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石油探採及處理：油氣致富的關鍵

100/09/07 17018

王勝雄｜臺灣中油公司（退休）

一個油氣田從發現到生產結束，大概可分為探勘期、開發期、生產期和廢棄期。油氣探勘專家利用石油地質、地球物理、地球化學等方法綜合評估，確認具有油氣蘊藏潛能後，工程人員就要對這個儲油氣層進行了解，包括有多少埋藏量？要用怎樣的方法生產？如何獲得最大的採收率？最後能生產多少油氣？要投資多少錢和能賺多少錢等，這些都是石油開發的重要工作項目。

地下埋藏量及蘊藏量

埋藏在地層中的石油總量，稱為石油的「地下埋藏量」或「資源量」。估算地下埋藏量或資源量的方法，一般有類比法、體積法、產率遞降法、物質平衡法、數值模擬法等。在新的開發地區，由於資料有限，可以參考鄰近油氣田的資料，採用類比法來估算。

不過在探勘初期最常使用的方法，是利用探勘綜合評估所得的地質資料，包括石油地層的面積、厚度、地層的孔隙率、孔隙中含油氣百分比等，來計算目標層中的油氣埋藏量。由於這個方法是直接計算含石油的地層體積，因而稱為體積法。因為估算時必須考慮地層中所含的油及氣是處在高壓下，當油及氣自地層內生產至地面時，因壓力變化會使體積改變（稱為油及氣的地層體積因子）。石油或天然氣在地層中的體積與在地面的體積不同，其間的轉換係數是地層體積因子。

最終可以生產的油氣量在探勘期稱為可採資源量，進入開發期以後稱為蘊藏量，可採資源量（蘊藏量）與地下埋藏量的比值則稱為採收率。由於在探勘初期，地質、地層及油氣性質的資料蒐集不多，因此所估計的生產量或採收率會有相當的誤差。採收率會因為油氣層的生產動力來源、生產井的井距安排、生產的方法及油氣的性質而有所不同。

一般而言，在探勘初期可採用類比法，參考鄰近岩性相近的油氣層生產結果的採收率做為本構造的評估依據。如果油層附近沒有已生產的礦區可以參考，可先假設採收率介於15％至30％之間，若是氣層，則假設介於50％至80％之間。

可採資源量（蘊藏量）是地下埋藏量乘以採收率。為了減少因資料不確定性所產生的誤差，在估算可採資源量（蘊藏量）時可以採用機率法，也就是「蒙地卡羅模擬法」，其中參數的機率分布，一般有常態分布、對數常態分布、三角形分布、均勻分布、伽瑪分布等。

在探勘初期最普遍採用三角形分布，即選取最小值、最可能值、最大值等，並建立各參數的累積機率分布。在計算時隨機選取一個亂數，並求出與這亂數對應的各參數值，代入公式中計算可採資源量（蘊藏量）。重複計算多次後，可以得到石油埋藏量的累積機率函數，而計算出平均可採資源量（蘊藏量）。

鑽探勘井及佐證井

估算出可採資源量後，最重要的就是確認可探構造的生產潛能，也就是要鑽探勘井及佐證井。因為鑽井的費用相當高，一般鑽一口深井要新臺幣數千萬元，甚至數億元以上（依鑽井深度而定）。因此在鑽井前，必須考慮是否有經濟價值，先規劃一套開發生產方案並做經濟分析。如果分析結果是有經濟價值，就鑽鑿探勘井。若經證實可生產油氣時，還要再鑽鑿佐證井確認它的可採資源量（蘊藏量）。

進行經濟分析之前，必須針對這個具油氣生產潛能的構造規劃開發生產方案，包括生產方法（例如自然生產或注水增產）、單井產能、生產井數、穩產期產量、穩產期年限、產量遞減率、未來的生產預測等。通常在生產初期是採取自然生產方法，單井產能可以參考鄰近油田的資料。至於穩產期產量、穩產期年限、產量遞減率、未來的生產預測等，在各項資料尚未明確之前，實在很難決定。因此一般採用的經驗法則如下：

穩產期的年產量約為蘊藏量的10～15％；穩產期是4～5年；穩產期的總產量介於蘊藏量的40～50％；由穩產期的年產量及單井產能決定生產井數；由穩產期的年產量及廢棄的年產量或參考鄰近礦區的生產資料，計算生產年限及產量遞減率；計算產量遞減期的年產量，根據所計算出穩產期及遞減期的年產量，繪出整個構造未來的生產預測（也稱為生產剖面）。

