น้ำโคลน, drilling mud, drilling fluid

มารู้จักน้ำโคลนกันครับ น้ำโคลนมีชื่อเรียกว่า drilling mud, drilling fluid หรือ บางทีก็เรียก mud เฉยๆก็รู้กันสั้นๆ ซึ่งแตกต่างกันเล็กน้อย ถ้าพูดถึง drilling fluid คนพูดอาจจะตั้งใจให้เป็นของไหลที่ใช้ในการขุดเจาะแบบกว้างๆ ซึ่งรวม อากาศ หรือ โฟม ซึ่งเราก็ใช้ อากาศ หรือ โฟม ในการขุดเช่นกันในบางการใช้งานที่ต้องการเป็นพิเศษ แต่ก็น้อยมาก จะไม่กล่าวถึงในที่นี้

วันนี้จะขอแนะนำให้รู้จักแบบผิวๆนะครับ แบบคนนอกวงการขุดเจาะ พอได้ไอเดียพอสังเขป แต่ถ้าอ่านแล้วอืม แหม อยากรู้ละเอียด ก็นี่เลยครับ มีละเอียดเลย

https://en.wikipedia.org/wiki/Drilling_fluid#Mud_engineer

หรืออากู๋เลยครับ key word ใช้คำว่า drilling fluid หรือ drilling mud รับรอง อ่านกันไม่ไหว จะว่าไปก็แอบอิจฉาเด็กๆสมัยนี้ มีอากู๋ ให้ค้นคว้า แค่ต้องเลือกดูแหล่งที่มาของข้อมูลและความน่าเชื่อถือหน่อยเท่านั้น สมัยผมทำงานใหม่ๆ อยากรู้อะไรที่ต้อพยายามไปเทียวหยิบยืมหนังสือหนังหามาอ่านกัน

อุ๊ย นอกเรื่องๆ คนแก่ขี้บ่น อิอิ …

ตามมาครับ มารู้จักเจ้าน้ำโคลนกัน โพสต์นี้ขอพูดถึง 2 เรื่องใหญ่ๆนะครับ คือวัตุประสงค์ หรือ หน้าที่ของน้ำโคลน กับ ประเภทของน้ำโคลน อาจจะแตะๆไปที่ประเภทการใช้งานนิดๆ แต่จะไม่ลงลึก

หลักๆแต่ดั้งแต่เดิม เราใช้น้ำโคลนเพื่อ 3 วัตถุประสงค์

  1. กดความดันของของของเหลวในชั้นหินเอาไว้ ไม่ให้พุ่งพรวดขึ้นมาปากหลุม เป็นที่ทราบกันดีใช้ไหมครับว่า ถ้ามีของเหลวอยู่ในภาชนะ ที่ก้นภาชะ ข้างๆภาชนะ จะมีความดันของของเหลว ในแนวตั้งฉากกับผิวภาชนะ (hydrostatic pressure) นั่นล่ะครับ ความดันตรงนั้น จะต่อสู้กับความดันของของเหลวในชั้นหิน(formation pressure)เอาไว้ ไม่ให้มันพุ่งขึ้นมาปากหลุม วิธีคำนวนก็ไม่ยาก มีหลายสูตรขึ้นกับว่าจะใช้หน่วยเมตริก SI หรือ imperial เอาเมตริกก็แล้วกัน ความดันที่จุดใดๆในหลุม หน่วยเป็น psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) = 1.42 x ความลึกในแนวดิ่งหน่วยเป็นเมตร x ความหนาแน่นของน้ำโคลนหน่วยเป็น SG จะเห็นว่า ไม่เกี่ยวกับขนาดของหลุมเลย

 

 

