Wireline Logging ตอน Gamma Ray

ตอนแจ้งเกิดกับพี่ใหญ่ SLB เครื่องมือวัดชิ้นแรกที่เบสิกที่สุดที่เรียนกันคือ SP (Spontaneous Potential log) อย่างที่แนะนำไปแล้ว เบสิกมาก เพราะมีแค่แท่งโลหะ (electrode) แค่แท่งเดียวติดอยู่ปลายสายเคเบิ้ล

เครื่องมือชิ้นต่อมา ซับซ้อนขึ้นอีกนิด

เราเรียนเครื่องมือวัดค่ากัมตภาพรังสีธรรมชาติของชั้นหิน ชื่อมันคือ Gammy Ray คือ รังสีแกมม่า นั่นแหละครับ

เครื่องมือชิ้นนี้ใช้ หลอดไกเกอร์ (Geiger Muller Tube) หรือเรียกกันทั่วไปว่า G.M. counter นั่นแหละ หน้าตาเหมือนที่เราเคยเห็นในหนังเลย แต่ไม่ใช่ที่เราใช้งานจริง เพราะของเราจะใส่ทั้งหมดไว้ในท่อทรงกระบอก ยาวราวๆ เมตรนึง เส้นผ่าศูนย์กลางราวๆ 3 3/8 นิ้ว แล้วหย่อนลงไปในหลุมโดยสายเคเบิ้ลที่แกนกลางมีสายไฟฟ้า 7 เส้น (logging cable)

หลักการทำงานก็ราวๆรูปข้างล่างนี้

ผมจะไม่ลงรายละเอียดมากนักเกี่ยวกับเครื่องมือนะครับ เพราะมันก็พื้นๆ หาอ่านที่ไหนก็ได้ นั่นเป็นเครื่องมือรุ่นแรกๆที่เราใช้กัน ตอนนี้ที่ใช้กันแพร่หลายเป็นมาตราฐานคือแบบ Scintillation counter หลักการก็ตามรูปข้างล่าง

หลักการก็ง่ายๆ คือ แทนที่จะวัดรังสีแกมม่าโดยตรง ก็ให้รังสีแกมม่าตกกระทบตัวกระจายผลิตอิเลคตรอน แล้วเอาอิเลคตรอนนั้นมาขยายอีกที แล้วค่อยวัดไฟฟ้าที่เกิดจากอิเลคตรอนนั้น

พอๆ พอแค่นี้ดีกว่าเรื่องฟิสิกส์ เดี๋ยวปวดกระเบนเหน็บเจ็บไข่ดัน 555

ใครอยากรู้ว่าปัจจุบันนี้หน้าตามเครื่องมือนี้ที่เราใช้เป็นอย่างไรก็คลิ๊กที่นี่ก็แล้วกัน

http://www.slb.com/~/media/Files/evaluation/product_sheets/wireline_open_hole/petrophysics/gamma/grt.pdf

เรามาว่ากันถึงการใช้งานมันดีกว่า ว่ามันบอกอะไรเรา

ชั้นหินที่เรามองหาไฮโดรคาร์บอนนั้นคือชั้นหินทราย (sand) ที่เป็นแหล่งกักเก็บ (reservoir rock) เพราะอะไร เพราะหินทรายมันมีรูพรุน มันก็มีโอกาสที่จะมีไฮโดรคาร์บอนอยู่ในรูพรุนนั้นจริงป่ะ ส่วนจะมีหรือไม่ มีมากมีน้อย ค่อยว่ากันอีกที แต่ขอให้เจอชั้นหินทรายก่อนเป็นดี

หินทราย ก็ตามชื่อ เกิดจากตะกอนเม็ดทรายมาทับถมกัน โดนอัดแน่นจนเป็นหิน อัดกันแน่นแค่ไหนก็ยังมีช่องว่าระหว่างเม็ดทรายเป็นที่ให้ของเหลวต่างๆมาอาศัยอยู่

