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1、石油工程 前言卡通片介紹 石油生成、探勘、鑽井及生產,林再興 (研究室 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?
2、,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
3、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
4、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
5、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
6、)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
7、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
8、,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
9、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,1. 石油如何形成? 2. 儲石油及天然氣層(Oil and gas reservoir)是什麼? 3. 石油如何形成後,如何移動?移至何處?如何形成儲油氣層(Reservoir)? 4. 儲氣層中,含有那些流體? 5. 地質師如何尋找石油? 6. 鑽井時,所使用的泥槳,其行經路徑如何? 7. 泥槳的功能是什麼? 8. 一般探勘井的成功率是多少?,