鹽水氣之蘊藏量評估及生產機制之研究

科技部補助專題研究計畫成果報告 期末報告

鹽水氣之蘊藏量評估及生產機制之研究

計 畫 類 別 ： 個別型計畫

計 畫 編 號 ： MOST 105-ET-E-006-001-ET 執 行 期 間 ： 105年01月01日至105年12月31日 執 行 單 位 ： 國立成功大學資源工程學系（所）

計 畫 主 持 人 ： 謝秉志

計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：王柏安 碩士班研究生-兼任助理人員：邱一庭 碩士班研究生-兼任助理人員：黃奕鈞 碩士班研究生-兼任助理人員：馬瑋謙 碩士班研究生-兼任助理人員：哈明德 碩士班研究生-兼任助理人員：許聿學 大專生-兼任助理人員：張貽斐

大專生-兼任助理人員：林子耕 大專生-兼任助理人員：李元亨 博士後研究：沈建豪

中　華　民　國　106　年　03　月　30　日

中 文 摘 要 ： 本計畫為一年期（民國105年1月1日至民國105年12月31日）之研究 計畫，主要目的是進行鹽水氣層資源量評估方法之研究，推導鹽水 氣地層之物質平衡法，並利用數值模擬法進行鹽水氣層生產機制及 生產特性的研究。本研究也進行台灣西南部鹽水氣地層之案例分析

，建立鹽水氣地層數值模擬模式，進行資源量估算以及分析鹽水氣 地層的生產特性，以作為未來進行探勘及生產開發之參考。

本研究的主要研究步驟為：（1）鹽水氣層資料蒐集，（2）鹽水氣 地層之物質平衡法建立，（3）鹽水氣地層數值模式設計，（4）不 同類型之鹽水氣生產特性評估，以及（5）案例研究。本研究主要獲 得之成果包括：（1）完成溶解型鹽水氣地層物質平衡法之推導，並 建立線性規劃模式以分析原始氣體現地埋藏量。（2）完成不同地質 模型、不同初始流體飽和度的鹽水氣地層的生產機制研究，發現初 始氣飽和度為臨界氣飽和度的鹽水氣層中，生產氣水比會隨時間增 加而增加，且具傾斜度的地層，天然氣飽和度增加並超過臨界氣飽 和度後，天然氣會往構造高區聚集。（3）本研究的台灣西南部新營 -官田區域之案例模擬結果顯示，此目標地層的生產氣水比隨時間增 加而增加，地層中的游離氣若因高於臨界氣飽和度條件則將具有移 動性並往構造高區移動，而構造高區放置之生產井可以有效的採收 高區所聚集的游離氣。

中 文 關 鍵 詞 ： 鹽水氣地層、水溶氣、物質平衡法、原始氣體埋藏量、數值模擬 英 文 摘 要 ： The purpose of this one-year project is to study the

estimation of the resources of brine gas, to derive the material balance equation for brine gas reservoirs, to perform numerical simulations for investigating the

production characteristics of brine gas reservoirs. A case from southwestern Taiwan is also studied to estimate the gas resources and to investigate the production

characteristics. The case study can be applied to domestic oil companies for the future exploration or development on the brine gas resources in Taiwan.

The major works of this study are: (1) data collection of the geological and petrophysics of brine gas reservoirs, (2) model establishment of the material balance equation of brine gas reservoirs, (3) reservoir simulation for the production mechanisms and characteristics of brine gas reservoirs, and (4) case study of a brine gas reservoir in SW Taiwan.

The major findings from this study are as follows: (1) The modified material balance equation for a brine gas

reservoir has been derived and the linear relationship of the solution gas-water ratio and the cumulative gas

production has been studied. The derived equation has been validated and can be used to estimate the original gas in place. (2) The geological 2D models with different dip angles and different initial fluid saturations have been modeled to study the production mechanisms of a brine gas

reservoir. For a brine gas reservoir with the initial gas saturation equal to or larger than the critical gas

saturation, the production gas water ration increases with time. And the liberated gas tends to migrate to up-dip of the structure when the formation gas saturation is larger than the critical gas saturation. (3) Our case study shows that the target formation, a brine gas reservoir in the SW Taiwan, can be a potential gas production reservoir if the initial gas saturation is larger than the critical gas saturation and the production wells are placed in the up- dip of the structure.

英 文 關 鍵 詞 ： Brine gas reservoir、Dissolved gas、Material balance equations、Original gas in place、Numerical simulation

科技部/經濟部能源局

「能源科技學術合作研究計畫」成果報告

□ 期中進度報告 ■ 期末報告

鹽水氣之蘊藏量評估及生產機制之研究

Study of Production Mechanisms and Reserves Estimate in Brine Gas

計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：MOST 105-ET -E-006-001 -ET

執行期間：105 年 1 月 1 日至 105 年 12 月 31 日 執行機關及系所：國立成功大學 資源工程學系

計畫主持人：謝秉志 副教授 共同主持人：無

計畫參與人員：邱一庭、沈建豪、王柏安、李元亨、黃奕鈞、林子耕 張貽斐、馬瑋謙、哈明德、許聿學

本計畫除繳交成果報告外，另含下列出國報告，共 0 份：

□移地研究心得報告

□出席國際學術會議心得報告

□國際合作研究計畫國外研究報告

處理方式：除列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年 □二年後可公開查詢 中 華 民 國 106 年 2 月 17 日