สมมุติว่า นักธรณี หรือ วิศวกรแหล่งผลิต บอกมาว่า ที่ ความลึกจากแนวดิ่ง 2000 เมตร มีความดันของของเหลวในชั้นหิน 3000 psi ผมซึ่งเป็นวิศวกรขุดเจาะ ก็ต้องจิ้มเครื่องคิดเลขแล้วว่า ต้องผสมน้ำโคลนหนักเท่าไร ถึงจะเอาอยู่ ก็ง่ายๆครับแก้สมการเอาดื้อๆ 3000 = 1.42 x 2000 x ? เจ้า ? ก็ = 3000 / (1.42 x 2000) = 1.056 SG ถ้าผมผสมน้ำโคลนให้ได้ 1.056 SG ก็จะกดความดันของของเหลวในชั้นหินก้นหลุมได้พอดี๊พอดี ซึ่งเราไม่ทำแบบนั้น มันไม่ปลอดภัย เผื่อเหลือเผื่อขาดไว้สักหน่อยดีกว่าไหม ส่วนมากเราก็เผื่อๆไว้ อีก 10% – 20% ขึ้นกับหลายปัจจัยครับ จะไม่ขอกล่าวถึง ซึ่งจะละเอียดเกินไปนิดสำหรับโพสต์นี้

ที่เล่าตรงนี้เยอะ เพราะเป็นหน้าที่สำมะคัญของน้ำโคลนเลยทีเดียว จะเห็นว่าคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้ำโคลนในข้อนี้ที่เอามาใช้คือ ความหนาแน่น (density) ถ้าหลุมยิ่งลึก ความดันของของเหลวในชั้นหินยิ่งมาก ยิ่งต้องใช้น้ำโคลนความหนาแน่นสูงๆกดมันไว้ขณะขุด ความหนาแน่นน้ำโคลนยิ่งมาก ยิ่งต้องใช้ปั๊มตัวใหญ่ ใช้พลังงานมากขึ้น ตัวน้ำโคลนก็จะราคาแพงขึ้นด้วย

 

 

 

2. หน้าที่หลักอีกอย่างของน้ำโคลนคือ การนำเอาเศษหินที่หัวเจาะเจาะป่นเป็นชิ้นๆเล็กๆ (cutting) ขึ้นมาปากหลุม เราปั๊มน้ำโคลนลงหลุมทางก้านเจาะ ออกไปทางปลายหัวเจาะ แล้วไหลย้อนกลับขึ้นมาปากหลุมตามรูป

 

 

 

จะเห็นว่า เศษหินก็จะถูกน้ำโคลนอุ้มพยุงเอาขึ้นมาปากหลุม คราวนี้อยากให้มโนนิดนึง มีแก้วสองใบ ขนาดเท่ากันเป๊ะๆ แก้วนึงใส่น้ำเปล่า แก้วนึงใส่น้ำเชื่อมหนืดๆ เอาลูกแก้วเล็กๆขนาดและน้ำหนักเท่าๆกัน หย่อนลงไป ถามว่าแก้วไหน ลูกแก้วจะตกถึงก้นแก้วก่อน มโนได้ใช่ไหมครับว่า ต้องเป็นแก้วที่ในน้ำเปล่า คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้ำโคลนที่ทำหน้าที่นี้คือความหนืด หรือ viscosity (ถ้าเปิดพจนานุกรม มันจะแปลว่าความเหนียว แต่ผมขอใช้คำว่า หนืด เพราะมันสื่อกับของเหลวกว่าคำว่า เหนียว ที่มักจะสื่อว่าเป็นของแข็ง) ถ้าปริมาตรเศษหินเยอะ (หลุมใหญ่) ระยะทางที่ต้องอุ้มเอาเศษหินขึ้นมาปากหลุมยาวๆ (หลุมลึก) ก็ต้องใช้น้ำโคลนที่หนืดมาก ก็ต้องใช้ปั๊มตัวใหญ่ขึ้น ใช้พลังงานมากขึ้น น้ำโคลนที่หนืดมากๆก็จะราคาแพง

