แผนการใช้น้ำโคลน เป็นเรื่องที่มาอันดับต้นๆเลยครับเวลาเราจะออกแบบหลุมเจาะ เพราะน้ำโคลนมันยุ่งขิงทิงนองนอยไปกับทุกๆเรื่องที่เกี่ยวกับหลุมทั้งองคาพยพ จึงไม่น่าแปลกใจที่ วิศวกรน้ำโคลน (Mud engineer) จะเป็นตำแหน่งงานของบ.service ที่รอบรู้วงจรชีวิตของหลุม ก็เพราะน้ำโคลนนี่แหละ มันยุ่งกับหลุมไปตั้งแต่หลุมเกิดจนหลุมตาย
แล้วก็ไม่น่าแปลกอีกเช่นกันที่วิศวกรขุดเจาะหลายคนมีพื้นเพมาจากวิศวกรน้ำโคลนของบ.service นี่แหละครับ
ก่อนอื่นเลยครับ ไปอ่านนี่ก่อน บทบาท และ ความสำคัญของน้ำโคลน
น้ำโคลน, drilling mud, drilling fluid
เมื่ออ่านลิงค์ข้างบนจบแล้ว คุณก็พร้อมที่จะลงไปลุยบ่อน้ำโคลน (mud pit) กับผมแล้วล่ะ เตรียมตัวเปื้อน และ มอมแมมแบบสุดๆกันได้เลย
แผนการใช้น้ำโคลน
เหมือนทุกๆตอน ก่อนจะไปเจาะลึกกัน ต้องไปดูก่อนว่าสภาวิศวกรเขาอยากให้เรารู้อะไร
1.4) เลือกแผนการใช้น้ำโคลนเพื่อการเจาะหลุมปิโตรเลียม
ก) เลือกแนวทางการกำหนดส่วนผสมกำหนดระดับน้ำหนักและความหนาแน่น และปริมาณของน้ำโคลนที่จะช่วยในการควบคุมแรงดันใต้พื้นดินให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมและเพียงพอ
ข) คำนวณน้ำหนักน้ำโคลนขั้นต่ำที่จะมีน้ำหนักกดเพียงพอในหลุมที่จะควบคุมแรงดันในแต่ละช่วงของชั้นหินที่เจาะผ่านลงไป
ค) เข้าใจและป้องกันไม่ให้มีการรั่วไหลและปนเปื้อนของปิโตรเลียมจากในหลุมเจาะขึ้นมาสู่ผิวดินในระหว่างการเจาะ
แล้วเราก็มาไล่เรียง แผนการใช้น้ำโคลน กันทีล่ะข้อๆ
น้ำหนัก ความหนาแน่น และ ปริมาณ
ก) เลือกแนวทางการกำหนดส่วนผสมกำหนดระดับน้ำหนัก และ ความหนาแน่น และ ปริมาณ ของน้ำโคลนที่จะช่วยในการควบคุมแรงดันใต้พื้นดินให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมและเพียงพอ
เรื่องนี้ได้อธิบายไปแล้วในตอนแรก การควบคุมหลุมเจาะ Entry Level กรอบความรู้ วิศวกรรมการขุดเจาะหลุม (ข้อ ก)
ซึ่งตอนนั้นผมสมมุติไปเลยว่า ความดันชั้นหินกักเก็บที่ก้นหลุมนั้นเป็นเท่าไร ที่ความลึกเท่าไร โดยไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยอื่นเลย ตอนนี้จะชวนคุยให้ชีวิตมันลำบากขึ้นไปอีกนิด (555)
Mud window
หน้าต่างน้ำโคลน (แปลได้น่าเกลียดมาก) คืออะไร เรามาดูอะไรที่ง่ายๆก่อน
ที่มา http://www.drillingformulas.com/casing-seat
จากรูปข้างบน แนวตั้งคือแกนความลึกในแนวดิ่ง แนวนอนคือความดัน ที่เราเอามาปรับเป็นค่าเทียบน้ำหนักของเหลว เช่น ถ้าเรารู้ว่าที่ความลึก 7000 ftVD มีความดันเท่ากับ 4368 psi เราก็คำนวนหาน้ำหนักของเหลวเทียบเท่าที่จะให้ความดันนั้นที่ความลึกนั้นได้ด้วยสูตรพื้นฐานของเรา
ความดัน (psi) = 0.52 x ความลึกตามแนวดิ่ง (ft) x น้ำหนักของเหลว (PPG)
