱21中，开启水浴循环制冷，将系统置于1℃的低温系统降温生成水合物；
此时，通过导入管25向高压反应釜22中通入高压气体，由高压反应釜22上面的温度传感器27测出反应釜22内的温度，通过流量计14或储气罐11的压力传感器测得生成水合物的甲烷消耗量。
本实施例中，所述的多类型水合物样品包括分散状水合物样品、结核状水合物样品、层状水合物样品和块状水合物样品，制备之前，需要先对其通过岩芯塑样器进行塑样，然后再在多类型水合物生成内筒23中装样，其中，岩芯塑样器整体为两瓣式，其顶端开口并设置压样平头锤，包括固定外筒、塑样内筒和塑样底座，塑样内筒为圆筒状，设置在柱筒状的固定外筒内，在岩芯塑样器内筒和岩芯塑样器外筒之间填充有耐低温充填层，固定外筒的外侧壁上设置有固定卡箍，以将两瓣式岩芯塑样器固定，整个塑样过程在液氮环境下实现，具体如下：
(1)分散状水合物样品塑样：将等量的冰粉和沉积物介质在液氮条件下充分混合搅拌，然后将混合均匀的沉积物装入岩心塑样器，采用压样平头锤施加300N-400N的压力将混合沉积物压实，直至装满岩心塑样器；
(2)结核状水合物样品塑样：先向岩心塑样器中加入1/m塑样器体积的预冷却的沉积物，然后加入1/2m塑样器体积的球状冰粉，m为自然数，使冰粉呈团块状在沉积物中不规则分布；之后重复加入上述等体积量的沉积物和冰粉，最后剩余空间加入冷却的沉积物，使用压样平头锤将混合沉积物压实，直至装满岩心塑样器；
(3)层状水合物样品塑样：先向岩心塑样器中加入1/n塑样器体积的预冷却的沉积物，使用压样平头锤将沉积物压实，然后加入1/n塑样器体积的冰粉，n为自然数，同样使用压样平头锤将冰粉压实，之后重复加入上述等体积量的沉积物和冰粉并压实，最后一层加入1/n塑样器体积的预冷却的沉积物，直至装满岩心塑样器；
(4)块状水合物样品塑样：将1/10塑样器体积的冰粉和9/10塑样器体积的沉积物介质在液氮条件下混合搅拌，使沉积物呈不规则不均匀分布；在装样过程中，使用压样平头锤将冰粉和沉积物混合物压实，直至装满岩心塑样器。
C、多类型水合物生成过程中，利用电阻率参数测试仪32和声波参数测试仪42测量高压反应釜22中水合物样品的参数；完成多类型水合物样品制成后，关闭导入管25，测量水合物生成结束后多类型水合物的空间分布状态和声学参数：
(1)将形二维剖面上剖分为三角形单元，给出每一个三角单元的电阻率值，作为初始模型，完成有限元正演模拟；
(2)然后比较正演结果和实际测量结果，不断的修改模型直到正演结果和实际测量结果在误差允许的范围内，将最终的模型作为电阻率反演结果；
(3)对整个装置的12个剖面完成反演，层与层之间进行插值计算，得到整个内筒的电阻率三维成像。
本实施例中，获得电阻率参数后，应用参数进行处理，可以形成电阻率图像2D剖面，各层剖面之间进行联合成像，可以得到内筒中实验样品的三维电阻率分布情况，而且，需要注意的是，在进行数据采集时：将相邻的两个电极作为供电电极(图5)，依次测量其余电极之间的电位差，除了供电电极(AB)之间的电压和两个供电电极与外侧相邻电极(AN13、BM1)之间的电压之外，需对其余13对电极之间的电压进行测量，然后改变供电电极进行下一组测量，完成一次采集共进行208次电压测量。
数据采集完成后，进行有限单元法正演模拟，将一个圆形的二维剖面进行自适应的三角单元剖分，采用有限单元法求取稳定电流场数值解，结合装置系数计算视电阻率，最终形成视电阻率分布图像，其中：稳定电流场的泊松方程为：
Figure BDA0002172358760000081
之后进行地球物理反演方法，比较正演结果和实际测量结果，不断的修改模型直到正演结果和实际测量结果在误差允许的范围内，将最终的模型作为电阻率反演结果。对整个装置的12个剖面完成反演，层与层之间进行插值计算，得到整个内筒的电阻率三维成像，进而解释水合物的分布状况。
另外，本实施例中，通过数据反演可以得到不同图层的图像数据，但层与层之间的距离为20mm，层间的距离远大于层内像素之间的距离，这样在建立三维图像模型时，每层图像的层间分辨率较低，不能获得准确的水合物空间分布位置，因此需要层与层之间进行插值计算，以此得到整个内筒的电阻率三维成像，具体的，本实施例采用Lagrange插值进行插值运算：
Lagrange插值是多项式插值的一种，n阶的Lagrange插值需要n+1个抽样点，0阶的Lagrange插值即为Nearest Neighbour插值，1阶的Lagrange插值为线性插值，3阶的Lagrange插值的有限冲击相应函数为:
