109 高普考高考三級 採礦工程 石油探採學 考古題詳解

核心觀念

本題考查油氣由砂泥岩碎屑性生油岩離開、進入儲集岩，並在封閉條件下聚集的移棲路徑、機制、驅動力與阻力。作答時要區分：

• 初次移棲（primary migration）：油氣由細粒、低滲透的生油岩排出，進入相鄰的較高滲透層或通道。
• 次生移棲（secondary migration）：油氣進入砂岩等載體層後，沿孔隙、裂隙或斷層移動，抵達儲集岩與圈閉。
• 封閉（seal）：低滲透岩層阻止油氣繼續上移或逸散；封閉能力與孔喉大小、毛細進入壓力及油氣柱高度有關。

在水濕岩石中，油氣通常以不互溶的獨立相移動。流動能否發生，取決於可用驅動壓差能否克服毛細進入壓力與流動阻力。

解題方法

依油氣由生油岩到圈閉的順序說明：先交代生油岩內的排出機制，再分述初次與次生移棲的動力，最後列出沿途阻力及封閉條件。這種「路徑—動力—阻力」架構可直接對應題目三個要求，也能避免把生油岩排烴與儲集岩內移動混為一談。

移棲機制與路徑

1. 生油岩內生成與排出

埋藏加深後，有機質受熱成熟並生成油氣。泥岩孔隙細小、滲透率低，油氣一開始可能以分子溶解或分散狀態存在於有機質與孔隙流體中。隨生成量增加，油氣逐漸達到飽和，形成獨立的油相或氣相；當生油岩內壓力足以克服孔喉毛細阻力，油氣便可排出。

排出途徑包括沿原有孔隙與微裂隙滲流，以及在壓力累積到足以使岩石產生微裂隙時，沿新形成的裂隙排出。油氣生成、壓實排水及生油岩低滲透造成的超壓，均有助於這一過程。

2. 初次移棲：生油岩至載體層或儲集岩

油氣自泥岩排入相鄰砂岩、較高滲透層、裂隙或斷層，即為初次移棲。油氣可沿砂泥岩互層中的滲透層移動；若直接相鄰的岩層連通性不足，裂隙或斷層也可能提供通道。

3. 次生移棲：沿載體層至圈閉

油氣進入多孔且具滲透性的載體層後，通常以獨立相在地層水中移動。油氣密度低於地層水，因浮力傾向向上；在地層傾斜或構造起伏下，通常沿載體層向上傾方向移動，直到進入具封閉條件的圈閉。次生移棲路徑會受岩層非均質性、孔喉分布、斷層連通性及地下水流方向影響。

移棲動力

1. 生油岩超壓與流體壓力梯度：油氣生成及壓實作用可能使低滲透生油岩內壓力上升。當生油岩與鄰近載體層之間形成壓力差，油氣便由高壓處向低壓處排出；超壓也可能促使微裂隙形成。
2. 浮力：油、氣密度低於地層水，因而有向上的浮力。對垂直方向，可用下式表示浮力壓差的量級： $\Delta P_b=(\rho_w-\rho_h)gH$

核心觀念

本題考查如何綜合多種井測曲線，判斷地層是否含有油氣。判讀不能只看單一曲線，須先確認地層具有儲集能力，再判斷孔隙流體是否為油氣。常用資料包括自然伽馬、電阻率、孔隙率相關測井，以及井徑、泥漿與地層水資料。

判斷油氣層的兩種基本方法是定性解釋法與定量解釋法。

解題方法

一、定性解釋法

將多種井測曲線相互對照，依曲線形態與相對變化判斷油氣層特徵。

1. 先判斷岩性與儲集層：自然伽馬偏低通常表示泥質含量較少；孔隙率測井顯示地層具有一定孔隙度，代表具備儲集空間。
2. 再判斷滲透性：微電阻率、井徑及泥餅等資料可協助辨識可滲透地層。可滲透層常有泥漿濾液侵入，形成沖洗帶與原狀地層的電阻率差異。
3. 最後判斷流體：含鹽地層水導電性較強，通常使地層電阻率較低；油氣導電性弱，油氣層的深電阻率通常較高。若同時有良好孔隙度、低泥質含量及偏高的深電阻率，便支持含油氣的判斷。

