3D打印技術(shù)在油氣資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及展望

管麗梅 詹洪磊 祝 靜 趙 昆

(油氣光學(xué)探測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

物理與工程

3D打印技術(shù)在油氣資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及展望

管麗梅 詹洪磊 祝 靜 趙 昆

(油氣光學(xué)探測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

3D打印(3-Dimensional Printing)是一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)，已經(jīng)在模具生產(chǎn)、教育、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用亦展現(xiàn)出較高的研究?jī)r(jià)值。本文介紹了3D打印技術(shù)及其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述了3D打印技術(shù)在油氣資源評(píng)價(jià)中的作用，包括地質(zhì)建模、儲(chǔ)集巖孔隙及其連通性的評(píng)價(jià)、巖石節(jié)理及裂隙的力學(xué)性質(zhì)研究3個(gè)方面，并對(duì)3D打印技術(shù)在石油工業(yè)中儀器和工藝的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)開發(fā)、油氣儲(chǔ)層理論研究、石油儲(chǔ)存及運(yùn)輸、石油煉制及油品評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用前景提出展望。

3D打印；油氣資源；石油儲(chǔ)層；增材制造

傳統(tǒng)的制造技術(shù)被稱為“銑削”制造，是在毛坯上去除多余材料(切削)的加工方法。3D打印技術(shù)則是基于數(shù)字模型，打印機(jī)分層涂敷，“自下而上”累加材料的增材制造(Additive Manufacturing)工藝[1]，是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)[2]。該技術(shù)采用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)數(shù)字化的產(chǎn)品外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，將設(shè)計(jì)好的數(shù)字模型傳輸?shù)?D打印機(jī)中，打印機(jī)就能完成所有制作流程，打印出實(shí)物，真正實(shí)現(xiàn)了一體化成型。作為一種新型制造方式，3D打印技術(shù)具有區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的特點(diǎn)：數(shù)字化設(shè)計(jì)——利用軟件設(shè)計(jì)，打印得到的實(shí)物與設(shè)計(jì)的三維數(shù)字模型完全一致，并且可以方便地修改打印目標(biāo)；成本低——無需制作模具，大大減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，具有明確的產(chǎn)業(yè)價(jià)值；成型精度高——市售的桌面3D打印機(jī)普遍能將誤差控制在100μm以內(nèi)[3]。美國《哈佛商業(yè)評(píng)論》認(rèn)為3D打印技術(shù)是一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，將為制造業(yè)帶來巨大變革。工信部、財(cái)政部以及發(fā)改委三部委于2015年2月聯(lián)合發(fā)布《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015—2016)》，旨在加快推進(jìn)我國3D打印產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。隨后，國務(wù)院印發(fā)了部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略文件——《中國制造2025》，文件明確指出：在制造業(yè)的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化領(lǐng)域，3D打印發(fā)揮著不可取代的作用。3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，涉及模具和航空汽車零部件的生產(chǎn)、教育教學(xué)、醫(yī)學(xué)手術(shù)輔助導(dǎo)板設(shè)計(jì)甚至是細(xì)胞和器官的“打印”、服裝珠寶個(gè)性化設(shè)計(jì)生產(chǎn)、文物復(fù)制、油氣資源研究等眾多領(lǐng)域。

21世紀(jì)以來，全球油氣勘探難度越來越大，勘探對(duì)象日益復(fù)雜[4]。我國油氣人均占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平。按現(xiàn)在國民經(jīng)濟(jì)以7 %左右的發(fā)展速度預(yù)估未來生產(chǎn)水平，近十年石油需求量與供應(yīng)量將產(chǎn)生0.8×108～1.2×108t的差額，國內(nèi)常規(guī)油氣的勘探開發(fā)產(chǎn)量已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要[5，6]。油氣資源已經(jīng)邁入了“非常規(guī)”時(shí)代?！胺浅Ｒ?guī)”油氣資源，主要是指油頁巖 、油砂礦 、煤層氣 、頁巖氣 、致密砂巖氣等油氣藏[7]。與常規(guī)油氣資源相比，非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層物性差，圈閉效應(yīng)不明顯，開采難度高，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向烴源巖特性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應(yīng)力各向異性“六特性”[8，9]，傳統(tǒng)的油氣資源評(píng)價(jià)方法不再適用。但非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量非常豐富，在能源格局中的地位十分重要。分析油氣的生、排、運(yùn)、聚規(guī)律，優(yōu)選合適的油氣資源評(píng)價(jià)方法，客觀地評(píng)價(jià)油氣資源潛力意義重大[10]。

