Wireline Logging ตอน วัดความดัน การเคลื่อนตัว และ เก็บตัวอย่างของเหลว (RFT)

ที่ผ่านมาเราได้ทราบวิธีที่จะ “รู้” ว่าในชั้นหินที่เราสนใจพอจะมีไฮโดรคาร์บอนอยู่ไหม และ ถ้ามี พอจะมีเท่าไร โดยการวัดค่าทางธรณีฟิสิกส์ต่างๆมายมายของชั้นหิน แล้วเอาไปคำนวนด้วยสมการหาน้ำมันตัวพ่อ “Archie Law”

แต่จนแล้วจนอีก เอ๊ย จนแล้วจนรอด เราก็ยังไม่รู้แบบชัวร์ๆ จับต้องได้เป็นเนื้อเป็นหนัง และ เรายังไม่รู้ว่าไอ้ที่บอกว่ามีไฮโดรคาร์บอนเท่านั้นเท่านี้น่ะ มันไหลได้หรือเปล่า ถ้าไหลได้แล้ว มันไหลสะดวกดีไหม หรือ ไหลแบบฝืดๆ แบบติดๆขัดเหมือนรถในกทม.ตอนฝนตก

นางเอกรุ่นเก่าของเราคนนี้ช่วยตอบคำถามนี้ได้ครับ นางชื่อ Repeat Formation Tester หรือ Tool (ในวงการเราเรียกสั้นๆเข้าใจตรงกันว่า RFT)

หลักการเครื่องมือชิ้นนี้ง่ายๆมากๆครับ นางจะมีกระป๋องเล็กๆอยู่ในตัวนางสองใบ ใบล่ะ 10 ซีซี หรือ 5 ซีซี (เรียกว่า pretest chamber) แล้วแต่ไซด์ว่าไซด์ปกติ หรือ ไซด์เอส (ที่เรียกว่า SRFT ก็คือ Slim RFT จะให้กระป๋องเล็ก 5 ซีซี)

แล้วนางก็จะมีริมฝีปาก (packer) ที่เอาไว้ประกบแนบสนิทกับชั้นหิน และมี หัวดูด (probe) ยื่นออกมากลางริมฝีปาก จิ้มเข้าไปในชั้นหิน (มโนภาพตาม นางคงน่าเกลียดพิลึก) อารมณ์เหมือนยุงเอาปากแหลมๆจิ้มผ่านหนังกำพร้าหนังแท้ เข้าไปดูดเลือดเรานั่นแหละ

แล้วก็ให้แรงดันในชั้นหินดันของเหลวในชั้นหินให้เข้ามาในกระป๋องที่ว่านั่นแหละ ระหว่างทางก่อนจะลงกระป๋อง ก็จะมีมาตรวัดความดัน (pressure gauge) คอยวัดความดัน

นอกจากนั้น นางยังมีกระป๋องใบใหญ่อีก 2 ใบ (sampling chamber) ใหญ่หน่อย มีหลายขนาด ใบล่ะ ตั้งแต่ 1 ถึง 10 ปกลลอน หรือ อาจจะมากว่านั้น เอาไว้เก็บตัวอย่างของเหลวหิ้วกระแตงๆขึ้นมากับนางได้ด้วย

งงดิว่าหน้าตานางจะเป็นอย่างไร มีริมฝีปาก มีหัวดูด อิอิ

หน้าตาแบบนี้เลย นางมี 2 ขาด้วยนะ เป็นแท่งๆ เอาไว้ยืดออกมาดันริมฝีปากนาง (packer) ที่เห็นเป็นยางสีดำๆนั่นนะให้อัดแน่นติดกับผนังหลุม แล้วหัวดูดที่เป็นแท่งเล็กๆก็จะงอกออกมาจากกลาง packer จิ้มเข้าไปในผนังหลุม

ตอนเอานางหย่อนลงไปเนี้ย นางจะเรียบร้อยมาก หดขาทั้ง 2 ข้าง หดริมฝีปาก หดหัวดูด ตัวนางจะเรียวดูเรียร้อยเชียว