定性解釋快速、適合初步圈選層段，但曲線受岩性、泥質、井眼狀況及侵入影響，須多曲線交互佐證。

二、定量解釋法

利用測井資料計算孔隙度與含水飽和度，再由含水飽和度推算油氣飽和度，判斷油氣是否達到有效層標準。

對清潔、粒間孔隙為主的地層，可使用阿契公式（Archie equation）：

核心觀念

本題考查鑽井時如何辨識地層孔隙壓力異常偏高的區域，並理解其形成機制與鑽井安全意義。孔隙壓力（pore pressure）是地層流體在孔隙中承受的壓力；若高於相同深度的正常靜水壓梯度，通常稱為異常高孔隙壓力或高壓層。

鑽井液柱壓力須足以平衡地層孔隙壓力。若井底壓力低於地層壓力，地層流體便可能流入井筒，造成井湧，嚴重時演變為井噴；若鑽井液壓力過高，則可能使地層破裂並引發漏失。因此，作業上須及早辨識高壓層，並據此規劃鑽井液密度與井控措施。

高壓層的形成原理與特性

正常情況下，沉積物埋深增加、上覆負荷加大，孔隙流體會逐漸排出，孔隙壓力大致隨水柱靜壓增加。若流體無法及時排出，新增上覆負荷便由孔隙流體承受，形成異常高壓。

常見成因如下：

• 快速沉積與欠壓實：沉積速度快，細粒泥岩中的孔隙水來不及排出，孔隙率及含水量偏高，孔隙流體承受部分上覆負荷。
• 低滲透性封閉層：泥岩、頁岩或蒸發岩等低滲透地層阻礙流體移動，使壓力無法消散。
• 構造擠壓與流體受困：褶皺、斷層活動或側向擠壓可使地層孔隙體積縮小，並將流體封存在地層中。
• 流體膨脹或生成：如黏土脫水、烴類生成等作用，增加孔隙流體體積或壓力。
• 地層連通與壓力傳遞：深部高壓流體沿滲透層或斷層傳遞至較淺地層，也可形成高壓區。

高壓層的主要特性是孔隙壓力梯度高於正常靜水壓梯度；其與上覆負荷壓力、地層破裂壓力並非同一概念。鑽遇高壓層時，若井底壓力不足，可能出現地層流體侵入、井湧、井口返流量增加或井噴等現象。

解題方法：高壓層的判斷方法

作答可依「鑽進現場徵兆、岩屑與地層性質、測井資料、鑽井參數」分層說明。以下列出五種常用方法，任舉三種並說明判斷依據即可。

1. 鑽井液與井口返流徵兆

觀察井口返流量、鑽井液池液面及鑽井液性質。若返流量在未增加泵量的情況下上升，或停泵後井口仍持續返流，表示地層流體可能進入井筒。鑽井液密度下降、氣體含量增加，也可能是地層流體侵入的徵兆。

此法屬於直接的現場警訊；單一徵兆仍須配合其他資料判讀，並依井控程序處置。

2. 鑽速與鑽頭負荷變化

核心觀念

本題考查砂岩型重油（油砂）的形成環境、地質產狀，以及從低流動性油藏中採油的方法。重油主要由較輕質原油在運移過程中遭受生物降解、氧化及水洗等作用，失去輕質成分後形成；其黏度高、密度大，常溫下流動性差。油砂則是砂岩孔隙中含有重油的儲集層，並非固態瀝青直接充填的岩層。

地質條件

1. 先有適當的油源與運移：有機質在富有機質沉積岩中埋藏成熟，生成原油；原油由烴源岩運移至砂岩儲集層。
2. 儲集層具孔隙與滲透性：砂岩須有足夠孔隙空間及連通性，能容納並傳導原油。
3. 淺部埋藏與水作用：油藏接近地表或埋藏較淺，容易受地下水或地表水影響。微生物降解、氧化及水洗會優先消耗或移除較輕的烴類，使殘留油逐漸富集重質組分，黏度升高。
4. 保存條件適當：重油形成後須能留存在儲集層中；若油藏完全遭侵蝕或氧化，重油可能進一步轉為瀝青質殘留物。

產狀

重油常呈現於近地表或淺層的砂岩、砂礫岩中，油充填於孔隙與粒間空隙，與砂粒及黏土等細粒物質混合，形成油砂或瀝青砂。油層可呈層狀、透鏡狀或受地層構造控制的分布，厚度及含油飽和度不一。因油品黏度高、滲流能力低，常溫下天然產能通常很低，且開採後需處理砂、細粒物與重油的分離。

解題方法：依「成因—儲集—開採」作答

先說明重油由原油在淺部受降解與淋洗而變重，再交代重油在多孔砂岩中的油砂產狀，最後依重油的高黏度說明開採方式。這樣能把地質形成、油藏特性與生產技術連成因果關係。

生產方法