เพราะความบังเอิญ SP (Spontaneous Potential) Wireline logging แรกของโลก

หลายๆการค้นพบอันยิ่งใหญ่ทางวิศวกรรมของมนุษย์เราก็มีที่มาจากความบังเอิญ การหยั่งธรณี (well logging) นี้ก็เช่นกัน …

เท้าความไปโน้น ตั้งแต่สมัยสมัยสงครามโลกครั้งแรก …

2 พี่น้องชาวฝรั่งเศษเป็นผู้บังเอิญค้นพบ คนพี่ชื่อ Conrad Schlumberger คนน้องชื่อ Marcel นามสกุลเดียวกัน คนพี่เป็นวิศวกรเหมือง คนน้องเป็นวิศวกรรถไฟ

ในตอนแรกนั้นสองพี่น้องมีไอเดียที่จะสำรวจโลหะมีค่าเพื่อการทำเหมือง

วิธีก็เบสิกมากๆ คือ ตีกริด (grid) บนพื้นดินเป็นตารางๆ เอาแท่งโลหะจิ้มลงไปจุดหนึงเป็นจุดอ้างอิง แล้วเอาอีกแท่งหนึ่งจิ้มลงไปอีกจุด ปล่อยไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แล้วลองวัดความต้านทานระหว่างแท่งโลหะดูว่าความต้านทานสูงหรือต่ำ ถ้าความต้านทานไฟฟ้าต่ำ แปลว่า กระแสไฟฟ้าไหลดี ก็น่าจะมีโลหะอยู่ระหว่างแท่งโลหะสองจุดนั้น เพราะโลหะมีค่าโดยมากจะนำไฟฟ้า จริงป่ะ

แล้วก็ทำแบบนี้ไปเรื่อยๆจนเต็มตารางพื้นที่ จะที่ไร่ กี่งาน เอ๊ย กี่เอเคอร์ ก็ว่าไป ก็จะได้แผนที่ที่เต็มไปด้วยค่าความต้านทานระหว่างจุดต่างๆ ก็พอเดาได้อย่างเป็นวิทยาศาสตร์ว่าน่าจะมีโลหะมีค่าอยู่ตรงพิกัดไหนบ้าง

เจ๋งเนอะ ไอเดียพี่น้องคู่นี้ แล้วมันมาเกี่ยวกับ well logging กันอย่างไร … ใจเย็นๆ รอเดี๋ยวๆ ปูพื้นก่อนๆ 🙂

จะเห็นว่าการทำแบบนี้ ก็โอแหละ เพราะรู้พิกัดบนพื้นดินว่าน่าจะอยู่ตรงไหน แต่ไม่รู้ว่าอยู่ลึกแค่ไหน สองพี่น้องก็ยังมุ่งมั่นที่จะตอบโจทย์เรื่องนี้ต่อไป โดยการไปขอทำแบบเดียวกันกับหลุมน้ำมันที่ไม่ใช้แล้ว (สมัยนั้นมีการขุดหลุมน้ำมันกันแล้ว แต่ขุดแบบวัดดวง สุ่มๆ ไม่มีเทคโนฯอะไรมากมาย)

ก็ทำแบบเดียวกันนั่นแหละ แทนที่จะแนวราบ ก็ทำในแนวดิ่ง

ด้วยวิธีนี้ พอลากชิ้นโลหะขั่วที่ห้อยอยู่ในหลุมขึ้นมา ก็จะสามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้ว่าเปลี่ยนไปอย่างไร ทีนี้ก็หมูล่ะ ก็พอเดาๆได้ว่าโลหะมีค่าน่าจะอยู่ประมาณความลึกเท่าไร

ก็ยังไม่เกี่ยวกับการหยั่งธรณีอีก …

มันมาเกี่ยวอีตรงนี้ครับ วันหนึ่ง บังเอิ๊ญบังเอิญ ตอนทำงานกันอยู่ดีดี๊ ดีๆ เกิดลืมต่อขั้วแบตเตอรี่ครับ เอาสายช๊อตต่อเอาไว้เฉยๆ หน้าตาวงจรก็ออกมาประมาณนี้น่ะครับ

