本報(bào)記者 王福全 通訊員 黎永娟
“3D打印的模型，能夠直觀展示地質(zhì)構(gòu)造和儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)。這塊是順北4號(hào)帶斷裂結(jié)構(gòu)模型，綠色、深綠色代表不同尺度的斷裂，橙紅色的不規(guī)則體代表地層8000米以下油氣儲(chǔ)藏的空間……”5月12日，在中國(guó)石化縫洞型油藏提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)技術(shù)崗主任師陳蒲禮拿著新制作的3D物理模型，向前來學(xué)習(xí)交流的人員介紹。
中國(guó)石化縫洞型油藏提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室位于西北油田科研生產(chǎn)園區(qū)，由西北油田負(fù)責(zé)運(yùn)行，是國(guó)內(nèi)最早將工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)用于油氣勘探開發(fā)研究的實(shí)驗(yàn)室之一。近幾年，實(shí)驗(yàn)室通過推動(dòng)技術(shù)迭代升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)構(gòu)造、儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、流體分布情況、工程地質(zhì)等油氣科研領(lǐng)域各種類型結(jié)構(gòu)3D物理模型的精準(zhǔn)打印，為塔里木盆地深層油氣藏研究提質(zhì)增效提供了重要支撐。
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里來了“新員工”
“2018年12月，TP203X井組模型?！碑?dāng)記者問到實(shí)驗(yàn)室什么時(shí)候成功制作出第一個(gè)3D物理模型時(shí)，陳蒲禮脫口而出。這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)于他來說，記憶深刻。
實(shí)驗(yàn)室率先引進(jìn)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，希望新技術(shù)賦能塔里木盆地地質(zhì)研究。地質(zhì)模型是地質(zhì)研究的核心部分，可以幫助研究人員直觀地觀察和分析地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、資源分布等情況。通常，地球物理技術(shù)人員對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)處理，將復(fù)雜的地下地質(zhì)信息轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字模型。模型中包含了儲(chǔ)層空間形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)、油氣分布特征等關(guān)鍵參數(shù)。
有了新設(shè)備，更要用得巧。3D物理模型的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和支撐材料去除，成為實(shí)驗(yàn)室初期應(yīng)用新設(shè)備遇到的主要難題?！暗刭|(zhì)儲(chǔ)層模型結(jié)構(gòu)特殊，支撐材料往往位于狹小的孔隙結(jié)構(gòu)或復(fù)雜的內(nèi)部通道，傳統(tǒng)的去除方法會(huì)導(dǎo)致模型損壞，影響完整性和精度。”陳蒲禮說。
國(guó)內(nèi)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多。他們先后嘗試采用水溶材料制作支撐結(jié)構(gòu)、通過高壓注氣或注水?dāng)D壓去除支撐材料等方式解決難題，效果均不理想。后來，他們受積木結(jié)構(gòu)啟發(fā)，將模型拆分成多個(gè)模塊，在設(shè)計(jì)時(shí)將每個(gè)模塊的支撐材料盡量暴露在表面。制作完成后，先拆除支撐材料，再進(jìn)行模塊組合，就能保證模型的完整性。
經(jīng)過一年多的設(shè)計(jì)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)、評(píng)估，再優(yōu)化、再實(shí)驗(yàn)、再評(píng)估，他們終于制作出第一個(gè)符合科研課題需求的3D儲(chǔ)層物理模型，實(shí)驗(yàn)室里的“新員工”正式上崗。
培養(yǎng)服務(wù)科研提質(zhì)提效“優(yōu)等生”
塔里木盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，順北油氣田深部的裂縫與大尺度溶洞并存，油氣流動(dòng)機(jī)理更為復(fù)雜，常規(guī)物理模型無法滿足科研需求。
