Wireline Logging ตอน Resistivity Tool EP1

มาถึงตอนนี้ เรารู้ที่จะแยกชนิดชั้นหินแล้วว่า ตรงไหนเป็นหินดินดาน ไม่มีรูพรุน ตรงไหนเป็นหินทราย มีรูพรุน แถมยังวัดปริมาณรูพรุนออกมาได้ด้วยว่ามีกี่ % ของชั้นหินทั้งหมด

คำถามเดียวที่ยังเหลือคือ จะรู้ได้ไงว่าในรูพรุนนั้น เป็นน้ำ หรือ น้ำมัน

โดยธรรมชาติแล้วในรูพรุนของชั้นหิน ถ้าไม่มีน้ำ ก็น้ำมัน ไม่งั้นก็ก๊าซ และ น้ำนั่นโดยมากก็ไม่ใช่น้ำบริสุทธิ์มีแร่ธาตุอะไรต่อมิอะไรเต็มไปหมด โดยมากก็เกลือต่างๆแหละ ไม่เกลือคลอไรด์ เกลือซัลเฟต เกลือโน้น เกลือนี่ ไม่ว่าเกลืออะไร ก็มีอิออนเป็นองค์ประกอบ ดังนั้น น้ำพวกนี้จะนำไฟฟ้า

งั้นแปลว่า ถ้าเราวัดความต้านทานไฟฟ้าชั้นหินทรายได้ เราก็รู้ได้ซิว่าชั้นหินนั่นมันมีน้ำมันหรือน้ำ เพราะน้ำมันมันไม่นำไฟฟ้านี่นา จริงป่ะ

งั้นเรามาปัดฝุ่นวิชาไฟฟ้ากันหน่อย

ถ้ามีกระแส (I) ไหลผ่านวัตถุ จะเกิดความต่างศักดิ์ไฟฟ้า (V) ตกคร่อมวัตถุนั้น โดยอัตราส่วนของ V และ I จะคงที่ ขึ้นกับความต้านทานกระแสไฟฟ้า (R) ของวัตถุนั้น

ความดันตกคร่อม (V) = ความดันต้นทาง (V2) – ความดันต้นทาง (V1)

R = V/I

จบครับ รู้แค่นี้พอ 555 แค่นี้ก็หากินได้แล้ว

ต่อมาที่ต้องรู้คือเรื่องกลไกลการซึมของน้ำโคลนเข้าไปในชั้นหินทราย ทำไมคิดแค่การซึมเข้าไปในชั้นหินทรายล่ะ เพราะ 1. หินดินดานเนื้อหินแน่นเนียนอัดกันปึ๊กแทบไม่มีรูพรุนน้ำโคลนซึมเข้าไปไม่ได้ 2. หินดินดานแทบไม่มีรูพรุนเลย ดังนั้นไม่สนใจมัน เพราะมันไม่มีโอกาสจะมีน้ำมัน

มาดูน้ำโคลนกับหินทรายในหลุมกัน

 

อย่าเพิ่งร้องจ๊าก … ไม่ต้องสนใจสัญลักษณ์มากมายอะไร ดูข้ามๆไป ดูสีก็พอ ในหลุมมีน้ำโคลน (mud เขียนแทนสั้นๆว่า m) ที่เทาๆ พอน้ำโคลนซึมเข้าไปในหลุม ก็จะมีขี้โคลนฉาบเคลือบผนังหลุม (mud cake เขียนแทนว่า mc) ที่เห็นเป็นเส้นย้วยๆเคลือบผนังหลุมนั่นแหละ

ถัดจากผนังหลุมเข้ามาก็จะเป็นส่วนของชั้นหินที่โดนน้ำโคลน (mud filtrate เขียนแทนว่า mf) เข้ามาเต็มๆ เราเรียกว่า flushed zone หรือ invaded zone ก็คือส่วนที่น้ำตาลเข้มในรูป

ถัดเข้ามาอีก ก็จะเป็นส่วนที่ปนๆกันระหว่างน้ำโคลน และของเหลวดั่งเดิมในชั้นหินทราย เราเรียกว่า ส่วนรอยต่อ หรือ transition zone ก็คือส่วนที่น้ำตาลอ่อนในรูป

ส่วนใน ลึกสุด เป็นส่วนที่น้ำโคลนซึมเข้าไปไม่ถึง ของเหลวที่อยู่ในรูพรุน ยังเป็นของเหลวเดิมๆ ก็คือส่วนที่เหลือในรูป

ส่วนชั้นหินที่ประกบชั้นหินทรายทั้งข้างบนข้างล่าง เป็นชั้นดินดินดาน (shale เขียนแทนว่า s) ก็คือส่วนที่เหลือเขียวในรูป

