113 高普考高考三級 採礦工程 石油探採學與採礦學 考古題詳解

核心觀念

油氣藏是石油、天然氣在地下經生成、運移後，聚集並保存於適當地質構造或地層中的場所。形成油氣藏的三個基本條件是：

1. 油氣源岩：富含有機質的岩層經埋藏、受熱等作用，生成石油與天然氣。
2. 儲集岩：具有足夠孔隙度與滲透率的岩層，能讓油氣進入並儲存。
3. 圈閉：能使油氣聚集並阻止其繼續向上或向外逸散的地質條件，通常包括圈閉構造及具封閉能力的蓋岩。

解題方法

核心觀念

**衝噴（Kick）**是地層流體在非預期情況下流入井筒的現象。流入物可能是地層水、油或天然氣。其基本條件是井底壓力不足以平衡地層孔隙壓力：

$P_{\text{井底}} < P_{\text{地層孔隙}}$

鑽井液液柱提供主要的井底靜液柱壓力，可簡化表示為：

$P_h=\rho g h$

其中 $\rho$ 為鑽井液密度、$g$ 為重力加速度、$h$ 為液柱高度。當鑽井液密度過低、井內液柱高度下降，或操作造成井底壓力瞬間降低，地層流體便會進入井筒。

Kick 是井控失衡的早期徵兆；若未及時控制，可能發展成失控噴出，稱為井噴（Blowout）。因此，Kick 不等於 Blowout。

解題方法：由井底壓力不足追查誘因

判斷各種鑽井狀況是否會引發 Kick，可先問：該狀況是否會使井底壓力低於地層孔隙壓力？常見誘因如下。

1. 鑽井液密度不足 鑽遇異常高壓地層，或鑽井液密度設計、調配不當，使鑽井液液柱壓力無法平衡地層壓力，地層流體便會流入井筒。

2. 起鑽時抽吸效應（Swabbing） 起鑽速度過快，鑽具上提會使井底壓力暫時降低。若降幅足以低於地層壓力，便會引發流體侵入。

核心觀念

油管（tubing）是完井後置於套管（casing）內、供油氣由產層輸送至井口的管柱。常見完井方式會在油管下端設封隔器（packer），隔開油管與套管間的環空，使產流主要經油管上返。

本題考查的是：相較於直接以套管作為生產通道，使用可回收、可更換的油管，如何改善井筒完整性、生產控制與修井作業。

解題方法

可按「生產通道、井筒保護、生產控制、維修彈性、人工舉升與注入」整理油管的優點；作答時說明各項功能如何帶來實際效益，避免只列名稱。

使用油管的好處

1. 提供專用且連續的生產通道 油管將產層流體引至井口，可依產量、流體性質與壓力條件選擇適當管徑及材質。油管內徑較套管小，對氣體或低產量井而言，有助於維持流速、降低液體在井底積聚的情形；管徑仍須依壓降與產能設計，並非越小越好。

2. 保護套管，降低腐蝕與沖蝕負擔 產出流體中的腐蝕性成分、砂粒或高速流體主要通過油管，可減少生產套管直接承受流體腐蝕、沖蝕及磨耗的機會。油管若損壞，通常可抽換；套管則是井筒主要支撐與隔離構件，修復困難且成本較高。

3. 配合封隔器隔離環空，提高井筒安全性 油管與封隔器可將產流限制在油管內，避免產層流體任意進入油管與套管間的環空，並降低套管承受生產壓力與流體侵蝕的風險。環空亦可作為監測空間，觀察壓力變化以掌握封隔器或管柱的密封狀況。

核心觀念

本題考查石油資源分類框架中，蘊藏量依「可採回收量估計的不確定性」所作的分類。蘊藏量是指在指定評估日及既定條件下，預期可由已知油氣藏透過開發計畫商業回收的剩餘油氣量；評估須考量地質、工程、經濟、操作及政府法規等資料。