หรือ ในหน่วยเมตริก
ความดัน (psi) = 1.42 x ความลึกตามแนวดิ่ง (m) x น้ำหนักของเหลว (SG)
จากตัวอย่างข้างต้น 7000 ftVD กับ 4368 psi ใช้สูตรแรก เราจะได้เทียบเท่าน้ำหนักของเหลว 12 PPG
เส้นสีน้ำเงินคือ เส้นความดันของของเหลวในชั้นหิน (PP – Pore Pressure) เส้นสีแดงคือ ความดันต่ำสุดที่ทำให้ชั้นหินแตกพัง (FG – Fracture Gradient) นั่นแปลว่าอะไร ก็แปลว่า น้ำหนักน้ำโคลนที่เราจะใช้ได้ ณ. ความลึกใดๆ จะต้องอยู่ระหว่างเส้นสี่น้ำเงินกับเส้นสีแดง จริงป่ะ
เพราะถ้าน้ำหนักน้ำโคลนน้อยกว่าเส้นสีน้ำเงิน ดันของของเหลวในชั้นหิน ก็จะผลักของเหลวเข้ามาในหลุม แล้วพุ่งขึ้นไปปากหลุม เราไม่ปลื้มครับแบบนี้
แต่ถ้าน้ำหนักน้ำโคลนมากกว่าเส้นสีแดง ความดันเนื่องจากน้ำหนักน้ำโคลนก็จะทำให้ชั้นหินปริ แตก พัง แล้ว ผลักน้ำโคลนเข้าไปในชั้นหิน แบบนี้นักธรณีก็ไม่ปลื้มอีก
ต่อไปนี้เพื่อความสะดวก ผมจะเรียกฝั่งเส้นสีแดงว่า ฝั่งสูง (เพราะมันกำหนดน้ำหนักของน้ำโคลนที่สูงสุดที่จะใช้ได้) และ เส้นสีน้ำเงินว่า ฝั่งต่ำ (เพราะมันกำหนดน้ำหนักน้ำโคลนขั้นต่ำ)
ช่วงน้ำหนักที่เราสามารถใช้ได้ โดยไม่ทำอันตรายกับหลุม และ ชั้นหิน ณ.ความลึกหนึ่งๆ เราเรียกว่า mud window สังเกตุว่าผมพ่วงคำว่า ณ.ความลึกหนึ่งๆเสมอ เพราะที่ความลึกต่ากัน mud window มันก็กว้างแคบต่างกัน ไม่เชื่อก็เลื่อนจอขึ้นไปดูรูปก็ได้ ระยะระหว่างเส้นสีน้ำเงินกับเส้นสีแดงน่ะ มันไม่เท่ากันทุกความลึกนี่นา
คำถามที่พวกคุณคันปากตอนนี้ (ผมเดาเอา) คือ แล้วหนู แล้วผม จะรู้เส้นที่แดงกับเส้นสีน้ำเงิน ได้อย่างไร หุหุ เราต้องสุ่มหัวกันครับ ระหว่าง นักธรณี วิศวกรแหล่งผลิต และ วิศวกรขุดเจาะ
นักธรณีเขาก็มีสูตรของเขาจาก geo pressure gradient และ geo mechanic model วิศวกรแหล่งผลิต ก็มีสูตรของแหล่งผลิต และ ประวัติการผลิตของแหล่ง ส่วนพวกผมวิศวกรขุดเจาะ ก็มีประวัติการใช้น้ำโคลน และ ปัญหา 108 (อันเนื่องมาจากใช้น้ำหนักน้ำโคลนที่น้อยไป หรือ มากไป) จากหลุมที่เคยขุดมาแล้วในพื้นที่ข้างเคียง สุ่มหัวกันจนได้ค่าที่ทุกคนโอเค เห็นด้วย
(คืนไหนนอนไม่หลับ อ่านต่อนี่ได้ครับ … บทที่ 6 ความดันในชั้นหิน )
ต่อๆ … เห็นป่ะ เราสมานฉันท์กันระหว่ามืออาชีพด้วยกัน เราไม่ได้ทะเลาะกันสักหน่อย ข่าวลือทั้งนั้นครับที่ว่าเรากินเกาเหลากัน 555 🙂
แน่นอนว่าพวกเราเคาะเส้นสีน้ำเงิน กับ เส้นสีแดงได้แล้ว จะเอาไปใช้เลย ก็ใช่ที่ ใช่ป่ะ จะไม่เผื่อเหลือเผื่อขาดเลยก็จะมั่นใจเกิ้น
