多年來(lái)，石油和天然氣行業(yè)已經(jīng)改進(jìn)了他們?cè)趬毫堰^(guò)程中使用的支撐劑和分流器，以提高頁(yè)巖油藏的石油采收率。但這些努力都是基于猜測(cè)，因?yàn)橹蝿┖头至髌鞯男袨椴豢赡鼙挥^察到，因?yàn)樗耆l(fā)生在井下的視線之外。

德克薩斯A&M大學(xué)的研究人員利用3D打印技術(shù)，以揭示支撐劑和分流劑行為的方式重新創(chuàng)建了裂縫，這是一個(gè)聯(lián)合行業(yè)項(xiàng)目的一部分，他新穎地使用了從實(shí)際巖石裂縫數(shù)據(jù)中創(chuàng)建的清晰模型，發(fā)現(xiàn)了這些看不見(jiàn)的行為，并導(dǎo)致了以精確的細(xì)節(jié)重復(fù)裂縫流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特能力。

該項(xiàng)目是德克薩斯A&M大學(xué)和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院之間的合作，實(shí)際的支撐劑運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)就在那里進(jìn)行。其目的是確定導(dǎo)致最大限度地放置支撐劑的條件，以及何種支撐劑濃度和類型在各種巖石幾何結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)最好，這將改善石油開(kāi)采中的水力壓裂工作。

研究人員說(shuō)我們不是第一個(gè)3D打印巖石表面的人，但我們是第一個(gè)為這種特殊應(yīng)用進(jìn)行樹(shù)脂3D打印的人。

頁(yè)巖油藏的石油開(kāi)采通常從水力壓裂開(kāi)始，在高壓下將液體壓入巖層，使頁(yè)巖斷裂或破裂。支持劑，即不同大小的沙粒，在流體漿中被沖下，以在高壓釋放后保持這些裂縫的開(kāi)放，從而使石油和天然氣能夠流向油井。分流劑是一種化學(xué)或機(jī)械材料，以后可以被溶解或回收，有時(shí)會(huì)被注入，以戰(zhàn)略性地阻斷主要的泥漿路徑，使支撐劑被迫進(jìn)入新的通道，以創(chuàng)造復(fù)雜的裂縫幾何形狀。這一過(guò)程通常不為人知，但3D打印技術(shù)正在幫助改變這一狀況。

研究團(tuán)隊(duì)起初研究水力壓裂，產(chǎn)生了清晰的3D打印樣品，其裂縫表面的細(xì)節(jié)達(dá)到了微米級(jí)。當(dāng)沖過(guò)這些透明的裂縫模型時(shí)，可以直接觀察到支撐劑和分流器的行為。

看到實(shí)際的支撐劑行為是突破性的，但該項(xiàng)目還以一種前所未有的方式將3D打印應(yīng)用于裂縫傳導(dǎo)。

在過(guò)去，研究人員建造了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的設(shè)備，以研究支撐劑如何有效地讓石油和天然氣在裂縫中流動(dòng)，這一過(guò)程被稱為傳導(dǎo)性。不過(guò)，這些設(shè)備通常是用光滑的墻壁建造的，而天然巖石的裂縫表面是非常不規(guī)則的。

由于目前的設(shè)備，粗糙的人工裂縫表面可以很容易地用3D打印技術(shù)詳細(xì)創(chuàng)建。缺點(diǎn)是3D打印樹(shù)脂的強(qiáng)度不夠，無(wú)法滿足需要實(shí)際巖石般的強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)。因此，研究人員的3D打印作品被用作模具，用高強(qiáng)度的水泥制造人工巖石結(jié)構(gòu)，可以捕捉復(fù)雜的表面幾何形狀。而且這些人工樣本可以從模具中無(wú)限地澆鑄出來(lái)，從而獲得一致和可重復(fù)的測(cè)試基地，以獲得更準(zhǔn)確的研究成果。

"我們可以通過(guò)使用普通的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)模擬斷裂表面，以捕捉特定地層的特征，通過(guò)3D打印，我們可以創(chuàng)建這些模擬表面的物理版本用于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。"研究人員說(shuō)。

由于每個(gè)頁(yè)巖層的裂縫表面特征可能不同，研究人員說(shuō)該團(tuán)隊(duì)最終將構(gòu)建一個(gè)不同儲(chǔ)層中支撐劑運(yùn)輸行為的數(shù)據(jù)庫(kù)。

研究人員說(shuō)："在過(guò)去五年里，3D打印世界的發(fā)展水平是驚人的，從高中開(kāi)始，3D打印就一直是我所熱衷的事情。能夠?qū)⑽疑钪袗?ài)好的一面帶到研究方面，并將二者整合為富有成效的東西，是我非常自豪的事情。"