多年來，石油和天然氣行業(yè)已經(jīng)改進了他們在壓裂過程中使用的支撐劑和分流器，以提高頁巖油藏的石油采收率。但這些努力都是基于猜測，因為支撐劑和分流器的行為不可能被觀察到，因為它完全發(fā)生在井下的視線之外。

德克薩斯A&M大學的研究人員利用3D打印技術，以揭示支撐劑和分流劑行為的方式重新創(chuàng)建了裂縫，這是一個聯(lián)合行業(yè)項目的一部分，他新穎地使用了從實際巖石裂縫數(shù)據(jù)中創(chuàng)建的清晰模型，發(fā)現(xiàn)了這些看不見的行為，并導致了以精確的細節(jié)重復裂縫流動實驗的獨特能力。

該項目是德克薩斯A&M大學和科羅拉多礦業(yè)學院之間的合作，實際的支撐劑運輸實驗就在那里進行。其目的是確定導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構中表現(xiàn)最好，這將改善石油開采中的水力壓裂工作。

研究人員說我們不是第一個3D打印巖石表面的人，但我們是第一個為這種特殊應用進行樹脂3D打印的人。

頁巖油藏的石油開采通常從水力壓裂開始，在高壓下將液體壓入巖層，使頁巖斷裂或破裂。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放，從而使石油和天然氣能夠流向油井。分流劑是一種化學或機械材料，以后可以被溶解或回收，有時會被注入，以戰(zhàn)略性地阻斷主要的泥漿路徑，使支撐劑被迫進入新的通道，以創(chuàng)造復雜的裂縫幾何形狀。這一過程通常不為人知，但3D打印技術正在幫助改變這一狀況。

研究團隊起初研究水力壓裂，產生了清晰的3D打印樣品，其裂縫表面的細節(jié)達到了微米級。當沖過這些透明的裂縫模型時，可以直接觀察到支撐劑和分流器的行為。

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

在過去，研究人員建造了實驗室規(guī)模的設備，以研究支撐劑如何有效地讓石油和天然氣在裂縫中流動，這一過程被稱為傳導性。不過，這些設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。

由于目前的設備，粗糙的人工裂縫表面可以很容易地用3D打印技術詳細創(chuàng)建。缺點是3D打印樹脂的強度不夠，無法滿足需要實際巖石般的強度的實驗。因此，研究人員的3D打印作品被用作模具，用高強度的水泥制造人工巖石結構，可以捕捉復雜的表面幾何形狀。而且這些人工樣本可以從模具中無限地澆鑄出來，從而獲得一致和可重復的測試基地，以獲得更準確的研究成果。

"我們可以通過使用普通的地質統(tǒng)計學方法來模擬斷裂表面，以捕捉特定地層的特征，通過3D打印，我們可以創(chuàng)建這些模擬表面的物理版本用于實驗應用。"研究人員說。

由于每個頁巖層的裂縫表面特征可能不同，研究人員說該團隊最終將構建一個不同儲層中支撐劑運輸行為的數(shù)據(jù)庫。

研究人員說："在過去五年里，3D打印世界的發(fā)展水平是驚人的，從高中開始，3D打印就一直是我所熱衷的事情。能夠將我生活中愛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。"