ข้อตกลงเพื่อความเข้าใจตรงกันจากนี้ไป

R คือ ความต้านทานจำเพาะ (Resistivity) มีหน่วยเป็นโอห์ม.เมตร หมายถึงว่า ตัวนำยาว 1 เมตร จะมีความต้านเท่าเท่านี้โอห์ม

ถ้าเขียน R ตามด้วย อักษรตัวเล็กอะไร แปลว่า resistivity ของสิ่งนั้น เช่น Rm คือ mud cake resistivity … เข้าใจตรงกันนะ

ยกเว้น Rt ที่จะหมายถึง True resistivity คือ ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของชั้นหินดังเดิมในสุดที่น้ำโคลนซึมเข้าไปไม่ถึง (สีเหลือง) เน้นว่าเป็น ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของชั้นหินนะครับ ไม่ใช้ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของของเหลวในชั้นหิน

เอาล่ะ สมมุติว่าผมหย่อนเครื่องมือลงไปในหลุมแล้วเริ่มปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมา หน้าตาเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลจะเป็นไง เป็นแบบนี้ไงครับ ตามรูปข้างล่าง กระแสไฟฟ้าเส้นทีเหลือง จะไหลไปทุกทาง โดยที่จุดหมายปลายทางอยู่ที่ผิวดินด้านบนที่ขั้วของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายลงมา (ground)

แต่ถ้าเราเอาขั้วของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายลงมา (ground) มาติดไว้ที่เครื่องมือล่ะ หน้าตาเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลจะเป็นไง

แทนที่กระแสไฟฟ้าจะไหลขึ้นไปที่ผิวดิน มันก็จะไหลย้อนกลับเข้ามาที่ตัวเครื่องมือตรงจุดที่เราเอาขั้วของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายลงมา (ground) มาติดไว้ แล้วถ้าน้ำโคลนในหลุมมันนำไฟฟ้าดี๊ดี ดีกว่าของเหลวในชั้นหินเยอะๆล่ะ หน้าตาเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลจะเป็นไง จะเกิดอะไรขึ้น ก็เกิดอย่างรูปข้างล่างนี่ไงครับ

กระแสไฟฟ้าก็ไม่ไหลเข้าไปในชั้นหินอ่ะดิ จริงป่ะ กระแสไฟฟ้าก็เหมือนน้ำนั่นแหละ ที่ไหนความต้านทานน้อย แรงต้านน้อย มันก็เฮโลไปทางนั้น เมื่อกระแสไฟฟ้าไม่วิ่งเข้าไปในชั้นหิน แล้วเราจะวัดความต้านทานชั้นหินได้ไง

จะไปเพิ่มความต้านทานไฟฟ้าน้ำโคลนให้มากๆกว่าชั้นหินก็ไม่ได้ เพราะก่อนที่กระแสไฟฟ้าจะวิ่งเข้าชั้นหิน มันต้องวิ่งผ่านน้ำโคลนเสียก่อนจริงไหม ถ้าไปเพิ่มความต้านทานน้ำโคลน กระแสไฟฟ้าก็ไม่ต้องไหลออกจากตัวเครื่องมือพอดี

ความต้านทานน้ำโคลนเป็นดาบสองคมครับ ความต้านทานมากไปกระแสไฟฟ้าก็ไม่ไหลออกจากเครื่องมือ ความต้านทานน้อยไปกระแสก็ไหลในน้ำโคลนหมดไม่เข้าไปในชั้นหิน

ดังนั้นทางแก้คือเราก็ต้องหาวิธีบีบให้กระแสไฟฟ้าวิ่งเข้าไปที่ชั้นหินให้ได้ โดยที่ไม่ต้องไปเพิ่มความต้านทานน้ำโคลน

เราก็ส่งกระแสไฟฟ้าอีกส่วนหนึ่งออกมาจากอีกขั้วหนึ่งซิครับ ให้มันไหลคืนกลับมาที่ขั้วเดียวกัน มันก็จะผลักให้กระแสไฟฟ้าหลักเข้าไปในชั้นหินได้

ตามรูปข้างบน ถ้าเรามีขั้วเล็กๆอีกสองขั้วอยู่ระหว่างกระแสผลักทีแดง และ กระแสที่ใช้วัดสีเหลือง แล้วเราใช้ระบบควบคุมย้อนกลับ (feedback control) เชื่อมเข้ากับแหล่งจ่ายกระแสทั้งสอง แล้วปรับแต่งความต่างศักย์ของแหล่งกระแสทั้งสองโดยให้จุดสองจุดที่วัด (ตามรูป) มีความต่างศักดิ์เท่ากับศูนย์ นั่นคือ เรากำลังผลักกระแสที่ใช้วัดสีเหลืองให้เข้าไปในชั้นหิน

