管麗梅 詹洪磊 祝 靜 趙 昆

(油氣光學探測技術北京市重點實驗室，中國石油大學(北京)，北京 102249)

物理與工程

3D打印技術在油氣資源評價中的應用及展望

管麗梅 詹洪磊 祝 靜 趙 昆

(油氣光學探測技術北京市重點實驗室，中國石油大學(北京)，北京 102249)

3D打印(3-Dimensional Printing)是一種先進的增材制造技術，已經在模具生產、教育、醫(yī)學等領域得到廣泛應用，在石油勘探開發(fā)領域的應用亦展現(xiàn)出較高的研究價值。本文介紹了3D打印技術及其在相關領域的應用現(xiàn)狀，詳細闡述了3D打印技術在油氣資源評價中的作用，包括地質建模、儲集巖孔隙及其連通性的評價、巖石節(jié)理及裂隙的力學性質研究3個方面，并對3D打印技術在石油工業(yè)中儀器和工藝的創(chuàng)新性設計開發(fā)、油氣儲層理論研究、石油儲存及運輸、石油煉制及油品評價方面的應用前景提出展望。

3D打印；油氣資源；石油儲層；增材制造

傳統(tǒng)的制造技術被稱為“銑削”制造，是在毛坯上去除多余材料(切削)的加工方法。3D打印技術則是基于數(shù)字模型，打印機分層涂敷，“自下而上”累加材料的增材制造(Additive Manufacturing)工藝[1]，是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)[2]。該技術采用計算機軟件設計數(shù)字化的產品外形及內部結構模型，將設計好的數(shù)字模型傳輸?shù)?D打印機中，打印機就能完成所有制作流程，打印出實物，真正實現(xiàn)了一體化成型。作為一種新型制造方式，3D打印技術具有區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的特點：數(shù)字化設計——利用軟件設計，打印得到的實物與設計的三維數(shù)字模型完全一致，并且可以方便地修改打印目標；成本低——無需制作模具，大大減少生產環(huán)節(jié)，具有明確的產業(yè)價值；成型精度高——市售的桌面3D打印機普遍能將誤差控制在100μm以內[3]。美國《哈佛商業(yè)評論》認為3D打印技術是一項顛覆性技術，將為制造業(yè)帶來巨大變革。工信部、財政部以及發(fā)改委三部委于2015年2月聯(lián)合發(fā)布《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃(2015—2016)》，旨在加快推進我國3D打印產業(yè)健康有序發(fā)展。隨后，國務院印發(fā)了部署全面推進實施制造強國戰(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)字化和網絡化領域，3D打印發(fā)揮著不可取代的作用。3D打印技術的應用范圍十分廣泛，涉及模具和航空汽車零部件的生產、教育教學、醫(yī)學手術輔助導板設計甚至是細胞和器官的“打印”、服裝珠寶個性化設計生產、文物復制、油氣資源研究等眾多領域。

21世紀以來，全球油氣勘探難度越來越大，勘探對象日益復雜[4]。我國油氣人均占有量遠低于世界平均水平。按現(xiàn)在國民經濟以7 %左右的發(fā)展速度預估未來生產水平，近十年石油需求量與供應量將產生0.8×108～1.2×108t的差額，國內常規(guī)油氣的勘探開發(fā)產量已不能滿足經濟發(fā)展的需要[5，6]。油氣資源已經邁入了“非常規(guī)”時代?！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)油氣儲集層物性差，圈閉效應不明顯，開采難度高，評價的重點轉向烴源巖特性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應力各向異性“六特性”[8，9]，傳統(tǒng)的油氣資源評價方法不再適用。但非常規(guī)油氣資源儲量非常豐富，在能源格局中的地位十分重要。分析油氣的生、排、運、聚規(guī)律，優(yōu)選合適的油氣資源評價方法，客觀地評價油氣資源潛力意義重大[10]。

