基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法、系统

1.一种基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，包括：对夹持在岩心夹持装置中的岩心样本进行驱替模拟，并在驱替模拟中利用多频信号同步激发在当前时间步进行电容模态检测和电阻模态检测，得到对应的双模态电信号，其中双模态电信号包括电阻信号和电容信号；依据模态优选条件对双模态电信号进行融合，其中模态优选条件包括：在驱替模拟中的含气饱和度>设定值或含水饱和度<设定值时， ；其他情况下， ；其中 均为权重系数， 为电容信号；R为电阻信号；将岩心样本的岩心有效孔隙度、油水完全饱和状态下的渗透率、达西方程预计算的流场数据作为饱和度反演模型的先验知识输入，将融合后的双模态电信号作为饱和度反演模型的原始数据输入，得到对应的油/水/气三维饱和度分布反演数据；根据上一时间步的各相相对渗透率计算当前时间步的油/水/气三维饱和度分布计算数据，基于油/水/气三维饱和度分布计算数据与油/水/气三维饱和度分布反演数据之间的误差进行拟合，输出拟合相渗结果和油/水/气三维饱和度分布结果。 2.根据权利要求1所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，饱和度反演模型的构建过程，包括：获取若干样本，按照比例将其划分为训练样本集和测试样本集，其中，每个样本均包括油/水/气三维饱和度分布的标识信息、历史岩心样本的岩心有效孔隙度、油水完全饱和状态下的渗透率和达西方程预计算的流场数据，及历史岩心样本进行驱替模拟中在某一时间步对应的融合后的双模态电信号；利用训练样本集对初始模型进行训练，训练时引入损失函数，在损失函数的值稳定时，结束训练，得到饱和度反演模型，其中初始模型为引入残差连接和注意力机制的双通道U-Net网络，包括双通道、特征融合模块、编码器、 物理约束模块和解码器，双通道包括并行的先验知识输入通道和原始数据输入通道，分别用于输入先验知识和融合后的双模态电信号，特征融合模块对先验知识和融合后的双模态电信号进行特征融合与张量构建，编码器对输入的融合特征进行4级下采样，并通过残差连接保留微观边界特征，在编码过程中利用物理约束模块进行物理约束，解码器对编码后的融合特征进行特征恢复；利用测试样本集分别对饱和度反演模型进行测试，优化饱和度反演模型的模型参数，并输出符合测试评估要求的饱和度反演模型。 3.根据权利要求1或2所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，根据上一时间步的各相相对渗透率计算当前时间步的油/水/气三维饱和度分布计算数据，基于油/水/气三维饱和度分布计算数据与油/水/气三维饱和度分布反演数据之间的误差进行拟合，输出拟合相渗结果和油/水/气三维饱和度分布结果，包括：判断当前时间步的油/水/气三维饱和度分布计算数据与油/水/气三维饱和度分布反演数据之间的误差是否大于设定值；判断当前时间步的油/水/气三维饱和度分布计算数据与油/水/气三维饱和度分布反演数据之间的误差是否大于设定值；响应于是，则将上一时间步的各相相对渗透率在设定的调整区间内进行随机调整，并返回重新确定当前时间步的油/水/气三维饱和度分布计算数据；响应于否，则输出上一时间步的各相相对渗透率作为拟合相渗结果，对应的油/水/气三维饱和度分布反演数据作为油/水/气三维饱和度分布结果。 4.根据权利要求1或2所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，岩心夹持装置包括夹持本体和两个端盖，两个端盖分别设置在夹持本体的前端和后端，且在两个端盖上均设置有流体进口/出口，夹持本体包括夹持套筒和多模态传感阵列套筒，多模态传感阵列套筒套装在夹持套筒内，多模态传感阵列套筒包括由上至下依次设置的5层多模态传感阵列测量层，每一多模态传感阵列测量层均呈中空圆柱状结构，且均包括大小相同的测量环和2个绝缘胶套环，2个绝缘胶套环分别设置在测量环的左端和右端，测量环包括16组电阻电极、16个绝缘胶套块，电阻电极和绝缘胶套块间隔设置形成封闭的测量环，每个绝缘胶套块的中部均设置有开口向上的开口槽，在开口槽内设置有1组电容电极。 5.根据权利要求4所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，对夹持在岩心夹持装置中的岩心样本进行驱替模拟，并在驱替模拟中利用多频信号同步激发在当前时间步进行电容模态检测和电阻模态检测，得到对应的双模态电信号，包括：将岩心加工成为岩心样本；将岩心样本置于多模态传感阵列套筒内，多模态传感阵列套筒置于夹持套筒中，夹持套筒和多模态传感阵列套筒之间通过外部泵装填绝缘硅油，给岩心样本提供围压的同时，将岩心样本压实多模态传感阵列套筒，使得多模态传感阵列套筒上的电阻电极与岩心样本完全接触；向夹持在岩心夹持装置中的岩心样本以设定排量或恒压的方式进行驱替模拟，在驱替过程中，基于岩心夹持装置中的多模态传感电极阵列，利用多频信号同步激发进行电容模态检测和电阻模态检测，实时测量当前时间步的双模态电信号，其中双模态电信号包括电容信号和电阻信号。 