摘要

本計畫為一年期（民國105 年 1 月 1 日至民國 105 年 12 月 31 日）之研究計畫，主要 目的是進行鹽水氣層資源量評估方法之研究，推導鹽水氣地層之物質平衡法，並利用數值 模擬法進行鹽水氣層生產機制及生產特性的研究。本研究也進行台灣西南部鹽水氣地層之 案例分析，建立鹽水氣地層數值模擬模式，進行資源量估算以及分析鹽水氣地層的生產特 性，以作為未來進行探勘及生產開發之參考。

本研究的主要研究步驟為：（1）鹽水氣層資料蒐集，（2）鹽水氣地層之物質平衡 法建立，（3）鹽水氣地層數值模式設計，（4）不同類型之鹽水氣生產特性評估，以及

（5）案例研究。本研究主要獲得之成果包括：（1）完成溶解型鹽水氣地層物質平衡法 之推導，並建立線性規劃模式以分析原始氣體現地埋藏量。（2）完成不同地質模型、

不同初始流體飽和度的鹽水氣地層的生產機制研究，發現初始氣飽和度為臨界氣飽和 度的鹽水氣層中，生產氣水比會隨時間增加而增加，且具傾斜度的地層，天然氣飽和 度增加並超過臨界氣飽和度後，天然氣會往構造高區聚集。（3）本研究的台灣西南部 新營-官田區域之案例模擬結果顯示，此目標地層的生產氣水比隨時間增加而增加，地 層中的游離氣若因高於臨界氣飽和度條件則將具有移動性並往構造高區移動，而構造 高區放置之生產井可以有效的採收高區所聚集的游離氣。

關鍵字：鹽水氣地層、水溶氣、物質平衡法、原始氣體埋藏量、數值模擬

Abstract

The purpose of this one-year project is to study the estimation of the resources of brine gas, to derive the material balance equation for brine gas reservoirs, to perform numerical simulations for investigating the production characteristics of brine gas reservoirs. A case from southwestern Taiwan is also studied to estimate the gas resources and to investigate the production

characteristics. The case study can be applied to domestic oil companies for the future exploration or development on the brine gas resources in Taiwan.

The major works of this study are: (1) data collection of the geological and petrophysics of brine gas reservoirs, (2) model establishment of the material balance equation of brine gas reservoirs, (3) reservoir simulation for the production mechanisms and characteristics of brine gas reservoirs, and (4) case study of a brine gas reservoir in SW Taiwan.

The major findings from this study are as follows: (1) The modified material balance equation for a brine gas reservoir has been derived and the linear relationship of the solution gas- water ratio and the cumulative gas production has been studied. The derived equation has been validated and can be used to estimate the original gas in place. (2) The geological 2D models with different dip angles and different initial fluid saturations have been modeled to study the production mechanisms of a brine gas reservoir. For a brine gas reservoir with the initial gas saturation equal to or larger than the critical gas saturation, the production gas water ration increases with time. And the liberated gas tends to migrate to up-dip of the structure when the formation gas saturation is larger than the critical gas saturation. (3) Our case study shows that the target formation, a brine gas reservoir in the SW Taiwan, can be a potential gas production reservoir if the initial gas saturation is larger than the critical gas saturation and the production wells are placed in the up-dip of the structure.

Keywords：Brine gas reservoir、Dissolved gas、Material balance equations、Original gas in place、Numerical simulation

