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moea_joint_essay 106年 [石油開採] 石油工程、油層工程

第 一 題

📖 題組:
一口油井採 7” 套管完井,穿孔深度為 3,281 ft (1,000 m),地層靜壓 580 psi,原油比重為 12 °API,黏度 1,000 cP,無法自噴,請回答下列問題:(20 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

原油可上升至距離地表的位置?(5 分)

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利用地層靜壓和流體靜壓梯度計算液面高度。先由 API 度換算比重 (SG),再求出靜壓梯度,接著以靜壓除以梯度得到液柱高度,最後用穿孔深度減去液柱高度得距地表位置。

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  1. 先將 API 換算為原油比重 (SG): SG = 141.5 / (131.5 + API) = 141.5 / (131.5 + 12) = 141.5 / 143.5 ≈ 0.986
  2. 計算原油的靜水壓梯度 (Pressure Gradient):

小題 (二)

若設計產量為 600 STB/d,請問有哪幾種合適之人工舉升方式(5 分)?請根據操作深度、原油比重及黏度,分析其優劣(5 分)?

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評估高黏度 (1000 cP)、重油 (12 API)、中淺層 (3300 ft) 與中等產量 (600 STB/d) 適用的舉升方式。推薦螺桿泵 (PCP) 及 游梁式抽油機 (SRP)。分析時強調 PCP 對高黏度流體的極佳適應性與低初期成本,而 SRP 雖然耐用,但高黏度會引發抽油桿下衝程阻力大的問題。

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針對此油井條件(深度約 3,300 ft、12 °API 重油、黏度高達 1,000 cP、產量 600 STB/d),最合適的人工舉升方式為「螺桿泵 (PCP)」與「游梁式抽油機 (SRP)」。 優劣分析:

  1. 螺桿泵 (Progressing Cavity Pump, PCP)

小題 (三)

假設評估後選擇使用螺桿泵(PCP)進行生產,螺桿泵長度 8 m,設計深度為 1,010 m (3,313 ft),井口流壓(Flowline pressure)為 220 psi,壓力磨損約 750 psi,請問此螺桿泵最少須提供多少壓力?(5 分)

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PCP 需要提供的總揚程壓力(ΔP) 必須克服:(1) 流體提升的靜水壓 (Hydrostatic pressure)、(2) 管線摩擦壓力損失 (Friction loss)、(3) 井口流壓 (Flowline pressure)。加總這三項即可。

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螺桿泵所須提供的最小壓力 (ΔP) 必須足以克服三個部分:

  1. 將原油從設計深度提升至地表所需的靜水壓頭 (Hydrostatic Head)。
  2. 系統中的壓力磨損 (Friction and other pressure losses)。

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