石油勘探開發(fā)中CT掃描技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：石油資源是國家發(fā)展的重要資源之一，在石油的勘測開發(fā)過程中，如何對資源的儲備量和儲存位置進行有效測定成了石油工作研究的重點和難點。CT掃描技術(shù)有較多的優(yōu)點，能夠從三維角度進行掃描和成像，分辨率較高，可以清楚地對地下巖頁組分、地下裂縫結(jié)構(gòu)和油氣產(chǎn)量進行測算，對油氣的流動進行動態(tài)檢測。因此，本文將系統(tǒng)性地分析CT掃描技術(shù)的原理和我國目前石油勘探開發(fā)的現(xiàn)狀，介紹ct技術(shù)在石油勘測中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：CT掃描；石油勘探；開發(fā)應(yīng)用

引言

一般情況下，能探明的油田開發(fā)區(qū)所處位置的地形條件比較復(fù)雜，為有效發(fā)展我國石油勘測與開發(fā)技術(shù)，研究者們將CT掃描技術(shù)應(yīng)用于石油勘探開發(fā)之中，并取得了一定的成效。CT掃描可以三維成像，并對地下的一些微觀結(jié)構(gòu)能進行深入研究。通過CT掃描可以研究地下巖頁的組分參數(shù)，精準(zhǔn)計算石油存在的位置和含量，在石油勘測中得到了廣泛應(yīng)用，提高石油領(lǐng)域研究的科學(xué)性，彌補傳統(tǒng)勘測開發(fā)工作中的不足，為石油技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻。

1.CT掃描技術(shù)的基本原理

1985年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，1967年將X射線與電子計算機相結(jié)合，發(fā)展出了CT掃描技術(shù)。CT掃描技術(shù)的原理主要是基于X射線有較強的穿透能力，當(dāng)X射線遇到檢測樣品時，會發(fā)生一定的衰減作用，且符合一般的衰減原理，即I=I0e-Σμiχi，其中I是經(jīng)過衰減后的X射線強度，I0是X射線發(fā)射的初始強度，μiχi分別是指射線的衰減系數(shù)與經(jīng)過長度[1]。當(dāng)X射線穿過檢測樣品，接收器會接受并檢測出射射線的強度，并根據(jù)衰減公式測算出經(jīng)過的長度。多次、多方位的檢測之后，將數(shù)據(jù)錄入計算機中就可以得到檢測樣品的參為結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)三維信息測算其中的相關(guān)數(shù)據(jù)。CT掃描的精確度很高，由于不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)對X射線的衰減系數(shù)有不同，因此可以精準(zhǔn)測量出檢測樣品中的層級結(jié)構(gòu)。在勘測地下頁巖的過程中，可以用X射線掃描出其中不同的片層與存在的裂縫，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)推測出石油的分布位置。經(jīng)過幾十年科學(xué)的發(fā)展，CT掃描技術(shù)的三維成像已經(jīng)具有很高的分辨率，可以從模型圖中觀察到石油緩慢流動，并可以對其狀態(tài)進行實時監(jiān)測，以便測算整個區(qū)域內(nèi)地下石油的儲存量。

