石油勘探开发中CT扫描技术的应用

摘要：石油资源是国家发展的重要资源之一，在石油的勘测开发过程中，如何对资源的储备量和储存位置进行有效测定成了石油工作研究的重点和难点。CT扫描技术有较多的优点，能够从三维角度进行扫描和成像，分辨率较高，可以清楚地对地下岩页组分、地下裂缝结构和油气产量进行测算，对油气的流动进行动态检测。因此，本文将系统性地分析CT扫描技术的原理和我国目前石油勘探开发的现状，介绍CT技术在石油勘测中的应用情况。

关键词：CT扫描；石油勘探；开发应用

引言

一般情况下，能探明的油田开发区所处位置的地形条件比较复杂，为有效发展我国石油勘测与开发技术，研究者们将CT扫描技术应用于石油勘探开发之中，并取得了一定的成效。CT扫描可以三维成像，并对地下的一些微观结构能进行深入研究。通过CT扫描可以研究地下岩页的组分参数，精准计算石油存在的位置和含量，在石油勘测中得到了广泛应用，提高石油领域研究的科学性，弥补传统勘测开发工作中的不足，为石油技术的发展做出了重要贡献。

1.CT扫描技术的基本原理

1985年伦琴发现了X射线，1967年将X射线与电子计算机相结合，发展出了CT扫描技术。CT扫描技术的原理主要是基于X射线有较强的穿透能力，当X射线遇到检测样品时，会发生一定的衰减作用，且符合一般的衰减原理，即I=I0e-Σμiχi，其中I是经过衰减后的X射线强度，I0是X射线发射的初始强度，μiχi分别是指射线的衰减系数与经过长度[1]。当X射线穿过检测样品，接收器会接受并检测出射射线的强度，并根据衰减公式测算出经过的长度。多次、多方位的检测之后，将数据录入计算机中就可以得到检测样品的参为结构图，根据三维信息测算其中的相关数据。CT扫描的精确度很高，由于不同物质结构对X射线的衰减系数有不同，因此可以精准测量出检测样品中的层级结构。在勘测地下页岩的过程中，可以用X射线扫描出其中不同的片层与存在的裂缝，并根据这些数据推测出石油的分布位置。经过几十年科学的发展，CT扫描技术的三维成像已经具有很高的分辨率，可以从模型图中观察到石油缓慢流动，并可以对其状态进行实时监测，以便测算整个区域内地下石油的储存量。

2.石油勘测概述

(1)我国石油行业现状石油的形成主要是生物能经过地质运动、在高压的条件下不断转化形成的，关于石油可否再生与石油开采的问题一直备受国际关注。尽管目前世界石油存储总量在增加，但世界上也有许多国家的储采比例在下降，全世界每年新发现的油田储量要明显大于每年开采石油量，石油资源如何合理开发利用成了限制行业发展的难题[2]。石油化工行业与国家经济发展有着紧密的联系，在世界交流日益繁杂的今天，石油产业的市场也在不断开放，影响着国内石油行业的发展。尽管我国目前的石油储量在不断增加，且石油行业内也不断有新的技术研究出现，但常规油田的探明量较低，非常规的油气资源开采难度大也是需要直面的问题。(2)石油勘测的重要性石油勘测工作有十分重要的作用，需要引起行业重视。首先，根据石油勘测的结果，可以选择合理的开发手段，并根据CT扫描技术显示的三维模型有计划地进行生产建设工作。其次，通过勘测可以得到油田储量情况，为国家在资源控制上提供可靠的数据支持，使石油开发工作有序进行。再次，勘测能够为管理者和技术人员提供协同合作的前期条件，二者可以根据勘测结果协商解决想法中的矛盾之处，提高了工作效率。最后，这些采集得到的地质结构数据是国家发展的重要资源，不仅是石油开发工作的参考，也是地质、水源等领域的参考依据，有十分重要价值。(3)石油开发中的问题目前在我国的石油开发过程中主要存在环境与安全两个方面的问题。一方面，无论是陆地石油还是海洋石油，在传统的探测和开采过程中对地表结构的破坏较大，如果开发不注意还会对地下水资源造成污染，对周边居民的生活质量产生较大威胁。另外，一些地区由于过度开采石油导致地面严重下沉，增加了地震、海啸和火山爆发等自然灾害的风险性，对人类的生存环境产生较大破坏。另一方面，由于石油和天然气存储条件为地下的高压环境，在开采过程中有一定的危险性。且在开采的过程中，油田的整个情况都处于动态变化之中，地下出水的情况无法及时预测，对开采人员的安全产生一定的威胁。

