石油工程 石油工程 – – 前言前言

卡通片介紹 卡通片介紹 ——石油生成、探勘、鑽井及生產石油生成、探勘、鑽井及生產

林再興林再興(( 研究室 研究室 4328B)4328B)

有一天， Bob （地質學家），與他的朋友（ Cindy 與 Jack ），在美國洛杉磯附近的 La Brea 之焦油坑附近散步

突然間… .

Jack ，你知道這是什麼嗎 ?

當然知道，這是一團油泥

你可能不知道這些石油（ Oil ）是多老，以及它的重要性；我們坐下來，我來告訴你

們（ Jack 和 Cindy ）有關這個石油

我們來談談您對石油的依賴有多大 ?

Cindy ，妳的衣服是不是尼龍布 ?

是的

尼龍是由石油製成的

你所吃的食物是經由肥料而長成的，肥料是由石油及天然氣而來的

Jack ，您衣服上的釦子是不是塑膠 ? 是的

塑膠是由石油而來的

在房子裡的電—也是跟石油有關，有些是利用石油及天然氣來發電

街道上的瀝青也是由石油而來的

你的汽車及機車的油也是由石油而來的，我可以繼續舉例… .

哇 ! 石油真的很重要。您說石油是老的，那它有多老 ? 而且，它是如何產生的 ?

我很高興你問到這個問題。石油是在地下形成的，讓我來解釋… .

在地球上，不管您走到哪裡，你都是在岩石（ Rock ）的上面。在加州的某些地方，你是站有岩石的上面 20 哩處

20 哩是多少 ?

6MILES = 9.6 KILOMETERS

20MILES = 32 KILOMETERS

喜馬拉雅山大約有 6 哩高

所以 20 哩是喜馬拉雅山的 3 倍高，其間有很多的岩石。

含石油的岩石都是由很小顆粒的砂、淤泥或泥土開始的，就如同地上的土壤

經過多年的風吹雨打，這些土壤流到低窪處而停下來。

通常，這些低窪處是水底、河底、湖底或海底。

，

有些植物及動物生長在水裡，而大部分都是很小，而必須由顯微鏡才能看到。有許多都是單細胞的矽藻類（ Diatoms ）

砂、淤泥及泥土的顆粒沉到水裡，蓋在死的矽藻類以及其他的動植物之上。而且，水被夾在這些砂、淤泥及泥土的顆粒之中。

不久，這些顆粒，又被其他的動植物殘骸覆蓋。這個過程，一再的重複，最後，泥、砂及水累積達幾千呎厚。

這些砂、泥在堆積過程中，底部的砂、泥受到上部砂、泥而擠壓

在河流、湖及海底的泥、砂、水及動植物殘骸所受的覆蓋壓力逐漸的變大

當覆蓋深度加大而變深，其溫度也增加。經過幾百萬年之後，在適當的壓力及溫度之下，這些泥砂顆粒就變硬而成為岩石，類似褐色或灰色的水泥。

當動植物的殘骸腐朽之後，形成石油及天然氣，大部分的石油及天然氣係由相當微小的動植物殘骸而來的

確實的石油及天然氣之形成原因仍不清楚。但是，溫度、壓力及細菌是很重要的因素。

45億年前，地球是一個氣圈 40億年前，地殼開始固化

2300 萬年前，加州的石油及天然氣開始形成

以上所談的沉積及覆蓋過程都是淺海中發生的，目前的大部分陸地，在以前是淺海，大部分所發現的石油及天然氣之蘊藏之處，在早期是淺海

地球的年齡約 45億年，加州最老的石油年齡為 2300 萬年，算是很老，可是地質學家認為是年青的（與地球年齡相比）

因為加州的石油較年青，所以很多石油是重油而且黏度較高，含有氮氣及硫質

這些石油比較難開採

當這些石油形成後，它們並不會停留在原地，就如同您我一樣，會搬遷及旅遊

它們到哪裡去 ?

