109 專技高考高等考試 採礦工程技師 石油探採 考古題詳解

核心觀念

油管是下入套管內、由井口延伸至產層的可回收管柱，主要供油、氣及地層水流至地面，也可配合封隔器、氣舉設備、井下安全閥與化學注入裝置，構成完井及生產系統。

本題考查使用油管相較於直接以生產套管採油的優點。作答重點包括：維護套管、改善流動與生產控制、便於修井及處理井下問題，以及提高作業安全與完井彈性。

解題方法

以「生產通道、套管保護、井下作業、生產控制、安全管理」為主軸，逐項說明油管如何改善油井的生產與維護。應特別指出，油管可以起出或更換，而套管通常固定於井內並以水泥固結，因此兩者在維修上的彈性不同。

使用油管的優點

1. 提供專用生產通道 油管將產層流體導引至井口，使生產流體不必直接通過整個生產套管。油管內徑較小，能依油井產能及人工舉升方式選用適當尺寸，有助於維持適合的流速與生產條件。

2. 保護生產套管，降低腐蝕與侵蝕損害 生產流體可能含有二氧化碳、硫化氫、鹽水、砂粒等，長期接觸套管會增加腐蝕、沖蝕或磨損風險。使用油管可使生產流體主要在油管內流動，減少套管直接承受產流及相關損害的機會。

3. 便於修井、檢修與更換 油管以管柱方式懸掛於井內，必要時可起出檢查、清洗或更換；套管則多已固結，通常不適合因日常維修而起出。若油管堵塞、腐蝕或損壞，可針對油管進行處理，降低對井筒主要結構的干擾。

核心觀念

本題考查鑽井井控中的噴井前兆。地層流體壓力若高於井筒內鑽井液所提供的壓力，地層流體就會侵入井筒，形成「井湧」（kick）；若未及時發現並控制，便可能發展成失控噴井（blowout）。

鑽井液靜液柱壓力可表示為：

其中 $\rho_m$ 為鑽井液密度，$g$ 為重力加速度，$\mathrm{TVD}$ 為垂直深度。當地層壓力高於井筒壓力時，井控平衡遭破壞。題目所問的「噴井前可能有的跡象」，主要是辨識這種失衡及地層流體侵入的徵兆。

解題方法

可依現場觀察方式分為兩類：一類是鑽井參數與鑽井液性質的異常變化，屬於預警線索；另一類是直接顯示井筒已有流體侵入的跡象，屬於較明確的井湧指標。作答時逐項說明異常現象及其井控意義，即能完整呈現判斷脈絡。

噴井前可能的跡象

一、鑽速突然增加

鑽頭進入高孔隙度、裂縫發育或高壓地層時，鑽速可能突然加快，稱為「鑽速突增」（drilling break）。這可能表示地層性質或壓力狀態改變，是應提高警覺的預警訊號；若同時出現井口回流增加或泥漿池液面上升，井湧疑慮更高。

二、泥漿池液量增加

若沒有補充鑽井液等合理操作，泥漿池液量卻增加，表示有額外流體進入井筒並返回地面，可能是地層流體侵入。泥漿池液量增幅（pit gain）是重要的井湧指標，應持續監看並查明原因。

三、返流量增加或停泵後井仍流動

在泵速與作業狀態未變時，井口返流量增加，可能是地層流體推動環空流體上返。若停止泥漿泵後，井口仍持續有流體流出，表示流動不單由泥漿泵造成，是地層流體侵入的強烈警訊。

四、泵送量與返流量不相符

核心觀念

修井（Workover）是指油井完井後，為恢復、改善或改變井的生產與注入能力，所進行的井下作業。它與日常維護不同：修井通常需要介入井筒，處理油管、套管、封隔器、井底或產層等問題；作業期間也可能暫停生產。

修井的主要目的可歸納為：恢復產能、提高產能、控制不良流體、維持井筒完整性，以及配合油藏開發調整井的用途或生產層位。

解題方法

本題是概念敘述題，作答時先說明修井的定義，再依「為什麼要修」與「實際做什麼」分成兩部分列舉。目的要涵蓋產能、井筒與油藏管理；工作內容則列出常見的井下處置，並說明各項工作的功能。

修井的主要目的

1. 恢復停產井或低產井的生產能力 排除油管、井底或產層的堵塞與損害，例如清除砂、垢、蠟或腐蝕產物，並處理井底沉積物或近井地帶污染。

2. 提高油、氣或注入能力 對產層進行酸化、壓裂等增產處理，或調整完井方式，使流體能更有效地進入井筒；注入井則可藉修井恢復其注水或注氣能力。

3. 控制不良產出流體 處理過量產水、產氣、含砂或層間竄流等問題，減少無效產出，改善油井生產狀況。

4. 修復井下設備及維持井筒完整性 檢修或更換損壞、磨耗或失效的油管、封隔器、安全閥等設備，處理套管漏失或其他井筒完整性問題，以確保井能安全生產。

5. 改變生產層位或井的用途 封堵已枯竭或產水層，轉採其他層位；也可將生產井改為注入井，或配合油藏開發方案調整完井與生產配置。

修井的主要工作

核心觀念

「石油年限」通常指石油儲產比（reserves-to-production ratio，$R/P$），用某一時點的已探明剩餘石油儲量，除以該年度的石油產量，估算在產量維持不變的假設下，現有已探明儲量相當於多少年的產量。

分子是儲量的「存量」，分母是產量的「流量」，兩者單位相除後得到年數。計算時須確認儲量與產量採用相同的石油範圍及計量單位；若儲量以桶計、產量以桶／日計，須先將日產量換算為年產量。

這個指標是靜態的比例估算，不代表石油一定會在該年限屆滿時耗盡，也不表示屆時石油產量會突然歸零。它假設產量固定，未納入未來發現、新增儲量、技術進步、價格變化、需求變動及產量調整等因素。

解題方法

作答時先寫出儲產比公式，再指出它是以「已探明剩餘儲量」對「當年產量」計算。接著比較儲量與產量各自的年際變化，說明為何比值可能上升：

因此，即使石油持續被開採、產量增加，只要經濟可採儲量增加得更快，儲產比仍會上升。若產量下降而儲量大致不變，儲產比也會上升。

近年石油年限不減反增的可能主因

核心觀念

這題考查油井進入疏鬆或未固結地層時，如何阻止地層砂隨油氣流入井筒，同時維持生產層的流體通道。防砂設計須兼顧兩件事：留住地層砂與保持足夠的產能。常見的三種方式為：機械式防砂、礫石充填防砂、化學防砂。

解題方法

依防砂措施作用的位置與原理分類，即可完整作答：

1. 機械式防砂（篩管防砂） 在生產層段下入篩管（screen），利用篩縫或濾網阻擋地層砂進入井筒。常見設備包括割縫式襯管、繞絲篩管與金屬網篩管。此法施工相對直接，但篩縫尺寸須配合地層砂粒徑；若篩縫選得不適當，容易造成砂粒穿透，或因細砂、泥質堵塞而降低產能。

2. 礫石充填防砂（Gravel Packing） 在篩管與井壁或套管之間填入經篩選、粒徑適當的礫石，形成「地層砂—礫石—篩管」的多層過濾結構。