面對全球油氣后備儲量不足的現(xiàn)狀，科研工作者試圖利用多種新技術評估油氣資源，輔助資源開發(fā)。3D打印在制造方式上具有的顯著優(yōu)勢可以有效輔助油氣資源準確評價。例如，3D打印用于地質建模直觀描述復雜地質構造，指導實際工程開展，提高儲層評估的準確性；3D打印制備高精度模型，可模擬巖層內部孔隙網絡結構，用于CT掃描等常規(guī)手段的檢測及研究，可計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，制作力學實驗試件，用于研究巖石節(jié)理面以及裂隙試件的抗剪強度，分析其應力變形和彈性模量等力學性能。

本文介紹了3D打印技術的基本概念及其在相關領域的應用現(xiàn)狀。詳細闡述了3D打印技術在油氣評價方面的應用情況，并對其未來在油氣資源領域的潛在應用做出分析和展望。

1 3D打印技術

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

表1 3D打印材料成型技術分類

續(xù)表

雖然材料成型的方式各有不同，但所有的3D成型技術的打印流程均可大致劃分為4個階段。階段1：使用計算機輔助設計(CAD computer-aided design)軟件構架打印目標，概念化、數(shù)字化地創(chuàng)建模型。階段2：將數(shù)字化目標進行分層處理并將其轉化為3D打印機可識別的文件格式。階段3：將文件傳輸至打印機并設置打印機打印速度、打印厚度等相關打印參數(shù)。階段4：進行實體打印。流程如圖1所示。由于3D打印技術尚處于發(fā)展階段，現(xiàn)階段只適用于小批量的制造，要應用于規(guī)模化的生產還需要技術本身的提高。但因為具有數(shù)字化設計、成本低、精度高的明顯優(yōu)勢，仍被廣泛地應用于各個領域，成為引領潮流的生產制造新方式。

圖1 3D成型技術的打印流程

3D打印技術的應用領域涉及模具生產、精密零部件制造、醫(yī)療、教育教學、服裝珠寶、文物復制等各個方面。傳統(tǒng)熱成型模具加工所使用的銑削、鉆孔等技術流程復雜，使用3D打印生產熱成形模具能夠顯著減少生產時間和成本[11]。3D打印在精密零部件加工方面獨具優(yōu)勢，近日，美國宇航局(NASA)借助打印出了火箭發(fā)動機渦輪泵，減少了45%的組件[12]。3D打印技術在醫(yī)療領域理論研究方面主要用于制作醫(yī)療培訓或模擬的解剖教學模型，實際手術方面應用則主要是植入物以及如臟模型或主動脈導管瓣膜模型等手術輔助操作工具的制造[13-16]。最新研究發(fā)現(xiàn)，3D打印技術也適用于活體組織和器官的培養(yǎng)，可能對再生醫(yī)學產生前所未有的影響[17]。在教學研究中，3D打印產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打印則多用于個性化設計。近日，在劍橋大學舉辦的展覽中，3D打印的甲骨文復制件替代原件進行了展出，成為文物保護的新方式[18]。

2 3D打印在油氣資源評價中的應用

從工程地質到資源勘探再到油氣田開發(fā)，3D打印技術被創(chuàng)造性地應用于石油產業(yè)鏈的各個方面，為地質建模、儲集巖孔隙及連通性評價、巖石節(jié)理及裂縫的力學性質研究等方面提供了新的思路。

2.1 地質建模

地質建模是結合了地質、測井、地球物理數(shù)據，利用計算機圖形技術形成的概念模型，作為地學信息研究的重要手段，地質建模也是油藏數(shù)值模擬技術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[19]。利用三維地質模型不僅可以直觀描述復雜的地質構造情況, 形象表達地質構造的特征以及構造要素的空間關系, 結合強大的交互式空間分析功能, 可以使地質分析更為靈活、直觀、準確[20]。