2.石油勘測概述

(1)我國石油行業(yè)現(xiàn)狀石油的形成主要是生物能經(jīng)過地質(zhì)運動、在高壓的條件下不斷轉(zhuǎn)化形成的，關(guān)于石油可否再生與石油開采的問題一直備受國際關(guān)注。盡管目前世界石油存儲總量在增加，但世界上也有許多國家的儲采比例在下降，全世界每年新發(fā)現(xiàn)的油田儲量要明顯大于每年開采石油量，石油資源如何合理開發(fā)利用成了限制行業(yè)發(fā)展的難題[2]。石油化工行業(yè)與國家經(jīng)濟發(fā)展有著緊密的聯(lián)系，在世界交流日益繁雜的今天，石油產(chǎn)業(yè)的市場也在不斷開放，影響著國內(nèi)石油行業(yè)的發(fā)展。盡管我國目前的石油儲量在不斷增加，且石油行業(yè)內(nèi)也不斷有新的技術(shù)研究出現(xiàn)，但常規(guī)油田的探明量較低，非常規(guī)的油氣資源開采難度大也是需要直面的問題。(2)石油勘測的重要性石油勘測工作有十分重要的作用，需要引起行業(yè)重視。首先，根據(jù)石油勘測的結(jié)果，可以選擇合理的開發(fā)手段，并根據(jù)CT掃描技術(shù)顯示的三維模型有計劃地進行生產(chǎn)建設(shè)工作。其次，通過勘測可以得到油田儲量情況，為國家在資源控制上提供可靠的數(shù)據(jù)支持，使石油開發(fā)工作有序進行。再次，勘測能夠為管理者和技術(shù)人員提供協(xié)同合作的前期條件，二者可以根據(jù)勘測結(jié)果協(xié)商解決想法中的矛盾之處，提高了工作效率。最后，這些采集得到的地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是國家發(fā)展的重要資源，不僅是石油開發(fā)工作的參考，也是地質(zhì)、水源等領(lǐng)域的參考依據(jù)，有十分重要價值。(3)石油開發(fā)中的問題目前在我國的石油開發(fā)過程中主要存在環(huán)境與安全兩個方面的問題。一方面，無論是陸地石油還是海洋石油，在傳統(tǒng)的探測和開采過程中對地表結(jié)構(gòu)的破壞較大，如果開發(fā)不注意還會對地下水資源造成污染，對周邊居民的生活質(zhì)量產(chǎn)生較大威脅。另外，一些地區(qū)由于過度開采石油導(dǎo)致地面嚴重下沉，增加了地震、海嘯和火山爆發(fā)等自然災(zāi)害的風(fēng)險性，對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生較大破壞。另一方面，由于石油和天然氣存儲條件為地下的高壓環(huán)境，在開采過程中有一定的危險性。且在開采的過程中，油田的整個情況都處于動態(tài)變化之中，地下出水的情況無法及時預(yù)測，對開采人員的安全產(chǎn)生一定的威脅。

