石油勘探開發(fā)中CT掃描技術的應用

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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、地下裂縫結構和油氣產量進行測算，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掃描技術的原理和我國目前石油勘探開發(fā)的現(xiàn)狀，介紹ct技術在石油勘測中的應用情況。

關鍵詞：CT掃描；石油勘探；開發(fā)應用

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雜，為有效發(fā)展我國石油勘測與開發(fā)技術，研究者們將CT掃描技術應用于石油勘探開發(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構能進行深入研究。通過CT掃描可以研究地下巖頁的組分參數(shù)，精準計算石油存在的位置和含量，在石油勘測中得到了廣泛應用，提高石油領域研究的科學性，彌補傳統(tǒng)勘測開發(fā)工作中的不足，為石油技術的發(fā)展做出了重要貢獻。

1.CT掃描技術的基本原理

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合，發(fā)展出了CT掃描技術。CT掃描技術的原理主要是基于X射線有較強的穿透能力，當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)與經過長度[1]。當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，并根據衰減公式測算出經過的長度。多次、多方位的檢測之后，將數(shù)據錄入計算機中就可以得到檢測樣品的參為結構圖，根據三維信息測算其中的相關數(shù)據。CT掃描的精確度很高，由于不同物質結構對X射線的衰減系數(shù)有不同，因此可以精準測量出檢測樣品中的層級結構。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，并根據這些數(shù)據推測出石油的分布位置。經過幾十年科學的發(fā)展，CT掃描技術的三維成像已經具有很高的分辨率，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過地質運動、在高壓的條件下不斷轉化形成的，關于石油可否再生與石油開采的問題一直備受國際關注。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，石油產業(yè)的市場也在不斷開放，影響著國內石油行業(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)內也不斷有新的技術研究出現(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，根據石油勘測的結果，可以選擇合理的開發(fā)手段，并根據CT掃描技術顯示的三維模型有計劃地進行生產建設工作。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人員提供協(xié)同合作的前期條件，二者可以根據勘測結果協(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結構數(shù)據是國家發(fā)展的重要資源，不僅是石油開發(fā)工作的參考，也是地質、水源等領域的參考依據，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構的破壞較大，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量產生較大威脅。另外，一些地區(qū)由于過度開采石油導致地面嚴重下沉，增加了地震、海嘯和火山爆發(fā)等自然災害的風險性，對人類的生存環(huán)境產生較大破壞。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測，對開采人員的安全產生一定的威脅。

3.CT掃描在石油勘測開采中的應用

(1)分析巖石組分與裂縫結構在傳統(tǒng)的石油勘測技術中，主要是依據地形結構進行定位，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，且會對地質的結構造成較大破壞。利用CT掃描技術，可以在不損壞地質結構的基礎上探明地下結構，由于有石油存在的地下一般會有裂縫或孔隙結構，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構屬于連通性較強的結構，石油會在地下空間內有緩慢地流動，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，并產生空隙。通過CT掃描能夠清晰地判斷巖石的內部結構，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)預測化學成分不同物質對X射線的吸收和反射性質不同，根據CT掃描的結果可以明確得知檢測樣品的化學成分與性質，能夠幫助專家了解地下物質的基本特性，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有很多種，一般都是依靠從業(yè)經驗與周圍的地質環(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，能夠清楚地看到地下物質的結構與特性，幫助專家進行合理預判，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，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的層級結構。另外人們還發(fā)現(xiàn)，借助CT掃描技術，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，經過X射線之后得到的結果也會有不同。選擇未被污染的巖石部分進行采樣和檢測，可以提高CT掃描結果的可靠性。(4)觀測油氣流向預測產量根據CT掃描的結果，可以在計算機中建立直觀的三維結構圖，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計。根據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等。由于油的分子量小，在注水之后，水占據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，可以直接對地下層狀結構進行三維建模，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)展的領域，逐步由石油、天然氣向烴類資源的方向轉化，而CT掃描技術能夠詳細探測烴源巖的結構和成分，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部的詳細信息，也可以對巖石的整體結構和條件進行判斷。研究者們應該大力發(fā)展CT掃描技術在石油勘測和開發(fā)中的應用，為石油化工行業(yè)的發(fā)展新方向做出努力，提高我國的科學技術研發(fā)水平與綜合競爭實力。

4.結束語

總之，CT掃描技術在石油勘測開發(fā)的領域中有著重要的作用，作為石油技術領域的研究者，應該積極在工作中應用CT掃描技術，使行業(yè)得到更好的發(fā)展。CT掃描技術能夠對地下巖頁的組分進行有效測算，對裂縫結構、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掃描技術進行研究。CT掃描技術相較于傳統(tǒng)的石油勘測技術有獨特的優(yōu)勢，應該得到行內的重視與發(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構:以新場氣田上沙溪廟組儲層為例[J].石油與天然氣地質,2011(32):792-796.

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作者：趙海燕 于潔清 單位：河北地質職工大學