目錄

摘要 ... II Abstract ... III 目錄 ... IV 圖目錄 ... V 表目錄 ... VI

一、研究背景及目的 ... 1

二、研究方法 ... 2

（1）鹽水氣層資料蒐集 ... 2

（2）鹽水氣地層之物質平衡法建立 ... 2

（3）鹽水氣地層數值模型建立 ... 5

（5）資源量估算之案例分析 ... 5

三、研究結果 ... 6

(1) 鹽水氣層之生產機制研究 ... 8

(2) 鹽水氣層之案例研究 ... 12

四、結論 ... 15

參考文獻 ... 16

圖目錄

圖1、氣體溶解率對壓力圖 ... 4

圖2、地層水體積因子對壓力圖 ... 4

圖3、溶解型鹽水氣地層物質平衡法之線性評估圖 ... 5

圖4、新營-官田區域圖 ... 6

圖5、HSY-6 岩性柱狀圖 ... 7

圖6、二重溪下段 A 砂層的頂部構造圖（左圖）及底部構造圖（右圖） ... 8

圖7、鹽水氣層基礎模型：（左圖）水平基礎地層、（右圖）傾斜構造地層 ... 8

圖8、情境（1）飽和水之水平鹽水氣層的地層水體積因子計算結果（左圖）及溶解氣水 比計算結果（右圖） ... 9

圖9、飽和水之水平鹽水氣層的氣產率、水產率及井底流壓模擬結果 ... 10

圖10、飽和水之水平鹽水氣層的氣飽和度模擬結果 ... 10

圖11、臨界氣飽和度之水平鹽水氣層之氣產率、水產率及井底流壓模擬結果 ... 11

圖12、不同初始氣飽和條件的地層之井口天然氣產率比較 ... 12

圖13、案例研究之目標地層之地質模型（藍色表示為構造高區，紅色表示為構造低區） ... 13

圖14、案例研究之水產率、氣產率及生產氣水比之模擬結果 ... 14

圖15、案例研究之地層氣飽和度隨空間及時間分布（左上、右上、左下、右下圖分別代 表時間為0 年、6 年、10 年、15 年結果） ... 14

表目錄

表1、溶解型鹽水氣地層參數表 ... 3

表2、HSY-6 井之地層岩心分析結果（資料來源：台灣中油公司） ... 7

表3 鹽水氣層基礎模型參數表 ... 9

表4 案例研究之目標地層基本參數表 ... 12

一、研究背景及目的

全世界的能源消耗逐年增加，在2013 年達到 97.1 千兆 Btu（英制熱量單位，相當於 1,055 焦耳），其中，又以天然氣及再生能源增加的幅度較大。天然氣在 2013 年需求量達 到26.2 千兆 Btu，占全部能源的 27%，其能源角色日益重要（DOE, 2015）。

生物氣（Biogenic gas）是天然氣能源的一種，而存在於鹽水層的天然氣（本文稱為 鹽水氣，Brine gas）的資源量也相當大。全球有許多大型礦區生產鹽水氣，其蘊藏量佔全 球天然氣總蘊藏量的20~30%（Rice and Claypool, 1981; Katz, 2011）。西伯利亞平原的傳統 天然氣蘊藏量約佔世界總蘊藏量的三分之一，而其中約有98%的天然氣在移棲至封閉構 造的過程中可能會封存在地層鹽水中（Cramer, 1998）。在台灣西南部平原的地下地層也可 能存在鹽水氣資源（Hsu, 1984），其可作為台灣未來的非傳統天然氣資源的探勘目標。

在國際上對於鹽水氣的資源量調查研究中，Корцинстанкин（1991）指出全世界沉積 盆地地層水中的水溶氣資源十分豐富，預測其總資源量約相當於傳統天然氣總資源量的 115 倍。Xu（2010）也曾針對溶解在地層水中的天然氣進行研究。他認為水溶氣主要受到 壓力、溫度、水的礦化度及天然氣組成影響。在飽和水的沉積岩石中，原始氣源所產生 的天然氣通常優先滿足在水體中的溶解作用，只有過飽和的天然氣才能以游離態存在。

而當氣源充足，水體容積足夠且天然氣溶解度較大時，水溶氣資源量可達到相當大的規 模。Zhang（2008）則整理了柴達木盆地的水溶性天然氣資料，並根據氣水比將水溶性天 然氣層分為四種類型。Xu（2012）基於水溶氣形成的基本原理而分析惠州古近系水溶氣 資源量，其結果顯示惠州凹陷古近系地層的文倉組及恩平組水溶氣所佔的烴源生氣量為 傳統天然氣資源的1.19 倍及 3.46 倍。

在台灣，新第三紀沉積岩層中的天然氣一直是台灣中油公司的探勘及研究的目標，

生物天然氣藏可能存在於台灣西南部平原區地底下。新營和官田礦區的天然氣源可能與 鹽水氣有關，且民國70 年於新營地區的 HSY-1 號井內的二重溪層、以及民國 93 年於官 田礦區的KTN-1 號井的 870 公尺層間，都有鑽探到鹽水氣。更早於民國 60 年代，安南七 股的民間水井也發現有水溶氣，在六雙層水溶氣的產氣量曾達到每日4,600 立方公尺。

因此，本計畫目的是進行台灣西南部區域的鹽水氣的資源量估算，藉由蒐集及分析 國內文獻以及鑽井報告獲得鹽水氣地層參數條件，並依此建立鹽水氣地層數值模擬模 式。本計畫使用加拿大CMG 公司的 GEM 多成分模擬數值軟體進行鹽水氣地層模擬之研 究，規劃不同型態的鹽水氣地層，分別研究其生產特性，以作為未來進行探勘及生產開 發之參考。

二、研究方法

本計畫之主要研究方法及步驟分為：（1）鹽水氣層資料蒐集，（2）鹽水氣地層之物 質平衡法建立，（3）鹽水氣地層數值模型設計，（4）不同類型之鹽水氣生產特性評估，

以及（5）案例研究。

（1）鹽水氣層資料蒐集

本計劃主要研究台灣西南部地區之鹽水氣地層。台灣西南地區之地層，由老至年輕 為中崙層、鳥嘴層、澐水溪層、六重溪層、崁下寮層和二重溪層，沉積時間從中新世晚 期至更新世晚期（邱翠雲等，1996; Chi, 1980；紀文榮，1982；黃廷章與丁志興，1981；

Hsu, 1984；Yeh and Yang,1994；黃緯誠等，2010）。

從台灣西南部天然氣之探勘發現來說，新營礦區內的上新-更新世岩層曾發現生物 氣，礦區內的崁下寮層可能為生物氣來源層，儲集層為位於其上的二重溪層。官田礦區 的二重溪層中段也有發現生物氣，其底下的生物氣形成和儲集機制和新營礦區類似。因 此，本研究著重於二重溪層。

