本報記者 王福全 通訊員 黎永娟
“3D打印的模型，能夠直觀展示地質構造和儲層結構。這塊是順北4號帶斷裂結構模型，綠色、深綠色代表不同尺度的斷裂，橙紅色的不規則體代表地層8000米以下油氣儲藏的空間……”5月12日，在中國石化縫洞型油藏提高采收率重點實驗室，實驗技術崗主任師陳蒲禮拿著新制作的3D物理模型，向前來學習交流的人員介紹。
中國石化縫洞型油藏提高采收率重點實驗室位于西北油田科研生產園區，由西北油田負責運行，是國內最早將工業級3D打印機用于油氣勘探開發研究的實驗室之一。近幾年，實驗室通過推動技術迭代升級，實現了地質構造、儲層結構、流體分布情況、工程地質等油氣科研領域各種類型結構3D物理模型的精準打印，為塔里木盆地深層油氣藏研究提質增效提供了重要支撐。
重點實驗室里來了“新員工”
“2018年12月，TP203X井組模型。”當記者問到實驗室什么時候成功制作出第一個3D物理模型時，陳蒲禮脫口而出。這個時間節點對于他來說，記憶深刻。
實驗室率先引進工業級3D打印機，希望新技術賦能塔里木盆地地質研究。地質模型是地質研究的核心部分，可以幫助研究人員直觀地觀察和分析地下地質結構、資源分布等情況。通常，地球物理技術人員對三維地震數據進行技術處理，將復雜的地下地質信息轉化為三維數字模型。模型中包含了儲層空間形態、孔隙結構、油氣分布特征等關鍵參數。
有了新設備，更要用得巧。3D物理模型的支撐結構設計和支撐材料去除，成為實驗室初期應用新設備遇到的主要難題。“地質儲層模型結構特殊，支撐材料往往位于狹小的孔隙結構或復雜的內部通道，傳統的去除方法會導致模型損壞，影響完整性和精度。”陳蒲禮說。
國內可借鑒的經驗不多。他們先后嘗試采用水溶材料制作支撐結構、通過高壓注氣或注水擠壓去除支撐材料等方式解決難題，效果均不理想。后來，他們受積木結構啟發，將模型拆分成多個模塊，在設計時將每個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，再進行模塊組合，就能保證模型的完整性。
經過一年多的設計優化、實驗、評估，再優化、再實驗、再評估，他們終于制作出第一個符合科研課題需求的3D儲層物理模型，實驗室里的“新員工”正式上崗。
培養服務科研提質提效“優等生”
塔里木盆地地質構造復雜多樣，順北油氣田深部的裂縫與大尺度溶洞并存，油氣流動機理更為復雜，常規物理模型無法滿足科研需求。
“用一種模型精準呈現地下8000米以深的地質構造，就已經困難重重。不同的地質研究方向需要不同的物理模型支撐，要能力不偏科，精通各種模型的設計和制作，更難。”分管實驗室模型制作工作的西北油田實驗檢測技術中心副經理賈星亮介紹。經過近幾年工藝技術升級，實驗室的3D物理模型制作能力基本實現了地質結構、儲層結構、流體分布特征等各種類型結構的全覆蓋，為深層地質研究特別是“深地一號”油氣資源探索提供了重要保障。
在順北勘探開發初期，實驗室制作了6個順北1號斷裂帶的物理模型，高度還原了順北1號斷裂帶的地質結構、儲層特性和流體分布特征。
研究人員在實驗室可以基于模型開展一系列注采驅替實驗。通過改變注采參數、井網布局等條件，他們模擬不同開采方案下的驅替油氣效果，獲得了大量關于順北斷裂帶油氣采出規律、提高采收率等方面的關鍵數據。他們根據模型實驗模擬和結果評價，持續優化開發方案，為井網結構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地勘探和現場實驗，在實驗室中就能快速開展相關研究。應用模型模擬現場條件，能夠提前發現方案中的潛在問題，為勘探開發、工程建設等領域提供可靠的技術支持，降低了科研成果的轉化成本。
目前，實驗室正在根據油藏提高采收率、相態實驗等研究項目的需要，設計新的3D物理模型。同時，開展模型制作材料科研攻關，探索制作可視化耐高溫高壓的新型3D物理模型，為開展高溫高壓環境下的各類科研實驗創造條件。
全工時在崗模型制作“拉滿弦”
春季上產，實驗室里也格外繁忙。近期，陳蒲禮忙著制作一塊紅磚大小的3D物理模型，從設計到完成，通常需要半個月的時間。
“科研攻關就是與時間賽跑。我們和設備時刻處于良好狀態，才能更好地服務生產，尤其是在上產關鍵時期。”陳蒲禮說。前幾天，3D打印機運行異常，他和同事連夜排查、維修，很快便讓設備恢復了正常。
工業級3D打印機屬于精密設備，打印分辨率通常在28微米左右，相當于成年人頭發絲直徑的四分之一。一顆小螺絲松動，都會導致模型制作失敗。
以前，廠家工程師負責設備的運行維護、故障處置。他們從工廠所在地到烏魯木齊，路途遙遠，時常遠水解不了近渴。
近兩年，實驗室加大與廠家合作力度，組織人員多次參加培訓，學習維護維修技術。當設備出現異常時，實驗室人員全程參與現場維修，學習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人員已實現從單純的設備操作員向復合型技術人才的蛻變，多次獨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，改進了設備的機械結構和控制系統，將打印模式從進尺打印優化為進退雙向打印，將模型制作時間縮短近一半，為科研提質增效又拓展出了新空間。”賈星亮說。