รูปซ้า่ยคือตอนนางเรียบร้อย สุภาพๆ รูปขวาคือตอนนางแหกแข้งแหกขาพร้อมปฏิบัติการ 555 🙂 ดูเก้งก้างปนตลกๆ

รูปข้างบนนี้ เอามาให้ดูเล่นๆว่า นางมีพี่น้องที่เป็นรุ่นทวินแคม รุ่น 2 แคม เอ๊ย รุ่น 2 หัวดูดด้วยนะ

เรารู้จักรูปร่างทรวดทรงองค์เอวภายนอกของนางแล้ว เราไปตรวจภายในนางหน่อยดีไหม

ง่ายๆเลยเห็นไหมครับ เครื่องในนาง ของเหลวจะไหลผ่านหัวดูดเข้ามา เจอมาตรวัดความดัน แล้วไปลงกระป๋องทรงกระบอกใบเล็ก (pretest chamber) 2 ใบ ใบนึงผอมยาว ใบนึงอ้วนสั้น บีบให้ของเหลวไหลด้วยอัตราไหลที่ต่างกัน มีประโยชน์ยังไง ไว้จะอธิบายตอนต่อไป

ถ้าอยากเก็บตัวอย่างเอาไปเชยชม นางก็มีกระป๋องใบใหญ่อีกสองใบอยู่ด้านล่าง มีวาว์ลให้เลือกเปิดว่าจะเก็บลงใบไหนก่อนหลัง เพื่อนๆ RE (reservoir engineer) โปรดนัก ชอบให้เก็บขึ้นมาจัง

นางบอกอะไรเราได้บ้าง อย่างแรกเลย นางบอกความดันของของเหลวในชั้นหินได้ ถ้าเราเอาความดันที่วัดได้มา 2 จุด ที่ความลึกต่างกัน เราก็จะรู้ความหนาแน่นของของเหลวนั้น จริงไหมครับ

ความดัน (p) = ความหนาแน่น (d) x g (gravity) x ความลึกจากผิวของเหลว (h)

p1 = d x g x h1 … (1)

p2 = d x g x h2 … (2)

จับสมการ (1) ลบ สมการ (2)  … p1 – p1 = d x g x (h1-h2)

ย้ายข้างธรรมดาๆ … (p1-p2)/(h1-h2) / g = d

เห็นป่ะ เราก็ได้ ค่าความหนาแน่นของของเหลว รู้ความหนาแน่นของของเหลว ก็รู้ว่ามันคืออะไร น้ำ น้ำมัน ก๊าซ ความหนาแน่นมันไม่เท่ากัน

 

ส่วนมากก็ใช้วิธีจิ้มวัดหลายๆจุด แล้ววัด พล๊อตกราฟออกมาให้ความลึกอยู่แนวตั้ง ความดันอยู่แนวนอน ความชั้นของกราฟที่เราเรียกว่า pressure gradient นั่นแหละ มันจะบอกว่าของเหลวในชั้นหินนั่นเป็นอะไร

แล้วอย่างในรูปข้างบน ถ้าเราต่อเส้ยความชันให้มันมาตัดกัน เราก็จะได้จุดที่ของเหลวเปลี่ยนชนิด หรือ ที่เรียกว่า contact ไม่ว่าจะเป็น gas oil contact หรือ oil water contact

และที่ต้องท่องให้ขึ้นใจคือ แกนความลึกที่ใช้นั้นต้องเป็น VD vertical depth คือ ความลึกที่วัดในแนวดิ่งลงมา เพราะเรากำลังใช้สูตรความดันของของเหลว ที่ความลึกนั้นต้องเป็นความลึกในแนวดิ่ง ความดันเนื่องจากน้ำหนักของเหลวไม่สนใจแนวหลุมหรอกครับ มันสนแต่แนวดิ่ง

เอาล่ะได้ไปอย่างแล้ว ตอบได้ชัดๆจะแจ้งไปว่าของเหลวมันคืออะไร จากการวัดความดัน และ การเก็บตัวอย่าง แต่ทั้งหมดนั่น รวมถึงกฏตัวพ่อ Archie เป็นการตอบคำถามในตอนที่ของเหลวไม่ได้เคลื่อนที่ไปไหน นั่นถือตอบคำถามของภาวะ static ว่ามีอะไร มีเท่าไร