หินดินดาน (shale) อย่างที่บอกในตอน SP log แล้วว่าเกิดจากการทับถมของตะกอนสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋ว โดนอัดแน่นด้วยน้ำหนักหินชั้นบนๆและน้ำหนักตัวมันเอง รีดจนน้ำออกไปหมดจากตัวมันเอง ดังนั้นโดยธรรมชาติหินดินดานแทบจะไม่มีรูพรุนเลย เรียบเนียบเป็นเนื้อเดียวกัน

(ปล. ผมอธิบายแบบหยาบๆง่ายๆให้สามัญชนคนทั่วไปเข้าใจได้นะครับ เพื่อนๆนักธรณีอย่าเพิ่งกระทุ้งเอวกันน้าาาาา 🙂 )

เนื่องจากหินดินดานเกิดจากซากสิ่งมีชีวิต ตามธรรมชาติแล้วซากสิ่งมีชีวิตมีรังสีแกมม่าเปล่งออกมา อย่าถามผมว่าทำไม ผมก็ไม่รู้ แต่มันเป็นของมันอย่างนั้น ดังนั้นหินดินดานจึงมีรังสีแกมม่าออกมาโดยธรรมชาติ เราเรียกว่า natural gamma ray

ดังนั้น เวลาเราเอาเครื่องมือวัดลงไปในหลุม แล้วลากมันขึ้นมา ก็จะเห็นเส้นยึกยือ สูงๆต่ำๆ ค่าที่สูงคือเครื่องมือโดนลากผ่านชั้นหินดินดาน ค่าที่ต่ำคือช่วงที่เครื่องมือโดนลากผ่านชั้นหินทราย

หน้าตามันก็จะออกมาเป็นแบบนี้ หน่วยเป็น 0 – 100 มาตราฐานทั่วโลก เรียกว่า API unit (American Petroleum Institution)

นี่รูปแบบง่ายๆในอุดมคติ ทรายก็ทรายจริงเต็ม 100 หินดินดานก็ดินดาน 100%

ชีวิตจริงมันไม่ได้สวยแบบนั้น หินทรายก็มีซากสิ่งมีชีวิตปน (shalely sand) ชั้นหินดินดานก็มีทรายเข้ามาแทรก (sandy shale) มิหน่ำซ้ำ บางพื้นที่ยังทะลึ่งมีชั้นหินทรายที่มีรังสีแกมม่าเปล่งออกมาได้อีกด้วย (radioactive sand)ไปกันใหญ่ ปวดกระบาลดีพิลึก จะรู้ได้ไงว่าไผเป็นไผ

ไม่ต้องไปสนใจชื่อแปลกๆนะครับ นักธรณีเขากลัวลืมว่าชั้นหินไหนเป็นชั้นหินไหน เลยตั้งชื่อไว้กันลืม เวลาคุยกันจะได้รู้เรื่อง เหมือนนักดาราศาสตร์ตั้งชื่อดาว หรือ เราตั้งชื่อหมาชื่อแมวนั่นแหละ

จะเห็นว่า เส้นมันยึกยือ ไม่สุดๆปข้างใดข้างหนึ่ง กลางๆก็มี อะไรเงี้ย ทรายไม่ 100% ดินดานก็ไม่ 100% แถมมีชั้นหินทรายที่มีรังสีแกมม่าอีก (ถึงเจอน้อย แต่ก็มีให้รำคาญต่อมระแวง) บ้าเลยทีนี้

ทางหนึ่งที่เราจะตรวจสอบได้คือ ดูค่า SP (spontaneous potential) ควบคู่กันไป (กลับไปอ่านอีกทีถ้าลืม)

SP ใช้หลักการถ่ายเทประจุจากความเข้มข้นของอิออน (พูดง่ายๆก็ความเค็มนั่นแหละ) ที่ต่างกันระหว่างของเหลวในชั้นหินทรายและน้ำโคลนในหลุม โดยมีชั้นหินดินดานทำหน้าที่เป็น เยื่อกัน (membrane)