它們向上移動，有時候通過地球的斷裂地層（稱為斷層， Faults ）

沿著斷層而到達地面的石油及天然氣稱為滲流（ Seep ），在加州有幾百處的滲流，大都是在油、氣田的附近

Jack ，你剛才所踩到的是自然滲流

印地安人及其拓荒者，利用滲出的石油做很多用途：例如，籃子的防水，馬車的潤滑等。

大部分的石油及天然氣在到達地表之前遇到流體不能通過的岩層（稱為蓋岩， Cap Rock ）或其他的障礙層，而陷在地層裡。

當很多的石油積集在蓋岩（ Cap Rock ）或其他障礙物下的地層時，就形成了儲石油及天然氣層 ( 藏 )（ Oil and Gas Reservoirs ）

典型的儲石油及天然氣層 ( 藏 ) （ Oil and Gas Reservoirs ）是在砂粒層之中，稱為砂岩（ Sandstone ），石油、天然氣及水是夾在砂粒與砂粒間的小空間裏，而不是在一個很大而寬廣之池塘。

石油公司僱用像我的地質師去找儲油層 ( 藏 ) （ Reservoir ）

Jack 問：您如何去找儲油層( 藏 )?

那是一件不容易的事情，大部份的儲油層都位於地表以下的深部地層，無法由地表直接看到

地質師尋找石油的蛛絲馬跡，例如，露頭（ Outcrops ）是暴露在地表的岩床。地質師研究露頭，繪製露頭位置圖，厚度及角度。由這些及其他資料，地質師設法製圖，而將地下岩床的位置及其形狀描繪出來，然後去找儲油層 ( 藏 ) 。

就如同你用手敲擊西瓜，而聽其聲音，以判別該西瓜是否成熟好吃，地質師則利用在地表所產生的震波，研究其所反射回來的震波記錄（稱為震動圖 Seismograms ）， 因為震動圖會隨岩石的種類及構造而變。

另外，也量測岩層之磁性，測量時，利用飛機或直升機攜帶磁力儀（ Magnetometer ）飛過所要測量岩層上方，以上的這些方法（測試）有助於找到可能含有石油的岩層構造

當地質師決定鑽井位置後，石油公司付錢給地主（ Landower ）以換取其同意石油公司在地主土地上鑽井之許可，然後，石油公司向政府有關單位申請鑽井許可證（ Drilling Permit ）

要鑽井時，鑽機（ Drilling Rig ）的中心對準所要鑽的位置，很高的鐵井架，吊掛著很長的鑽桿及鑽頭

鑽井時所使用之流體，稱為泥漿（ Drilling mud ），是由幫浦經鑽桿（ Drilling pipe ）而注入井底，由鑽頭流出，經過鑽桿與井壁中間的環孔，流回地表，而循環。

鑽頭對岩石施壓，而同時也旋轉，利用其旋轉而切割岩石

鑽井泥漿非常重要，是因為它具有下列之功能： 1.將鑽井岩層屑帶到地表 2.使鑽頭降溫 3. 在井壁形成泥餅（ Mud Cake ）， Mud Cake 有助於防止井壁崩塌 4. 泥漿的重量可以阻止油、氣或水，自岩層中噴至地表 ---噴井。

現今的石油鑽井很安全；很多國家都有制定法令以保護地表及地下之自然環境。

在七個探勘井中會有一口具有生產利潤的生產井

對於不具生產價值的井，必須用水泥及泥土將井口封閉起來

-- 生產井所產出的石油，經管線流至附近的儲油槽

-- 通常，都利用幫浦將油由地層抽到地表

--將氣及水自油裡分離後，石油將經由卡車、火車或管線運至煉油廠

到煉油廠之後，石油可煉製成許多產品，例如，汽油、柴油、飛機燃油、潤滑油、瀝青及稀釋溶劑等，之後，石化工廠可利用上述的產品煉製成橡膠、塑膠、油漆及尼龍等產品

問題問題 1. 1. 石油如何形成？石油如何形成？ 2. 2. 儲石油及天然氣層儲石油及天然氣層 (Oil and gas reservoir)(Oil and gas reservoir) 是什是什

麼？麼？ 3. 3. 石油如何形成後，如何移動？移至何處？如何形石油如何形成後，如何移動？移至何處？如何形

成儲油氣層成儲油氣層 (Reservoir)?(Reservoir)? 4. 4. 儲氣層中，含有那些流體？儲氣層中，含有那些流體？ 5. 5. 地質師如何尋找石油？地質師如何尋找石油？ 6. 6. 鑽井時，所使用的泥槳，其行經路徑如何？鑽井時，所使用的泥槳，其行經路徑如何？ 7. 7. 泥槳的功能是什麼？泥槳的功能是什麼？ 8. 8. 一般探勘井的成功率是多少？一般探勘井的成功率是多少？