3. หน้าที่หลักที่ 3 คือ กันหลุมถล่มลงมาทับก้านเจาะ มโนต่ออีกนิดนะครับ พื้นโลกมันก็อยู่ของมันดีดี๊ดีๆ มันก็มีแรงดันค้ำยันระหว่างกันในทุกทิศทุกทางเนื่องจากน้ำหนักมวลของชั้นหินอันเป็นปกติสุขของมัน วันดีคืนดี มีคนมาทำให้พื้นโลกเป็นรู มวลของหินหายไป เป็นช่องโล่งๆ แรงค้ำยันมันก็แหว่งหายไปจริงไหม นั้นคือผนังหลุมก็จะมีแรงมากระทำของข้างเดียว คือข้างที่มีชั้นหินอยู่ ข้างที่เป็นรูโบ๋ๆ (คือหลุมนั่นแหละ) ก็ไม่มีแรงมาสู้ เพราะเอาเอามวลหินออกไปแล้วนี่นา ถ้าปล่อยให้หลุมโบ๋ๆโล่งๆ สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือผนังหลุมมันก็จะถล่มลงมา จริงป่ะ น้ำโคลนมาช่วยตรงนี้ครับ อย่างที่อธิบายไปแล้วว่า ของเหลวในภาชนะ จะมีความดัน ผลักดันไปทุกทิศทาง ตั้งฉากกับผนังภาชนะในทุกๆจุด พอเราเอาน้ำโคลนใส่ลงไปในช่องโบ๋ๆที่เราขุดเอาเนื้อหินออกมา ความดันของน้ำโคลนก็จะยันผนังหลุมไว้ไม่ให้ถล่มลงมากลบก้านเจาะ ทำให้เจาะไปได้อย่างสะดวกโยธิน พอดึงก้านเจาะขึ้นมา หลุมก็ไม่ถล่ม เพราะมีน้ำโคลนยันผนังหลุมไว้ คุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่ทำหน้าที่นี้คือความความหนาแน่น คำนวนได้ด้วยวิธีเดียวกับในข้อ 1

 

 

เอาล่ะ 3 ข้อนั้นคือหน้าที่หลักๆของมัน นอกจากนั้นแล้ว มันยังมีหน้าที่อื่นอีก

  1. อุดช่องว่าง(seal)ที่ผนังหลุม ไม่ให้น้ำโคลนไหลเข้าไปในชั้นหิน ในน้ำโคลนจะมีผงของแข็งอยู่เต็มไปหมด ผงของแข็งนี้จะไปจับที่ผนังหลุมเป็นแผ่นบางๆ (mud cake) เคลือบเอาไว้ กันไม่ให้น้ำโคลนไหลเข้าไปในชั้นหินมากเกินไป นอกจากเปลืองน้ำโคลนแล้ว น้ำโคลนที่ซึมเข้าไปยังจะไปปะปนมั่วไปกับของเหลวดั้งเดิมในชั้นหิน ทำให้การวัดค่าทางปิโตรฟิสิกส์ของของเหลวในชั้นหินผิดเพี้ยนไป เพราะฉะนั้น ซึมเข้าชั้นหินน้อยไว้เป็นดี