ไม่ต้องแปลกใจถ้าฟังผมอธิบายไม่รู้เรื่อง เพราะมันเกี่ยวกับ feedback control ทางไฟฟ้า เอาเป็นว่าเรามีวิธีปรับให้กระแสผลักสีแดงมันผลักกระแสวัดสีเหลืองให้เข้าไปในชั้นหินได้ก็พอ

เราวัดค่ากระแสสีเหลือง (I) ได้ รู้ระยะห่างระหว่างจุดที่ปล่อยกระแสกับจุดที่กระแสวกกลับเข้าไป เราวัดความต่างศักดิ์ (V) ได้ จับ V หาร I หาร ระยะทาง ก็ได้ resistivity แล้ว เย้ๆ … 🙂

ไหนๆมาถึงขั้นนี้แล้ว ถ้าพอแค่นี้ จบตรงนี้ เดี๋ยวสายแข็งจะเคือง ต่ออีกหน่อยล่ะกันเนอะ

ในการวัดนั้น เราส่งกระแสไฟฟ้าเข้าไป 3 กระแส (เราทำได้ไง เป็นเรื่องทางอิเลคทรอนิคครับ เกินบริบทไปหน่อย ไม่เกี่ยวกับเรื่องของเราเท่าไร) เพื่อวัดความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของชั้นหินในช่วงระยะต่างๆกันตามการรุกล้ำเข้าไปของน้ำโคลน

เพื่อความสะดวก ผมเอารูปข้างบนลงมาให้ดูใหม่

เราต้องการวัดค่า

ความต้านทานจำเพาะของชั้นหินที่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปเต็มๆ (เขียนแทนว่า Ri) – โซนสีน้ำตาลเข็ม

ความต้านทานจำเพาะของชั้นหินที่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปบางส่วน (เขียนแทนว่า Rtr) – โซนสีน้ำตาลอ่อน และ

ความต้านทานจำเพาะของชั้นหินที่น้ำโคลนซึมเข้าไปไม่ถึง (เขียนแทนว่า Rt) – โซนสีเหลือง

กระแสไฟฟ้าส่วนแรก เป็นส่วนที่ตื้นๆ เราส่งเข้าไปเพื่อวัดความต้านทานจำเพาะของชั้นหินที่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปเต็มๆ เส้นทางไหลของกระแสไฟฟ้าส่วนนี้จะเป็นตามวงจรข้างล่าง

Rm คือ ความต้านทานของน้ำโคลน

Rmc คือ ความต้านทานของขี้โคลนที่เคลือบผนังหลุม

Ri คือ ความต้านทานของชั้นหินที่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปเต็มๆ

เราวัด Vs กับ Is ได้ เพราะเครื่องมือเราเองที่ส่งกระแสไฟฟ้าเข้าไปนี่นา จริงไหม Rm กับ Rmc เราก็วัดได้ เพราะมันคือน้ำโคลน กับ ขี้โคลน เราก็ไปเก็บตัวอย่างมาจากบ่อน้ำโคลน วัดค่า แล้วก็ไปเปิดตารางดูค่าชดเชยเนื่องจากอุณหภูมิ เพราะว่าความต้านทานจะเปลี่ยนตามอุณหภูมิ อุณหภูมิในหลุมมันร้อนกว่าอุณหภูมิของน้ำโคลนและขี้โคลนจากบ่อน้ำโคลนที่เราเอามาวัด

Vs/Is = Rm+Rmc+Ri+Rmc+Rm

รู้หมดทุกอย่าง ยกเว้น Ri ก็แก้ผ้า เอ๊ย แก้สมการหา Ri เอาล่ะกัน รู้ระยะห่างระหว่างขั้วที่ส่งกระแส และ ที่รับกระแส จับเอาไปหาร Ri ก็ได้ความต้านทานจำเพาะที่หน่วยเป็น โอห์ม.เมตร

กระแสไฟฟ้าส่วนที่สอง เป็นส่วนที่ลึกเข้าไปอีกนิสนุง เราส่งเข้าไปเพื่อวัดความต้านทานจำเพาะของชั้นหินที่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปบางส่วน เส้นทางไหลของกระแสไฟฟ้าส่วนนี้จะเป็นตามวงจรข้างล่าง