本研究將研究區域設定於台南盆地的新營至安南地區的淺層（深度小於1000 m）地 層而進行鑽井及地質報告蒐集及分析工作。並由該地區的鑽井及電測資料，分析出鹽水 氣地層之地層參數，包括地層面積、厚度、流體飽和度、以及地層孔隙率等資訊。

（2）鹽水氣地層之物質平衡法建立

本研究改良Schilthuis（1935）的傳統物質平衡法，在原本的方程式中增加考慮鹽水 氣的影響，以進行鹽水氣資源量之估算，並與體積法估算的資源量做比較。

若鹽水氣地層的溶解氣為主要生產氣源，則體積法估算的天然氣資源量可為：

Bg

Rs Sw h

OGIP A

    



其中，A=面積，h=厚度，ψ=孔隙率，Sw=地層水飽和度，Rs=溶解氣水比，Bg=天然氣地 層體積因子。

若要計算天然氣蘊藏量，則可使用物質平衡法。傳統物質平衡法是考慮每個流體與 岩體的體積膨脹量，其計算模式可表示為：

 

       

1 1

1 p

S c S NB c B m

mNB B B

R R N B B N B R R B N

wc f wc w oi gi

g oi g

s si oi

o g

s p o

p   

 







 

 







 



 















... （2）

其中，N=油體總體積，STB，Bo=石油地層體積因數，rb/STB，Boi=初始石油地層體積因 數，rb/STB，R

s

si

g

gi

w

^-1

wc

f

^-

1

p

p

在實際生產中，生產初期因為進行鹽水生產，天然氣將會溶出，地層也會持續降 壓。地層降壓後，溶解氣可能在地下即釋出，並在地層內形成氣水兩相流動而使天然氣 產量逐漸變大。為了了解溶解氣的影響，本研究以Schilthuis （1935）提出的傳統物質平 衡法當基礎，在流體飽和地層中增加考慮鹽水氣的影響，使其可對溶解型鹽水氣地層進 行資源量評估。

若地層為飽和溶解氣之鹽水地層，在地表生產流體之體積換算為地下體積量，其計 算方程式為：

 pw sw  gw p

w

p B W R R B

W  

... （3）

其中，W

p

pw

在地下降壓環境中，地層水會受到影響而膨脹，同時，溶解氣也將釋出到地層佔有 體積量。若將降壓過程的岩體壓縮也考慮近來，則地層之體積總改變量可以計算為：

 B B  W R R B WB c p

W _w  _wi  ( _swi  _sw ) _gw  _{wi f} 

其中，W =水體孔隙體積，STB，B

w

wi

sw

swi

gw

f

^-1

結合式（3）及式（4），則可得溶解型鹽水氣地層之物質平衡法：

  wi f swi sw gw

wi w wi gw

sw pw p w

p WB c p W R R B

B WB B B

R R W B

W 1      (  )

 



 







使用本研究所推導之溶解型鹽水氣地層之物質平衡法進行資源量估算時，需要使用 氣體溶解度資料。氣體溶解度可由McCain（1990）提出的地層鹽水溶解氣方程式進行計 算，以獲得不同壓力下的氣體溶解度：

28585 . 0 084065 . 0

10

,

T water pure sw

sw

R  R

其中，R

sw,pure water

而溶解型鹽水氣地層的地層水體積因子，在考慮溫度及壓力影響下，可以計算為

（McCain, 1990）：

) 1

)(

1

( _{wp wT}

w V V

B     

2 7 4

2 ) 1 . 33391 ( 10 ) 5 . 50654 ( 10 ) 10

( 0001 .

1 T T

V _wT   ^  ^  ^



2 10 7

2 13

9 ) 1 . 72834 ( 10 ) 3 . 58922 ( 10 ) 2 . 25341 ( 10 ) 10

( 95301 .

1 pT p T p p

V _wp   ^  ^  ^  ^



其中，V

wT

wp

本研究參考 Havlena and Odeh（1963）之直線分析法，建立溶解型鹽水氣地層物質平 衡法之線性評估方程式：

w w p swi

sw F

G E R R  

... （10）

  _w

w W E

F 

... （11）

 _{w wi}   _{swi sw}  _gw

w B B R R B

E    

... （12）

其中，F

w

w

在物質平衡法的驗證方面，本研究假設一個溶解型鹽水氣層的基本模型，其地層參 數如表1所示。假設地層壓力因為生產地層水而逐漸降壓，利用式（6）及式（7），可得 溶解氣與地層水體積因子隨壓力變化（圖1）。

表1、溶解型鹽水氣地層參數表

圖1、氣體溶解率對壓力圖

圖2、地層水體積因子對壓力圖

依據地層參數、溶解氣與地層水體積因子隨壓力變化，並考慮合是的生產資料（產 水量及地層壓力變化），本研究計算F

w

w

圖3、溶解型鹽水氣地層物質平衡法之線性評估圖

（3）鹽水氣地層數值模型建立

本研究使用加拿大CMG 公司的 WinProp 成分分析軟體，建立鹽水氣層中的流體特 性，包括：流體的壓力-體積-溫度（PVT）特性，並建立天然氣溶解於鹽水之壓力、溫 度、鹽度之估算方程式，以利溶解氣之研究。所建立的流體狀態方程式，將設定至數值 模擬程式中。