3 สหาย (ธรณี แหล่งผลิต ขุดเจาะ) ก็ต้องตกลงกันว่าจะเผื่อความผิดพลาดในการประมาณเท่าไรกันดี อันเป็นที่มาของเส้นประสีน้ำเงินกับสีเขียวข้างบน จะสังเกตุว่าคราวนี้ mud window เราแคบลงไปอีก และ สังเกตุอีกว่า เราจะเผื่อข้างมากกว่า PP และ ข้างน้อยกว่า FG เท่านั้น เพราะไปเผื่อข้าง น้อยกว่า PP หรือ เผื่อ ข้างมากกว่า FG มันจะมีประโยชน์อะไรใในการทำงาน จริงป่ะ
เพื่อความง่ายในการพิมพ์ของผม ผมจะเรียกเส้นประเขียวว่า FGf (FG + factor) และเส้นประน้ำเงินว่า PPf (PP + factor) นะ
มีอะไรอีกที่ทำให้ mud window เราแคบลงไปอีก
Loss circulation …
มีผลกับฝั่งสูงครับ เพราะส่วนใหญ่แล้ว น้ำโคลนที่หนัก มันไม่ไปทำให้ชั้นหินปริแตกแบบพรวดเดียวหรอกครับ ส่วนมากชั้นหินมันจะปริแล้ว “รั่ว” ก่อน แต่รั่วนี่ก็ทำให้เราอาจจะต้องหยุดเจาะได้ ที่ใช้คำว่า “อาจ” เพราะบางสถานการณ์เราก็ทู่ซี้เจาะมันทั้งรั่วๆ ขึ้นกับว่า รั่วมาก รั่วน้อย ความสามารถในการควบคุมการรั่ว และ วิกฤติสำคัญของส่วนการขุดนั้นๆ
ดังนั้น ความดันที่จะทำให้ชั้นหินปริแล้วรั่วนั่นจะต่ำกว่า FG
แล้วจะรู้ได้ไง
ก็รู้ได้จากประวัติการขุดหลุมเก่าๆ ในพื้นที่ ความลึก ชั้นหิน เดียวๆกัน ว่าหลุมนั้น หลุมนี้ เคยรั่วที่เความลึกเท่าไร อัตราการไหลเท่าไร (อัตราการไหลขณะรั่วก็มีผล เพราะอัตราการไหลจะไปเพิ่มพลังงานหรือแรงดันที่ก้นหลุม ทำให้รั่วได้เร็วขึ้นทั้งๆที่น้ำหนักน้ำโคลนไม่ได้มากนัก)
เราก็เอาประวัติพวกนั้นมาจุดๆพล๊อตๆบนกราฟ โยงๆเส้นเข้าด้วยกัน เช่น
2300 mVD หลุม A เคยรั่วที่ 13.1 PPG
2432 mVD หลุม B เคยรั่วที่ 13.5 PPG
2540 mVD หลุม A รั่วที่ 13.56 PPG
…..
มีกี่จุดเท่าที่เก็บได้ ก็ว่าไป เอามาจุดๆ แล้วโยงๆ มันก็จะเป็นเส้นประอีกเส้น ที่อยู่ทางซ้ายของเส้นแดง FG เราเรียกว่า Lost Circulation Gradient ผมจะเรียกของผมเองว่า LG
ซึ่ง LG อาจจะน้อย หรือ มากกว่า FGf ณ.ความลึกหนึ่งๆ แต่ที่แน่ๆ LG ต้องน้อยกว่า หรือ อย่างเก่งก็เท่ากับ FG จริงป่ะ เพราะชั้นหินมันต้องปริรั่วก่อน แล้ว จึงแตก
Ballooning (ปรากฏการ์ลูกโป่ง) …
มีผลกับฝั่งสูงอีกเช่นกันครับ เพราะขณะที่เราเปิดปั๊มขุด (ความดันจากการไหลของน้ำโคลนทำให้ความดันในหลุมเจาะเพิ่มขึ้นจากความดันเนื่องจากน้ำหนักน้ำโคลนตอนที่ไม่ได้เปิดปั๊มขุด – ECD) หลุมมันจะโป่งพองเป็นลูกโป่ง (แต่ยังไม่ถึง FG ที่ทำให้ปริ แตก) แล้วดูดน้ำโคลนเข้าไปในชั้นหิน (ทำให้เราคิดว่า ซวยล่ะ หลุมรั่ว – loss circulation)
เราก็มีแนวโน้มจะลดน้ำหนักน้ำโคลน หรือ ปั๊มเบาลง เพื่อแก้ หรือ บรรเทาปัญหา
แต่พอจะต่อก้าน เราต้องหยุดขุด ปิดปั๊ม พอพลังงานส่วนนี้หายไป (น้ำโคลนหยุดไหล) อ้าว หลุมที่ตะกี้โป่งเป็นลูกโป่ง ฟีบลง ทำให้น้ำโคลนที่ดูดเข้าไปตะกี้ กลับเข้ามาในหลุม ล้นออกมาทีปากหลุม ทำให้เราคิดว่า อ้าว ซวยอีก หลุม kick คือ มี influx (ของเหลวแปลกปลอมเข้ามาที่ก้นหลุม)