ชั้นหินทรายที่มีรังสีแกมม่าจึงไม่สามารถตบตา SP log ได้

ในทางกลับกัน ถ้าความเค็มของของเหลวในชั้นหินทรายใกล้เคียงกับความเค็มน้ำโคลน ปรากฏการณ์ไฟฟ้าเคมีก็ไม่เกิด หรือ เกิดน้อยมาก เพราะประจุอิออนมันจวนสมดุลกันแล้ว ไฟฟ้าก็ไม่ไหล หรือไหลน้อยมากๆ SP log ก็โดนแหกตา คือ แยกไม่ออกว่าไผเป็นไผ

แต่ความเค็มของของเหลวในชั้นหินทรายและนำโคลนตบตา gamma ray log ไม่ได้

เห็นป่ะว่า ในโลกนี้ไม่มีอะไรสมบูรณ์แบบ มีบางจังหวะที่บางเครื่องวัดโดนแหกตา จึงต้องใช้ทั้งคู่นั่นแหละช่วยๆกัน

(อย่าเพิ่งงงกับชั้นหินที่ชื่อ DOL นะครับ มันคือ dolomite ชั้นหินนี้ไม่มีกัมตภาพรังสี มีโครงสร้างเป็นผลึก (Crystal) ไม่มีรูพรุนจึงไม่มีของเหลวอยู่ข้างใน SP ก็ตาบอดมองไม่เห็นมัน GR ก็ตาบอดมองไม่เห็นมัน ทั้งคู่บอกว่ามันเป็นหินทราย หุหุ ติดตามผมต่อไปตอนหน้าจะเฉลยว่าเราจะรู้ได้ไงว่าเจ้านี่คือ dolomite)

แหม ถ้าได้แบบข้างบนก็แจ๋วซิ ชีวิตจริงมันจะออกมาแนวๆนี้

สมัยก่อนที่ผมทำงานเป็นระบบอนาล็อก พิมพ์ลงบนแผ่นฟิล์ม เอาไปฉายแสงทาบลงบนกระดาษเคมี พิมพ์ออกมา แล้วอ่านกันด้วยตา กับดินสอ จิ้มๆ ขีดๆ วงๆ อย่างเก่งก็มีดินสอสีระบายกันว่าตรงไหนเป็นอะไร

สมัยนี้ ดิจิตอลครับ software ทำได้หมด พิมพ์สีสวย แสดงผลบนจอ ทำอะไรยังไงก็ได้

มาคำนวนกันหน่อยนิดๆ เดี๋ยวจะไม่ถูกใจสายแข็ง สายชิวก็อ่านข้ามๆไปนะครับ

จะเห็นว่าค่า GR ที่ผ่านหินทรายบริสุทธิ์ (clean sand) ก็ไม่มีค่าเป็น 0 เพราะอะไร เพราะในธรรมชาติรอบๆตัวเรามีรังสีแกมม่าโดยธรรมชาติ ดังนั้นค่าที่อ่านได้ตอนเครื่องมือลากผ่านชั้นหินทรายบริสุทธิ์ อ่านได้เท่าไรจดไว้ เราเรียกว่า ค่า GR ฐาน (background GR)

แล้วจะรู้ได้ไงว่า ตรงไหนเป็นชั้นหินทรายบริสุทธิ์ ก็เอาค่าที่ต่ำที่สุดของหลุมนั่นแหละ 555 เอากันง่ายๆแบบนี้แหละ สมมติว่าคือ 10 API unit

ค่า GR ที่ผ่านหินดินดานบริสุทธิ์ (clean shale) มีค่าเท่าไรก็จดมา อ่านได้เท่าไรจดไว้ เราเรียกว่า ค่า GR ของหินดินดาน (Shale GR) อาจจะน้อยกว่า 100 API unit หรือ มากกว่า ก็ได้

แล้วจะรู้ได้ไงว่า ตรงไหนเป็นชั้นหินดินดานบริสุทธิ์ ก็เอาค่าที่สูงที่สุดของหลุมนั่นแหละ 555 เอากันง่ายๆแบบนี้แหละ (อีกแล้ว) สมมติว่าคือ 90 API unit