面對(duì)全球油氣后備儲(chǔ)量不足的現(xiàn)狀，科研工作者試圖利用多種新技術(shù)評(píng)估油氣資源，輔助資源開發(fā)。3D打印在制造方式上具有的顯著優(yōu)勢(shì)可以有效輔助油氣資源準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。例如，3D打印用于地質(zhì)建模直觀描述復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，指導(dǎo)實(shí)際工程開展，提高儲(chǔ)層評(píng)估的準(zhǔn)確性；3D打印制備高精度模型，可模擬巖層內(nèi)部孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于CT掃描等常規(guī)手段的檢測(cè)及研究，可計(jì)算其孔徑分布和孔隙度等重要參數(shù)；3D打印替代傳統(tǒng)澆筑方法，制作力學(xué)實(shí)驗(yàn)試件，用于研究巖石節(jié)理面以及裂隙試件的抗剪強(qiáng)度，分析其應(yīng)力變形和彈性模量等力學(xué)性能。

本文介紹了3D打印技術(shù)的基本概念及其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。詳細(xì)闡述了3D打印技術(shù)在油氣評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用情況，并對(duì)其未來在油氣資源領(lǐng)域的潛在應(yīng)用做出分析和展望。

1 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)是一種快速成型的制造技術(shù)，根據(jù)材料固化方式的不同，目前發(fā)展的3D打印成型技術(shù)有十余種，其中主要材料成型技術(shù)如表1所示。

表1 3D打印材料成型技術(shù)分類

續(xù)表

雖然材料成型的方式各有不同，但所有的3D成型技術(shù)的打印流程均可大致劃分為4個(gè)階段。階段1：使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD computer-aided design)軟件構(gòu)架打印目標(biāo)，概念化、數(shù)字化地創(chuàng)建模型。階段2：將數(shù)字化目標(biāo)進(jìn)行分層處理并將其轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)可識(shí)別的文件格式。階段3：將文件傳輸至打印機(jī)并設(shè)置打印機(jī)打印速度、打印厚度等相關(guān)打印參數(shù)。階段4：進(jìn)行實(shí)體打印。流程如圖1所示。由于3D打印技術(shù)尚處于發(fā)展階段，現(xiàn)階段只適用于小批量的制造，要應(yīng)用于規(guī)?；纳a(chǎn)還需要技術(shù)本身的提高。但因?yàn)榫哂袛?shù)字化設(shè)計(jì)、成本低、精度高的明顯優(yōu)勢(shì)，仍被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為引領(lǐng)潮流的生產(chǎn)制造新方式。

圖1 3D成型技術(shù)的打印流程

3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域涉及模具生產(chǎn)、精密零部件制造、醫(yī)療、教育教學(xué)、服裝珠寶、文物復(fù)制等各個(gè)方面。傳統(tǒng)熱成型模具加工所使用的銑削、鉆孔等技術(shù)流程復(fù)雜，使用3D打印生產(chǎn)熱成形模具能夠顯著減少生產(chǎn)時(shí)間和成本[11]。3D打印在精密零部件加工方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，近日，美國宇航局(NASA)借助打印出了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵，減少了45%的組件[12]。3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域理論研究方面主要用于制作醫(yī)療培訓(xùn)或模擬的解剖教學(xué)模型，實(shí)際手術(shù)方面應(yīng)用則主要是植入物以及如臟模型或主動(dòng)脈導(dǎo)管瓣膜模型等手術(shù)輔助操作工具的制造[13-16]。最新研究發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)也適用于活體組織和器官的培養(yǎng)，可能對(duì)再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)生前所未有的影響[17]。在教學(xué)研究中，3D打印產(chǎn)品有助于將概念變得直觀化，營造充滿活力和創(chuàng)造力的課堂氛圍。在服裝珠寶行業(yè)，3D打印則多用于個(gè)性化設(shè)計(jì)。近日，在劍橋大學(xué)舉辦的展覽中，3D打印的甲骨文復(fù)制件替代原件進(jìn)行了展出，成為文物保護(hù)的新方式[18]。