3.CT掃描在石油勘測開采中的應(yīng)用

(1)分析巖石組分與裂縫結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的石油勘測技術(shù)中，主要是依據(jù)地形結(jié)構(gòu)進行定位，通過在地面上打探井的方式檢測是否有石油的存在。這種勘測方式比較盲目，效率較低，不能有效測定石油的存儲量，且會對地質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成較大破壞。利用CT掃描技術(shù)，可以在不損壞地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上探明地下結(jié)構(gòu)，由于有石油存在的地下一般會有裂縫或孔隙結(jié)構(gòu)，通過X射線的照射，能夠明確探測出空隙位置與巖石的位置，幫助開采工作的開展。一般存在裂縫的地下結(jié)構(gòu)屬于連通性較強的結(jié)構(gòu)，石油會在地下空間內(nèi)有緩慢地流動，相比于零散分布的石油，處于裂縫處的石油更具有開采價值[3]。石油是在地下高壓的環(huán)境下形成的，因此有石油存在的地下巖石的巖心密度很大，越向外越疏松，并產(chǎn)生空隙。通過CT掃描能夠清晰地判斷巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以明確判斷出地下是否存在石油，有效避免了開采的盲目性。(2)預(yù)測化學(xué)成分不同物質(zhì)對X射線的吸收和反射性質(zhì)不同，根據(jù)CT掃描的結(jié)果可以明確得知檢測樣品的化學(xué)成分與性質(zhì)，能夠幫助專家了解地下物質(zhì)的基本特性，這一點對于石油的勘測和開發(fā)十分重要。由于石油開采的技術(shù)有很多種，一般都是依靠從業(yè)經(jīng)驗與周圍的地質(zhì)環(huán)境判斷使用何種方式進行開采，但是地下的情況較為復(fù)雜，人們無法直觀地勘測，因此會存在一定的盲目性與危險性。但是借助CT掃描技術(shù)，能夠清楚地看到地下物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與特性，幫助專家進行合理預(yù)判，能夠保證施工作業(yè)的安全性，提高開采效率。在石油開采過程中，還可以借助多種開采技術(shù)，保證石油的利用率。(3)檢測環(huán)境情況由于CT掃描的精細程度很高，可以詳細探測出地下地質(zhì)的層級結(jié)構(gòu)。另外人們還發(fā)現(xiàn)，借助CT掃描技術(shù)，可以判斷出地下巖石受污染的情況，有利于油田的勘測與開發(fā)。由于一些巖石受到環(huán)境污染，其不同方向上的延伸特點會發(fā)生變化，物理參數(shù)也有所改變，經(jīng)過X射線之后得到的結(jié)果也會有不同。選擇未被污染的巖石部分進行采樣和檢測，可以提高CT掃描結(jié)果的可靠性。(4)觀測油氣流向預(yù)測產(chǎn)量根據(jù)CT掃描的結(jié)果，可以在計算機中建立直觀的三維結(jié)構(gòu)圖，借助實時監(jiān)測系統(tǒng)，對比模型中動態(tài)變化的部分，能夠清楚地觀測到油氣的分布狀況及緩慢流動的情況。借助分布圖，人們能夠明確得知成片連接的石油位置和零散分布的石油的位置，判斷哪些具有較高的開采價值，并有針對性地進行開采方案設(shè)計。根據(jù)石油流動的速度可以計算出該區(qū)域油氣的存儲量，有計劃地進行開采能夠保證資源利用的合理性，也符合綠色開發(fā)、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。(5)石油開采技術(shù)石油開采是指將地面下存儲的油氣開采至地面上，通過壓力管道運輸與使用的過程。目前常用的開采技術(shù)是通過探井的方式，使石油流滲到井里，再用壓力泵將石油抽到地面上。一般的流滲方式有注水、注汽和注入其他物質(zhì)等。由于油的分子量小，在注水之后，水占據(jù)了原本石油存儲的地下空間，迫使石油上浮，流滲到探井中。而現(xiàn)在利用CT掃描技術(shù)，可以直接對地下層狀結(jié)構(gòu)進行三維建模，人們可以在計算機中直觀地看到石油的流動情況，極大地方便了石油的開采工作。一方面，通過對石油流動的實施監(jiān)控，可以探測出石油的流動方向，便于專家對探井位置的規(guī)劃，節(jié)省了人力、物力等資源。另一方面，石油開采的技術(shù)在不斷的發(fā)展，降低了開采過程中的浪費情況，提高開采效率，使更多的石油能夠充分流滲到探井中[4]。另外，借助CT掃描技術(shù)能夠較精確地估算出地下石油的存儲量，能夠為石油資源的合理開采和使用提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，有利于發(fā)展我國的石油化工行業(yè)。(6)發(fā)展方向在石油資源研究和發(fā)展的領(lǐng)域，逐步由石油、天然氣向烴類資源的方向轉(zhuǎn)化，而CT掃描技術(shù)能夠詳細探測烴源巖的結(jié)構(gòu)和成分，在巖石鑒定的方面有不可比擬的優(yōu)勢作用，為石油的發(fā)展方向提供新的思路。CT掃描不僅能夠判斷巖石內(nèi)部的詳細信息，也可以對巖石的整體結(jié)構(gòu)和條件進行判斷。研究者們應(yīng)該大力發(fā)展CT掃描技術(shù)在石油勘測和開發(fā)中的應(yīng)用，為石油化工行業(yè)的發(fā)展新方向做出努力，提高我國的科學(xué)技術(shù)研發(fā)水平與綜合競爭實力。

4.結(jié)束語

總之，CT掃描技術(shù)在石油勘測開發(fā)的領(lǐng)域中有著重要的作用，作為石油技術(shù)領(lǐng)域的研究者，應(yīng)該積極在工作中應(yīng)用CT掃描技術(shù)，使行業(yè)得到更好的發(fā)展。CT掃描技術(shù)能夠?qū)Φ叵聨r頁的組分進行有效測算，對裂縫結(jié)構(gòu)、油氣流向進行三維成像，為石油勘測工作提供便利性。在新石油能源，如烴能源的研究上，需要有明確的巖石分析和鑒定，只能依靠CT掃描技術(shù)進行研究。CT掃描技術(shù)相較于傳統(tǒng)的石油勘測技術(shù)有獨特的優(yōu)勢，應(yīng)該得到行內(nèi)的重視與發(fā)展。

參考文獻

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[3]蘇娜,段永剛,于春生.微CT掃描重建低滲氣藏微觀孔隙結(jié)構(gòu):以新場氣田上沙溪廟組儲層為例[J].石油與天然氣地質(zhì),2011(32):792-796.

[4]白斌,朱如凱,吳松濤,等.利用多尺度CT成像表征致密砂巖微觀孔吼結(jié)構(gòu)[J].石油勘探與開發(fā),2013(40):329-333.

作者：趙海燕 于潔清 單位：河北地質(zhì)職工大學(xué)