Figure BDA0002172358760000091
图像差值算法采用基于小波-Lagrange的差值方法，首先对已获得上述反演图像结果的图层进行小波变换，获得图像边缘对应小波系数的位置信息，在不同图层的图像的相应小波系数之间运用Lagrange多项式进行强度和位置差值。本方案涉及的基于小波变换与Lagrange差值方法的流程图如图6所示；比如，要在上述反演得到的水合物电阻率层析图像f2和f4之间的位置d1处进行插值，所需步骤为：
(1)对已获得的水合物电阻率层析图像f1，f2，f4，f5进行二维离散小波变换，得到一系列高频小波子图
Figure BDA0002172358760000092
及低频子图
Figure BDA0002172358760000093
其中i＝1,2,4,5代表已获得的电阻层析源，r＝1,2,…,n表示小波尺度。
(2)在相同尺度且相同方向的高频小波子图之间进行插值，得到一系列新的高频子图
Figure BDA0002172358760000094
Figure BDA0002172358760000095
(3)在低频子图之间进行插值，得到新的低频子图
Figure BDA0002172358760000096
(4)对新的高频小波子图
Figure BDA0002172358760000097
和低频子图
Figure BDA0002172358760000098
进行小波逆变换，得到新的插值图像fs，即为f2和f4之间的位置d1处的插值图像。
同理，其他位置的水合物电阻率层析图像插值图像使用同样的方法获得。
通过本实施例上述的测试方法，本发明能够实现(1)制备不同水合物产状的多类型天然气水合物样品；(2)实现多类型水合物样品电阻率层析成像监测；(3)电阻率层析成像监测过程中可同步进行多类型水合物样品声学参数的测试。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.多类型水合物生成监测测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、检查监测测试系统：连接系统组件，检查系统密封性及信号通讯是否正常；
所述监测测试系统包括气体消耗计量模块(1)、多类型水合物样品制备模块(2)、电阻率参数测试模块(3)和声学参数测试模块(4)，所述气体消耗计量模块(1)、电阻率参数测试模块(3)和声学参数测试模块(4)均与多类型水合物样品制备模块(2)相连；
所述多类型水合物样品制备模块(2)包括恒温水浴控制箱(21)和设置在恒温水浴控制箱(21)内的高压反应釜(22)，所述高压反应釜(22)采用内外筒设计，包括外筒和生成内筒(23)，用以实现在实验室内对多类型天然气水合物岩心样品的制备，气体消耗计量模块(1)用以控制多类型天然气水合物岩心样品制备过程中气体的量，结合电阻率参数测试模块(3)和声学参数测试模块(4)实现对多类型天然气水合物岩心样品的三维可视化观测及声学参数的测量；
所述电阻参数测试模块(3)包括电极(31)和电阻率参数测试仪(32)，所述电极(31)设置于所述生成内筒(23)上，从上至下共布设m层，每层n支电极，所述电极(31)通过信号线(33)与电阻率参数测试仪(32)相连，电阻率参数测试仪(32)用于获取电阻率参数并进行成像；
步骤B、基于多类型水合物样品制备模块制备多类型水合物样品，具体的：
所述的多类型水合物样品包括分散状水合物样品、结核状水合物样品、层状水合物样品和块状水合物样品，制备之前，需要先对其通过岩芯塑样器进行塑样，岩芯塑样器整体为两瓣式，其顶端开口并设置压样平头锤，包括固定外筒、塑样内筒和塑样底座，塑样内筒为圆筒状，设置在柱筒状的固定外筒内，在岩芯塑样器内筒和岩芯塑样器外筒之间填充有耐低温充填层，固定外筒的外侧壁上设置有固定卡箍，以将两瓣式岩芯塑样器固定，整个塑样过程在液氮环境下实现；
步骤C、在多类型水合物生成过程中，基于电阻率参数测试仪和声波参数测试仪测量高压反应釜中水合物样品的电阻率参数和声学参数；
步骤D、完成多类型水合物样品制备后，基于步骤C中所获得的电阻率参数分析多类型水合物的空间分布状态，具体包括：
步骤D1、正演模拟：基于不同水合物饱和度条件及其对应的电阻率数值构建数据库，对形成的电阻率图像的二维剖面进行自适应的三角单元剖分，并求取稳定电流场数值解，计算视电阻率，得到每一个三角单元的电阻率值，最终形成视电阻率分布图像，作为初始模型；