本計畫利用步驟一所獲得的鹽水氣地層的地層參數條件，將之數位化之後，建立鹽 水氣地層的三維地質模型。在數值模式中，則是將孔隙率、滲透率、流體及岩石壓縮度 等資料逐一輸入網格中，並設定地層流體參數、地層初始條件（包括地層初始壓力、初 始溫度、初始水飽和度等資料）、以及設定生產井井位及完井方法，以完成數值模式之建 置。

（4）不同類型之鹽水氣生產特性評估

本研究針對不同類型的鹽水氣地層進行生產特性研究，進行綜合比較分析，以了解 不同類型之鹽水氣地層的生產特性。包括設定鹽水氣地層僅有飽和溶解氣之地層水地 層，或是擁有少量殘餘氣之地層水地層，另外則是殘餘氣達到臨界流動條件（Critical saturation）的地層水地層。生產的初期皆先進行鹽水生產使天然氣析出，並在持續產水 後，觀察地下自由氣釋出的狀況，觀察地層氣體飽和度之變化及地表氣水比及產率變 化。藉由考慮不同類型的鹽水氣地層形式，模擬及計算生產過程中的地層壓力、地層流 體飽和度、氣水比及產率變化，以進行生產特性之比對研究。

（5）資源量估算之案例分析

本研究以新營-官田礦區區域為案例，蒐集其地層資料並建立數值模型，利用上述的 鹽水層生產機制應用於模型中，觀察其模擬計算結果，來估算新營官田礦區的鹽水氣資 源量，以供未來礦區探勘評估之參考。

三、研究結果

本計劃主要研究區域為台灣西南部的新營-官田礦區（圖 4）。新營礦區的上新-更新世 岩層內有天然氣（生物氣）賦存，其可能生成於下方的崁下寮層，天然氣經由移棲到二 重溪層儲集（圖 5）。官田礦區的二重溪層中段也發現有生物氣，其生物氣形成和儲集機 制和新營礦區類似。因此，本研究主要鎖定二重溪層進行研究。

圖4、新營-官田區域圖

圖5、HSY-6 岩性柱狀圖

在二重溪層內，我們主要進行鹽水氣的資源量估算的砂層區間是二重溪下段 A 層

（表 2）。此砂層具有良好的孔隙率，鹽度約為 32,000 ppm，為一鹽水地層。

表2、HSY-6 井之地層岩心分析結果（資料來源：台灣中油公司）

本研究利用台灣中油之地球物理探勘資料，並藉由地質團隊之協助，繪製了二重溪 下段A 砂層的頂部構造圖及底部構造圖（圖 6）。藉由所蒐集整理及分析的地質及地物資 料，本研究可以推估鹽水氣之資源量。

圖6、二重溪下段 A 砂層的頂部構造圖（左圖）及底部構造圖（右圖）

在鹽水氣地層數值模型建立方面，本研究利用加拿大CMG 公司之 GEM 多成分油層 模擬軟體來建立生產層之數值模型（CMG，2013）。本研究將數值模擬分成基礎模型與案 例模型，先以基礎模型研究鹽水氣地層之生產機制，再利用案例模型進行案例評估。

(1) 鹽水氣層之生產機制研究

為了進行鹽水氣層生產機制之研究，本研究所建立之基礎模型為單薄片狀（2 維）模 型，此模型可以方便進行垂向鹽水氣變化之觀察（圖7）。

圖7、鹽水氣層基礎模型：（左圖）水平基礎地層、（右圖）傾斜構造地層 在氣-水相對滲透率曲線方面，本研究使用 Corey 方程式：

  ^N

gc wc

gc 0 g

rg w

rg 1 S S

S k S

S

k  





 









 

  ^N

wc wc 0 w

rw w

rw 1 S

S k S

S

k  

 







 

rg

rw

rg 0

rw 0

gc

wc

g

w

基礎模型之相關地質資料、生產及操作資料如表3 所示。

表1 鹽水氣層基礎模型參數表

參數 數值 參數 數值

地 層 特 性

網格大小 801*1*3

初始 條件

地層溫度（ºF） 135 地層面積

（acres） 7.36

鹽度（ppm） 32,000 厚度（ft） 20

頂部深度（ft） 3,936

地層壓力（psi） 1,700 孔隙率（frac.） 0.2

滲透率（md） 100 生產 操作

固定水產率（STB/day） 5 模擬時間（d） 5,800 總壓縮度

（1/psi） 7.92E-06 井參數 井半徑（ft） 0.25

膚表因子 0

在生產機制研究方面，本研究總共建立了了六種情境，分別為（1）飽和水之水平鹽 水氣層、（2）飽和水之傾斜構造鹽水氣層、（3）含少量殘餘氣之水平鹽水氣層、（4）含 少量殘餘氣之傾斜構造鹽水氣層、（5）臨界氣飽和度之水平鹽水氣層、（6）臨界氣飽和 度之傾斜構造鹽水氣層。