  2. หล่อเย็น ลดอุณหภูมิที่หัวเจาะ และ เครื่องมือต่างๆที่อยู่ที่ก้านเจาะ (คล้ายๆน้ำในหม้อน้ำรถน่ะครับ) อันนี้เบสิกๆ ไม่อธิบายมาก
  3. หล่อลื่น ให้ก้านเจาะ หมุนสะดวกขึ้น ลดแรงเสียดทานระหว่าง กลไกต่าง รวมถึง ลดแรงเสียดทานระหว่าก้านเจาะที่เป็นเหล็กกับชั้นหิน (ทำหน้าที่คล้ายๆน้ำมันเครื่องรถยนต์น่ะครับ) อันนี้ก็เบสิกๆ ไม่อธิบายมาก
  4. เป็นตัวกลางส่งกำลัง hydraulic ไปที่เครื่องมือที่อยู่ปลายก้านเจาะ เช่น มอเตอร์ turbine (คล้ายๆน้ำมันไฮดรอลิกในปั๊มไฮดรอลิก หรือ มอเตอร์ไฮดรอลิงน่ะครับ) รวมถึงส่งกำลังไฮดรอลิกไปที่หัวเจาะ
  5. เป็นตัวกลางให้สัญญานส่งผ่านจากเครื่องมือ (MWD LWD) ขึ้นมาปากหลุม อันนี้อธิบายยากนิดนึง คืองี้ครับ เวลา MWD LWD ส่งสัญญานขึ้นมาเนี้ย มันส่งขึ้นมาโดย mud pulse (ไม่อยากแปลว่าชีพจรน้ำโคลนเลย มันไม่ใช่อ่ะ) คือมันมีวาวล์เล็กๆ อยู่ที่ข้างๆผนังก้านเจาะ ถ้าวาวล์นี้เปิด น้ำโคลนส่วนหนึ่งก็จะไหลออกทางผนังก้านเจาะ แทนที่จะไหลไปทางหัวเจาะ นั่นคือน้ำโคลนโดยรวมก็จะไหลสะดวกขึ้น เพราะไหลออกได้ 2 ทาง (คือพนังก้านเจาะ กับ หัวเจาะ) ทำให้แรงดันที่ปั๊มน้ำโคลนที่อยู่ปากหลุมก็ตกลงนิดนึง ถ้าวาวล์นี้ปิดน้ำโคลน 100% ก็จะไหลตามปกติออกไปทางปลายหัวเจาะ ความดันที่ปั๊มน้ำโคลนที่อยู่ปากหลุมก็จะอยู่ในระดับปกติ วาวล์ที่ว่านี้ ถูกควาบคุมด้วยโซลินอยด์(ขดลวดไฟฟ้า) บังคับด้วยคอมพิวเตอร์เล็กๆที่ติดอยู่ที่ MWD LWD พอมโนได้ยังครับว่า เจ้า MWD LWD มันส่งสัญญานขึ้นมาปากหลุมได้ด้วยการเปิดปิดวาวล์เล็กๆทีว่านี้ ความดันที่ปั๊มน้ำโคลนที่ปากหลุมก็จะลงๆขึ้นๆตามการเปิดปิดของวาวล์ตัวนี้ MWD engineer ก็เอา sensor ตัววัดความดันไปติดที่ปั๊มน้ำโคลนที่อยู่ปากหลุม ก็จะ decode แปลสัญญานที่ MWD ที่อยู่ก้นหลุม (สัญญานจะออกมาเป็นไบนารี่คือ 00101101 อะไรทำนองนี้น่ะครับ) ออกมาเป็นค่าต่างๆ น้ำโคลนก็มีหน้าที่นำสัญญานนี้ด้วย