在工程地質領域中，3D打印在地質建模過程中主要應用于處理地理信息圖像并將其打印成實物。3D打印技術能夠準確地區(qū)分不同特征的地形地貌，已被用于等比例復制復雜的地形結構，拓寬了3D打印技術在地學信息技術領域應用的深度[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和直觀，有利于直觀觀察某個地區(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研究以及輔助實際工程施工。早在2013年，中國石化工程技術人員就曾使用3D打印技術制作地下氣層通道的精細模型，預測和指導普光天然氣田的開發(fā)，使鉆井成功率達100%，克服了世界性難題[22]，也證明了3D打印技術應用于油氣資源領域的準確性和可行性。由于3D打印技術存在打印尺度的限制，目前尚不能打印過大模型，對于過大的地質模型，通常采用的處理方法是分區(qū)塊打印，再將各個打印區(qū)塊拼接，完成等比例的地形模型或城市模型。

圖2 3D打印巖石孔隙結構(a) 掃描實物獲取數(shù)據; (b) 數(shù)據灰度直方處理; (c) 不同參數(shù)設置打印出的巖石孔隙結構

2.2 儲集巖孔隙及其連通性的評價

作為油氣勘探的重要指標，儲層巖石的滲透率、飽和度與其微觀孔隙結構密切相關[23]。伴隨世界油氣需求的持續(xù)增長與常規(guī)油氣產量的不斷下降，具有較大資源潛力的非常規(guī)油氣逐漸成為新的領域[24]。非常規(guī)油氣的兩個關鍵參數(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，連接孔隙的孔道結構十分復雜，影響了油氣的運移。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價的重要參數(shù)，導致勘探開采前的評估很難進行或很難保證準確，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集巖內部的孔隙結構及其連通性。每一塊巖石都有單獨的微觀孔隙網絡，壓裂時破裂的方式各不相同。從某個樣本實例推斷整體的水力壓裂情況的方法是不可靠的。

愛荷華州立大學的Franek Hasiuk提出了一個使用3D打印技術提高液壓開采油氣資源的方法，輔助儲油地質的研究。他們使用丙乙烯-丁二烯-苯乙烯(ABS acrylonitrile butadiene styrene)等3D打印材料，經過“巖心掃描-灰度直方處理-打印機打印”的系統(tǒng)化孔隙結構制作流程[25]，打印出了按比例放大的儲集巖中的孔隙網絡，如圖2所示。雖然由于CT掃描精度、3D打印機打印精度二者的限制，目前還不能按原樣品1∶1比例打印孔隙結構，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換為了有形的、可測試的實際對象[26]，這個比例是已知并且可調節(jié)的。巖石孔隙復制件可以在實驗室環(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)的孔隙研究方法進行觀察檢測[27-30]。通過觀察和計算其孔徑分布、孔隙度、孔隙結構、滲透率等重要參數(shù)，模擬進行實際液壓開采的情況，預測其流體運移情況、流體流量、孔隙形變情況。這樣的方法模擬現(xiàn)實環(huán)境，指導石油開采，將使3D打印技術在儲油地質的研究和預測中發(fā)揮重要作用。

2.3 巖石節(jié)理及裂隙的力學性質研究

隨著油氣資源的快速消耗和科學技術的迅猛發(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測與防治的重大災害事故，與巖石應力相關的一些重大的、基礎性巖石力學科學問題亟待科研工作者做出回答[31]。

巖石節(jié)理結構的力學性質研究是工程安全評估的重要途徑。中國科學院武漢巖土力學研究所同樣將逆向建模和3D打印結合，制作了巖石的節(jié)理面試件。同時對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)方法復制的巖石節(jié)理試件在抗剪強度測試中偏差一般在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，而且產生相同的機械結果。3D打印制作巖石節(jié)理面試件的方法不僅有利于實驗規(guī)律的總結，而且構建了數(shù)字模型，有利于數(shù)據保護。