เราก็มีแนวโน้มจะเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลน หรือ ปิดหลุม เข้าโหมด well control ดีไหมเนี้ย
จะลด จะเพิ่ม น้ำหนักน้ำโคลน หรือจะปิดหลุมดีหว่า … มันส์พะยะค่ะ … ไม่ง่ายครับ ขอบอก นักขุดมากประสบการณ์หลายคนก็อยากเรียกฮ.มารับ ภาวนาว่าเมื่อไหนหมด shift จะได้กลับบ้านซะทีก็เพราะ ballooning นี่แหละ
ปรากฏการณ์แบบนี้ทำให้เราชาวขุดเจาะปวดไข่ดันเป็นอย่างมาก วิธีเลี่ยงคือ อย่าไปใช้น้ำหนักน้ำโคลนที่สูงมากไปจนทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ เราเรียกเส้นสมมติใหม่ที่เราไม่อยากก้าวข้ามว่า ballooning gradient ผมก็จะย่อว่า BG
วิธีหาเส้น BG นี่ก็เหมือนการหา LG เดี๊ยะเลยครับ รวบรวมเอาข้อมูลเก่าๆมาพล๊อต
โชคดีที่ปรากฏการณ์นี้ ไม่ได้เกิดขึ้นทุกหลุม หรือ ทุกแหล่ง ว่ากันเป็นที่ๆไป ดังนั้น เจ็บแล้วต้องจำ เกิดขึ้นมากับเราที่แหล่งไหน เมื่อเราใช้น้ำหนักน้ำโคลนเท่าไร ที่ความลึกเท่าไร ต้องจดต้องจำ เวลาไปขุดในสภาพแวดล้อมเดิมๆอีกครั้ง จะได้ใช้น้ำหนักน้ำโคลนได้ถูกต้อง
ลักษณะเด่นๆของ ballooning คือ
หลุมพองออก หลุมกินน้ำโคลน และ กินน้อยลงเรื่อยๆ ไม่เหมือนรั่ว ถ้ารั่วจะรั่วเพิ่มเรื่อยๆ เพราะโดยธรรมชาติ เวลาชั้นหินปริรั่ว รอยปริมันจะถ่างออกเรื่อยๆ
แต่หลุม ยังไม่รั่ว พอหยุดปั๊ม
หลุมก็คายน้ำโคลน ออกมา และ คายน้อยลงเรื่อยๆ แต่ถ้ามี kick หรือ influx เข้ามา หลุมจะคายน้ำโคลนออกมามากขึ้นเรื่อยๆ เพราะ influx เข้ามาแล้วมันเบ่งขยายตัวขึ้นเรื่อยๆแทนที่ปริมาตรน้ำโคลนที่ก้นหลุม
จะ loss จะ kick จะ balloon ก็มีวิธีดูอยู่หรอก แต่เอาเข้าจริงๆหน้างาน มันก็ไม่ชัดเหมือนเราอ่านในตำรา ในทางปฏบัติ เราก็ play safe ปิดหลุมไว้ก่อน อยู่ดี แล้วค่อยมาวิเคราะห์กันทีหลัง
ถ้าผลการวิเคราะห์ออกมาว่า อ้าว ballooning นี่นา ก็ค่อยเปิดหลุมขุดกันต่อ ถ้าผลการวิเคราะห์บอกว่า อ้าว kick ก็เตรียมผสมน้ำโคลนหนัก โป๊งๆชึ่ง well control กันไปตามตำราตามสูตร
ดังนั้นตามตรรกะแล้ว BG ต้องน้อยกว่า หรือ อย่างเก่งก็เท่ากับ LG ณ.ความลึกหนึ่งๆ (เพราะ ballooning คือ พอง แต่ยังไม่รั่ว) เราจึงมโนง่ายๆว่า เส้นทั้งหมดนี้มันน่าจะเรียงกันแบบนี้
PP < PPf < BG <= LG <= FGf < FG
ช่องว่างระหว่าง PPf กับ BG นั่นแหละ คือ mud window จริงๆที่เราสามารถผสมน้ำหนักน้ำโคลนใช้ได้
ในการวาง แผนการใช้น้ำโคลน ตอนผมทำงานใหม่ๆ ผมเคยสงสัยว่า ทำไมปัจจัยที่ทำให้ข้อจำกัดฝั่งสูงมันมีปัจจับให้ลดลงๆเยอะจัง
ทำงานไปๆก็พอเข้าใจครับ เพราะโดยธรรมชาติคนเราทำงานก็ต้องการ “ปลอดภัยไว้ก่อน” คือผสมน้ำโคลนหนักๆเอาไว้ก่อน เพราะคิดว่า เอ๊ะ ก็ไม่เกิน FGf นี่นา