2 3D打印在油氣資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

從工程地質(zhì)到資源勘探再到油氣田開發(fā)，3D打印技術(shù)被創(chuàng)造性地應(yīng)用于石油產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)方面，為地質(zhì)建模、儲(chǔ)集巖孔隙及連通性評(píng)價(jià)、巖石節(jié)理及裂縫的力學(xué)性質(zhì)研究等方面提供了新的思路。

2.1 地質(zhì)建模

地質(zhì)建模是結(jié)合了地質(zhì)、測(cè)井、地球物理數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)形成的概念模型，作為地學(xué)信息研究的重要手段，地質(zhì)建模也是油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)中定量研究剩余油分布和優(yōu)化油氣藏開發(fā)方案的基礎(chǔ)[19]。利用三維地質(zhì)模型不僅可以直觀描述復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造情況, 形象表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造的特征以及構(gòu)造要素的空間關(guān)系, 結(jié)合強(qiáng)大的交互式空間分析功能, 可以使地質(zhì)分析更為靈活、直觀、準(zhǔn)確[20]。

在工程地質(zhì)領(lǐng)域中，3D打印在地質(zhì)建模過程中主要應(yīng)用于處理地理信息圖像并將其打印成實(shí)物。3D打印技術(shù)能夠準(zhǔn)確地區(qū)分不同特征的地形地貌，已被用于等比例復(fù)制復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)，拓寬了3D打印技術(shù)在地學(xué)信息技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的深度[21]。比起使用2D地圖或3D數(shù)字圖像，3D打印的模型更加精細(xì)和直觀，有利于直觀觀察某個(gè)地區(qū)的地形地貌、建筑物、山脈以及礦藏分布，河流蓄水等情況，方便地形地貌的相關(guān)研究以及輔助實(shí)際工程施工。早在2013年，中國石化工程技術(shù)人員就曾使用3D打印技術(shù)制作地下氣層通道的精細(xì)模型，預(yù)測(cè)和指導(dǎo)普光天然氣田的開發(fā)，使鉆井成功率達(dá)100%，克服了世界性難題[22]，也證明了3D打印技術(shù)應(yīng)用于油氣資源領(lǐng)域的準(zhǔn)確性和可行性。由于3D打印技術(shù)存在打印尺度的限制，目前尚不能打印過大模型，對(duì)于過大的地質(zhì)模型，通常采用的處理方法是分區(qū)塊打印，再將各個(gè)打印區(qū)塊拼接，完成等比例的地形模型或城市模型。

圖2 3D打印巖石孔隙結(jié)構(gòu)(a) 掃描實(shí)物獲取數(shù)據(jù); (b) 數(shù)據(jù)灰度直方處理; (c) 不同參數(shù)設(shè)置打印出的巖石孔隙結(jié)構(gòu)

2.2 儲(chǔ)集巖孔隙及其連通性的評(píng)價(jià)

作為油氣勘探的重要指標(biāo)，儲(chǔ)層巖石的滲透率、飽和度與其微觀孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[23]。伴隨世界油氣需求的持續(xù)增長與常規(guī)油氣產(chǎn)量的不斷下降，具有較大資源潛力的非常規(guī)油氣逐漸成為新的領(lǐng)域[24]。非常規(guī)油氣的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是孔隙度小于10%，和孔喉直徑小于1μm[9]。而非常規(guī)油氣勘探開采難度高最根本的原因就是儲(chǔ)層存在大量的小尺寸孔隙，油氣資源就賦存在這些微小的孔隙之中，連接孔隙的孔道結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，影響了油氣的運(yùn)移。使用常規(guī)的研究手段，難以表征滲透率和飽和度等用于資源評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，導(dǎo)致勘探開采前的評(píng)估很難進(jìn)行或很難保證準(zhǔn)確，增加了工程開采的不確定性。水力壓裂是石油開發(fā)的重要方法。影響水力壓裂效果的主要因素是油氣儲(chǔ)集巖內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)及其連通性。每一塊巖石都有單獨(dú)的微觀孔隙網(wǎng)絡(luò)，壓裂時(shí)破裂的方式各不相同。從某個(gè)樣本實(shí)例推斷整體的水力壓裂情況的方法是不可靠的。