裂縫的發(fā)育程度及應力情況也與工程安全息息相關，并且決定著低滲儲層的滲流、產出能力。但由于裂縫發(fā)育機制的復雜性,裂縫性油氣藏一直是勘探的重點和難點[33]。鞠陽等人使用3D打印技術制作巖體復雜裂隙結構試件，用以研究巖石應力場情況。首先對天然煤巖進行斷層掃描獲得了煤巖裂隙的三維數(shù)據，對這些數(shù)據進行三維重構重建煤巖的3D數(shù)字模型，將其調整格式并輸入3D打印機打印了煤巖的高精度復制件。將這些復制件與真實煤巖一起進行了后續(xù)應力場相關實驗。實驗結果表明：3D打印技術制備的裂隙復制件的單軸抗壓強度、彈性模量和泊松比等力學性能指標接近于天然裂隙煤巖[34]。使用3D打印得到的巖石試件，不僅在外形上與實物一致，只要選用合適的打印材料，可以達到試件與實際巖石在物理性質上的統(tǒng)一。

3 展望

現(xiàn)階段的3D打印技術在油氣資源的應用主要體現(xiàn)在油氣儲層評價方面，作為一種指導和預測手段輔助油氣資源的開發(fā)。 隨著3D打印技術的發(fā)展，未來在石油領域的應用研究可圍繞以下方面展開。

首先，3D打印可應用于儀器、工藝的創(chuàng)新性設計和開發(fā)，例如改進熱交換器，反應器，閥和機械零件的設計[35]。石油裝備制造涉及物探測井、鉆井采油、石油輸運和煉油化工等一系列工業(yè)體系，是確保油田安全生產、提高單井產量的前提。在采油裝備的設計和優(yōu)化過程中，利用3D打印可便利地制造儀器或設備原型。原型是指模擬某種產品的原始設計，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，將最主要的關注熱點通過簡單的初始設計實現(xiàn)，并利用3D打印技術快速制造實物原型，投入系統(tǒng)使用，利用來自原型的反饋，加深對系統(tǒng)的了解，使用3D打印技術對初始設計進行補充和優(yōu)化，消除不協(xié)調因素，縮短設計周期，降低研發(fā)成本，從而獲得完整的、現(xiàn)實可行的優(yōu)化方案和設計[36]。

其次，在石油勘探開發(fā)前期，3D打印將作為補充方法為開展成巖成因機理、沉積學理論、巖石聲學物理測量等基礎問題的研究提供實驗手段。隨著科技的不斷發(fā)展，3D打印的成型精度將進一步提高，通過3D多材料打印技術實現(xiàn)實驗試件內部成分與實物的匹配，而不僅僅是結構的復制，能夠確保實驗結果的可信度。根據研究需要，三維數(shù)字模型的設計可做人為調整，針對特定研究目的設計特殊的結構，使用常規(guī)的技術手段檢測，從中總結規(guī)律，探索和完善油氣儲層尤其是非常規(guī)油氣儲層的成巖機制、巖石物質組成、沉積相沉積環(huán)境、內部孔喉結構分布及流體流動規(guī)律、巖石力學聲學的物理響應機理、解釋方法及含油氣性評價方法。

第三，3D打印為優(yōu)化儲運系統(tǒng)、強化儲運安全管理、避免環(huán)境污染提供理論依據。油氣儲運是連接石油工業(yè)生產、運輸、化工、銷售各環(huán)節(jié)的紐帶。儲運系統(tǒng)尤其是輸油管道的設計主要取決于流體物理性質[37]，3D打印技術的引進將為流體的復雜性質研究帶來便利；在投產前，利用3D打印技術對石油運輸管道的直徑、壁厚、壓力、鋼材等級進行模擬測試；研究不同材質、設計制造對管道的腐蝕與防護、油氣運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，減少環(huán)境污染，降低輸運過程的投資運營費用，提高產業(yè)價值。

最后，3D打印用于研究石油冶煉過程中的催化劑制造、設備腐蝕的防治措施、評價油品成焦、成漆、防銹等關鍵性能。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，油品儲罐的腐蝕關系到綜合效益及生產安全，針對油品評價的運動粘度、水分、閃點、凝點和傾點、硫含量、密度、餾程、酸堿值等常規(guī)檢測是油品劣化的重要報警指標，可判斷油品餾分組成的輕重以及用油的正確性。3D打印結合常規(guī)技術手段，可推動石油產業(yè)鏈的基礎理論和技術研究。