แล้ว … อ้าว พอเอาเข้าจริง หลุมมันรั่วก่อนแตก ที่หว่า งั้น เอาใหม่ๆ มาหา LG กัน แล้วผสมน้ำโคลนให้หนักไม่ให้เกิน LG ทำไปสักพัก อ้าว หลุมมันไม่รั่ว แต่ดันพองๆยุบๆ พองหนอยุบหนอ ทำให้ต้องมาหา BG กันอีกรอบ
น้ำหนักน้ำโคลนขั้นต่ำแต่ละช่วงของชั้นหิน
โจทย์ –> ข) คำนวณน้ำหนักน้ำโคลนขั้นต่ำที่จะมีน้ำหนักกดเพียงพอในหลุมที่จะควบคุมแรงดันในแต่ละช่วงของชั้นหินที่เจาะผ่านลงไป
ที่ผ่านมาเราดูกลมๆภาพรวมๆทั้งหลุม คราวนี้เรามาดูว่า ทั้งหลุมน่ะ เราจะขุดมันรวดเดียว ด้วยน้ำโคลนน้ำหนักเดียวจะได้ไหม คำตอบคือ โดยมากไม่ได้ ลองดูรูปเดิมก่อน
อะ ดูแล้ว คุณคิดว่า คุณจะขีดเส้นตรงในแนวดิ่ง (เลือกน้ำหนักน้ำโคลน) จากปากหลุม (0 ftVD) ลงมาถึงก้นหลุม (1300 ftVD) โดยลากให้อยู่ในกรอบ PPf and FGf และ ไม่ให้ตัดกับเส้น PPf และ เส้น FGf เลย จะทำได้ไหม … ทำไม่ได้ใช่ไหมล่ะ
นั่นคือเหตุผลเรื่องน้ำหนักน้ำโคลนที่ต้องแบ่งหลุมออกเป็นช่วงๆ ซึ่งจริงๆแล้ว ไม่ใช่เหตุผลเรื่องน้ำหนักน้ำโคลนอย่างเดียว มีอีกหลายปัจจัยที่ต้องแบ่งหลุมขุดเป็นช่วงๆ เช่น ท่อกรุ ทิศทางการขุด แรงเสียดทาน (Torque and Drag ต่อไปดีจะย่อว่า T&D) บลาๆๆๆๆ แต่ตอนนี้เราพูดเรื่องน้ำหนักน้ำโคลนก่อน
ในการนี้เราทำได้สองแบบ
คิดจากล่างขึ้นบน
เราก็ขีดขึ้นมาหนึ่งเส้นจากก้นหลุมที่มากกว่าเส้น PPf นิดหน่อย ลากขึ้นไปจนเกือบชน FGf (ซึ่งอาจจะเป็น BG หรือ LG แล้วแต่ว่าจะเจออะไรก่อน) คือลากจากจุด A ไป B ในรูปข้างล่าง
นั่นคือ น้ำหนักน้ำโคลนช่วงสุดท้ายที่เราจะใช้ จากรูปก็ราวๆ 10 PPG แก่ๆ เกือบๆจะ 11 PPG ความลึกช่วงสุดท้ายก็ราวๆ จาก 4500 ftVD – 12000 ftVD
แล้วก็ทำเหมือนเดิมกับช่วงรองสุดท้าย
เราก็จะได้ น้ำหนักน้ำโคลนช่วงรองสุดท้ายที่เราจะใช้ จากรูปก็ราวๆ 9.75 PPG ความลึกช่วงรองสุดท้ายก็ราวๆ จาก 1750 ftVD – 4500 ftVD
และ ช่วงบนสุด
เราก็จะได้ น้ำหนักน้ำโคลนช่วงบนสุดที่เราจะใช้ จากรูปก็ราวๆ 9 PPG นิดๆ ความลึกช่วงบนสุดก็ราวๆ จาก 0 ftVD (ปากหลุม) – 1750 ftVD
คิดจากบนลงล่าง
ตรรกกะเดียวกันเดี๊ยะครับ แค่คิดจากปากหลุมลงไปก้นหลุม ผมเอารูปมาเรียงกันเลย
ในการวาง แผนการใช้น้ำโคลน จะเห็นว่า น้ำหนักน้ำโคลน และ ช่วงการขุด จะต่างกันนิดๆหน่อยๆ ไปจนถึงต่างกันเยอะ แล้วจะเลือกแบบไหน
คำตอบคือ เอาที่สบายใจ 555
คืองี้ครับ ผมก็กวนโอ้ย ไปอย่างนั้น
ถ้าดูปัจจัยน้ำหนักน้ำโคลนอย่างเดียวน่ะ มันก็แค่นี้ อย่างเก่งก็ดูเรื่องเงินๆทองๆประกอบ เพราะแบบล่างขึ้นบน และ บนลงล่าง ให้นน.น้ำโคลนและช่วงท่อต่างกัน เงินที่จะเอาไปผสมน้ำโคลน และ ซื้อท่อกรุก็ต่างไปด้วย แบบไหนใช้เงินน้อยสุดก็เอาแบบนั้น
แต่ชีวิตจริงมันไม่ง่ายแบบนั้นครับ