Vx/Ix = Rm+Rmc+Ri+Rtr+Ri+Rmc+Rm

Ri ก็รู้มาจากการแก้สมการข้างบนก่อนหน้าแล้ว

รู้หมดทุกอย่าง ยกเว้น Rtr ก็แก้สมการหา Rtr เอาล่ะกัน รู้ระยะห่างระหว่างขั้วที่ส่งกระแส และ ที่รับกระแส จับเอาไปหาร Rtr ก็ได้ความต้านทานจำเพาะที่หน่วยเป็น โอห์ม.เมตร

กระแสไฟฟ้าส่วนที่สาม เป็นส่วนที่ลึกเข้าไปอีก เราส่งเข้าไปเพื่อวัดความต้านทานจำเพาะของชั้นหินที่ไม่โดนน้ำโคลนซึมเข้าไปเลย หรือ ความต้านทานจำเพาะของชั้นหินดังดิมแท้ๆ เส้นทางไหลของกระแสไฟฟ้าส่วนนี้จะเป็นตามวงจรข้างล่าง

Vt/It = Rm+Rmc+Ri+Rtr+Rt+Rtr+Ri+Rmc+Rm

Rtr และ Ri ก็รู้มาจากการแก้สมการข้างบนก่อนหน้าแล้ว

รู้หมดทุกอย่าง ยกเว้น Rt ก็แก้สมการหา Rt เอาล่ะกัน รู้ระยะห่างระหว่างขั้วที่ส่งกระแส และ ที่รับกระแส จับเอาไปหาร Rt ก็ได้ความต้านทานจำเพาะที่หน่วยเป็น โอห์ม.เมตร

โอ้ โห ทำไมมันง่ายอย่างนี้ 555 จริงๆมันยุ่งยากพิศดารกว่านี้เยอะ เอาหลักการไปล่ะกัน ที่เหลือค่อยไปเรียนเอาใน wireline school หรือ LWD school

ถ้าเอาเครื่องมือนี้ไปวัดค่าความต้านทานจำเพาะของชั้นหินดินดานที่ไม่มีรูพรุน และ เนื้อหินละเอียดเนียนอัดกันแน่นปั๊ก ดังนั้นก็ไม่มีของเหลวขังอยู่ จริงไหม เมื่อไม่มีรูพรุน น้ำโคลนก็ซึมไม่ได้ ดังนั้น ชั้นที่โดนน้ำโคลนซึมก็จะบางมากๆจนแทบไม่มี กระแสไฟฟ้าที่เราส่งเข้าไปก็จะเลยเถิดเข้าไปวัดส่วนที่น้ำโคลนซึมไม่ถึงทั้ง 3 กระแส

นั่นคือ ในทางทฤษฎี Ri = Rtr = Rt และ จะมีค่าสูงมากๆ พออ่านในผลการวัด (log) ในทางปฏิบัติก็จะเห็น 3 เส้นนี้ ขี่กันไป พันกันมา เหมือนๆจะเป็นเส้นเดียวกัน

นั่นไง เราได้เครื่องมือจำแนกหินดินดานออกจากชั้นหินทรายแล้ว จริงไหมครับ

เอาตัวอย่างจริงมาให้ดูเลย ที่ผมวงแดงคือ ชั้นหินดินดาน จะเป็นว่าค่า resistivity ตื้น(SFL) กลาง(ILM) และ ลึก(ILD) เส้นแทบจะซ้อนกันเลย ซึ่ง ก็สอดคล้องกับ SP ที่อ่านได้ในช่องกราฟซ้ายมือคือ SP จะสูงขึ้นมา

ในทางกลับกัน ตรงส่วนที่เป็นชั้นหินทราย resistivity ตื้น(SFL) กลาง(ILM) และ ลึก(ILD) จะแยกกันชัดเจน และ SP ก็จะอ่านออกมาตรงข้าม คือ ค่าต่ำ

ลำดับการแยก และ ระยะของการแยก ของ 3 เส้นนี้ ก็บอกอะไรได้อีก แต่รู้แค่นี้พอก่อนเถอะ เดี๋ยวจะเวียนหัวไปกันใหญ่

จะเห็นว่าวิธีนี้ปัจจัยหลักสำมะคัญอยู่ที่ความต้านทานไฟฟ้าสัมพัทธ์ระหว่างน้ำโคลนและชั้นหิน ถ้าน้ำโคลนความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่าความต้านทานไฟฟ้าของชั้นหิน ก็จบข่าวเลย เครื่องมือนี้จะเดี้ยงทันที

เคยได้ยินคำว่า Oil base mud ไหม ….

มันคือน้ำโคลนที่เป็นน้ำมัน … ดังนั้น น้ำโคลนแบบนี้ไม่นำไฟฟ้า … ทำไงดีล่ะโยม …

โปรดติดตาม … 🙂

Leave a Reply

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