經過幾十年的發(fā)展，3D打印機的價格已經有了明顯的下降，目前市售的價格在5000元人民幣左右的桌面3D打印機精度已經達到100μm，并且隨著技術的發(fā)展，3D打印機更加精準快速，價格也將進一步降低，這使得3D打印技術的普及和在油氣評價中的廣泛應用具備切實的可行性。

3D打印技術與石油領域的結合是具有創(chuàng)新性和前瞻性的，3D打印技術在解決儲油地質研究中的問題時將發(fā)揮出其獨具的優(yōu)勢，掃清由于存在尺度問題和復雜結構給相關研究帶來的障礙，促進儲油地質的研究進程。

[1] 盧秉恒,李滌塵.增材制造(3D打印)技術發(fā)展[J].機械制造與自動化,2013,42(4):1-4. Lu Bingheng, Li Dichen. Development of the additive manufacturing (3D printing) technology[J]. Machine Building & Automation, 2013, 42(4): 1-4. (in Chinese)

[2] 王雪瑩.3D打印技術與產業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術企業(yè)旬刊,2012(26):3-5. Wang Xueying. Development and prospect analysis of 3D printing technology and industry[J]. China High Technology Enterprises, 2012 (26): 3 - 5. (in Chinese)

[3] Regenfuss P, Streek A, Hartwig L, et al. Principles of laser micro sintering[J]. Rapid Prototyping, 2007(13): 204-212.

[4] 胡文瑞,鮑敬偉,胡濱.全球油氣勘探進展與趨勢[J].石油勘探與開發(fā),2013,40(4):409-413. Hu Wenrui, Bao Jingwei, Hu Bin. Trend and progress in global oil and gas exploration[J]. Petroleum Exploration & Development, 2013, 40(4): 409-413. (in Chinese)

[5] 邱中建,徐旺.中國油氣勘探前景與展望[J].勘探家,2000(1):5-8. Qiu Zhongjian, Xu Wang. Prospect for China’s oil and gas exploration[J]. Petrleum Explorationist, 2000(1): 5-8. (in Chinese)

[6] 雷群,王紅巖,趙群,等.國內外非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀及建議[J].天然氣工業(yè),2008,28(12):7-10. Lei Qun, Wang Hongyan, Zhao Qun, et al. Status analysis and advices on exploration and development of unconventional hydrocarbon resources[J]. Natural Gas Industry, 2008, 28(12): 7-10. (in Chinese)

[7] 鄒才能，陶士鎮(zhèn)，侯連華.非常規(guī)油氣地質學[M].北京：地質出版社，2014. Zou Caineng, Tao Shizhen, Hou Lianhua. Unconventional oil and gas geology[M]. Beijing: Geological Publishing Press, 2014. (in Chinese)

[8] 賈承造,鄭民,張永峰.中國非常規(guī)油氣資源與勘探開發(fā)前景[J].石油勘探與開發(fā),2012,39(2):129-136. Jia Chengzao, Zheng Min, Zhang Yongfeng. Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of exploration and development[J]. Petroleum Exploration & Development, 2012, 39(2): 139-146. (in Chinese)

[9] 鄒才能,陶士振,白斌,等.論非常規(guī)油氣與常規(guī)油氣的區(qū)別和聯(lián)系[J].中國石油勘探,2015,20(1):1-16. Zou Caineng, Tao Shizhen, Bai Bin, et al. Differences and relations between unconventional and conventional oil and gas[J]. China Petroleum Exploration, 2015, 20(1):1-16. (in Chinese)

[10] 賈承造,鄭民,張永峰.非常規(guī)油氣地質學重要理論問題[J].石油學報,2014,35(1):1-10. Jia Chengzao, Zheng Min, Zhang Yongfeng. Four important theoretical issues of unconventional petroleum geology[J]. Acta Petrolei Sinica, 2014, 35(1): 1-10. (in Chinese)

[11] Junk S, S?mann-Sun J, Niederhofer M. Application of 3D printing for the rapid tooling of thermoforming moulds[M]. London: Springer, 2010: 369-372.