“用一種模型精準(zhǔn)呈現(xiàn)地下8000米以深的地質(zhì)構(gòu)造，就已經(jīng)困難重重。不同的地質(zhì)研究方向需要不同的物理模型支撐，要能力不偏科，精通各種模型的設(shè)計(jì)和制作，更難?！狈止軐?shí)驗(yàn)室模型制作工作的西北油田實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)中心副經(jīng)理賈星亮介紹。經(jīng)過近幾年工藝技術(shù)升級(jí)，實(shí)驗(yàn)室的3D物理模型制作能力基本實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、流體分布特征等各種類型結(jié)構(gòu)的全覆蓋，為深層地質(zhì)研究特別是“深地一號(hào)”油氣資源探索提供了重要保障。
在順北勘探開發(fā)初期，實(shí)驗(yàn)室制作了6個(gè)順北1號(hào)斷裂帶的物理模型，高度還原了順北1號(hào)斷裂帶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層特性和流體分布特征。
研究人員在實(shí)驗(yàn)室可以基于模型開展一系列注采驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。通過改變注采參數(shù)、井網(wǎng)布局等條件，他們模擬不同開采方案下的驅(qū)替油氣效果，獲得了大量關(guān)于順北斷裂帶油氣采出規(guī)律、提高采收率等方面的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。他們根據(jù)模型實(shí)驗(yàn)?zāi)M和結(jié)果評(píng)價(jià)，持續(xù)優(yōu)化開發(fā)方案，為井網(wǎng)結(jié)構(gòu)化部署提供了重要支撐。
3D物理模型改變了研究人員的工作方式。他們不需要完全依靠實(shí)地勘探和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室中就能快速開展相關(guān)研究。應(yīng)用模型模擬現(xiàn)場(chǎng)條件，能夠提前發(fā)現(xiàn)方案中的潛在問題，為勘探開發(fā)、工程建設(shè)等領(lǐng)域提供可靠的技術(shù)支持，降低了科研成果的轉(zhuǎn)化成本。
目前，實(shí)驗(yàn)室正在根據(jù)油藏提高采收率、相態(tài)實(shí)驗(yàn)等研究項(xiàng)目的需要，設(shè)計(jì)新的3D物理模型。同時(shí)，開展模型制作材料科研攻關(guān)，探索制作可視化耐高溫高壓的新型3D物理模型，為開展高溫高壓環(huán)境下的各類科研實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造條件。
全工時(shí)在崗模型制作“拉滿弦”
春季上產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室里也格外繁忙。近期，陳蒲禮忙著制作一塊紅磚大小的3D物理模型，從設(shè)計(jì)到完成，通常需要半個(gè)月的時(shí)間。
“科研攻關(guān)就是與時(shí)間賽跑。我們和設(shè)備時(shí)刻處于良好狀態(tài)，才能更好地服務(wù)生產(chǎn)，尤其是在上產(chǎn)關(guān)鍵時(shí)期?！标惼讯Y說。前幾天，3D打印機(jī)運(yùn)行異常，他和同事連夜排查、維修，很快便讓設(shè)備恢復(fù)了正常。
工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)屬于精密設(shè)備，打印分辨率通常在28微米左右，相當(dāng)于成年人頭發(fā)絲直徑的四分之一。一顆小螺絲松動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致模型制作失敗。
以前，廠家工程師負(fù)責(zé)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、故障處置。他們從工廠所在地到烏魯木齊，路途遙遠(yuǎn)，時(shí)常遠(yuǎn)水解不了近渴。
近兩年，實(shí)驗(yàn)室加大與廠家合作力度，組織人員多次參加培訓(xùn)，學(xué)習(xí)維護(hù)維修技術(shù)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，實(shí)驗(yàn)室人員全程參與現(xiàn)場(chǎng)維修，學(xué)習(xí)故障診斷思路和維修技巧。目前，以陳蒲禮、張曉宇為代表的技術(shù)人員已實(shí)現(xiàn)從單純的設(shè)備操作員向復(fù)合型技術(shù)人才的蛻變，多次獨(dú)立完成墨泵工作異常、限位器失靈等問題的診斷和排除。
“今年，我們與廠家工程師合作，改進(jìn)了設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，將打印模式從進(jìn)尺打印優(yōu)化為進(jìn)退雙向打印，將模型制作時(shí)間縮短近一半，為科研提質(zhì)增效又拓展出了新空間?！辟Z星亮說。