在情境（1）飽和水之水平鹽水氣層中，地層沒有游離的天然氣，地層初始氣飽和度為 0，而地層為水平狀地層。經過模擬計算後，本研究發現其地層水體積因子與溶解氣水比 隨壓力變化的趨勢與解析解趨勢吻合（圖8）。

圖8、情境（1）飽和水之水平鹽水氣層的地層水體積因子計算結果（左圖）及溶解氣水 比計算結果（右圖）

在固定產水率之設定下，地層壓力逐漸降低，並在井口有天然氣產出（圖9）。模擬 結果的地下產氣率為0，代表地表所生產的天然氣都是地層鹽水至地表後降壓脫溶的天然 氣。由生產出來的水中釋出的溶解氣量隨時間而慢慢降低。

圖9、飽和水之水平鹽水氣層的氣產率、水產率及井底流壓模擬結果

模擬結果也發現，近井口處的地層氣飽和度較高，但平均地層氣飽和度僅上升0.02

（2％）（圖 10）。此累積的氣飽和度無法達到臨界氣飽和度門檻，因此地層的天然氣不會 移動。

圖10、飽和水之水平鹽水氣層的氣飽和度模擬結果

在情境（2）飽和水之傾斜構造鹽水氣層中，本研究將傾斜地層設定為 5°，地層初始 流體狀態設定為無殘餘氣，模擬觀察傾斜地層中脫溶的游離天然氣的移棲情形。模擬計 算後的氣飽和度分布顯示，在生產期間地層氣飽和度會微微升高，但地層內形成的氣飽

和度太低，天然氣沒有往高區移棲的現象（地層內溶出的天然氣為殘餘氣型態）。

在情境（3）含少量殘餘氣之水平鹽水氣層中，地層初始即含有少許殘餘天然氣（初 始氣飽和度為0.1），但其初始氣飽和度小於臨界氣飽和度（設為 0.2），因此這些初始天 然氣沒有移動能力。本研究的情境（3）模擬結果顯示，其溶解氣水比與地層水體積因子 隨壓力變化的趨勢與解析解趨勢相符，生產特性則與情境（1）的結果相似，井口氣產率 隨時間變化也有減少的趨勢。地層的產氣率仍為0，代表地表生產的天然氣都是地層鹽水 至地表後脫溶出來的天然氣。

在情境（4）含少量殘餘氣之傾斜構造鹽水氣層中，地層傾斜度為 5°，地層初始流體 狀態設定為含有少量殘餘氣。模擬計算後的氣飽和度分布顯示，在生產期間地層氣飽和 度會微微升高，但地層內形成的氣飽和度太低，天然氣沒有往高區移棲的現象（地層內 溶出的天然氣為殘餘氣型態）。此結果與情境（2）之結果相類似。

在情境（5）臨界氣飽和度之水平鹽水氣層中，假設水平地層內的初始氣飽和度即達 到臨界氣飽和度（設為0.2）。由模擬計算後發現，隨著地層水生產後，地下的氣飽和度 大於臨界氣飽和度，地層的天然氣開始具有移動性，且其井口氣產率隨時間增加（圖 11）。

圖11、臨界氣飽和度之水平鹽水氣層之氣產率、水產率及井底流壓模擬結果 在情境（6）臨界氣飽和度之傾斜構造鹽水氣層中，地層的初始氣飽和度亦達到臨界 氣飽和度。而其模擬結果顯示，生產造成地層降壓後，地層內的天然氣具有移動性，並 且有部份因重力移棲，天然氣團塊會集中在構造高區。

針對不同初始氣飽和條件的地層情境做比較（圖12）可知，飽和鹽水氣層及含少量 殘餘氣之鹽水氣層的井口天然氣產率都會緩慢下降，造成其生產氣水比逐漸下降。但在 臨界氣飽和度的鹽水氣層中，氣產率趨勢遞增，因此其生產氣水比也會增加，且只有臨 界氣飽和度之鹽水氣層的地層游離氣可以被產出，這代表較適合於進行開發生產的鹽水 氣層，應盡量尋找初始氣飽和度接近或大於臨界氣飽和度的地層。