愛荷華州立大學(xué)的Franek Hasiuk提出了一個(gè)使用3D打印技術(shù)提高液壓開采油氣資源的方法，輔助儲(chǔ)油地質(zhì)的研究。他們使用丙乙烯-丁二烯-苯乙烯(ABS acrylonitrile butadiene styrene)等3D打印材料，經(jīng)過“巖心掃描-灰度直方處理-打印機(jī)打印”的系統(tǒng)化孔隙結(jié)構(gòu)制作流程[25]，打印出了按比例放大的儲(chǔ)集巖中的孔隙網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。雖然由于CT掃描精度、3D打印機(jī)打印精度二者的限制，目前還不能按原樣品1∶1比例打印孔隙結(jié)構(gòu)，但這樣做的好處在于將孔隙三維虛擬數(shù)字模型按一定比例轉(zhuǎn)換為了有形的、可測(cè)試的實(shí)際對(duì)象[26]，這個(gè)比例是已知并且可調(diào)節(jié)的。巖石孔隙復(fù)制件可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下利用諸如CT、X射線衍射(XRF)、核磁共振(NMR)、低溫氮吸附、掃描電鏡(SEM)成像等常規(guī)的孔隙研究方法進(jìn)行觀察檢測(cè)[27-30]。通過觀察和計(jì)算其孔徑分布、孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率等重要參數(shù)，模擬進(jìn)行實(shí)際液壓開采的情況，預(yù)測(cè)其流體運(yùn)移情況、流體流量、孔隙形變情況。這樣的方法模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，指導(dǎo)石油開采，將使3D打印技術(shù)在儲(chǔ)油地質(zhì)的研究和預(yù)測(cè)中發(fā)揮重要作用。

2.3 巖石節(jié)理及裂隙的力學(xué)性質(zhì)研究

隨著油氣資源的快速消耗和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，油氣資源開發(fā)逐漸由地球淺部資源延伸到地球深部，但是深部資源開發(fā)中常伴隨著難以有效預(yù)測(cè)與防治的重大災(zāi)害事故，與巖石應(yīng)力相關(guān)的一些重大的、基礎(chǔ)性巖石力學(xué)科學(xué)問題亟待科研工作者做出回答[31]。

巖石節(jié)理結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)研究是工程安全評(píng)估的重要途徑。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所同樣將逆向建模和3D打印結(jié)合，制作了巖石的節(jié)理面試件。同時(shí)對(duì)3D打印制作的巖石節(jié)理面試件、原樣本、水泥澆筑試件做出符合度分析。原始樣本、3D打印的樣本與澆筑樣本的四處輪廓對(duì)比顯示，打印的樣本明顯比澆筑樣本更符合原樣本輪廓，水泥澆筑試件的誤差在2%左右，而3D打印試件誤差在1%以下，不僅如此，常規(guī)方法復(fù)制的巖石節(jié)理試件在抗剪強(qiáng)度測(cè)試中偏差一般在8%～20%，而使用聚乳酸材料制作的3D打印樣本的抗剪強(qiáng)度偏差只在5%左右，誤差顯著降低[32]。使用3D打印的巖石節(jié)理樣本不僅與原樣本在輪廓上保持高度的統(tǒng)一，而且產(chǎn)生相同的機(jī)械結(jié)果。3D打印制作巖石節(jié)理面試件的方法不僅有利于實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，而且構(gòu)建了數(shù)字模型，有利于數(shù)據(jù)保護(hù)。