แต่อ้าว เข็ม galvanometer กระดิกอ่ะ งั้นแปลว่าอะไรเนี้ย แปลว่ามีกระแสไฟฟ้าไหลดิ แล้วมันไหลมาจากไหน ไม่มีแหล่งไฟฟ้านี่นา แบตเตอรี่ก็ไม่มี จากนั้นก็มีการศึกษาวิจัยกันอย่างมากจึงถึงบางอ้อ ว่ากระแสไฟฟ้านั้นมาจากแบตเตอรี่เคมีระหว่างชั้นหินนั่นเอง

เอาล่ะแก๊งค์ซอฟคอร์ก็คงจะพอแค่ตรงนี้ ช่วงต่อไปนี้จะลงลึกทางเทคนิค จะออกแนวๆสายแข็งกันล่ะครับ

หลักการง่ายเลยครับ มีชั้นหิน 2 ชนิด หินทราย (Sand) และ หินดินดาน (Shale)

ชั้นหินทรายโดยมากจะมีรูพรุน (porosity) เต็มไปด้วยน้ำเกลือซึ่งนำไฟฟ้า และ ไฮโดรคาร์บอนซึ่งไม่นำไฟฟ้า ชั้นหินดินดานจะแน่นปั๊กไม่มีรูพรุน เนื้อเม็ดหินเล็กแน่นเนียน มีโมเลกุลน้ำห่อหุ่มเม็ดหินเล็กละเอียดนั้น ซึ่งก็สามารถนำไฟฟ้าได้ด้วย

เข้าองค์ประกอบแบตเตอรี่เลยครับ ให้ไปไปพักหายใจแป๊บ ระหว่างไปพัก เอาตำราไฟฟ้าเคมีมาอ่านด้วยนะ … อิอิ ต่อไปจะจัดหนักล่ะ

ฟื้นความรู้ไฟฟ้าเคมีกันหน่อยนะ … ถ้ามีสารละลายที่มีความเข้มข้นของประจุแตกต่างกัน แล้วมีอะไรไปกั้นเอาไว้ มันก็ต่างคนต่างอยู่ ฝั่งใครฝั่งมัน แต่ถ้าปล่อยให้มันเคลื่อนที่ข้ามกันไปมาได้ ธรรมชาติก็จะจัดสรรให้ความเข้มข้นของประจุมันสมดุล

เอาแบบเบๆไปก่อนล่ะกัน หลักการง่ายๆ แค่นี้ระบบก็จะมีความต่างศักย์ กระแสก็จะไหลตามรูปข้างบนนั่นแหละ

ทีนี้ในชั้นหินในหลุมน้ำมัน หน้าตาวงจรไฟฟ้าเคมีจะเป็นอย่างไรล่ะ ก็ตามรูปข้างล่างนี้เลย

จะเห็นว่า น้ำโคลนในหลุมมีบทให้เล่นด้วยในวงจรไฟฟ้าเคมีนี้ด้วยกับเขาเหมือนกัน น้ำโคลนส่วนหนึ่ง (mud filtrate) จะซึม (invade) เข้าไปในชั้นหินทราย โดยมากแล้วน้ำโคลนจะมีความเข้มข้นของประจุต่ำกว่าน้ำในชั้นหินทราย

เริ่มมองเห็นโครงสร้างแบตเตอรี่แล้วหรือยังครับคราวนี้ รูปข้างล่านนี้คือสภาวะเริ่มต้น ต่างคนต่างอยู่ มี 4 ส่วนใหญ่ๆแยกกัน

1 น้ำโคลนในหลุม 2 ชั้นหินดินดาน 3 น้ำเกลือในชั้นหินทรายที่ยังไม่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปปน และ 4 ส่วนของหินทรายที่อยู่ใกล้ๆผนังหลุมที่โดนน้ำโคลนเข้าไปปน

เนื่องจากรอยต่อทั้ง 4 ส่วนนั้นมันเชื่อมกันทางไฟฟ้าได้ทั้งหมด พูดง่ายๆคือ นำไฟฟ้านั่นแหละ ธรรมชาติก็จัดสรรซิครับ จะรออะไร