3.CT扫描在石油勘测开采中的应用

(1)分析岩石组分与裂缝结构在传统的石油勘测技术中，主要是依据地形结构进行定位，通过在地面上打探井的方式检测是否有石油的存在。这种勘测方式比较盲目，效率较低，不能有效测定石油的存储量，且会对地质的结构造成较大破坏。利用CT扫描技术，可以在不损坏地质结构的基础上探明地下结构，由于有石油存在的地下一般会有裂缝或孔隙结构，通过X射线的照射，能够明确探测出空隙位置与岩石的位置，帮助开采工作的开展。一般存在裂缝的地下结构属于连通性较强的结构，石油会在地下空间内有缓慢地流动，相比于零散分布的石油，处于裂缝处的石油更具有开采价值[3]。石油是在地下高压的环境下形成的，因此有石油存在的地下岩石的岩心密度很大，越向外越疏松，并产生空隙。通过CT扫描能够清晰地判断岩石的内部结构，可以明确判断出地下是否存在石油，有效避免了开采的盲目性。(2)预测化学成分不同物质对X射线的吸收和反射性质不同，根据CT扫描的结果可以明确得知检测样品的化学成分与性质，能够帮助专家了解地下物质的基本特性，这一点对于石油的勘测和开发十分重要。由于石油开采的技术有很多种，一般都是依靠从业经验与周围的地质环境判断使用何种方式进行开采，但是地下的情况较为复杂，人们无法直观地勘测，因此会存在一定的盲目性与危险性。但是借助CT扫描技术，能够清楚地看到地下物质的结构与特性，帮助专家进行合理预判，能够保证施工作业的安全性，提高开采效率。在石油开采过程中，还可以借助多种开采技术，保证石油的利用率。(3)检测环境情况由于CT扫描的精细程度很高，可以详细探测出地下地质的层级结构。另外人们还发现，借助CT扫描技术，可以判断出地下岩石受污染的情况，有利于油田的勘测与开发。由于一些岩石受到环境污染，其不同方向上的延伸特点会发生变化，物理参数也有所改变，经过X射线之后得到的结果也会有不同。选择未被污染的岩石部分进行采样和检测，可以提高CT扫描结果的可靠性。(4)观测油气流向预测产量根据CT扫描的结果，可以在计算机中建立直观的三维结构图，借助实时监测系统，对比模型中动态变化的部分，能够清楚地观测到油气的分布状况及缓慢流动的情况。借助分布图，人们能够明确得知成片连接的石油位置和零散分布的石油的位置，判断哪些具有较高的开采价值，并有针对性地进行开采方案设计。根据石油流动的速度可以计算出该区域油气的存储量，有计划地进行开采能够保证资源利用的合理性，也符合绿色开发、可持续发展的战略要求。(5)石油开采技术石油开采是指将地面下存储的油气开采至地面上，通过压力管道运输与使用的过程。目前常用的开采技术是通过探井的方式，使石油流渗到井里，再用压力泵将石油抽到地面上。一般的流渗方式有注水、注汽和注入其他物质等。由于油的分子量小，在注水之后，水占据了原本石油存储的地下空间，迫使石油上浮，流渗到探井中。而现在利用CT扫描技术，可以直接对地下层状结构进行三维建模，人们可以在计算机中直观地看到石油的流动情况，极大地方便了石油的开采工作。一方面，通过对石油流动的实施监控，可以探测出石油的流动方向，便于专家对探井位置的规划，节省了人力、物力等资源。另一方面，石油开采的技术在不断的发展，降低了开采过程中的浪费情况，提高开采效率，使更多的石油能够充分流渗到探井中[4]。另外，借助CT扫描技术能够较精确地估算出地下石油的存储量，能够为石油资源的合理开采和使用提供可靠的数据支撑，有利于发展我国的石油化工行业。(6)发展方向在石油资源研究和发展的领域，逐步由石油、天然气向烃类资源的方向转化，而CT扫描技术能够详细探测烃源岩的结构和成分，在岩石鉴定的方面有不可比拟的优势作用，为石油的发展方向提供新的思路。CT扫描不仅能够判断岩石内部的详细信息，也可以对岩石的整体结构和条件进行判断。研究者们应该大力发展CT扫描技术在石油勘测和开发中的应用，为石油化工行业的发展新方向做出努力，提高我国的科学技术研发水平与综合竞争实力。

4.结束语

总之，CT扫描技术在石油勘测开发的领域中有着重要的作用，作为石油技术领域的研究者，应该积极在工作中应用CT扫描技术，使行业得到更好的发展。CT扫描技术能够对地下岩页的组分进行有效测算，对裂缝结构、油气流向进行三维成像，为石油勘测工作提供便利性。在新石油能源，如烃能源的研究上，需要有明确的岩石分析和鉴定，只能依靠CT扫描技术进行研究。CT扫描技术相较于传统的石油勘测技术有独特的优势，应该得到行内的重视与发展。

参考文献

[1]张敏,孙明霞.CT技术在油气勘探领域中的应用[J].大庆石油地质与开发,2012(02):15-16.

[2]崔景伟,邹才能,朱如凯,等.岩页空隙研究新进展[J].地球科学进展,2012(27):1319-1325.

[3]苏娜,段永刚,于春生.微CT扫描重建低渗气藏微观孔隙结构:以新场气田上沙溪庙组储层为例[J].石油与天然气地质,2011(32):792-796.

[4]白斌,朱如凯,吴松涛,等.利用多尺度CT成像表征致密砂岩微观孔吼结构[J].石油勘探与开发,2013(40):329-333.

作者：赵海燕 于洁清 单位：河北地质职工大学