裂縫的發(fā)育程度及應(yīng)力情況也與工程安全息息相關(guān)，并且決定著低滲儲(chǔ)層的滲流、產(chǎn)出能力。但由于裂縫發(fā)育機(jī)制的復(fù)雜性,裂縫性油氣藏一直是勘探的重點(diǎn)和難點(diǎn)[33]。鞠陽等人使用3D打印技術(shù)制作巖體復(fù)雜裂隙結(jié)構(gòu)試件，用以研究巖石應(yīng)力場(chǎng)情況。首先對(duì)天然煤巖進(jìn)行斷層掃描獲得了煤巖裂隙的三維數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)重建煤巖的3D數(shù)字模型，將其調(diào)整格式并輸入3D打印機(jī)打印了煤巖的高精度復(fù)制件。將這些復(fù)制件與真實(shí)煤巖一起進(jìn)行了后續(xù)應(yīng)力場(chǎng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：3D打印技術(shù)制備的裂隙復(fù)制件的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比等力學(xué)性能指標(biāo)接近于天然裂隙煤巖[34]。使用3D打印得到的巖石試件，不僅在外形上與實(shí)物一致，只要選用合適的打印材料，可以達(dá)到試件與實(shí)際巖石在物理性質(zhì)上的統(tǒng)一。

3 展望

現(xiàn)階段的3D打印技術(shù)在油氣資源的應(yīng)用主要體現(xiàn)在油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面，作為一種指導(dǎo)和預(yù)測(cè)手段輔助油氣資源的開發(fā)。 隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，未來在石油領(lǐng)域的應(yīng)用研究可圍繞以下方面展開。

首先，3D打印可應(yīng)用于儀器、工藝的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和開發(fā)，例如改進(jìn)熱交換器，反應(yīng)器，閥和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)[35]。石油裝備制造涉及物探測(cè)井、鉆井采油、石油輸運(yùn)和煉油化工等一系列工業(yè)體系，是確保油田安全生產(chǎn)、提高單井產(chǎn)量的前提。在采油裝備的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程中，利用3D打印可便利地制造儀器或設(shè)備原型。原型是指模擬某種產(chǎn)品的原始設(shè)計(jì)，在開發(fā)過程中快速建立的能夠反映系統(tǒng)最終需求的早期版本。在需求分析階段，將最主要的關(guān)注熱點(diǎn)通過簡(jiǎn)單的初始設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并利用3D打印技術(shù)快速制造實(shí)物原型，投入系統(tǒng)使用，利用來自原型的反饋，加深對(duì)系統(tǒng)的了解，使用3D打印技術(shù)對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充和優(yōu)化，消除不協(xié)調(diào)因素，縮短設(shè)計(jì)周期，降低研發(fā)成本，從而獲得完整的、現(xiàn)實(shí)可行的優(yōu)化方案和設(shè)計(jì)[36]。

其次，在石油勘探開發(fā)前期，3D打印將作為補(bǔ)充方法為開展成巖成因機(jī)理、沉積學(xué)理論、巖石聲學(xué)物理測(cè)量等基礎(chǔ)問題的研究提供實(shí)驗(yàn)手段。隨著科技的不斷發(fā)展，3D打印的成型精度將進(jìn)一步提高，通過3D多材料打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)試件內(nèi)部成分與實(shí)物的匹配，而不僅僅是結(jié)構(gòu)的復(fù)制，能夠確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。根據(jù)研究需要，三維數(shù)字模型的設(shè)計(jì)可做人為調(diào)整，針對(duì)特定研究目的設(shè)計(jì)特殊的結(jié)構(gòu)，使用常規(guī)的技術(shù)手段檢測(cè)，從中總結(jié)規(guī)律，探索和完善油氣儲(chǔ)層尤其是非常規(guī)油氣儲(chǔ)層的成巖機(jī)制、巖石物質(zhì)組成、沉積相沉積環(huán)境、內(nèi)部孔喉結(jié)構(gòu)分布及流體流動(dòng)規(guī)律、巖石力學(xué)聲學(xué)的物理響應(yīng)機(jī)理、解釋方法及含油氣性評(píng)價(jià)方法。

