要開採棲聚於低滲透率地層（或稱緻密地層）的石油或天然氣時，通常要對這種地層
作液裂處理（Hydraulic fracturing），在液裂處理的工程設計及處理後的生產動態
（Reservoir performance） 預測中，滲透率資料是一個很重要的參數。如何在實驗
室測得精確而可靠的滲透率值，是本文主要的研究目的。本研究之目的是（１）建立
一套可以在穩定流動狀態和不穩定流動狀態下測定氣體滲透率的實驗設備；（２）建
立合理而完備的數學模式，其基本理論導自質量不滅定律（Law of conservati on o
f mass）、真實氣體定律（Real gas law）、非達西流動方程式（Non-Dracy flow e
quation）、 肯金堡效應（Klinkenberg effect）關係式及地層壓縮性（Formation
compressibility） 等。本實驗之設備主要包括氮氣桶（Nitrogen bottle）、 高壓
艙（High pressure cell）、壓力感應器（Pressure transducer）、 氣體流速計（
Gas anemomet er）、 氣泡流速管（Bubble tube） 及電腦記錄器（Comput er ized
recorder）等。將經過酸處理並已封上樹脂（Epoxy） 之岩樣放入高壓艙內，打開氮
氣桶之進氣閥，先進行壓力及流率之校正，然後，便可以進行穩定流動狀態或不穩定
流動流狀態下實驗資料之收集。利用本研究建立的實驗設備，配合已推導完成之數學
模式，可分別在穩定流動狀態和不穩定流動狀態測得亂流因子（Turbulence factor
）、絕對滲透率（Absolute permeability） 和肯金堡係數（Klinkenberg coeffici
ent）。 穩定狀態的數學模式中，可以利用作圖法或利用最佳化方法計算而求得岩樣
參數；在利用不穩定狀態的數學模式，則必須配合最佳化計算法而求得。雖然利用不
穩定流動狀態的模擬程式（Simulator） 計算氣體滲透率所需電腦計算的時間較穩定
狀態為長，但其準確度高，而且實驗時間短，所以在要求能得到高準確度滲透率資料
的前提下，利用不穩定流動狀態來測定氣體滲透率仍是最理想的方法。最後，在本研
究裡利不穩定流動狀態的模擬程式進一步預測（或模擬）流體在孔隙介質內的流動狀
態，如岩樣內各點之壓力或流率隨時間之變化，並針對滲透率、孔隙率，氣體黏度、
肯金堡係數和亂流因子等參數，探討其對流體流動狀態的影響，以供日後相關研究的
參考。
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