เพราะเราต้องไปดูเรื่อง ปัจจัยอื่น เช่น การออกแบบท่อกรุ burst collapse tensile ชั้นหินที่จะผลิต แนว ทิศทางหลุม T&D บลาๆ อีกเยอะครับ แต่โจทย์ท่านสภาวิศวกรบอกว่า ให้ดูแต่ปัจจัยนน.น้ำโคลนอย่างเเดียวก็ประมาณนี้ครับ 🙂
เข้าใจ และ ป้องกันไม่ให้มีการรั่วไหล
โจทย์ –> ค) เข้าใจ และ ป้องกันไม่ให้มีการรั่วไหล และ ปนเปื้อนของปิโตรเลียมจากในหลุมเจาะขึ้นมาสู่ผิวดินในระหว่างการเจาะ
ข้อนี้ผมอ่านหลายรอบมาก พยายามเข้าใจว่าท่านสภาฯจะออกสอบยังไง … เข้าใจ และ ป้องกัน
เข้าใจ … โอเคครับ ผมเข้าใจว่า ไม่ให้ปิโตรเลียมรั่วไหลขึ้นมาเลอะเทอะติดไฟ บลาๆบนผิวดิน เพราะมัน ไม่ดี อย่างนั้น อย่างนี้ ก็เข้าใจแล้วอ่ะ แล้วไงต่อ หุหุ
ป้องกัน … ท้ายประโยคบอกว่า ขณะเจาะ และ เกี่ยวกับน้ำโคลน เพราะฉะนั้น ตัดเรื่อง อุปกรณ์ well control พวก BOP โน้นนี่นั่นออกไป หัวข้อนี้ท่านเน้นให้เกี่ยวกับน้ำโคลนเท่านั้น
งั้นเท่าที่ผมมโนนึกได้ก็ พวก margin ทั้งหลาย
trip margin
คือ ตอนเจาะเนี้ย เราปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะออกไปโผล่ที่หัวเจาะที่ก้นหลุมใช่ป่ะ แล้วน้ำโคลนมันก็ไหลหอบเอาเศษหินก้นหลุมขึ้นมาตามช่องว่างระหว่างก้านเจาะกับผนังหลุม ก้นหลุมจึงมีแรงดันส่วนนี้ที่ต้องมีทั้งแรงยกหอบเศษหิน (เอาชนะน้ำหนักของเศษหิน) และ เอาชนะแรงเสียดทานแรงกับผนักหลุม (annulas friction)
ดังนั้นตอนที่ปั๊มน้ำโคลนขณะเจาะเนี้ย มันมีความดันสองส่วน คือ ความดันเนื่องจากน้ำหนักน้ำโคลนเพียวๆ กับ แรงดันอันเนื่องมาจากการไหลของน้ำโคลน ความดันรวมๆสองส่วนนี้เราเรียกว่า Equivalent Circulation Density ย่อๆกันในวงการว่า ECD
ECD เนี้ย เราใช้ในการกด PPf เอาไว้ขณะขุด
คราวนี้พอขุดถึงความลึกที่ต้องการ จะถอนก้านขึ้นมาเผื่อจะลงท่อกรุ ตอนถอนก้าน เราไม่ได้เปิดปั๊ม เพราะฉะนั้นความดันส่วนที่เกิดจากการไหลของน้ำโคลนมันจะหายไป เหลือแต่ความดันเนื่องจากน้ำหนักน้ำโคลนเพียวๆ ตอนถอนก้านเนี้ย มันใช้เวลาหลายชั่งโมง
ดังนั้นก่อนถอนก้านขึ้น เรามักจะเปลี่ยนน้ำหนักน้ำโคลนให้หนักขึ้นกว่าขณะเจาะนิดหน่อยสัก เพื่อชดเชยความดันที่หายไปเนื่องจากหยุดปั๊ม
ซึ่งเราทำได้สองวิธี คือ คำนวนเอา หรือ สังเกตุ ECD ในขณะขุด แล้วเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนก่อนถอนก้านเจาะให้ได้เท่านั้น
วิธีที่สองง่ายกว่า เราใช้ rule of thumb 555 (แปลว่ากะกะเอาจากประสบกาณณ์ที่ผ่านการพิสูจน์มานานแล้วว่าได้ผล) โดยเพิ่มจากที่เจาะสัก 0.1 – 0.15 SG กำลังดี เช่นตอนเจาะเราใช้น้ำหนักน้ำโคลน 1.15 SG ตอนก่อนถอน เราก็เปลี่ยนเป็น 1.25 – 1.3 SG เป็นต้น
logging margin
นี่ก็แนวคิดเดียวกับ trip margin ครับ เพียวแต่เราจะทิ้งหลุมไว้นานหน่อยกว่าจะเอาท่อกรุลง เพราะเราต้องทำการหยั่งธรณีโดยอุปกรณ์ที่ติดกับปลายสายเคเบิ้ล ซึ่งแต่ล่ะการหยั่งธรณีก็ใช้เวลามากน้อยต่างกัน แล้วแต่พี่น้องนักธรณี และ วิศวกรแหล่งผลิตต้องการ
วิศวกรขุดเจาะเรามีหน้าที่ต้องเตรียมหลุมไว้ให้นานพอที่จะทำการหยั่งธรณีเสร็จ
น้ำโคลนเนี้ยมันประกอบด้วยอะไรมากมายในนั้น สิ่งหนึ่งที่อยู่ในน้ำโคลน คือ ผงหิน ที่พวกเราเรียก barite นี่แหละ เรามีเจ้านี่เอาไว้ทำไม เอาไว้ปรับน้ำหนักน้ำโคลนไงครับ
ในภาวะปกติๆ barite มันจะแขวนลอยอยู่ในน้ำโคลนเป็นอันหนึงอันเดียวกัน น้ำโคลนจึงหนักเสมอต้นเสมอปลาย แต่ถ้าทิ้งให้น้ำโคลนอยู่นิ่งๆนานๆ คราวนี้แหละ เกิดปัญหา barite มันจะตกตะกอนนอนก้น (barite sagging) … เหมือนกาแฟเย็นทิ้งไว้นานๆน่ะครับ อารมณ์นั้น
โดยกฏของฟิสิกส์ถ้าของแข็งลอยเคว้งในของเหลว น้ำหนักของของแข็งนั้นจะเป็นส่วนหนึ่งของความหนาแน่น (น้ำหนัก) ของของเหลวนั้น เพราะน้ำหนักของของแข็งนั้นมันถูกถ่ายลงบนโมเลกุลของเหลว แต่ถ้าเมื่อไรของแข็งนั้นร่วงลงมานอนก้น น้ำหนักของของแข็งจะถ่ายลงบนพื้นภาชนะ ดังนั้นความหนาแน่นหรือน้ำหนักของของเหลวจึงลดลง
สรุปสั้นๆ เมื่อทิ้งหลุมเอาไว้นานๆ barite จะ sag (นอนก้น) น้ำหนักน้ำโคลนจะลดลง บางทีถ้าเราไม่เผื่อเอาไว้ น้ำหนักน้ำโคลนอาจจะน้อยกว่า PPf คราวนี้ล่ะ ปิโตรเลียม หรือ อะไรที่ไม่พึงปราถนา ก็จะเล็ดลอดเข้ามาในหลุม แล้วโผล่มาจ๊ะเอ๋กับเราที่ปากหลุม
สรุป ถ้ารู้ว่าจะมีการหยั่งธรณีก่อนเอาท่อกรุลงหลุม ต้องประมาณว่าการหยั่งธรณีนั้นใช้เวลาเท่าไร แล้วเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนเผื่อขึ้นไปอีกก่อนถอนก้านขึ้นมา แล้วจะรู้ได้ไงว่าต้องเผื่อเท่าไร ก็ rule of thumb ครับ ใช้ประสบการณ์เก่าๆเอา โดยมากก็เพิ่มไปจาก trip margin อีก 0.1 – 0.15 SG
surge
กิจกรรมระหว่างขุด หรือ ตอนเอาท่อกรุลงหลุมเนี้ย มันมีอยู่ช๊อตหนึ่งที่เอาก้านเจาะลงหลุม หรือ เอาท่อกรุลงหลุม (tripping in) ถ้าเอาก้านเจาะหรือท่อกรุลงหลุมเร็วเกิน ใจร้อนว่างั้น ความดันที่หัวเจาะ หรือ ปลายท่อกรุ (casing shoe) จะเพิ่ม เพราะเหมือนเราอัดก้านเข็มฉีดยาลงในกระบอกฉีดยา ความดันนี้เราเรียกว่า surge pressure
ความดันนี้จะมากจะน้อย ก็ขึ้นกับช่องว่างระหว่างหัวเจาะ หรือ ท่อกรุ กับ ผนังหลุม (ยิ่งช่องว่างน้อย ความดัน surge ยิ่งเยอะ) และ ความเร็ว (ยิ่งเอาก้านเจาะหรือท่อกรุลงหลุมเร็วๆ ความดัน surge ยิ่งเยอะ)
และแน่นอนว่ายิ่งน้ำหนักน้ำโคลนมาก ความดัน surge ยิ่งเยอะ
ชีวิตเราที่ยุ่งกับน้ำหนักน้ำโคลนมันปวดตับอยู่แล้ว เราไม่มาปวดหัวเพิ่มปรับน้ำหนักน้ำโคลนเพื่อลด surge pressure หรอกครับ เราก็เอาก้านเจาะ เอาท่อกรุลงหลุมให้ช้าๆหน่อย ก็ตอบโจทย์แล้ว