要做好石油鑽探計畫的經濟分析，除了未來的生產預測之外，還要蒐集在地質探勘期間的費用，如地質調查、震測炸測資料蒐集與解釋和管理等費用，以及未來的鑽井、開發及生產的費用和油價預測等。把這些資料輸入商用經濟分析軟體或自行撰寫的經濟分析程式中，就可以計算出所需要的經濟分析指標，如投資報酬率、淨現值、回收年限、益本比等。如果經濟分析結果顯示有投資的價值，就可以開始鑽探第一口探勘井。

鑽探勘井的目的是證實這構造是否有油氣聚集，因此會選在構造的高處鑽探。鑽井期間為了蒐集儲油氣地層的特性，會採取岩心、施行電測、鑽桿試驗（註：鑽桿試驗是利用鑽桿串鑽進地層測試的一種方法）等，所採取的岩心可以用來量測地層的孔隙率和滲透率。在岩層中的岩石顆粒間有孔隙存在，孔隙的體積占岩層總體積的比值就是孔隙率。地層流體如油、氣和水會在孔隙間流動，它們流動能力的大小用滲透率來表示。

電測的種類大致可分為電阻、聲波、伽瑪、中子電測等，可以用來測定地層的物理性質，如孔隙率和含水飽和率。鑽桿試驗可以採集油氣樣品，並測到地層產油或產氣的能力、地層的溫度和壓力，以及在試油氣期間、關井及開井期間的壓力變化。分析這些壓力變化可以求出地層的滲透率，和產油氣的全開噴油能力及合理產率。採集到的油氣樣品送到實驗室，測它的成分及相態變化性質，做為進一步油氣層開發設計的依據。

如果探勘井的鑽探結果證實有油氣聚集，則會在探勘師認為可能是油氣與水接觸的邊緣附近再鑽一或二口佐證井，來確認含油氣構造的面積範圍，同時和鑽探勘井一樣，會採岩心、施行電測及鑽桿試驗等。除了獲得前面所談到的各項資料外，還可能得到油水界面（或氣水界面）或油氣層的外圍邊界等，來確認含油氣的範圍。如果探勘井和佐證井的鑽探結果都獲得油氣，則可以根據鑽井過程和實驗室的分析及試驗結果做進一步的生產開發計畫。

選擇開發的基礎方案

有了探勘井及佐證井的鑽井及測試資料後，就可以重新評估地下埋藏量及規劃開發生產方案。由於儲油氣面積、厚度和孔隙率都是鑽井時取得的現場資料，而且地層體積因子可以由地層壓力、溫度和油氣樣品試驗結果計算獲得，因此資料的準確性比較高，估算出來的地下埋藏量也比較有可信度，生產井的產率也經鑽桿試驗測知，規劃的開發生產方案會比較可靠。除了可用前述的方法外，還可以用物質平衡法和數值模擬法來規劃開發生產方案。

物質平衡法是把油氣層當作一個桶狀容器，在任何時間內流入這個桶狀容器的流體量和流出的流體量的差，等於這個桶狀容器內流體質量的變化，由此可導出生產量與地層壓力變化之間的計算式。

數值模擬法除了物質平衡理論之外，還結合了流體在孔隙介質內的流動公式，如達西公式、狀態方程式、邊界條件和初始條件等，組合成一組繁複的偏微分方程式，必須利用數值分析及借助電腦的快速運算能力才能順利計算，因此稱為數值模擬法或電腦模擬法。利用數值模擬法，可以模擬計算未來油氣生產量及採收率。

除了前面的生產規劃外，工程師們也可以提其他的替代方案，例如縮小井距和加鑽注水井等，再做模擬計算，以獲得不同的生產預測結果。利用這些不同方案的結果，分別進行經濟分析，公司決策人員再根據經濟分析結果，並考慮公司的資金成本及資金調度等來尋找最適合公司的方案，做為開發的基礎方案。

選定基礎方案並開始施工之後，就進入了開發期及生產期。生產期間要隨時記錄和監看產率與壓力變化及研討各種增產方法，以獲得最多的油氣生產量。直到生產結束，累計的總生產量就是真正的蘊藏量。

總而言之，地質探勘發現可探構造時，由於資料不足，僅能參考附近油氣田資料，粗略估算資源量，採用經驗法則來規劃開發生產方案，並做簡略的經濟分析決定是否鑽探勘井。一旦探勘井成功且佐證井也證實具有油氣生產潛能後，就要根據岩心分析、流體特性分析和鑽桿試驗結果，利用各種方法進行詳細的開發生產規畫，並提出數個替代方案，同時進行經濟分析，選取最適合的方案開發。生產時仍須隨時注意異常現象及研討各種增產方法，以確保採收最多的油氣，順利完成油氣的生產。

資料來源

《科學發展》2011年9月，465期，36 ~ 41頁

處理(2) 天然氣(42) 鑽探(7)

石油探採及處理：油氣致富的關鍵

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