ถ้าเราอยากรู้ว่าตรงที่ความลึกที่เราวัด GR ได้ 30 API unit มี % หินดินดานเท่าไร หรือที่เราเรียกว่า Shale volume (% Shale) ก็เทียบบรรยัติไตรยางค์เอาดื้อๆเลย ไฮเทคม๊ากกกก บอกเลย …

ตรงที่อ่านได้ 30 API unit มี % หินดินดาน (30-10)/(90-10) = 20/80 = 25%

แปลว่าตรงนั้นมีเนื้อหินดินดาน 25% มีเนื้อหินทรายปน 75%

ดังนั้นตรงที่อ่าน GR ได้ 10 API unit (หินทรายบริสุทธิ์) ก็จะมี  มี % หินดินดาน (10-10)/(90-10) = 0% ก็คือ หินทรายล้วนๆ 100% นั่นเอง

ในทางกลับกันตรงที่อ่าน GR ได้ 90 API unit (หินดินดานบริสุทธิ์) ก็จะมี  มี % หินดินดาน (90-10)/(90-10) = 100% ก็คือ หินดินดานล้วนๆ 100% นั่นเอง

สูตรก็ง่ายๆ … % เนื้อหินดินดาน = (ค่าที่อ่านได้ – ค่าต่ำสุดของหลุม) / (ค่าสูงสุดของหลุม-ค่าต่ำสุดของหลุม)

ส่วน … % เนื้อหินทราย = 1 – % เนื้อหินดินดาน

หลักการเดียวกันนี้ก็ใช้กับ SP log ได้เช่นกัน เพียงแต่เปลี่ยนค่าที่อ่านเป็นค่า SP แทนที่จะเป็นค่า GR

วิธีคิดนี้เป็นวิธีที่นิยมใช้แพร่หลายทั่วๆไปเรียกว่าวิธี linear คือ เชิงเส้น ตรงไปตรงมาเป็นสัดส่วนกัน ซึ่งจะเห็นว่า ผลที่ได้ขึ้นกับค่าสูงสุดและต่ำสุดในหลุม (หรือคือของพื้นที่ที่หลุมนั้นอยู่) ค่าๆนั้นก็เป็นค่าที่ขึ้นอยู่กับพื้นที่หรือแหล่งนั้นๆ นั่นแปลว่า % เนื้อหินทรายที่ได้จากวิธีนี้ ของแหล่งหนึ่ง ก็ไม่สามารถเทียบได้กับ % เนื้อหินทราย ของอีกแหล่งหนึ่ง

ในกรณีที่ขุดหลายๆหลุมในแหล่งเดียวกัน (จะรู้ได้ไง ก็เพื่อนนักธรณีไงครับจะเป็นคนบอก) สูตรก็จะเป็น

% เนื้อหินดินดาน = (ค่าที่อ่านได้ – ค่าต่ำสุดของแหล่ง) / (ค่าสูงสุดของแหล่ง-ค่าต่ำสุดของแหล่ง)

นั่นแปลว่าอะไร แปลว่า ไม่ทุกหลุมจะเห็น % เนื้อหินดินดานหรือเนื้อหินทรายเต็มร้อย หรือ ไม่มีเลย … จริงไหมครับ ลองคิดดีๆ

เหมือนเราชิมแกง (ขุดหลุม) ในหม้อ (แหล่ง) ที่คนไม่ทั่วนั่นแหละ ตักผิวๆขอบหม้อมาชิม อาจจะเค็มประมาณนึง ตักผิวๆก้นหม้อ ก็อาจจะได้เค็มอีกประมาณนึง แต่ถ้าไปตักตรงกลางหม้อ อาจจะได้ระดับความเค็มคนล่ะอย่าง พอจะวัดระดับความเค็มทั้งหม้อให้เป็นระบบเดียวกัน ก็ต้องดูว่า ที่เค็มสุดในหม้อ อยู่ที่เท่าไร ที่จืดสุดอยู่ที่เท่าไร แล้วพอเราจ้วงชิมตรงไหน ก็เอาค่าความเค็มตรงนั้นมาคำนวน ก็จะได้ค่าความเค็มสัมพัทธ์กับความเค็มสูงสุดต่ำสุดของแกงในหม้อ

