油田地面工程设计中3D打印技术的应用

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快速成型技术（即3D打印技术）作为快速兴起的一种新技术，在化学合成、组织工程、微流体、电子电路和设备等多个领域得到了广泛应用。但在我国尤其是在石油化工领域的应用才刚刚起步[1]。对3D打印技术的开发应用，将是我国石油领域地面工程设计、机械制造、产品模型展示等方面的一个革命性进步。此类技术的日益成熟，将会对提升油田企业内部技术管理水平、增强油田企业对外市场竞争力作出重要贡献。

13D打印技术的应用现状

3D打印技术在制造行业势头正劲，市场需求的不断扩大使其价格走势逐渐下滑，这也意味着3D打印机的成本越来越低。2013年3D打印在全球市场创造了30亿美元的利润，而在该产业刚刚起步的中国市场，竟占了全球总值近一成的比例。2014年，一家公司推出的新型3D打印机可用钢作为打印材料，能够打印出外形十分复杂的钢制结构产品，这是传统的制造方式无法实现的。

23D打印技术在油田地面工程设计中的应用展望

2.13d打印技术在输油管道中的应用

输油管道是油气集输工艺的重要组成部分，其施工质量、管道材质、防腐措施等方面直接决定了油田的原油运输成本。以大庆油田为例，中俄原油管道漠-大线就是将俄罗斯的原油通过输油管道直接输送到东北地区，对比传统的汽车、列车、海上运输原油的方式，管道运输具有相当大的经济优势。随着3D打印机大型化、多样化的发展，利用3D打印机直接打印输油管道将成为现实。首先可以把3D打印机组装在滑轮或轨道上，使3D打印机能够直接在目标位置打印输油管道，然后利用金属粉末先打印出管道截面，再利用保温材料粉末打印中间的保温层截面，接着用耐腐蚀的绝热材料打印管道外层保护层，最后在管道截面内侧喷涂、粘合防腐材料粉末，通过这种方式将输油管道一次性的层层打印出来，原油管道的铺设就不再受钢管长度、弯头、焊接、施工队伍专业水平等因素的制约。管道在使用期间会受到腐蚀、人为破坏等因素影响，缩短管道寿命，但如今的管道监控方式却不能及时发现这些安全隐患，往往只有在漏出的原油已经污染了环境或造成人员伤亡时，才能发现管道的泄露状况。若想第一时间发现管道金属层已遭到破坏，则需让管道拥有如同人类“神经系统”一样的感应系统。利用3D打印机打印金属管道截面的时候，可以在钢管打印到一定厚度时，在其中增加一层薄薄的“智能金属”材料，用于监控管道的破损程度。这种金属需要选用一种不耐原油腐蚀的金属，将其包裹在管道的金属层中，当这层金属遭到破坏时，会释放出一种信号源作为破损预警，使卫星能够快速定位破损位置，并将数据直接传到调度中心，调度中心即可根据破损点的位置迅速对安全隐患做出响应，及时修补破损点，预防事故的发生。在找到管道破损点后，如何修补破损管道也是一个难题，因为管道的修补、焊接问题同样存在很多不稳定因素。将管道换新是当今比较安全的修补方式，但存在能源浪费、运输成本高、新旧材料之间差异大等技术难题。而利用3D打印技术铺设的管道，一旦发生破损预警，工程师可以先扫描破损位置管道的三维图形，了解管道的破损面积，再根据三维软件模拟生成修补破损点的三维模型，在固定好打印机后直接在破损位置重新打印管道破损截面，最终实现无缝修补，使输油管道焕然一新。目前油田三元注入管道多使用PVC材质，同样可通过3D打印技术铺设，消除管道连接点，增加管道的使用寿命。这种方式不仅节约环保，还大大的节省了人工成本和运输费用，在自动化、信息化、机械化技术逐渐成熟的未来，3D打印技术将使原油管道从材料的选用到制造的工艺都发生巨大变化。

2.23D打印技术在工业建筑中的应用

2014年一家公司使用3D打印机打印了多栋民用建筑。用于打印结构件的材料混合了高标号水泥、回收利用建渣和工业废料，所有材料会用玻璃纤维加固。3D打印技术在工业建筑上的优势不仅仅体现在房屋的结构和建筑形状上，房屋的防水结构也同样可用3D打印技术来完成。打印机可以直接打印涂膜防水层，根据设计图打印出的防水层避免了人工涂抹或偷工减料导致的涂层厚度不一致等问题。通过3D打印技术打印房屋还能有效的避免墙体裂缝问题。采用传统的油田建筑建造方式，造出的建筑中门窗、管道等洞口会因约束应力集中产生很多裂缝，严重影响建筑的安全性和持久性。而通过3D打印技术将建筑材料层层均匀的叠加，能够大大减少约束应力不断增加所导致的裂痕，利用这种技术建造的工业建筑在效率、节能、环保、成本等方面的优势乃是传统方式无法企及的。

3结语

3D打印技术作为一种新兴的技术类型，所表现出来的广阔应用前景被普遍看好，许多国家纷纷出台本国的3D打印发展规划，布局3D打印产业。我国对于3D打印技术在油田地面工程设计领域的应用研究才刚刚开始，还存在许多亟待解决的问题，比如适合3D打印的金属管道材料、工程建筑材料的研究，3D打印技术在油田地面工程设计领域的应用还有很长的路要走。但是毫无疑问的是，3D打印技术水平在未来将成为衡量世界顶级企业的新标准之一。

作者：于鸿胤 单位：大庆油田工程有限公司