6.根据权利要求5所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，电容模态检测过程，包括：在多模态传感阵列测量层中向相邻电容电极对注入高频激励信号，并测量对应的电容信号，遍历所有相邻电容电极；循环上述步骤，遍历所有多模态传感阵列测量层，得到当前时间步的电容信号，遍历周期设置为固定值。 7.根据权利要求5或6所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演方法，其特征在于，电阻模态检测过程，包括：在多模态传感阵列测量层中向对角电阻电极对注入低频激励信号，沿岩心轴向测量电压梯度，计算得到等效电阻值；循环上述步骤，依次逐层施加电流，确定每一多模态传感阵列测量层的等效电阻。 8.一种应用如权利要求1至7中任意一项所述方法的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演系统，其特征在于，包括驱替执行检测部分和流体原位动态反演部分；驱替执行检测部分包括岩心夹持装置和双通道激励及检测装置，岩心夹持装置夹持岩心样本，在对夹持在岩心夹持装置中的岩心样本进行驱替模拟中，双通道激励及检测装置对岩心夹持装置执行多频信号同步激发，且在当前时间步进行电容模态检测和电阻模态检测，得到对应的双模态电信号，其中双模态电信号包括电阻信号和电容信号；流体原位动态反演部分包括：模态优选单元，依据模态优选条件对双模态电信号进行融合，其中模态优选条件包括：在驱替模拟中的含气饱和度>设定值或含水饱和度<设定值时， ；其他情况下， ；其中 均为权重系数， 为电容信号；R为电阻信号；动态反演单元，将岩心样本的岩心有效孔隙度、油水完全饱和状态下的渗透率、达西方程预计算的流场数据作为饱和度反演模型的先验知识输入，将融合后的双模态电信号作为饱和度反演模型的原始数据输入，得到对应的油/水/气三维饱和度分布反演数据；相渗拟合单元，根据上一时间步的各相相对渗透率计算当前时间步的油/水/气三维饱和度分布计算数据，基于油/水/气三维饱和度分布计算数据与油/水/气三维饱和度分布反演数据之间的误差进行拟合，输出拟合相渗结果和油/水/气三维饱和度分布结果。 9.根据权利要求8所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演系统，其特征在于，岩心夹持装置包括夹持本体和两个端盖，两个端盖分别设置在夹持本体的前端和后端，且在两个端盖上均设置有流体进口/出口，夹持本体包括夹持套筒和多模态传感阵列套筒，多模态传感阵列套筒套装在夹持套筒内，多模态传感阵列套筒包括由上至下依次设置的5层多模态传感阵列测量层，每一多模态传感阵列测量层均呈中空圆柱状结构，且均包括大小相同的测量环和2个绝缘胶套环，2个绝缘胶套环分别设置在测量环的左端和右端，测量环包括16组电阻电极、16个绝缘胶套块，电阻电极和绝缘胶套块间隔设置形成封闭的测量环，每个绝缘胶套块的中部均设置有开口向上的开口槽，在开口槽内设置有1组电容电极；或/和，双通道激励及检测装置包括双通道激励源模块和多模态检测模块；双通道激励源模块设置有独立双通道输出，包括：高频电容激励通道，输出1–10MHz正弦波信号，功率≤1W，频率切换时间＜10μs；低频电阻激励通道，输出10Hz–100kHz方波电流，最大电流≤2mA，支持岩心轴向与径向电阻梯度测量；多模态检测模块包括电阻梯度测量模块和电容测量模块，分别执行电容模态检测和电阻模态检测。 10.根据权利要求8或9所述的基于多频电阻及电容耦合层析成像的岩心驱替流体原位动态反演系统，其特征在于，还包括模型构建单元，用于构建饱和度反演模型，包括：样本获取模块，获取若干样本，按照比例将其划分为训练样本集和测试样本集，其中，每个样本均包括油/水/气三维饱和度分布的标识信息、历史岩心样本的岩心有效孔隙度、油水完全饱和状态下的渗透率和达西方程预计算的流场数据，及历史岩心样本进行驱替模拟中在某一时间步对应的融合后的双模态电信号；训练模块，利用训练样本集对初始模型进行训练，训练时引入损失函数，在损失函数的值稳定时，结束训练，得到饱和度反演模型，其中初始模型为引入残差连接和注意力机制的双通道U-Net网络，包括双通道、特征融合模块、编码器、 物理约束模块和解码器，双通道包括并行的先验知识输入通道和原始数据输入通道，先验知识输入通道和原始数据输入通道分别用于输入先验知识和融合后的双模态电信号，特征融合模块对先验知识和融合后的双模态电信号进行特征融合与张量构建，编码器对输入的融合特征进行4级下采样，并通过残差连接保留微观边界特征，在编码过程中利用物理约束模块进行物理约束，解码器对编码后的融合特征进行特征恢复；测试模块，利用测试样本集分别对饱和度反演模型进行测试，优化饱和度反演模型的模型参数，并输出符合测试评估要求的饱和度反演模型。