步骤D2、反演模拟：将实验过程中通过电阻率参数测试仪得到的实际测量结果与上述正演模拟结果进行比较，不断对比实测结果与正演模拟模型直至正演结果和实际测量结果在误差允许范围内，并将最终的数据模型作为电阻率反演结果；
步骤D3、对m层剖面完成反演后，获得m层剖面的反演图像结果，将层与层之间进行插值运算，以得到整个生成内筒的电阻率三维成像。
2.根据权利要求1所述的多类型水合物生成监测测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤D3中，考虑到层间间距远大于层内像素之间的距离，在建立三维图像模型时，在层与层之间进行插值运算，所述的插值运算采用Lagrange插值，首先对已获得的反演模拟图像结果的图层进行小波变换，获得图像边缘对应小波系数的位置信息，然后在不同图层的图像的相应小波系数之间运用Lagrange多项式进行强度和位置差值，其有限冲击响应函数为：
Figure FDA0002501625910000021
3.根据权利要求2所述的多类型水合物生成监测测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤D3中，则具体通过以下方式进行插值运算：
(1)设步骤D2中反演得到的水合物电阻率层析图像f2和f4之间的位置d1处进行插值，对已获得的水合物电阻率层析图像f1，f2，f4，f5进行二维离散小波变换，得到一系列高频小波子图
Figure FDA0002501625910000022
及低频子图
Figure FDA0002501625910000023
其中i＝1,2,4,5代表已获得的电阻层析源图像，r＝1,2,…,n表示小波尺度；
(2)在相同尺度且相同方向的高频小波子图之间进行插值，得到一系列新的高频子图
Figure FDA0002501625910000024
Figure FDA0002501625910000025
(3)在低频子图之间进行插值，得到新的低频子图
Figure FDA0002501625910000026
(4)对新的高频小波子图
Figure FDA0002501625910000027
和低频子图
Figure FDA0002501625910000028
进行小波逆变换，得到新的插值图像fs，即为f2和f4之间的位置d1处的插值图像；
(5)其他位置的水合物电阻率层析图像插值图像步骤(1)-(4)同样的方法获得。
4.根据权利要求1所述的多类型水合物生成监测测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤C中，利用电阻率参数测试仪进行电阻率参数采集时，采用以下采集方式：
先将某层相邻的两个电极作为供电电极，依次测量该层其余电极之间的电位差，然后改变供电电极进行下一组测量，直至完成该层的电阻率参数采集；对其它层采用同样的采集方式，直至完成m层电阻率参数的采集。
5.根据权利要求1所述的多类型水合物生成监测测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤B中，所述的多类型水合物样品制备过程具体如下：
(1)分散状水合物样品塑样：将等量的冰粉和沉积物介质在液氮条件下充分混合搅拌，然后将混合均匀的沉积物装入岩心塑样器，采用压样平头锤施加300N-400N的压力将混合沉积物压实，直至装满岩心塑样器；
(2)结核状水合物样品塑样：先向岩心塑样器中加入1/m塑样器体积的预冷却的沉积物，然后加入1/2m塑样器体积的球状冰粉，m为自然数，使冰粉呈团块状在沉积物中不规则分布；之后重复加入上述等体积量的沉积物和冰粉，最后剩余空间加入冷却的沉积物，使用压样平头锤将混合沉积物压实，直至装满岩心塑样器；
(3)层状水合物样品塑样：先向岩心塑样器中加入1/n塑样器体积的预冷却的沉积物，使用压样平头锤将沉积物压实，然后加入1/n塑样器体积的冰粉，n为自然数，同样使用压样平头锤将冰粉压实，之后重复加入上述等体积量的沉积物和冰粉并压实，最后一层加入1/n塑样器体积的预冷却的沉积物，直至装满岩心塑样器；
(4)块状水合物样品塑样：将1/10塑样器体积的冰粉和9/10塑样器体积的沉积物介质在液氮条件下混合搅拌，使沉积物呈不规则不均匀分布；在装样过程中，使用压样平头锤将冰粉和沉积物混合物压实，直至装满岩心塑样器。
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