證實、可信、可能蘊藏量依回收確定性由高至低排列，常用縮寫為 $1P$、$2P$、$3P$：

• $1P = \text{Proved}$
• $2P = \text{Proved}+\text{Probable}$
• $3P = \text{Proved}+\text{Probable}+\text{Possible}$

解題方法

逐項交代兩件事：第一，該類別相對於其他類別的回收確定性；第二，採用機率法估算時，對「實際回收量達到或超過估計量」所要求的累積機率。$P90$、$P50$、$P10$ 分別代表有至少 90%、50%、10% 的機率達到或超過相應估計量；因此，分位數下標越小，代表估計量越大、估計的不確定性也越高。

三類蘊藏量定義及機率特性

一、證實蘊藏量（Proved Reserves，$1P$）

根據地球科學與工程資料，能以合理確定性估計，在既定經濟條件、操作方法及政府法規下，自已知油氣藏商業回收的油氣量。三類中確定性最高。

若採機率法估算，實際回收量等於或超過證實蘊藏量估計值的機率至少為 90%，即：

其低估計量常以 $P90$ 表示。

二、可信蘊藏量（Probable Reserves）

核心觀念

本題考露天礦山開發設計如何安排初期採礦，以提早產生收入、降低投產初期的資金壓力與執行風險。礦山最終採剝境界即使具有良好的全生命週期經濟效益，若前期剝離量過大、礦石開採延遲，或初期產量與品位不穩，仍可能因現金流不足而使計畫難以維持。

因此，設計須同時考量採礦順序、剝採比、礦石暴露、選廠需求、設備與產能，以及初期作業風險，不能只以全礦山總儲量或最終坑界判斷。

解題方法

作答時以「如何讓礦山及早、穩定且可執行地產生現金流」為主軸，從開採階段設計、礦石供應、剝採安排、產能配置與風險控管逐項說明。

一、設計初始採區與推進階段

依礦體位置、品位分布、地形與坡面穩定條件，規劃起始坑（starter pit）及後續擴展階段（pushbacks 或 mining phases）。起始坑應在可行範圍內儘早接觸有經濟價值的礦石；各階段需具備足夠的工作面與採礦寬度，使設備能安全、有效率地作業。

階段設計不能只看單一坑殼的理論經濟價值，還要檢查道路、運輸距離、排土場位置、邊坡、作業空間及階段間銜接是否實際可行。

二、儘速取得可採礦石並控制前期剝離量

開發設計應縮短從開始剝採到首次出礦的時間，並在不妨礙安全、工作面與後續產量的前提下，避免把過多廢石剝除集中在投產前或初期。這可降低初始資本與營運資金需求，改善前期現金流。

剝採比可表示為：

規劃時應安排合理、平順的逐年剝採量與剝採比。過度延後剝採會導致後期礦石暴露不足或形成剝採缺口；過度提前剝採則會增加前期支出。因此，目標是讓剝採時程與礦石供應及採礦能力相配合，而非單純追求每年剝採比最低。

三、安排早期礦石品位與礦石暴露量

在滿足安全、回收率、品位控制及長期採礦計畫的前提下，可優先開採較高價值、較容易接近的礦石，以增進初期收入與回收投資速度。

核心觀念

本題考查民國 112 年修正公布的《礦業法》新增礦場關閉計畫制度，以及《礦業用地審核作業辦法》附件二所列的計畫應記載事項。以命題當年（民國 113 年）法規為準。

礦場關閉計畫須在申請礦業權展限及申請核定礦業用地時提出，預先規劃礦場結束作業後的設備移除、廢棄物處理、土地整復、安全防災及勞工權益保障等事項。

解題方法

題目指定「露天礦場」，直接依《礦業用地審核作業辦法》附件二「露天礦場之礦場關閉計畫」作答。完整列出七項，並特別交代第一項「關礦作業期程」涵蓋的規劃內容，以及最後一項勞工權益保障所涉及的法令。

露天礦場計畫應記載事項

1. 關礦作業期程：包括已核定水土保持計畫申報完工、環境影響說明書申辦廢止審查結論，以及礦場庫存量處理等作業期程規劃。