ถ้าอย่างนั้นแปลว่า จุดที่เค็ม 40 % ของหม้อนี้ (แหล่งนี้) อาจจะจืดกว่าจุดที่เค็ม 30% ของอีกหม้อ (อีกแหล่ง) เพราะว่า ระดับความเค็มสูงสุดต่ำสุดของ 2 หม้อมันไม่เท่ากัน แต่ถ้าอยากให้ระดับความเค็มของสองหม้อนี้เปรียบเทียบกันได้ ก็ต้องเอาค่าสูงสุดและต่ำสุดในการคำนวนให้ ให้เป็นค่าสูงสุดและต่ำสุดของทั้ง 2 หม้อ

นอกจากวิธีนี้แล้ว ยังมีอีกหลายๆวิธี ที่ใช้กัน แต่ก็ขึ้นกับประเภท อายุ ของชั้นหินดินดาน พูดง่ายๆว่า สูตรเฉพาะพื้นที่ล่ะกัน ซึ่งวิธีเหล่านี้ไม่ขึ้นกับค่าสูงสุดหรือต่ำสุดของแหล่งนั้นๆ (แหง๋ล่ะ เพราะสูตรพวกนี้ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้เฉพาะที่ พูดง่ายๆก็สูตรท้องถิ่นนั่นแหละ)

แล้วเราจะรู้ % เนื้อหินดินดานในหินทรายไปทำไม เอ้า ก็เราจะหาไฮโดรคาร์บอนนี่นา ไฮโดรคาร์บอนมันอยู่ในรูพรุนของหินทราย ถ้าหินทรายไม่บริสุทธิ์แปลว่า ปริมาณรูพรุนก็น้อยไปด้วย ถ้าปริมาณรูพรุนน้อย ปริมาณไฮโดรคาร์บอก (ถ้ามี) ก็จะน้อยไปด้วย จริงป่ะ

สมมุติว่า จากค่า SP หรือ GR log อ่านได้ว่าเจอชั้นหินทรายหนา 5 เมตร แล้วคลื่นสั่นสะเทือน (seismic survey) ที่สำรวจก่อนหน้า (หรือข้อมูลทางธรณีอื่นๆ) บอกว่าชั้นหินนี้กระจายเป็นพื้นที่กว้าง 10 ตารางกิโลเมตร ปริมาตรหินทรายก็คือ 5 x 10000 x 10000 = 500,000,000 ลูกบากศ์เมตร

แต่ช้าก่อนๆ ชั้นหินทรายนี้ไม่บริสุทธ์ เพราะสมมุติว่าเราคำนวน % เนื้อหินดินดานได้  60% แปลว่า เนื้อหินทรายจริงๆที่มีรูพรุนมีแค่ 40% ซึ่งก็คือ 0.4 x 500 ล้าน ลบ.ม. เพราะฉะนั้น มีเนื้อหินทรายที่มีรูพรุนจริงๆ(ให้มีลุ้นเสียวว่ามีไฮโดรคาร์บอน)แค่ 200 ล้าน ลบ.ม. หุหุ หายไปเพียบ เห็นความสำคัญของเครื่องมือเบๆนี้แล้วหรือยัง

… นี่แค่มีลุ้นนะครับ

ต้องใช้อีกหลายเครื่องมือ จนกว่าจะรู้ได้ว่า มีอะไรอยู่ในอะไร แล้วมีเท่าไร มีแล้ว ไอ้ที่มี มันจะไหลไหม (ถ้าเจาะหลุมทะลุมันลงไป)

โปรดติดตามตอนต่อไป …. 🙂

Leave a Reply

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