คำถามต่อไปคือมันจะไหลได้ไหม (ภาวะ dynamic) ถ้าไหลได้ จะไหลได้ดีแค่ไหน นี่ต้องอาศัยตัวพ่ออีกตัวนึงคือ นาย Darcy

Darcy ทดลองโดยตัดเอาหินทรายรูปทรงกระบอก (รู้พื้นที่หน้าตัด และ ความยาว) เอามาทดลองดังรูปข้างล่าง วัดอัตราการไหลของน้ำ วัดความดันขาเข้า p1 และ ขาออก p2

เขาพบว่า ความสามารถในการไหล หรือที่เรียกว่า mobility เนี่ย แปรผันตรงกับ อัตราการไหล และ แปรผกผันกับความแตกต่างของความดัน (ก็คือความดันตกคร่อม หรือ ก็คือ pressure drop นั่นเอง

ถ้าจะเทียบเคียงกับไฟฟ้าก็ได้ครับ mobility ก็คือ conductivity (ความสามารถในการนำไฟฟ้า C ) นั่นเอง Q อัตราการไหลก็คือ I กระแสไฟฟ้า ส่วน p2 – p1 ก็คือ ความต่างศักย์ V2 – V1 นั่นเองครับ มันก็ V = IR = I/C ดีๆนี่แหละ

นาย Darcy ก็หาต่อไปว่า อะไรบ้างที่เกี่ยวข้อง โดยการเปลี่ยนชนิดของเหลว และ ชนิดของหินที่เอามาทดลอง ก็ได้เป็นสมการ หรือ กฏของ Darcy

ค่า A/L (พื้นที่หน้าตัดหารความยาว) นั่น ก็คือค่าคงที่ของรูปทรงที่ของเหลวไหลผ่าน จะเขียนแทนด้วยค่าคงที่ G ก็ไม่ผิดอะไร

ค่า k คือ ค่า “ความสามารถให้ของไหลซึมผ่าน” (permeability) เป็นค่าเฉพาะตัวของตัวกลาง (ชั้นหิน) ไม่ขึ้นกับชนิดของของไหล แต่ขึ้นกับการกระจายตัวของรูพรุน (pore distribution) การต่อเชื่อมกันของรูพรุนในชั้นหิน (pore connectivity) ขนาดรูปร่างของเม็ดหิน (grain size and shape) และ การเชื่อมต่อกันของเม็ดหิน (binding)

ค่าความสามารถในการไหล (mobility) นั้นก็คือค่า k/ความหนืดของของเหลว ค่านี้ขึ้นกับชนิดของตัวกลาง (ชั้นหิน) และ ชนิดของของไหล ซึ่งก็ยุติธรรมและสมเหตุสมผลดี

ผมเปรียบเทียบง่ายๆแบบนี้ว่า จากดอนเมืองไปสนามหลวง กับ จากดอนเมืองไปสระบุรี มีค่าความสามารถให้พาหนะเคลื่อนผ่าน (permeability) ที่แตกต่างกัน จริงไหมครับ เพราะ ความสามารถให้พาหนะเคลื่อนผ่าน ขึ้นกับขนาดถนน ระยะทาง จำนวนสี่แยก สามแยก โครงข่ายถนน ซอยต่างๆ จำนวนห้างฯ จำนวนสถานที่ราชการ จำนวนโรงเรียน ฯลฯ

ที่นี้เรามาดูว่า จากดอนเมืองไปสนามหลวง เหมือนกัน แต่ถ้าพาหนะเป็น รถบรรทุก 10 ล้อ รถเมล์ รถเก๋ง มอเตอร์ไซด์ เกวียน ความสามารถในการเคลื่อนที่ (mobility) ของพาหนะแต่ล่ะอย่างก็ต่างกัน (ถึงแม้ความสามารถให้พาหนะเคลื่อนผ่าน (permeability) จะเท่ากัน เพราะจากดอนเมืองไปสนามหลวงเหมือนๆกัน)