ชั้นหินดินดานทำหน้าที่เหมือนเยื่อบางๆ (membrane) ประจุบวกก็จะวิ่งจากน้ำในชั้นหินทรายที่มีความเข้มข้นสูง วิ่งจู๊ดผ่านชั้นดินดานเข้าไปที่น้ำโคลนในหลุม ก็เสมือนกับมีกระแสไฟฟ้าไหลจากน้ำในชั้นหินทรายผ่านชั้นหินดินดานเข้ามาในน้ำโคลนในหลุม

 

จะเห็นว่าพอพี่น้อง Schlumberger ลากขั้วไฟฟ้าที่อยู่ในหลุมขึ้นมาโดยที่ไม่ได้ต่อแบตเตอรี่ ขั้วไฟฟ้าในหลุมก็จะเห็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเคมีที่ได้อธิบายไปแล้ว ดังนั้น เข็ม galvanometer (Volt meter นั่นแหละครับ) ก็เลยกระดิก

ที่อธิบายมาข้างบนนั้นคือกรณีน้ำโคลนมีความเข้มข้นประจุน้อยกว่าน้ำเกลือในชั้นหินทรายนะครับ แต่ถ้าน้ำโคลนมีความเข้มข้นประจุมากกว่าน้ำเกลือในชั้นหินทราย กระแสไฟฟ้าก็จะไหลกลับทิศกัน เราเรียกว่า Inverse SP ครับ

แล้วเจ้าเส้น SP ยึกยือนี้มีประโยชน์ยังไง

อย่างแรกคือ มันบอกความแตกต่างระหว่างชั้นหินทรายกับชั้นหินดินดานได้ รู้ว่าตรงไหนเป็นชั้นหินทราย ตรงไหนเป็นชั้นหินดินดาน (ถ้ารู้ความเข้มข้นของน้ำโคลนเมื่อเทียบกับน้ำเกลือในชั้นหินทราย)

เช่น จากตัวอย่างของเรา น้ำโคลนมีความเข้มข้นประจุน้อยกว่าน้ำเกลือในชั้นหินทราย ถ้า SP เป็นบวก (คือด้านสูง) ก็จะเป็นชั้นหินดินดาน SP เป็นลบ (คือด้านสูง) ก็จะเป็นชั้นหินทราย

รู้ชนิดชั้นหินแล้วมีประโยชน์ต่อการหาน้ำมันหาก๊าซอย่างไร ก็อย่างที่บอกไว้ตอนแรกไงครับว่า ชั้นหินทรายมีรูพรุน “มีโอกาส” เป็นแหล่งกักเก็บไฮโดรคาร์บอนได้ ส่วนชั้นหินดินดานนั่นเนื้อละเอียดเนียนแน่นปั๊ก รู้แค่นี้ก็เป็นข้อมูลมหาศาลแล้วครับ

นอกจากนี้ยังรู้อีกว่า ชั้นหินทรายนั้นหนาเท่าไร (ฺbed thickness)

ยัง ยัง ยังมีอีก ถ้าวัดค่า SP กันอย่างล่ะเอียดแล้ว เราสามารถจะคำนวนย้อนหาความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของน้ำในชั้นหินทรายได้ด้วย

จัดปายยยย เอาใจสายแข็ง

ค่า SP อ่านจากการวัด Rmf วัดเอา เพราะคือค่าความต้านทานจำเพาะของน้ำโคลน (mud filtrate) ค่า K ก็ตามสมการ แก้สมการเอา ก็ได้ค่า Rw ซึ่งก็คือ ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของน้ำในชั้นหินทราย

แล้วความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของน้ำในชั้นหินทราย มันสำคัญอย่างไร

สำคัญครับ เพราะความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของน้ำในชั้นหินทรายเป็นหนึ่งในตัวแปรของสมการเทพในการหาน้ำมัน ที่เราเรียกว่า สมการอาชี่ (Archie law) เอาไว้ผมค่อยมาคุยเรื่องสมการเทพนี้ให้ฟังทีหลังนะครับ รับรองมันส์ (หรือไม่ก็เงิบ เบลอๆไปเลย 555)

เอาล่ะ แค่นี้ก่อนดีกว่า จริงๆ SP มีอะไรมากกว่านี้เยอะ แต่ก็นะ เอามาขายกินหมด เดี๋ยวผมก็ตกงานฮี่ อิอิ … บายครับ 🙂

Leave a Reply

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