石油勘探開(kāi)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(guó)家發(fā)展的重要資源之一，在石油的勘測(cè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何對(duì)資源的儲(chǔ)備量和儲(chǔ)存位置進(jìn)行有效測(cè)定成了石油工作研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。CT掃描技術(shù)有較多的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)地下巖頁(yè)組分、地下裂縫結(jié)構(gòu)和油氣產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)算，對(duì)油氣的流動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。因此，本文將系統(tǒng)性地分析CT掃描技術(shù)的原理和我國(guó)目前石油勘探開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀，介紹ct技術(shù)在石油勘測(cè)中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：CT掃描；石油勘探；開(kāi)發(fā)應(yīng)用

引言

一般情況下，能探明的油田開(kāi)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(guó)石油勘測(cè)與開(kāi)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(kāi)發(fā)之中，并取得了一定的成效。CT掃描可以三維成像，并對(duì)地下的一些微觀結(jié)構(gòu)能進(jìn)行深入研究。通過(guò)CT掃描可以研究地下巖頁(yè)的組分參數(shù)，精準(zhǔn)計(jì)算石油存在的位置和含量，在石油勘測(cè)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(bǔ)傳統(tǒng)勘測(cè)開(kāi)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(jì)算機(jī)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(qiáng)的穿透能力，當(dāng)X射線遇到檢測(cè)樣品時(shí)，會(huì)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(guò)衰減后的X射線強(qiáng)度，I0是X射線發(fā)射的初始強(qiáng)度，μiχi分別是指射線的衰減系數(shù)與經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度[1]。當(dāng)X射線穿過(guò)檢測(cè)樣品，接收器會(huì)接受并檢測(cè)出射射線的強(qiáng)度，并根據(jù)衰減公式測(cè)算出經(jīng)過(guò)的長(zhǎng)度。多次、多方位的檢測(cè)之后，將數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)中就可以得到檢測(cè)樣品的參為結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)三維信息測(cè)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(duì)X射線的衰減系數(shù)有不同，因此可以精準(zhǔn)測(cè)量出檢測(cè)樣品中的層級(jí)結(jié)構(gòu)。在勘測(cè)地下頁(yè)巖的過(guò)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(cè)出石油的分布位置。經(jīng)過(guò)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(dòng)，并可以對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便測(cè)算整個(gè)區(qū)域內(nèi)地下石油的儲(chǔ)存量。

2.石油勘測(cè)概述

(1)我國(guó)石油行業(yè)現(xiàn)狀石油的形成主要是生物能經(jīng)過(guò)地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、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(kāi)采的問(wèn)題一直備受國(guó)際關(guān)注。盡管目前世界石油存儲(chǔ)總量在增加，但世界上也有許多國(guó)家的儲(chǔ)采比例在下降，全世界每年新發(fā)現(xiàn)的油田儲(chǔ)量要明顯大于每年開(kāi)采石油量，石油資源如何合理開(kāi)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(guó)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(chǎng)也在不斷開(kāi)放，影響著國(guó)內(nèi)石油行業(yè)的發(fā)展。盡管我國(guó)目前的石油儲(chǔ)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(kāi)采難度大也是需要直面的問(wèn)題。(2)石油勘測(cè)的重要性石油勘測(cè)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(cè)的結(jié)果，可以選擇合理的開(kāi)發(fā)手段，并根據(jù)CT掃描技術(shù)顯示的三維模型有計(jì)劃地進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)工作。其次，通過(guò)勘測(cè)可以得到油田儲(chǔ)量情況，為國(guó)家在資源控制上提供可靠的數(shù)據(jù)支持，使石油開(kāi)發(fā)工作有序進(jìn)行。再次，勘測(cè)能夠?yàn)楣芾碚吆图夹g(shù)人員提供協(xié)同合作的前期條件，二者可以根據(jù)勘測(cè)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(guó)家發(fā)展的重要資源，不僅是石油開(kāi)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(jià)值。(3)石油開(kāi)發(fā)中的問(wèn)題目前在我國(guó)的石油開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要存在環(huán)境與安全兩個(gè)方面的問(wèn)題。一方面，無(wú)論是陸地石油還是海洋石油，在傳統(tǒng)的探測(cè)和開(kāi)采過(guò)程中對(duì)地表結(jié)構(gòu)的破壞較大，如果開(kāi)發(fā)不注意還會(huì)對(duì)地下水資源造成污染，對(duì)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(guò)度開(kāi)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(xiǎn)性，對(duì)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(chǔ)條件為地下的高壓環(huán)境，在開(kāi)采過(guò)程中有一定的危險(xiǎn)性。且在開(kāi)采的過(guò)程中，油田的整個(gè)情況都處于動(dòng)態(tài)變化之中，地下出水的情況無(wú)法及時(shí)預(yù)測(cè)，對(duì)開(kāi)采人員的安全產(chǎn)生一定的威脅。

3.CT掃描在石油勘測(cè)開(kāi)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(cè)技術(shù)中，主要是依據(jù)地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，通過(guò)在地面上打探井的方式檢測(cè)是否有石油的存在。這種勘測(cè)方式比較盲目，效率較低，不能有效測(cè)定石油的存儲(chǔ)量，且會(huì)對(duì)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(huì)有裂縫或孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)X射線的照射，能夠明確探測(cè)出空隙位置與巖石的位置，幫助開(kāi)采工作的開(kāi)展。一般存在裂縫的地下結(jié)構(gòu)屬于連通性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，石油會(huì)在地下空間內(nèi)有緩慢地流動(dòng)，相比于零散分布的石油，處于裂縫處的石油更具有開(kāi)采價(jià)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(guò)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(kāi)采的盲目性。(2)預(yù)測(cè)化學(xué)成分不同物質(zhì)對(duì)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(cè)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(diǎn)對(duì)于石油的勘測(cè)和開(kāi)發(fā)十分重要。由于石油開(kāi)采的技術(shù)有很多種，一般都是依靠從業(yè)經(jīng)驗(yàn)與周圍的地質(zhì)環(huán)境判斷使用何種方式進(jìn)行開(kāi)采，但是地下的情況較為復(fù)雜，人們無(wú)法直觀地勘測(cè)，因此會(huì)存在一定的盲目性與危險(xiǎn)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(kāi)采效率。在石油開(kāi)采過(guò)程中，還可以借助多種開(kāi)采技術(shù)，保證石油的利用率。(3)檢測(cè)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(cè)出地下地質(zhì)的層級(jí)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(cè)與開(kāi)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(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，物理參數(shù)也有所改變，經(jīng)過(guò)X射線之后得到的結(jié)果也會(huì)有不同。選擇未被污染的巖石部分進(jìn)行采樣和檢測(cè)，可以提高CT掃描結(jié)果的可靠性。(4)觀測(cè)油氣流向預(yù)測(cè)產(chǎn)量根據(jù)CT掃描的結(jié)果，可以在計(jì)算機(jī)中建立直觀的三維結(jié)構(gòu)圖，借助實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)比模型中動(dòng)態(tài)變化的部分，能夠清楚地觀測(cè)到油氣的分布狀況及緩慢流動(dòng)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(kāi)采價(jià)值，并有針對(duì)性地進(jìn)行開(kāi)采方案設(shè)計(jì)。根據(jù)石油流動(dòng)的速度可以計(jì)算出該區(qū)域油氣的存儲(chǔ)量，有計(jì)劃地進(jìn)行開(kāi)采能夠保證資源利用的合理性，也符合綠色開(kāi)發(fā)、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。(5)石油開(kāi)采技術(shù)石油開(kāi)采是指將地面下存儲(chǔ)的油氣開(kāi)采至地面上，通過(guò)壓力管道運(yùn)輸與使用的過(guò)程。目前常用的開(kāi)采技術(shù)是通過(guò)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(chǔ)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(duì)地下層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，人們可以在計(jì)算機(jī)中直觀地看到石油的流動(dòng)情況，極大地方便了石油的開(kāi)采工作。一方面，通過(guò)對(duì)石油流動(dòng)的實(shí)施監(jiān)控，可以探測(cè)出石油的流動(dòng)方向，便于專家對(duì)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(kāi)采的技術(shù)在不斷的發(fā)展，降低了開(kāi)采過(guò)程中的浪費(fèi)情況，提高開(kāi)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(chǔ)量，能夠?yàn)槭唾Y源的合理開(kāi)采和使用提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，有利于發(fā)展我國(guó)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(cè)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(shì)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(duì)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(cè)和開(kāi)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(guó)的科學(xué)技術(shù)研發(fā)水平與綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

4.結(jié)束語(yǔ)

總之，CT掃描技術(shù)在石油勘測(cè)開(kāi)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(yè)的組分進(jìn)行有效測(cè)算，對(duì)裂縫結(jié)構(gòu)、油氣流向進(jìn)行三維成像，為石油勘測(cè)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(cè)技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該得到行內(nèi)的重視與發(fā)展。

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作者：趙海燕 于潔清 單位：河北地質(zhì)職工大學(xué)