 

 

6. ลดการกัดกร่อนทางเคมีของอุปกรณ์ต่างๆ (หลักๆก็ค่า PH นั่นแหละครับ)

7. ป้องกันการบวมน้ำของชั้นหินดินดาน (Shale/ Clay) ชั้นหินนี้ชอบน้ำเป็นพิเศษ เจอน้ำเมื่อไร บวมตุ่ย ปริมาตรเพิ่มขึ้นหลายเท่าตัว ทำให้ผนังหลุุมบวมเบียดก้านเจาะ ทำให้ก้านเจาะและหัวเจาะถูกดูติดผนังหลุม หรือบวมจนปิดหลุมได้เลย น้ำโคลนที่ดีต้องป้องกันการบวมน้ำของชั้นหินที่ว่านี้ด้วย อันนี้เป็นคุณสมบัติทางเคมีของน้ำโคลน ซึ่งมีหลายเทคนิค ซึ่งจะซับซ้อนเกินไปสำหรับโพสต์นี้ เอาว่าถ้านักธรณีชี้เป้ามาว่าต้องขุดผ่านชั้นหินแบบนี้นะ เราวิศวกรขุดเจาะก็ต้องเตรียมน้ำโคลนที่รับมือกับชั้นหินนี้ให้ได้

8. อีกหน้าทีหนึงคือเป็นตัวกลางในการ logging (หยั่งธรณี) เพราะเครื่องไม้เครื่องมือในการวัดคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของชั้นหินนั้น ต้องปล่อยพลังงานในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปของกระแสไฟฟ้า พลังงานแม่เหล็ก พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานเสียง พลังงานกัมตภาพรังสี ฯลฯ ออกไปสู่ชั้นหิน ซึ่งแน่นอนพลังงานเหล่านั้นต้องผ่านน้ำโคลน จริงไหมครับ เหมือน เรามีอากาศเป็นตัวกลางระหว่างแหล่งกำเนิดเสียง(พลังงาน)กับหูของเรา(sensor) เพื่อที่เราสามารถจะได้ยินเสียงได้ เราจะได้ยินเสียงได้ดีหรือไม่ดีก็ขึ้นกับคุณภาพทางฟิสิกส์ของอากาศขณะนั้นๆด้วย เช่น ความชื่นสูง แห้ง ร้อน เย็น ฯลฯ คุณสมบัติของน้ำโคลนก็เช่นกัน มีผลต่อการวัดของเครื่องวัดเหล่านี้ ถ้าคุณสมบัติของน้ำโคลนไม่ดี ไม่เอื้อ เครื่องไม้เครื่องมือบางอย่างก็ใช้ไม่ได้ เอาตัวอย่างง่ายๆ ถ้าใช้น้ำโคลนที่เป็นน้ำมัน น้ำมันไม่นำไฟฟ้า เราก็จะใช้เครื่องมือวัดที่ส่งกระแสไฟฟ้าไปในชั้นหินเพื่อวันความต้านทานชั้นหินไม่ได้(ตามกฏขอโอห์ม v=i x r) ต้องเปลี่ยนไปใช้เครื่องมือที่ใช้หลักการอื่นทาง เช่น หลักการเหนี่ยวนำให้เกิดไฟฟ้าในชั้นหิน (หลักการหม้อแปลงไฟฟ้านั่นแหละครับ) คือแทนที่จะปล่อยพลังงานไฟฟ้าตรงๆในรูปกระแสไฟฟ้า ก็ปล่อยพลังงานแม่เหล็กเหนี่ยวนำแทน ให้เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในชั้นหิน เรียกว่า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าทางอ้อม โดยไม่ต้องปล่อยกระแสไฟฟ้าโดยตรง หรือ ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซะเลย แล้ววัดการเคลื่อนไปของเฟสคลื่นสะท้อนกลับ(phase shift) หรือ วัดกำลังของคลื่นสะท้อนที่ลดลง (attenuation amplitude decrease นั่นเอง) ยังมีตัวอย่างอื่นๆอีกมากมายครับที่คุณสมบัติของน้ำโคลนกระทบกับเครื่องมือวัดพวกนี้ แต่ละไว้ก่อนดีกว่า ชักจะลงลึกไปแล้ว เดี๋ยวงงแล้วจะเบื่ออ่านกัน

 

 

ชักยาวแฮะ ไม่คิดว่าเรื่อยเปื่อยแล้วจะยาวได้ขนาดนี้

ไหนๆก็ตามกันมาแล้ว อีกนิดล่ะกันสั้นๆ น้ำโคลนมี 3 ประเภทใหญ่ๆตามของเหลวที่เป็นส่วนประกอบหลักของมัน

  1. WBM (Water Base Mud) ส่วนประกอบหลักเป็นน้ำ
  2. OBM (Oil Basse Mud) ส่วนประกอบหลักเป็นน้ำมัน เช่น น้ำมันดีเซล
  3. SBM (Synthetic Base Mud) ส่วนประกอบหลักเป็นของเหลวสังเคราะห์ คล้ายๆน้ำมันเครื่องสังเคราะห์น่ะครับ (แพงมาก บอกเลย)

การใช้งาน จุดประสงค์ก็มากมายแตกต่างกันออกไปมากมาย จะไม่ขอกล่าวในที่นี้ แต่คุณสมบัติหลักๆต่างๆดังที่กล่าวมาแล้วต้องได้ตามที่วิศวกรขุดเจาะคำนวนไว้ โดยผู้รับผิดชอบเรื่องคุณสมบติต่างๆของน้ำโคลนคือวิศวกรน้ำโคลน (Mud Engineer หรือเรียกสั้นๆว่า Mud Eng – มัดเอ็น) ซึ่งเป็นคนของบ.service ครับ กูรูผู้เชี่ยวชาญเรื่องน้ำโคลน เราก็เรียกชื่อเล่นๆกันว่า Mud Doctor ครับ

พอล่ะ จบดีกว่า ยาวมากเลย …

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *