เทคนิคการเจาะหลุม ปิโตรเลียม (ฉบับกรมเชื้อเพลิงฯ) Petroleum Well Drilling

เทคนิคการเจาะหลุม ปิโตรเลียม มีคนเขียนเรื่องนี้ไว้มากมาย ทั้งคนไทยเขียนกัน ฉบับเชฟรอนก็มี ฉบับ ปตท.สผ.ก็มี ฉบับที่น่าจะถือว่าเป็นทางการก็น่าจะเป็นฉบับของกรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ ฉบับนี้ถือว่าผ่านการตรวจทานของกูรูมาแล้ว ถือว่าใช้อ้างอิงได้ ดังนั้นเพื่อความสมบูรณ์และความเป็นสิริมงคลของบล๊อกผม ก็ขอนิมนต์ต้นตำรับอย่างเป็นทางการมาสถิตไว้ ณ.ที่นีัด้วย

ที่มา – http://www.dmf.go.th/index.php?act=petroleum&sec=drilling_technic

เทคนิคการเจาะหลุม ปิโตรเลียม

ผลที่ได้จากการสำรวจธรณีฟิสิกส์ คือ โครงสร้างที่คาดว่าจะเป็นแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม ในการเจาะสำรวจขั้นแรก เป็นการเจาะสำรวจเพื่อหาข้อมูลธรณี การลำดับชั้นหิน ยืนยันโครงสร้างธรณี และพิสูจน์ว่ามีปิโตรเลียมภายในโครงสร้างนั้นหรือไม่ ถ้าพิสูจน์ได้ว่ามีปิโตรเลียม จะมีการเก็บข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับแหล่ง และคุณภาพปิโตรเลียมไปพร้อมๆ กัน เช่น อายุของชั้นกักเก็บ ชนิดของหิน ความพรุน และคุณสมบัติของหินที่ยอมให้ของไหลไหลผ่านช่องว่างที่ติดต่อกันภายในชั้นหินได้ (Permeability) ตลอดจนชนิดและคุณภาพของปิโตรเลียมที่พบ

เทคนิคการเจาะหลุม ปิโตรเลียม เมื่อพบปิโตรเลียมในหลุมแรกที่เจาะแล้ว จะมีการเจาะสำรวจเพิ่มเติมเพื่อหาข้อมูลในรายละเอียด เช่น ขอบเขตที่แน่นอนของแหล่ง ปริมาณการไหลของปิโตรเลียม เรียกขั้นตอนนี้ว่า การเจาะขั้นประเมินผล ผลการเจาะประเมินผลนี้ จะทำให้ทราบถึงปริมาณสำรองปิโตรเลียมของแหล่งกักเก็บนั้น หลังจากนั้นบริษัทผู้ประกอบการจะทำการประเมินคุณค่าทางเศรษฐกิจของแหล่ง เพื่อตัดสินใจว่าจะลงทุนทำการผลิตต่อไปหรือไม่ ซึ่งจะต้องเจาะหลุมเพื่อการผลิต เรียก หลุมผลิต หรือหลุมพัฒนา (Development Well) ต่อไป

สำหรับทิศทางของหลุมเจาะมีทั้งเป็นแบบหลุมตรง (Straight Well) ซึ่งมักเป็นหลุมเจาะสำรวจขั้นแรก หลุมเอียง(Deviation Well) หรือหลุมเจาะในแนวราบ (Horizontal Well) มักเป็นการเจาะขั้นประเมินผล และการผลิต ทั้งนี้ขึ้นกับข้อกำหนดทางธรณีวิทยาหรือข้อมูลอื่นๆที่มี และสามารถเจาะได้ทั้งบนบก (Onshore) และในทะเล (Offshore) การเจาะบนบก มีแท่นเจาะที่ใช้อยู่ 3 ชนิด คือ

1. Conventional Drilling Rig เป็นแท่นเจาะที่มีขนาดใหญ่ที่สุด อุปกรณ์และส่วนประกอบมีขนาดใหญ่ และสามารถเจาะได้ลึกมาก อาจถึง 35,000 ฟุต

2. Portable Rig เป็นแท่นเจาะที่มีโครงสร้างหอคอย (Derrick) ติดอยู่บนรถบรรทุกขนาดใหญ่ สามารถเคลื่อนย้ายแท่นเจาะได้โดยสะดวก เพราะโครงสร้างหอคอยพับให้เอนราบได้

3. Standard Rig เป็นแท่นเจาะแบบเก่าแก่ที่สุด โครงสร้างหอคอย (Derrick) จะถูกสร้างคร่อมปากบ่อบริเวณที่จะทำการเจาะ และเมื่อการขุดเจาะแล้วเสร็จ ก็อาจจะถอดแยกหอคอยออกเป็นชิ้นเพื่อนำไปประกอบยังตำแหน่งใหม่หรืออาจทิ้งไว้ในสภาพเดิมหลังจากเริ่มมีการผลิตปิโตรเลียม

เทคนิคการเจาะหลุม ปิโตรเลียม สำหรับแท่นเจาะในทะเลนั้นอาจแบ่งออกได้เป็น 2 แบบ คือ แบบที่มีส่วนของแท่นเจาะหยั่งลงในพื้นทะเล และแบบที่ลอยตัว โดยยึดติดกับพื้นทะเลด้วยสมอ

1. แท่นเจาะชนิดหยั่งติดพื้นทะเล ได้แก่

แท่นเจาะแบบ Jack Up ตัวแท่นประกอบด้วยขา 3-5 ขา แต่ละขายาวประมาณ 300-500 ฟุต ช่วยค้ำจุนตัวแท่นติดกับพื้นทะเล สามารถเจาะได้ในน้ำลึกตั้งแต่ 13-350 ฟุต ทั้งนี้ขึ้นกับสภาพภูมิอากาศด้วย

แท่นเจาะแบบ Fixed Platform มี 2 แบบคือ แบบ Piled Steel มีโครงสร้างโลหะคล้ายหอคอยที่หยั่งติดพื้นทะเล และแบบ Gravity Structure สร้างด้วยคอนกรีตเป็นตัวถ่วงน้ำหนัก มีความ มั่นคง แท่นเจาะทั้งสองแบบนี้มักสร้างเป็นแท่นถาวรตั้งอยู่กลางทะเล ใช้เป็นแท่นสำหรับการผลิตหลังจากเจาะหลุมเสร็จสิ้นแล้ว

2. แท่นเจาะชนิดแท่นลอย และยึดติดกับพื้นทะเลด้วยสมอ ได้แก่

แท่นเจาะแบบ Barge มีลักษณะเป็นเรือท้องแบน อุปกรณ์การเจาะติดตั้งอยู่บนตัวเรือ เดิมพัฒนาเพื่อใช้ในการเจาะบริเวณชายฝั่ง น้ำตื้น และบริเวณทะเลสาบ โดยนำเรือเข้าไปยังตำแหน่งแล้วไขน้ำเข้าให้เต็มห้องอับเฉาเพื่อให้เรือจมลงจนท้องเรือติดกับพื้นน้ำ เมื่อเสร็จงานก็สูบน้ำออกเพื่อให้เรือลอยขึ้นและลากจูงไปยังที่อื่นๆ ต่อมาได้มีการพัฒนาและนำไปใช้เจาะนอกชายฝั่งที่ไกลออกไป โดยใช้ตัวเรือเป็นที่พักอาศัย และเก็บอุปกรณ์การเจาะ แต่ย้ายตัวหอคอยขึ้นไปไว้ยังแท่นเจาะกลางทะเล แบบนี้เรียกว่า Barge – Tender

แท่นเจาะแบบ Semi-submersible ลักษณะตัวแท่นและส่วนที่พักอาศัยวางตัวอยู่บนทุ่น/ถังที่สามารถสูบน้ำเข้าออกได้เพื่อให้ตัวแท่นลอยหรือจมตัวลง ใช้เจาะได้ในบริเวณที่น้ำทะเลลึกตั้งแต่ 600 – 1,500 ฟุต เมื่อจะทำการเจาะก็จะลงสมอเพื่อโยงยึดไม่ให้แท่นเคลื่อนที่ การเคลื่อนย้ายจำเป็นต้องอาศัยเรือลากจูงไป

แท่นเจาะแบบ Drillship เป็นเรือเจาะที่มีอุปกรณ์ทุกอย่างอยู่บนตัวเรือ สามารถเคลื่อนที่ได้เอง การยึดตัวเรือให้อยู่กับที่ เดิมใช้สมอเรือ แต่ปัจจุบันได้ประยุกต์ใช้ใบพัดปรับระดับควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ในการปรับตำแหน่ง ข้อเด่นของ Drillship คือ สามารถเจาะได้ในบริเวณที่น้ำทะเลลึก (อาจลึกมากกว่า 1,000 เมตร)

เทคนิคการเจาะหลุม ปิโตรเลียม ก่อนที่จะเริ่มการเจาะหลุมปิโตรเลียมใดๆ วิศวกรการเจาะต้องจัดทำแผน และขั้นตอนการเจาะ โดยรับข้อมูลทางธรณีวิทยา และธรณีฟิสิกส์ จากนักธรณีวิทยา และ/หรือนักธรณีฟิสิกส์ที่ได้ศึกษาข้อมูลการสำรวจ นำมาใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการออกแบบ และวางแผนการเจาะ เพื่อให้สามารถทำการเจาะได้รวดเร็ว ปลอดภัย และประหยัดค่าใช่จ่ายมากที่สุด

สำหรับขั้นตอนการเจาะหลุมปิโตรเลียมบนบกและในทะเลจะมีข้อแตกต่างกันเล็กน้อยในตอนเริ่มต้น โดยบนบกจะเริ่มด้วยการปรับสภาพพื้นดิน ให้ราบเรียบได้ระดับ อัดบดผิวดินให้แน่น บริเวณที่ตั้งแท่นเจาะจะสร้างฐานคอนกรีตทับให้แข็งแรง สามารถรับน้ำหนักแท่นเจาะได้ ขณะเดียวกันจะฝังท่อกรุที่เรียกว่าท่อกันดิน (Conductor pipe) ขนาด 30 นิ้ว ความยาวประมาณ 20-30 เมตร เพื่อเป็นท่อนำร่องสำหรับการเจาะ ป้องกันการพังถล่มของชั้นผิวดิน และอาจจะอัดซีเมนต์ให้ยึดระหว่างท่อกับผนังหลุม

นอกจากท่อกรุแบบ Conductor pipe แล้ว ยังมีท่อกรุแบบอื่น ได้แก่ ท่อกรุพื้นผิว (Surface Casing) ซึ่งจะติดตั้งต่อจาก Conductor pipe ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้หลุมพัง ท่อกรุชั้นกลาง (Intermediate Casing) ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้น้ำโคลนสูญหายเข้าไปตามชั้นหินหรือรอยแตกของชั้นหิน ท่อผลิต (Production Tubing or Liner) เป็นท่อนำปิโตรเลียมขึ้นมายังพื้นผิวเพื่อเข้าสู่ขบวนการผลิต

สำหรับการเจาะในทะเล กรณีเป็นหลุมสำรวจ สิ่งแรกที่ต้องทำคือ สำรวจสภาพพื้นทะเล เพื่อให้แน่ใจว่ามีสภาพแน่น แข็งแรง และไม่มีสิ่งกีดขวางใด เช่นสายเคเบิล หรือท่อส่งก๊าซใต้ทะเล ในบริเวณที่จะทำการเจาะหรือบริเวณที่จะลงสมอ

การเจาะเริ่มด้วยการเจาะเปิดหลุม (Spud) มักใช้หัวเจาะแบบพิเศษที่เรียกว่า Hole Opener ระหว่างการเจาะจะปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะสู่หัวเจาะตลอดเวลา หน้าที่หลักของน้ำโคลน ได้แก่ ช่วยนำพาเศษดิน หินขึ้นมาจากก้นหลุม หล่อลื่นและลดความร้อนที่หัวเจาะและภายในหลุมเจาะ เคลือบผนังหลุมและป้องกันมิให้ของไหล(น้ำหรือปิโตรเลียม) จากชั้นหินทะลักเข้าสู่หลุมอันอาจทำให้หลุมพัง มีปัญหาก้านเจาะติด ไม่สามารถควบคุมความสมดุลของความดันในหลุมและอาจเกิดการระเบิดได้

เมื่อเจาะถึงความลึกที่กำหนดไว้ ก็จะทำการไหลเวียนน้ำโคลนเพื่อทำความสะอาดหลุม จากนั้นจึงลงท่อกรุ (Casing) แล้วอัดซีเมนต์ยึดระหว่างท่อกับผนังหลุม ขณะรอให้ซีเมนต์แข็งตัว จะเปลี่ยนหัวเจาะให้มีขนาดเล็กลงเพื่อเตรียมการเจาะในช่วงต่อไป หัวเจาะและท่อกรุที่ใช้จะมีขนาดลดหลั่นกันลงมา โดยมีขนาดเล็กลงตามความลึก ตัวอย่างเช่น เริ่มเจาะด้วยหัวเจาะขนาด 17 1/2 นิ้ว แล้วลงท่อกรุขนาด 13 3/8 นิ้ว จากนั้นจึงเจาะต่อด้วยหัวเจาะขนาด 12 1/4 นิ้ว และลงท่อกรุขนาด 9 5/8 นิ้ว เป็นต้น

ขั้นตอนสำคัญต่อมา คือการติดตั้งเครื่องป้องกันการพลุ่ง (Blowout Preventer: BOP) ที่ปากหลุม BOP มีโครงสร้างภายในคล้ายคีมขนาดใหญ่หลายตัว เรียกว่า Ram ทำหน้าที่ปิดหลุมป้องกันความดันสูงจากหลุมเจาะ หรือถ้าความดันจากของไหลยังคงสูงมากและไหลทะลักขึ้นมาทางก้านเจาะ ก็ต้องใช้ Ram ตัวที่ 2 ตัดก้านเจาะให้ขาดออกจากกัน โดย Ram ตัวนี้มีลักษณะเป็นรูปลิ่มและซองรับที่ปิดได้สนิท

นอกจากนี้ยังสามารถสูบน้ำโคลนผ่าน BOP เพื่อปรับความดันในหลุมไม่ให้เกิดการพลุ่งทะลักของของไหลขึ้นมาสู่พื้นผิวได้ด้วย วิธีการนี้เรียกว่า การควบคุมหลุมเจาะ โดยปกติ BOP จะรับแรงดันได้ไม่น้อยกว่า 5,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ( psi) แต่ BOP ขนาดใหญ่ที่ออกแบบเพื่อการเจาะหลุมที่ลึกเป็นพิเศษอาจทนแรงดันได้ถึง 15,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว

อนึ่งก่อนทำการเจาะต่อไป หลังจากลงท่อกรุแล้ว จะต้องทำการทดสอบความแข็งแรงของชั้นหิน (Formation Integrity Test : FIT) โดยเจาะผ่านชั้นซีเมนต์ที่เหลืออยู่ลงไปจนถึงชั้นหินและเจาะไปประมาณ 5 เมตร หยุดเจาะ แล้วปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะจนถึงก้นหลุม จากนั้นเพิ่มความดันในหลุมเจาะ เพื่อตรวจสอบว่าที่ความดันระดับ ทำให้ชั้นหินเริ่มมีการแตก หรือเกิดรอยร้าว โดยสังเกตุจากน้ำโคลนที่ปั๊มลงไป เริ่มมีการสูญหาย (Loss Circulation) เพราะการไหลซึมเข้าไปในชั้นหินที่มีรอยแตก นำข้อมูลที่ได้คำนวณย้อนกลับเพื่อหาค่าน้ำหนักของน้ำโคลน (ปอนด์/แกลลอน) ค่าสูงสุดที่สามารถใช้ในการเจาะช่วงต่อไป โดยไม่ทำให้ชั้นหินเกิดรอยแตก การทดสอบนี้มีประโยชน์มากในการควบคุมหลุมเจาะให้อยู่ในสภาพสมดุล

จากนั้นการเจาะก็จะดำเนินต่อไปจนถึงความลึกสุดท้าย (Total Depth :TD) ตามแผน บางครั้งมีความจำเป็นต้องเจาะหลุมเอียง หรือหลีกเลี่ยงอุปสรรคทางด้านธรณีวิทยา เช่น การเจาะเลี่ยงโดมเกลือ (เกลือจะทำให้ท่อกรุสึกกร่อนเร็วกว่าปกติ) ก็ต้องใช้เครื่องมือพิเศษ คือ Downhole Mud Motor ช่วยในการเปลี่ยนทิศทางหลุมเจาะโดยไม่ต้องถอนก้าน มีหลักในการทำงาน คือ หยุดหมุนก้านเจาะแล้วปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะเพื่อหมุน Turbine Motor ในก้านเจาะตอนล่างใกล้หัวเจาะ เพื่อบังคับให้หัวเจาะหมุนและเอียงไปในทิศทางที่ต้องการ

สำหรับการเจาะหลุมเอียงนั้น สิ่งสำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง คือ การตรวจวัดเส้นทางและทิศทางการเอียงของหลุมเจาะ ในสมัยแรก ใช้วิธีการที่เรียกว่า Single Short Survey เครื่องมือประกอบด้วย กล้องถ่ายภาพ นาฬิกาจับเวลา และเข็มทิศมีลูกน้ำวัดระดับ บรรจุในก้านเจาะชนิดพิเศษที่ป้องกันสนามแม่เหล็ก (Nonmagnetic Drill Collar) ติดตั้งใกล้หัวเจาะ เมื่อหยุดเจาะก็บันทึกภาพที่ก้นหลุม จะได้ภาพเพื่อตรวจสอบทิศทางหลุม

ต่อมามีการพัฒนาเครื่องมือนี้ให้ดีขึ้นเรียกว่า Multi Short Survey ซึ่งจะบันทึกภาพได้มากกว่า และสามารถตั้งเวลาบันทึกภาพได้เป็นระยะๆ ขณะที่ดึงเครื่องมือขึ้น เช่น บันทึกภาพทุก 1- 2 นาที ปัจจุบันมีการพัฒนาเครื่องมือที่เรียกว่า Measure While Drilling ( MWD ) เพื่อใช้แทนเครื่องมือสองแบบแรก

MWD มีส่วนประกอบสำคัญ 3 ส่วน คือส่วนทำให้เกิดคลื่น Shock Wave และตรวจวัดคลื่นสัญญาณจากน้ำโคลนที่ไหลผ่าน ส่วนนี้จะอยู่ติดกับก้านเจาะส่วนล่างใกล้กับหัวเจาะ ส่วนที่ 2 คือส่วนที่แปลงสัญญาณที่ตรวจวัดได้แล้วส่งผ่านกลับขึ้นไปยังตัวรับสัญญาณที่อยู่บนพื้นผิว ส่วนที่ 3 คือส่วนที่แปลงสัญญาณที่ได้ออกมาเป็นค่าตัวเลขต่างๆ ของทิศทาง และความเอียงของหลุมเจาะ

ในปัจจุบัน นอกจากการเจาะหลุมเอียงแล้ว ด้วยเทคนิคการเจาะที่ดีขึ้น สามารถเจาะหลุมในแนวราบได้ แต่ต้องอาศัยการออกแบบเครื่องมือและการวางแผนการเจาะเป็นพิเศษ ซึ่งปกติการเจาะหลุมในแนวราบนี้ เป็นการเจาะเพื่อการผลิต โดยต้องการให้ส่วนที่เจาะในแนวราบ (Horizontal Section) อยู่ในชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียม ทำให้มีพื้นที่รับการไหลของปิโตรเลียมได้มากขึ้น แต่มีข้อจำกัด คือ ค่าใช้จ่ายในการเจาะจะแพงกว่า มีความยุ่งยากและต้องใช้ความระมัดระวัง ความชำนาญ และการควบคุมทิศทางหลุมมากกว่าปกติ

เมื่อเจาะถึงความลึกสุดท้ายตามแผนงานขั้นต่อไปคือ การประเมินคุณค่าทางกายภาพของชั้นหินด้วยวิธีการหยั่งธรณีหลุมเจาะ ( Wireline Logging) เพื่อให้รู้ว่ามีปิโตรเลียมสะสมอยู่หรือไม่ ที่ความลึกเท่าไร ปิโตรเลียมที่พบเป็นน้ำมันหรือก๊าซ และบางครั้งก็จะทำการเก็บตัวอย่างของไหลจากชั้นหินในหลุมเจาะ เพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมีและหาค่าความร้อน (Heating Value) ของปิโตรเลียม การวัดค่าต่างๆ นี้ส่วนใหญ่เป็นการวัดโดยอ้อม เช่น การหาค่าความพรุน (Porosity)ของชั้นหินด้วยเครื่องมือวัดนิวตรอน ปกติการหยั่งธรณีหลุมเจาะจะทำในช่วงที่ยังมิได้ลงท่อกรุ (Open Hole) มีวิธีการทำงาน คือ หย่อนเครื่องมือที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกลงไปในหลุมเจาะ

เครื่องมือประกอบด้วยตัววัดค่าต่างๆ อย่างน้อย 3 ชนิด คือ ชนิดวัดค่ารังสีแกมมา วัดค่านิวตรอน และวัดค่าความต้านทานไฟฟ้า

– การวัดค่ารังสีแกมมาที่มีในชั้นหินตามธรรมชาติ ซึ่งขึ้นกับปริมาณของธาตุโปรตัสเซียม(K) ธอเลียม(Th) และยูเรเนียม(U) ในชั้นหินนั้นๆ การวัดค่ารังสีแกมมา เพื่อการตรวจสอบชนิดหิน หากมีค่ารังสีแกมมาต่ำ แสดงว่าเป็นหินทราย ถ้าค่าสูงแสดงว่าเป็นหินดินดานหรือหินโคลน

– การวัดค่านิวตรอน เครื่องวัดจะปล่อยอนุภาคนิวตรอนเข้าไปในชั้นหิน และวัดปริมาณอนุภาคที่สะท้อนกลับ และอนุภาคบางส่วนที่ถูกดูดกลืนโดยธาตุไฮโดรเจน (H) ที่มีอยู่ในรูพรุนของชั้นหิน อาจอยู่ในรูปของน้ำ หรือปิโตรเลียม ทำให้ทราบความพรุนและความหนาแน่นของชั้นหินได้ ถ้าค่านิวตรอนสูงแสดงว่าชั้นหินมีความหนาแน่นต่ำและอาจมีรูพรุนมาก

– ส่วนการวัดค่าความต้านทานไฟฟ้าของชั้นหิน เครื่องวัดจะปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในชั้นหิน ของไหลที่อยู่ในชั้นหินก็จะแสดงตัวเป็นตัวต้านหรือนำไฟฟ้า ถ้าอ่านค่าความต้านทานได้ต่ำ ส่วนใหญ่จะเป็นชั้นน้ำ(จากผลสำรวจในประเทศไทย ค่ามักต่ำกว่า 10 โอห์ม) ถ้าค่าความต้านทานสูง อาจจะเป็นชั้นก๊าซหรือน้ำมัน

สำหรับค่าที่ได้จากการหยั่งธรณีหลุมเจาะนี้ส่วนใหญ่จะแสดงออกมาในรูปของเส้นกราฟ ต้องนำไปแปลความหมาย ปรับแก้ค่าให้ถูกต้อง และคำนวณหาสิ่งที่ต้องการ เช่น ชนิดของปิโตรเลียม ความพรุนของชั้นหิน ค่าความอิ่มตัวของน้ำ (Water Saturation)

ปัจจุบันนี้เทคนิคการหยั่งธรณีหลุมเจาะได้รับการพัฒนาให้ก้าวหน้าขึ้นไปอีกขั้น ด้วยวิธีการที่เรียกว่า Logging While Drilling (LWD) คือ การติดตั้งเครื่องมือวัดเข้ากับก้านเจาะ ทำให้สามารถวัดค่าได้ทันทีขณะทำการเจาะหลุม จึงประหยัดเวลาทำงาน แต่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูง

ในระหว่างการเจาะหลุมหรือการหยั่งธรณีหลุมเจาะ บางครั้งอาจเกิดเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิดขึ้น เช่นก้านเจาะขาด หัวเจาะหรือชิ้นส่วนของหัวเจาะ ตลอดจนเครื่องมือที่ใช้ในการหยั่งธรณีหลุมเจาะขาด หล่นหรือติดอยู่ในหลุม อุปกรณ์เหล่านี้บ้างมีราคาแพง และจะเป็นอุปสรรคต่อการเจาะหลุมต่อไป ดังนั้นจึงต้องพยายามกู้อุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นมา

วิธีการกู้อุปกรณ์นี้เรียกว่า Fishing เครื่องมือที่ใช้มีหลายแบบ ขึ้นกับจุดประสงค์ของการใช้งาน จะกู้อุปกรณ์ชนิดใด เช่น ก้านเจาะ ชิ้นส่วนหัวเจาะ เป็นต้น การกู้อุปกรณ์ทำโดยต่อเครื่องมือเข้ากับก้านเจาะแล้วหย่อนลงไปในหลุมจนถึงจุดที่อุปกรณ์ติดค้างอยู่ เช่น การกู้ก้านเจาะที่ขาดติดอยู่ในหลุมก็จะใช้ Overshot ที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกกลวง ภายในมีลิ่มที่สามารถถ่างออกได้ เมื่อสวมเข้ากับก้านเจาะเพื่อใช้จับก้านเจาะหรือบางครั้งเป็นเกลียวเล็กคมที่เมื่อหมุน Overshot แล้วจะขันตัวเองเข้ากับก้านเจาะ เพื่อใช้ดึงก้านเจาะที่ติดค้าง ขึ้นจากหลุม

นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือกู้อีกหลายแบบ เช่น แบบที่มีลักษณะเป็นตะขอ ใช้ควานเกี่ยวสายเคเบิลที่หลุดอยู่ในหลุม หรือแบบที่เป็นแม่เหล็กถาวร ใช้เก็บเศษชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก เช่น เศษหัวเจาะ อย่างไรก็ตาม บางครั้งไม่สามารถกู้อุปกรณ์ขึ้นมาได้ อาจเป็นเพราะไม่มีเครื่องมือที่เหมาะสมอยู่บนแท่นเจาะ หรืออุปกรณ์ที่อยู่ในหลุมติดแน่นมาก จึงต้องทำการอุดซีเมนต์ปิดหลุมช่วงดังกล่าว แล้วทำการเจาะหลุมทะแยง (Side Track) เลี่ยงออกไป

ข้อมูลที่ได้จากการหยั่งธรณีหลุมเจาะ บางครั้งอาจไม่เพียงพอสำหรับการวางแผน ตัดสินใจพัฒนาแหล่งปิโตรเลียม จึงต้องทำ การทดสอบอัตราการไหลของหลุม (Drill Stem Test; DST) เพื่อให้ได้ข้อมูลทางด้านวิศวกรรม เช่น ความกดดัน อัตราการไหล และความสามารถในการผลิตของแหล่ง และการประมาณการขนาดของแหล่ง

เครื่องมือที่ใช้ทดสอบแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนที่อยู่ใต้ดินประกอบด้วย ปืนยิงปรุผนัง (Perforating Gun) ที่ใช้ยิงทะลุผนังท่อกรุในหลุมเจาะ มาตรวัดความดันและอุณหภูมิก้นหลุม ตัวปิดกั้น (Packer) ที่ใช้แยกมิให้ของไหลในแต่ละชั้นปะปนกันในระหว่างการทดสอบ และท่อทดสอบที่มีวาล์วบังคับปิด/เปิดเป็นช่องทางให้ของไหลขึ้นสู่พื้นผิว

เครื่องมือส่วนที่อยู่บนผิวดินประกอบด้วย มาตรวัดความดันและอุณหภูมิที่ปากหลุม ระบบควบคุมอัตราการไหล(Choke Manifold) ซึ่งเป็นวาล์วใช้ปรับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อนำก๊าซ Separator ที่ใช้ในการแยกของไหลที่ได้จากการทดสอบ และระบบเผาของไหลที่ได้จากการทดสอบ (Flare System)

วิธีการทดสอบ คือ หย่อนเครื่องมือทดสอบลงไปในหลุมเมื่อถึงตำแหน่งที่จะทดสอบ ก็บังคับให้ตัว Packer กางออก เพื่อแยกมิให้มีของไหลจากชั้นอื่นเข้ามาปนในระหว่างการทดสอบ อัดก๊าซลงไปตามก้านทดสอบ (ปกติใช้ก๊าซไนโตรเจนซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อย) เมื่อได้ความดันตามแผนทดสอบแล้ว Perforating Gun จะยิงกระแทกทะลุผนังท่อกรุและผนังหลุม เข้าไปในชั้นหิน ให้ของไหลจากชั้นหินไหลเข้าสู่หลุมได้

จากนั้นเปิดวาล์วในก้านทดสอบให้ของไหลไหลขึ้นสู่ปากหลุม ขณะเดียวกันก็จะทำการปรับ Choke Manifold เพื่อให้ของไหลมีอัตราการไหลสม่ำเสมอ วัดความดันและอุณหภูมิทั้งที่ก้นหลุมและปากหลุมไปพร้อมกัน ของไหลที่ได้จะผ่านไปยัง Separator เพื่อแยกชนิดของไหลและเก็บสุ่มตัวอย่างเป็นระยะ นำไปวิเคราะห์หาส่วนประกอบและวัดค่าความร้อน ของไหลที่เหลือจะผ่านไปยังระบบ Flare เพื่อเผาทิ้ง

การเปิด/ปิดวาล์วเพื่อให้ของไหลไหลขึ้นปากหลุมนั้น จะกระทำ 4 ช่วง คือ

ช่วงที่1 เรียก Initial Flow เปิดให้มีการไหลเป็นระยะเวลาช่วงสั้นๆ ประมาณ 5-15 นาที เพื่อทำความสะอาดหลุม

ช่วงที่2 เรียก Initial Shut-in จะปิดหลุมไม่ให้มีการไหลเป็นช่วงเวลาสั้นๆประมาณ 30-60 นาที เพื่อให้ความดันในชั้นหินที่ทดสอบมีการปรับตัวให้อยู่ในสภาพสมดุล

ช่วงที่3 เรียก Main Flow เปิดให้มีการไหลเป็นเวลานานหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เพื่อตรวจสอบว่า ชั้นที่ทดสอบนั้นสามารถผลิตปิโตรเลียมได้มากเท่าไรในระยะเวลา 1 วัน

ช่วงที่4 เรียก Main Shut-in จะปิดหลุมไม่ให้มีการไหลเป็นเวลานานอย่างน้อย 2 เท่าของช่วง Main Flow เพื่อตรวจสอบความดันในชั้นหิน ว่าต้องใช้เวลานานเท่าไรในการปรับตัวให้อยู่ในสภาพสมดุลและความดันในชั้นหินลดลงหรือไม่ ค่าความดันที่ก้นหลุมที่ได้จะแสดงด้วยเส้นกราฟเปรียบเทียบระหว่างความดันกับระยะเวลา เพื่อใช้ในการแปลความหมาย หาขนาดรูปร่างของแหล่งกักเก็บ โครงสร้างหรือลักษณะทางธรณีวิทยาที่กีดขวางการไหลของปิโตรเลียมในแหล่งกักเก็บ

อนึ่งการทดสอบอัตราการไหล อาจมีของไหลไหลขึ้นมาถึงปากหลุมหรือไม่ก็ได้ ทั้งนี้อาจเป็นเพราะชั้นหินมีความดันไม่มากพอที่จะดันของไหลขึ้นสู่ปากหลุมหรือเศษดินหินอุดตันในก้านทดสอบ หรือเนื่องมาจากสาเหตุอื่นๆ เมื่อการปฏิบัติงานเจาะหลุมดำเนินมาถึงช่วงนี้ นับว่าเกือบสิ้นสุดแล้ว

งานในขั้นสุดท้ายของการเจาะหลุมก็คือ การเตรียมหลุมเพื่อการผลิต (Well Completion) ในกรณีที่เจาะหลุมผลิต หรือการสละหลุม (Plug & Abandon) ในกรณีที่เป็นหลุมสำรวจ หลุมแห้ง หรือหลุมเจาะที่ไม่ใช้ประโยชน์แล้ว

การเตรียมหลุมเพื่อการผลิต (Well Completion) เป็นขั้นตอนต่อจากการหยั่งธรณีหลุมเจาะ เริ่มโดยการติดตั้ง Casing Hanger ลงในหลุมและยึดติดแน่นกับท่อกรุชั้นกลาง (Intermediate Casing) ที่ใกล้กับปลายท่อกรุ เพื่อทำหน้าที่ยึดแขวนท่อผลิต (Production Tubing) ที่จะลงต่อไป หลังจากลงท่อผลิตไปจนถึงชั้นความลึกที่ต้องการแล้วก็อัดซีเมนต์ลงไปตามท่อผลิตและให้ผ่านกลับขึ้นมาในช่องว่างระหว่างท่อผลิตกับผนังหลุม เพื่อแยกชั้นหินที่จะผลิตปิโตรเลียมออกจากชั้นหินอื่น ป้องกันมิให้ของไหลจากชั้นหินอื่นไหลเข้ามาปะปนและป้องกันมิให้ปิโตรเลียมจากชั้นที่ต้องการผลิตไหลไปสู่ชั้นหินที่อยู่เหนือหรือใต้ลงไป

จากนั้นหย่อนปืนยิงปรุผนังหลุมลงไปในท่อผลิตจนถึงช่วงที่จะทำการผลิต ตัวปืนซึ่งมีวัตถุระเบิดและกระสุนเหล็กกล้าบรรจุอยู่จะถูกบังคับให้ทำงานด้วยไฟฟ้า โดยยิงกระสุนเหล็กออกไปโดยรอบทะลุผ่านท่อผลิต ซีเมนต์ และผนังหลุม ทำให้ปิโตรเลียมไหลเข้าสู่ท่อผลิต จากนั้นจึงติดตั้งวาล์วนิรภัยในท่อกรุชั้นกลาง และชุดของวาล์วที่เรียกว่า Christmas Tree ที่ปากหลุม ตรวจ ทดสอบและปรับการทำงานของวาล์ว ก่อนที่จะเปิดวาล์วให้ปิโตรเลียมไหลเข้าสู่ระบบการผลิตต่อไป

การสละหลุมถาวร (Plug & Abandonment) ส่วนใหญ่มักกระทำในหลุมสำรวจ แต่บ้างครั้งผลการเจาะหลุมเพื่อผลิตก็อาจเป็นหลุมแห้งได้ หรือหลุมที่ไม่ใช้ประโยชน์แล้ว จะต้องอุดหลุมด้วยซีเมนต์ป้องกันมิให้ของไหลที่มีอยู่ในชั้นหินไหลไปสู่ชั้นหินอื่นที่อาจทำลายชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมที่อยู่ใกล้เคียง หรือไหลเข้าไปปนเปื้อนชั้นน้ำใต้ดิน

ตัวอย่างขั้นตอนการสละหลุมมีดังนี้ ในกรณีที่มีการทดสอบอัตราการไหลของหลุม ต้องทำการอัดซีเมนต์ (Squeeze Cement) เข้าไปในชั้นหินที่ทดสอบทุกช่วง จากนั้นเติมน้ำโคลนลงในหลุม เพื่อรักษาสภาพสมดุล และติดตั้งตัวปิดกั้นหลุมที่เรียกว่า Bridge Plug ในท่อกรุชั้นในสุดเหนือชั้นหินดังกล่าว บน Bridge Plug นี้จะอุดซ้ำด้วยซีเมนต์ (มาตรฐานทั่วไปใช้ซีเมนต์หนาประมาณ 150 ฟุต) เหนือซีเมนต์ช่วงนี้จะเป็นน้ำโคลนอีกช่วงหนึ่ง และตามด้วยซีเมนต์อีกช่วง (ซีเมนต์หนาประมาณ 300 – 500 ฟุต) การอุดซีเมนต์ในท่อกรุในชั้นถัดมาก็จะทำเช่นเดียงกับช่วงแรก เพียงแต่อาจไม่จำเป็นต้องมี Bridge Plug

เอกสารอ้างอิง

กองเชื้อเพลิงธรรมชาติ : ” การสำรวจปิโตรเลียมในประเทศไทย ” ข่าวสาร สธท. เมษายน 2526 หน้า 20-28

กองเชื้อเพลิงธรรมชาติ กรมทรัพยากรธรณี : ความรู้เรื่องปิโตรเลียม; เอกสารเผยแพร่

ดร. เฉลิมเกียรติ ทองเถาว์ : การสำรวจปิโตรเลียมโดยวิธีวัดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic Survey); ข่าวสาร สธท. ฉบับที่ 7-8 พฤษภาคม-มิถุนายน 2528

ดร. เฉลิมเกียรติ ทองเถาว์ : การสำรวจปิโตรเลียมโดยวิธีวัดคลื่นไหวสะเทือน แบบ 3 มิติ (3 Dimensional Seismic Survey); ข่าวสาร สธท. ฉบับที่ 1 เมษายน 2529

พลตรีนิรัตน์ สมัถพันธุ์ : ” กิจการน้ำมันที่อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ ” ข่าวสารการธรณี ฉบับ พิเศษ 100 ปี กรมทรัพยากรธรณี อมรินทร์พริ้นติ้งกรุ๊พ 2534 หน้า 95-104

ยงยุทธ ตรังคชสารและคณะ : ปิโตรเลียมเมืองสยาม; สถาบันปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย 2536, 177 หน้า

Daniel Yergin,1991 : The Prize, Simon & Schuster Ltd. London 885 p.

Mineral Fuel Division : Annual Report Petroleum & Coal Activities in Thailand 1997, Dept. of Mineral Resources, 57 p.