第三，3D打印為優(yōu)化儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、強(qiáng)化儲(chǔ)運(yùn)安全管理、避免環(huán)境污染提供理論依據(jù)。油氣儲(chǔ)運(yùn)是連接石油工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、化工、銷售各環(huán)節(jié)的紐帶。儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)尤其是輸油管道的設(shè)計(jì)主要取決于流體物理性質(zhì)[37]，3D打印技術(shù)的引進(jìn)將為流體的復(fù)雜性質(zhì)研究帶來便利；在投產(chǎn)前，利用3D打印技術(shù)對(duì)石油運(yùn)輸管道的直徑、壁厚、壓力、鋼材等級(jí)進(jìn)行模擬測(cè)試；研究不同材質(zhì)、設(shè)計(jì)制造對(duì)管道的腐蝕與防護(hù)、油氣運(yùn)輸損耗等安全方面的影響[38，39]，完善系統(tǒng)性能，確保安全生產(chǎn)，減少環(huán)境污染，降低輸運(yùn)過程的投資運(yùn)營費(fèi)用，提高產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

最后，3D打印用于研究石油冶煉過程中的催化劑制造、設(shè)備腐蝕的防治措施、評(píng)價(jià)油品成焦、成漆、防銹等關(guān)鍵性能。催化劑的裂化活性、穩(wěn)定性及再生性能直接影響煉油加工的效率，油品儲(chǔ)罐的腐蝕關(guān)系到綜合效益及生產(chǎn)安全，針對(duì)油品評(píng)價(jià)的運(yùn)動(dòng)粘度、水分、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)和傾點(diǎn)、硫含量、密度、餾程、酸堿值等常規(guī)檢測(cè)是油品劣化的重要報(bào)警指標(biāo)，可判斷油品餾分組成的輕重以及用油的正確性。3D打印結(jié)合常規(guī)技術(shù)手段，可推動(dòng)石油產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)理論和技術(shù)研究。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，3D打印機(jī)的價(jià)格已經(jīng)有了明顯的下降，目前市售的價(jià)格在5000元人民幣左右的桌面3D打印機(jī)精度已經(jīng)達(dá)到100μm，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印機(jī)更加精準(zhǔn)快速，價(jià)格也將進(jìn)一步降低，這使得3D打印技術(shù)的普及和在油氣評(píng)價(jià)中的廣泛應(yīng)用具備切實(shí)的可行性。

3D打印技術(shù)與石油領(lǐng)域的結(jié)合是具有創(chuàng)新性和前瞻性的，3D打印技術(shù)在解決儲(chǔ)油地質(zhì)研究中的問題時(shí)將發(fā)揮出其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，掃清由于存在尺度問題和復(fù)雜結(jié)構(gòu)給相關(guān)研究帶來的障礙，促進(jìn)儲(chǔ)油地質(zhì)的研究進(jìn)程。

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APPLICATIONS AND PROSPECT OF 3D PRINTING FOR OIL-GAS RESOURCES EVALUATION

Guan Limei Zhan Honglei Zhu Jing Zhao Kun

(Beijing Key Laboratory of Optical Detection Technology for Oil and Gas, China University of Petroleum, Beijing 102249)

3-Dimensional printing is an advanced additive manufacturing technology,which has been widely used in mold manufacturing, education, medicine and other fields. It also shows high research value in the field of petroleum exploration and development. This article introduces 3D printing technology and its applications in the related fields. In particular, we illustrate three applications in oil and gas evaluation, including geological modeling, pore connectivity evaluation of reservoir rock, mechanics study of rock joints and cracks. In addition, several future applications of 3D printing were suggested in equipment innovation design, exploration,the transportation of oil and gas, and its prospect in the evaluation of oil product.

3-Dimensional printing; oil-gas resource; reservoir; additive manufacturing

2016-05-27；

2016-08-08

國家重大科學(xué)儀器開發(fā)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2012YQ140005)和國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11574401)。

管麗梅，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)?D打印及應(yīng)用,lmguan6546459@126.com;詹洪磊，男，在讀博士生，研究方向?yàn)榧{米巖石物理和3D打印技術(shù),hlzhan@126.com;祝靜，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榧{米巖石物理,13126692322@163.com。

趙昆，男，教授，研究方向?yàn)樵霾闹圃旒坝蜌夤鈱W(xué)工程,zhk@cup.edu.cn。

管麗梅，詹洪磊，祝靜，等. 3D打印技術(shù)在油氣資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及展望[J]. 物理與工程，2017，27(1)：77-83.