圖12、不同初始氣飽和條件的地層之井口天然氣產率比較 (2) 鹽水氣層之案例研究

本案例研究是台灣西南部新營-官田礦區區域內的二重溪下部砂岩層，表4為目標地層 的基本地層參數。本研究利用所蒐集分析的地下構造圖進行數位化，並用以建立地質模型

（圖13）。本案例研究設計五口生產井，以定產率進行地層鹽水生產。在地層初始氣體飽和 度方面，假設其初始氣飽和度即達到臨界氣飽和度（初始氣飽和度設為0.2）。

表2 案例研究之目標地層基本參數表

參數 數值 參數 數值

地 層 特 性

網格大小 71*71*5

初始 條件

地層溫度（ºF） 135 地層面積

（acres） 1E+5

鹽度（ppm） 32,000 厚度（ft） 30.8

頂部深度（ft） 2,508~4,165

地層壓力（psi） 1,650 孔隙率（frac.） 0.2

滲透率（md） 100 生產 操作

固定水產率（STB/day） 5,000 模擬時間（d） 5,800 總壓縮度

（1/psi） 7.92E-06 井參數 井半徑（ft） 0.25

膚表因子 0

圖13、案例研究之目標地層之地質模型（藍色表示為構造高區，紅色表示為構造低區）

本案例的模擬計算結果顯示，天然氣產率會隨時間而緩慢增加（圖14），此為較佳的 生產行為，因為生產氣水比將隨時間增加而增加。本案例生產的氣體主要仍來自於產出 的水所脫出的溶解氣，但其井下的產氣率計算結果顯示，仍有地層中的游離氣是具有移 動性而有部份被生產出來。由地層氣飽和度隨空間及時間之變化（圖15）可知，地層中 所釋出的天然氣因為密度較低，因此會往構造高區移動，且在生產井所在位置其地層氣 體飽和度較低，代表地層氣體有被採收。由此案例分析可歸納出，較具開發價值的鹽水 氣地層其初始氣飽和度最好是接近或大於臨界氣飽和度條件，生產井也應安排於構造高 區，可以有效的採收高區所聚集的游離氣。

圖14、案例研究之水產率、氣產率及生產氣水比之模擬結果

圖15、案例研究之地層氣飽和度隨空間及時間分布（左上、右上、左下、右下圖分別代 表時間為0 年、6 年、10 年、15 年結果）

四、結論

本研究完成鹽水氣層資源量評估方法之研究，完成推導並驗證鹽水氣地層之物質 平衡法，利用數值模擬法完成鹽水氣層生產機制及生產特性的研究，並完成台灣西南 部鹽水氣地層之案例分析。

本研究將所推導之溶解型鹽水氣地層物質平衡法進行線性規劃，而可以使用線性繪圖 法，由溶解氣水比對累積氣產量圖中，利用線性分析求得原始氣體現地埋藏量。

本研究使用基礎2 維地質模型，並建立六種地層情境，分別討論水平鹽水氣層及傾斜 構造鹽水氣層，在不同的初始流體飽和度（飽和水、含少量殘餘氣、初始氣飽和度接近臨 界氣飽和度）之下的鹽水氣層生產機制。本研究發現，飽和水之鹽水氣層及含少量殘餘氣 之鹽水氣層的井口天然氣產率都會緩慢下降，造成其生產氣水比逐漸下降。但在臨界氣飽 和度的鹽水氣層中，氣產率會逐漸增加，其生產氣水比也會增加。代表較適合於進行開發 生產的鹽水氣層，應為初始氣飽和度大於臨界氣飽和度的地層。而地層若有傾斜度，地層 內的天然氣超過臨界氣飽和度條件後，會具有移動性並因重力移棲，天然氣團塊會往構造 高區聚集。

本研究針對台灣西南部新營-官田區域之二重溪下部砂岩層進行案例研究。案例模擬結 果顯示，生產氣水比隨時間增加而增加，為較佳的生產行為。地層中的游離氣因為高於臨 界氣飽和度條件而具有移動性，且因為密度較低而往構造高區移動。若為初始氣飽和度大 於臨界氣飽和度條件之鹽水氣地層較具開發價值，構造高區放置生產井也可以有效的採收 高區所聚集的游離氣。

參考文獻

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[16] 邱翠雲、李重毅、柯雪溫、張渝龍，1996，台南縣牛山地區上中新統至更新統之沉 積環境，中油探採研究彙報，第15 期，第 198-213 頁。

[17] 紀文榮，1982，嘉義、新營麓山帶地區新第三系之生物地層與對比，中油探採研究 彙報，第5 期，第 13-38 頁。

[18] 黃廷章、丁志興，1981，台灣晚第三紀淺海沉積超微化石生物地層，地質，第 3 卷，第105-119 頁。

[19] 黃緯誠，2010，台灣西南部前陸盆地遠端地層層序-構造和全球海水面變化交互作用 模型，國立成功大學碩士論文，126 頁。

科技部補助專題研究計畫成果自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適 合在學術期刊發表或申請專利、主要發現（簡要敘述成果是否具有政策應用參考 價值及具影響公共利益之重大發現）或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■

□ 未達成目標（請說明，以100 字為限）

□ 實驗失敗

□ 因故實驗中斷

□ 其他原因 說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形(請於其他欄註明專利及技轉之 證號、合約、申請及洽談等詳細資訊)

論文：□已發表□未發表之文稿 ■撰寫中 □無 專利：□已獲得□申請中 □無

技轉：□已技轉□洽談中

□無

其他：（以 200 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性，以500 字為限）。

本模擬技術可供未來針對台灣西南部鹽水氣層提供生產開發建議。

4. 主要發現

本研究具有政策應用參考價值： ■否 □是，建議提供機關_______

(勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關) 本研究具影響公共利益之重大發現：■否 □是

說明：(以 150 字為限)

科技部補助專題研究計畫成果彙整表

計畫主持人：謝秉志 計畫編號：MOST 105-ET -E-006-001 -ET

計畫名稱：鹽水氣之蘊藏量評估及生產機制之研究

成果項目 量化 單位

質化

（說明：各成果項目請 附 佐 證 資 料 或 細 項 說 明，如期刊名稱、年份、

卷期、起訖頁數、證號...