swap
ถ้าเข้าใจ surge แล้ว swap ก็ง่ายครับ มันตรงข้ามกัน
swap เกิดตอนที่ถอนก้านเจาะขึ้นเร็วๆ ความดันที่ปลายหัวเจาะจะลดลง เพราะน้ำโคลนในก้านเจาะไหลผ่านหัวเจาะ และ น้ำโคลนที่อยู่ข้างๆหัวเจาะกับผนังหลุม ลงไปแทนที่ไม่ทัน เกิดภาวะความดันใต้หัวเจาะตก เหมือนเราชักก้านเข็มฉีดยาออกมาเร็วเกินนั่นแหละ
คราวนี้ล่ะก็ ปิโตรเลียม หรือ ของไหลไม่พึงประสงค์ ก็จะไหลเข้ามาในหลุม ซึ่งเราก็ไม่ปลื้ม เช่นกันอีก เราไม่ปวดตับปรับน้ำหนักน้ำโคลนหรอก เราก็แค่ชักช้า คือ ชักก้านเจาะขึ้นมาช้าๆ
พูดถึงเรื่องนี้แล้ว ทำให้ผมนึกถึงโจ๊กชามหนึ่งขึ้นมา … ทำไมตำรวจดวลปืนกับผู้ร้ายแล้วตำรวจตาย ทำไมเด็กถึงไปโรงเรียนสาย และ ทำไมผู้หญิงถึงท้อง …. 3 คำถามนี้มีคำตอบเดียวกันครับ … เฉลยท้ายบทความนะครับ อิอิ 😉
ต่อๆ …
แล้วทำไมเราไม่ถอนท่อกรุนะ 555 ปกติเราไม่ถอนท่อกรุหรอกครับ ยกเว้นถึงคราวซวย เอาท่อกรุลงไปแล้วมันติด ลงไม่ถึงก้นหลุม ก็ต้องตัดสินใจว่า จะพอแค่นั้น ปั๊มซีเมนต์เลย หรือ ถอนสายบัวขึ้นมาแก้ปัญหา ส่วนจะแก้ปัญหาไงนั้น ไม่เกี่ยวกับบทความตอนนี้ครับ
มาถึงตรงนี้ พวกเราอาจจะคิดว่า อ๋อ จบแล้วนิ แผนการใช้น้ำโคลนมีแค่นี้เองเหรอ
จริงๆเรื่องน้ำโคลนเนี้ย เยอะครับ แต่สภาวิศวกรฯให้โจทย์ไว้เท่านี้ แค่เรื่องที่เกี่ยวข้องกับการความคุมความดันในหลุม ไม่ได้พูดถึงเรื่องอื่น เช่น ความเป็นมิตร (หรือศัตรู) กับชั้นหินต่างๆที่มักจะบวมน้ำทำให้ผนังหลุมพุพองแล้วก่อนปัญหาอย่างหินดินดาน ชั้นหินที่ต้องทะนุถนอมอย่างชั้นหินแหล่งกักเก็บ หรือ ที่เกี่ยวกับความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม NGO และ คนทำงานใต้แท่น การถ่ายเทพลังงาน การเป็นสื่อนำสารนำสัญญานให้อุปกรณ์การหยั่งธรณี
โอ้ย อีกล้านแปดครับ ท่านสภาฯไม่ได้กำหนดไว้ให้ Entry level รู้ ก็ผ่านๆไปครับ ผมก็จะไม่พูดถึง ทำงานๆไป เดี๋ยวก็รู้เองแหละ
ปิดท้ายด้วย เอกสาร หนังสือ คู่มือ และ เว็บต่างๆที่คุณสามารถเข้าไปหาความรู้เพิ่มเติมได้
2 ลิงค์นี่เป็นตำราที่ผมใช้ทำมาหากินครับ แนะนำมากๆให้อ่าน ไม่ต้องเน้นคำนวนก็ได้ เอาแค่ความเข้าใจหลักการของมันก็พอ
บทที่ 4 กลศาสตร์ของไหลที่เกี่ยวกับการขุดเจาะ
ส่วนข้างล่างเป็นลิงค์ต่างๆที่น่าจะเป็นประโยชน์ครับ (ที่เอามาอ้างอิงใช้ในบทความนี้)
drillingformulas(drilling fluids)
http://petrowiki.org/Functions_of_drilling_fluid
https://en.wikipedia.org/wiki/Drilling_fluid
เฉลยโจ๊ก …
ทำไมตำรวจดวลปืนกับผู้ร้ายแล้วตำรวจตาย ทำไมเด็กถึงไปโรงเรียนสาย และ ทำไมผู้หญิงถึงท้อง … คำตอบคือ “ชักช้า” 😉