[12] 王心馨,NASA用3D打印出火箭發(fā)動機渦輪泵[OL]. (2016/4/27). http://news. sciencenet.cn/htmlnews/2016/4/344534.shtm

[13] Vaccarezza M, Papa V. 3D printing: A valuable resource in human anatomy education[J]. Anatomical Science International, 2014, 90(1): 64-65.

[14] Hammad H, Malik BSc (Hons), et al. Three—dimensional printing in surgery: A review of current surgical applications[J]. Journal of Surgical Research, 2015, 199(2): 512-522.

[15] Gallo M, D’Onofrio A, Tarantini G, et al. 3D—printing model for complex aortic transcatheter valve treatment[J]. International journal of cardiology, 2016, 210. 139-140.

[16] Schrot J, Pietila T, Sahu A. State of the art: 3D printing for creating compliant patient—specific congenital heart defect models[J]. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 2014, 16(Suppl 1): W19.

[17] Andreas G, Miranda F. 3D printing and its applications[J]. RTe journal—Forum für Rapid Technologie, 2013, 10(1).

[18] 羅昕.世界首例3D打印還原甲骨文展出[OL]. (2016/3/26). http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/3/341514.shtm

[19] 魏嘉.地質建模技術[J].油氣藏評價與開發(fā),2007,30(01):1-6. Wei Jia. Review of geologic model building techniques[J]. Progress in Exploration Geophysics, 2007. 2007, 30(01): 1-6. (in Chinese)

[20] 李舒,李偉波,宋世鵬.三維地質建模的應用研究[J].科學技術與工程,2008,8(24):6584-6587. Li Shu, Li Weibo, Song Shipeng. Application Research of 3D geological modeling[J]. Science Technology and Engineering, 2008, 8(24): 6584-6587. (in Chinese)

[21] 李俊宏.地形圖三維模型3D打印方法的研究與應用[J].勘察測繪,2014,4(35). Li Junhong. Research and application of 3D printing for 3D model of topographic map[J]. Construction, 2014, 4(35).

[22] 仇國強,任寧寧.普光高含硫氣田:掌握核心科技 攻克世界難題[J].中國石油和化工標準與質量,2013(2):1-2. Qiu Guoqiang, Ren Ningning. Puguang gas field with high sulfur content: Master the Core Technology and Overcome the Worldwide Problem[J]. China Petroleum and Chemical Standard and Quality, 2013(2): 1-2. (in Chinese)

[23] Dullien FA. Porous Media Fluid Transport and Pore Structure[M]. NewYork: Academic Press, 1992.

[24] 鄒才能,朱如凱,吳松濤,等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油和致密氣為例[J].石油學報,2012,33(2):173-187. Zou Caineng, Zhu Rukai, Wu Songtao, et al. Types,characteristics,genesis and prospects of conventional and unconventional hydrocarbon accumulations: Taking tight oil and tight gas in China as an instance[J]. Acta Petrolei Sinica, 2012, 33(2): 173-187. (in Chinese)

[25] Sergey Ishutov, Franciszek J. Hasiuk, Chris Harding, et al.3D printing sandstone porosity models[J]. Interpretation—A Journal of Subsurface Characterization 2015, 3(3): 49-61.

[26] Hasiuk F, Harding C, Gray J N, et al. 3-D printing permeable porosity to probe petrophysical problems[C]. AAPG Annual Convention and Exhibition. 2015.

[27] CíSlerová M, Votrubová J. CT derived porosity distribution and flow domains[J]. Journal of Hydrology, 2002, 267(3-4): 186-200.