รถบรรทุก 10 ล้อ รถเมล์ รถเก๋ง มอเตอร์ไซด์ เกวียน มีค่าความหนืด ต่างกัน รถ 10 ล้อ อ้วนกว่า เครื่องก็ดีเซล ก็อาจจะมีค่าความหนืดสูง รถมอเตอร์ไซด์ เล็ก เบา ค่าความหนืดก็น้อย อารมณ์ประมาณนี้

ดังนั้น ค่าความสามารถในการไหล (mobility) = ความสามารถให้พาหนะเคลื่อนผ่าน (permeability)/ค่าความหนืด นั้นก็ดูสมเหตุผลดี เพราะถ้าค่าความหนืดสูงๆ (อย่างรถ 10 ล้อ ความหนืดสูงๆ) ค่าความสามารถในการไหล (mobility) ของรถ 10 ล้อก็ควรจะต่ำจริงไหมครับ

ถ้าเราย้ายข้างสมการก็จะได้

Q = QL/A(p2-p1)

อย่างที่เกริ่นไว้แต่แรกแล้วว่า A กับ L เป็นค่าคงที่ของรูปพรรณสันฐานของตัวกลางที่ของไหลไหลผ่าน ลองถ้าเป็นรูปข้างล่างนี้ดิ ก็ไม่รู้จะเอา A ไหนมาใช้ เพราะรูปมันไม่สมมาตร

ทีนี้เรามาดูกลไลการไหลตอนนางประกบริมฝีปาก (packer) แล้วยื่นหัวดูดจิ้มเข้าไปจูจุ๊บกับชั้นหิน กันหน่อยว่า รูปร่างการไหล มันจะเป็นแบบทรงกระบอกแบบกฏของ Darcy ไหม

โดยสามัญสำนึก เราอาจจะจิ้นมโนไปว่า ของเหลวมันอาจจะไหลแบบรูปข้างล่างนี่ คือแย่งกันไหลเข้ามาจากทุกทาง เป็นครึ่งทรงกลมสวยงาม

จริงๆมันอาจจะเป็นแบบรูปข้างล่างนี้ หรือ แบบไหนก็ได้

สรุปคือ รูปแบบการไหล (ค่าคงที่ A, L) ในกรณีของนางนั้น ไม่แน่นอนแป๊ะๆ ขึ้นกับขนาด และ รูปร่าง ริมฝีปากนางที่เอาไปประกบ (packer size และ shape) และขึ้นกับ ขนาด และ รูปร่าง หัวดูดของนางที่ใช้จิ้ม (probe size และ shape)

ค่าคงที่นี้ก็จะใช้เฉพาะรุ่นขนาดและยี่ห้อนั้นๆไป เราในฐานะคนใช้งานก็พิมพ์ในเครื่องคอมฯให้ถูกรุ่นถูกเบอร์ก็พอ โปรแกรมมันหาค่าคงที่นี้มาคำนวนให้เราเองแหละ

สรุป ถ้าเรารู้ อัตราการไหล Q ความดันเริ่มต้น p1 ความดันสุดท้าย p2 เราก็หาค่าความสามารถในการไหล (mobility) ของของเหลวนั้นได้ และถ้าเรารู้ค่าความหนืด เราก็จะหาค่า ความสามารถให้ของไหลซึมผ่าน (permeability) ได้

นางให้คำตอบเราได้ครับ

เวลาของไหลไหลเข้ามาในกระป๋องเล็ก (pretest chamber) เรามีมาตราวัดความดันอยู่นี่ครับ เราสามารถวัดค่าความดันเทียบกับเวลาได้ หน้าตากราฟจะออกมาประมาณนี้

