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(jìn)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(jìn)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(jìn)行測算，對油氣的流動進(jìn)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(jìn)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(xiàn)。

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(jìn)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(jì)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xì)程度很高，可以詳細(xì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xì)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(xì)信息，也可以對巖石的整體結(jié)構(gòu)和條件進(jìn)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(jìn)行有效測算，對裂縫結(jié)構(gòu)、油氣流向進(jìn)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(jìn)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(xiàn)

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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)