[28] 董昭雄,譚夢琦.XRF分析技術測定儲層巖石孔隙度的方法研究[J].地質科技情報,2010,29(4):63-66. Dong Zhaoxiong, Tan Mengqi. Reservoir rock porosity determination method by XRF analysis[J]. Geological Science & Technology Information, 2010, 29(4): 63-66. (in Chinese)

[29] Gao H, Li H. Determination of movable fluid percentage and movable fluid porosity in ultra-low permeability sandstone using nuclear magnetic resonance (NMR) technique[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering, 2015, 133: 258-267.

[30] Elia P, Nativ-Roth E, Zeiri Y, et al. Determination of the average pore—size and total porosity in porous silicon layers by image processing of SEM micrographs[J]. Microporous & Mesoporous Materials, 2016, 225: 465-471.

[31] 謝和平,高峰,鞠楊.深部巖體力學研究與探索[J]. 巖石力學與工程學報, 2015, 34(11). Xie Heping, Gao Feng, Ju Yang, et al. Research and development of rock mechanics deep ground engineering[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering, 2015. (in Chinese)

[32] Jiang Q, Feng X, Gong Y, et al. Reverse modelling of natural rock joints using 3D scanning and 3D printing[J]. Computers & Geotechnics, 2016, 73: 210-220.

[33] 高霞, 謝慶賓. 儲層裂縫識別與評價方法新進展[J]. 地球物理學進展, 2007, 22(5):1460-1465. Gao Xia, Xie Qingbin. Advances in identification and evaluation of fracture[J]. Progress in Geophysics, 2007, 22(5): 1460-1465. (in Chinese)

[34] 鞠楊, 謝和平, 鄭澤民,等. 基于3D打印技術的巖體復雜結構與應力場的可視化方法[J]. 科學通報, 2014, 59(32):3109-3119. Ju Yang, Xie Heping, Zheng Zemin, et al. Visualization of the complex structure and stress field inside rock by means of 3D printing technology. Chin Sci Bull, 2014, 59(32): 3109-3119. (in Chinese)

[35] Camisa J A, Verma V, Marler D O, et al. Additive manufacturing and 3D printing for oil and gas-transformative potential and technology constraints[C]. The Twenty-fourth International Ocean and Polar Engineering Conference. 2014.

[36] Zhang H J, GuoQing H U, Liu W Y, et al. The overview of rapid prototyping technique[J]. Machinery, 2004.

[37] 劉建軍,章寶華,流體力學[M]. 北京：北京大學出版社，2006. Liu Jianjun, Zhang Baohua. Fluid mechanics[M]. Beijing: Peking University press, 2006. (in Chinese)

[38] 潘家華. 全面提高我國油氣儲運事業(yè)的整體水平[J]. 油氣儲運, 2004, 23(5): 1-5. Pan Jiahua. To improve overall technology level of China’s oil and gas storage and transportation industry in an all-round way[J]. Oil & Gas Storage and Transportation 2004, 23(5): 1-5.(in Chinese)

[39] 徐輝利, 孫杰, 王莉. 淺談國內油氣儲運系統(tǒng)中存在問題及對策[J]. 煉油與化工, 2006, 17(1): 9-10. Xu HuiLi, Sun Jie, Wang Li. Discussion on the problems found in China’s oil & gas storage & transportation system and countermeasures[J]. Refining and Chemical Industry, 2006, 17(1): 9-10. (in Chinese)

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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

國家重大科學儀器開發(fā)專項基金資助項目(2012YQ140005)和國家自然科學基金資助項目(11574401)。

管麗梅，女，在讀碩士研究生，研究方向為3D打印及應用,lmguan6546459@126.com;詹洪磊，男，在讀博士生，研究方向為納米巖石物理和3D打印技術,hlzhan@126.com;祝靜，女，在讀碩士研究生，研究方向為納米巖石物理,13126692322@163.com。

趙昆，男，教授，研究方向為增材制造及油氣光學工程,zhk@cup.edu.cn。

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