ก่อนจุด A หัวดูดหดอยู่ในตัวนาง หัวดูดก็จะอ่านค่าความดันของน้ำโคลน

ที่จุด A หัวดูดยื่นออกมาเริ่มจิ้มเข้าไปในชั้นหิน ของเหลวในชั้นหินก็จะไหลเข้ามาที่กระป๋องเล็ก (pretest chamber) ความดันจะลดต่ำลงเรื่อยๆจนเต็มกระป๋องที่จุด B จากนั้นความดันก็เริ่มเพิ่มขึ้น (อารมณ์เหมือนเวลาเราเติมแก๊สรถหรือลมยางน่ะครับ ช่วงแรกแก๊สจะไหลเข้าถังเราความดันก็จะตก พอแก๊สเต็มถัง ความดันก็เริ่มไต่ขึ้น จนเท่ากับความดันที่หัวจ่าย)

ที่จุด C เมื่อความดันเริ่มคงที่เท่ากับความดันในชั้นหิน ก็ถือว่าเสร็จกิจ รออีกแป๊บให้ชัวร์ๆว่านิ่งสนิท แล้ววิศวกรก็จะสั่งให้นางหดหัวดูด หด packer หดแข้งหดขา (ที่ค่ำยันผนังหลุมอีกด้าน) เข้ามา ความดันที่หัวดูดอ่านได้ก็จะเป็นความดันของน้ำโคลนเหมือนเดิม

เรารู้ปริมาตรกระป๋อง รู้ระยะเวลาที่ไหลเข้ามาเต็มกระป๋อง (t2-t1) ก็รู้ อัตราการไหล Q

รู้ความดันเริ่มต้น p2 รู้ความดันสุดท้าย p1 ก็รู้ p2 – p1

รู้รุ่นและขนาด packer กับ probe ก็รู้ค่าคงที่

ก็ใส่สมการหา mobility ได้ เราเรียกว่า draw down mobility แล้วเราจะรู้ค่าความหนืดของของเหลวได้อย่างไร

โดยทั่วๆไปเราไม่ทราบครับ ยกเว้นแต่จะเก็บตัวอย่างของเหลวนั้นขึ้นมาวัด ไม่ก็ต้องเดาๆเทียบๆเอากับชั้นหิน หรือ แหล่ง ข้างเคียง ปล่อยให้เป็นภาระหน้าที่ของวิศวกรแหล่งผลิตเถอะ หน้าที่ผมแค่เอานางลงหลุม ปฏิบัติกิจ ลากนางขึ้นมา โดยปลอดภัยก็ภาระหนักของผมแล้ว

ทีนี้ที่นางมี 2 กระป๋องเล็กนั่นเพื่ออะไร ก็จะได้วัดกันได้แม่นขึ้นไงครับ เพราะนางจะวัด 2 ครั้ง ครั้งแรกให้ไหลเข้ากระป๋องใบที่ไหลเข้ายากก่อน พอกระป๋องแรกเต็ม ก็จะไหลเข้ากระป๋องที่สอง หน้าตากราฟก็จะเป็นแบบนี้

จะเห็นว่ากระป๋องแรก ไหลช้า ไหลนานกว่าจะเต็ม พอใบแรกเต็มก็เข้าใบที่สองที่ไหลเร็วกว่า เลยเต็มเร็ว จะเห็นว่าเราสามารถคำนวนค่า mobility ได้ 2 ตัว อย่างแม่นยำ

ส่วนช่วงที่ความดันไต่ขึ้น (build up) นั้น เราก็สามารถใช้มาหา mobility ได้เช่นกัน แต่ไม่นิยมกัน เพราะความคลาดเคลื่อนสูง ตัวแปรมันเยอะกว่า ผมจะไม่กล่าวถึงก็แล้วกัน

โดยมาก RE (reservoir engineer) ใช้ช่วงความดันไต่ขึ้น หรือ build up นี้คำนวนหารูปทรงและขอบเขตของแหล่ง (reservoir boundary, shape) ส่วนเขาดูกันอย่างไร คำนวนกันอย่างไร ผมก็ไม่ทราบครับ ผมเป็นแค่กรรมกรขุดหลุมให้เขา

จบมันง่ายๆอย่างนี้แหละครับ …

ปล. ใครเอาอดีตนายกหญิงเราไปซ่อน ยกมือขึ้น 555

Leave a Reply

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