等）

國 內

學術性論文

期刊論文

篇 請附期刊資訊。

研討會論文 1 鑛冶

專書 本 請附專書資訊。

專書論文 章 請附專書論文資訊。

技術報告 篇

其他 篇

智慧財產權 及成果

專 利 權

發 明 專 利

申請中

件

請附佐證資料，如申請 案號。

已獲得 請附佐證資料，如獲證

案號。

新型/設計專利 商標權

營業秘密

積體電路電路布局權 著作權

品種權 其他

技術移轉

件數 件

收入 千元

1. 依「科技部科學技 術研究發展成果歸 屬及運用辦法」第 2 條規定，研發成 果收入係指執行研 究發展之單位因管 理及運用研發成果 所獲得之授權金、

權利金、價金、股 權或其他權益。

2.

請註明合約金額。

國

外 學術性論文

期刊論文

篇 請附期刊資訊。

研討會論文

專書 本 請附專書資訊。

專書論文 章 請附專書論文資訊。

技術報告 篇

附件四

其他 篇

智慧財產權 及成果

專 利 權

發 明 專 利

申請中

件

請附佐證資料，如申請 案號。

已獲得 請附佐證資料，如獲證

案號。

新型/設計專利 商標權

營業秘密

積體電路電路布局權 著作權

品種權 其他

技術移轉

件數 件

收入 千元

1. 依「科技部科學技 術研究發展成果歸 屬及運用辦法」第 2 條規定，研發成 果收入係指執行研 究發展之單位因管 理及運用研發成果 所獲得之授權金、

權利金、價金、股 權或其他權益。

2.

請註明合約金額。

參 與 計 畫 人 力

本國籍

大專生

人次

碩士生

博士生

博士後研究員

專任助理

非本國籍

大專生

碩士生

博士生 博士後研究員 專任助理

其他成果

(無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得 獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及 其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請 以文字敘述填列。)

科技部補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2017/03/30

科技部補助計畫

計畫名稱: 鹽水氣之蘊藏量評估及生產機制之研究 計畫主持人: 謝秉志

計畫編號: 105-ET-E-006-001-ET 學門領域: 提升探採工程技術之相關研究

無研發成果推廣資料

105年度專題研究計畫成果彙整表

計畫主持人：謝秉志 計畫編號：105-ET-E-006-001-ET 計畫名稱：鹽水氣之蘊藏量評估及生產機制之研究

成果項目 量化 單位

質化

（說明：各成果項目請附佐證資料或細 項說明，如期刊名稱、年份、卷期、起 訖頁數、證號...等） 　　　　　　　

國 內

學術性論文

期刊論文 0

研討會論文 1 篇

中國鑛冶工程學會之105年年會，獲選石 油組論文獎，進入論文複審，目前正在 撰稿文章預計投稿至學會之期刊""鑛冶

""。

專書 0 本

專書論文 0 章

技術報告 0 篇

其他 0 篇

智慧財產權 及成果

專利權 發明專利 申請中 0

件

已獲得 0

新型/設計專利 0

商標權 0

營業秘密 0

積體電路電路布局權 0

著作權 0

品種權 0

其他 0

技術移轉 件數 0 件

收入 0 千元

國 外

學術性論文

期刊論文 0

研討會論文 0 篇

專書 0 本

專書論文 0 章

技術報告 0 篇

其他 0 篇

智慧財產權 及成果

專利權 發明專利 申請中 0

件

已獲得 0

新型/設計專利 0

商標權 0

營業秘密 0

積體電路電路布局權 0

著作權 0

品種權 0

其他 0

技術移轉 件數 0 件

收入 0 千元

參 與 計 畫 人 力

本國籍

大專生 3

人次

碩士生 3

博士生 0

博士後研究員 0

專任助理 0

非本國籍

大專生 0

碩士生 1

博士生 0

博士後研究員 0

專任助理 0

其他成果

（無法以量化表達之成果如辦理學術活動

、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國 際影響力及其他協助產業技術發展之具體 效益事項等，請以文字敘述填列。）　　

科技部補助專題研究計畫成果自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適 合在學術期刊發表或申請專利、主要發現（簡要敘述成果是否具有政策應用參考 價值及具影響公共利益之重大發現）或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■達成目標

□未達成目標（請說明，以100字為限）

　　□實驗失敗 　　□因故實驗中斷 　　□其他原因 說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形（請於其他欄註明專利及技轉之證 號、合約、申請及洽談等詳細資訊）

論文：□已發表　□未發表之文稿　■撰寫中　□無 專利：□已獲得　□申請中　■無

技轉：□已技轉　□洽談中　■無 其他：（以200字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值

（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性，以500字 為限）

本研究可以應用於台灣西南部鹽水氣地層之生產開發研究。

4. 主要發現

本研究具有政策應用參考價值：■否　□是，建議提供機關

（勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關）

本研究具影響公共利益之重大發現：■否　□是　 說明：（以150字為限）