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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:
頁岩氣之開發有賴於水平井液裂技術,請回答下列有關液裂技術之問題:(15 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

液裂過程中支撐劑(proppant)之功用為何(3 分)?主要材料有哪些(2 分)?

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支撐劑在停泵後防止裂縫閉合,保持高滲透率通道。材料有石英砂、樹脂塗層砂、陶瓷顆粒等。

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  1. 支撐劑之功用:在液裂作業的高壓泵注停止、裂縫內流體壓力降低後,用以「支撐」張開的裂縫,防止其因地表及岩層的閉合壓力 (Closure pressure) 而重新閉合,從而為頁岩氣流向井眼維持一條高導流能力(高滲透率)的通道。
  2. 主要材料:常見的支撐劑材料包括石英砂 (Frac sand,最普遍使用)、樹脂塗層砂 (Resin-coated sand,可防止支撐劑回流並增加強度) 以及高強度陶瓷顆粒 (Ceramics,適用於深層高閉合壓力地層)。

小題 (二)

假設地層滲透率(k),裂縫物理性質分別為裂縫半長(xf)、裂縫寬度(wf)、裂縫滲透率(kf),根據四項參數,寫出無因次裂縫傳導率 FCD (Dimensionless Fracture Conductivity)之定義(3 分)?物理含義為何(2 分)?

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FCD 公式定義為 kfwf / (kxf)。物理意義為裂縫本身傳導流體的能力與地層供應流體至裂縫能力的比值。

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  1. 定義公式: 無因次裂縫傳導率 FCD 定義為: FCD = (kf × wf) / (k × xf)

小題 (三)

頁岩氣以水平井進行液裂後開始生產,裂縫所產生之瞬時線性流動(Transient linear flow)階段,以下列方程式分析其產量與時間關係,b值為何(3分)?若以此 b值進行產量預測,會高估或低估井之最終可採量(2 分)?
$$q(t) = \frac{q_i}{(1 + b D_i t)^{1/b}}$$

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Arps decline 方程式應用於非常規頁岩氣的瞬時線性流動時,b 值通常趨近或等於 2(因為 q 與 t^-1/2 成正比)。若用 b=2 長期預測,會忽略掉後期轉變為邊界主導流動(b值會降到 0~0.5)的影響,因此會高估最終可採儲量(EUR)。

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  1. b 值為何:在頁岩氣裂縫產生的「瞬時線性流動」階段,產量與時間的平方根成反比,對應於 Arps 雙曲線遞減方程式中的遞減指數 b 值通常為 b = 2。
  2. 預測影響:若一直以 b = 2 進行長期的產量預測,將會「高估」油井的最終可採量 (EUR)。因為實際生產在後期壓力波及至地層邊界或相鄰裂縫干擾時,會轉入邊界主導流動 (Boundary-dominated flow),此時遞減會加快(b 值通常會降至 0 到 0.5 之間)。若持續使用高 b 值(代表遞減非常緩慢),會算出不合理的高儲量。