Balanced cement plug คือ อะไร ใช้งานอย่างไร

• Facebook
• Twitter
• Line

Balanced cement plug – ปัญหาปวดตับของเราชาวขุดหลุมปิโตรเลียม คือ น้ำโคลนรั่วออกไปนอกหลุม หรือ ที่เรียกว่า loss circulation ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาตามมามากมายอย่างที่ผมเคยเล่าไว้แล้วหลายบทหลายตอน

5 driller nightmares ฝันร้ายของชาวขุดเจาะหลุมปิโตรเลียม

วิธีอุดหลุมที่รั่วก็ คือ ปั๊ม LCM (Loss Circulation Material) ลงหลุมไปพร้อมกับน้ำโคลน แล้วหวังว่าเจ้า LCM จะไปอุดรอยแตกรอยรั่วของหลุม

LCM ก็มีหลายขนาด หลายประเภท ตั้งแต่เป็นผงๆ เม็ดๆ ไปจนเป็นชิ้นๆ แม้แต่เศษเลื่อยไม้ ผ้าขี้ริ้วฉีกๆ ก็ปั๊มกันลงไปได้

https://glossary.slb.com/en/terms/l/lost-circulation_material

Balloon Loss Circulation Fracture Kick Blowout อะไรเป็นอะไรกันแน่

แต่ที่ชงัดที่สุด คือ ปูนซีเมนต์ครับ หรือ ที่เราเรียกว่า cement plug ครับ

Balanced cement plug

เราจะปั๊มซีเมนต์ลงไปในหลุม ณ.จุดที่เรารู้ว่ารั่วตรงไหน ปั๊มซีเมนต์ลงไปให้ท่วม(คร่อม)บริเวณนั้นสัก 100 – 150 เมตร รอจนซีเมนต์แห้งแข็งประมาณหนึ่ง แล้วค่อยลงไปขุดซีเมนต์ออก

แหม … ฟังง่ายเนอะ … 555

หน้าตาของ cement plug ตอนจบ เราต้องการให้เป็นแบบนี้

อ้อ เจ้า spacer นั่น เป็นของเหลวที่กั้น น้ำโคลนกับซีเมนต์ออกจากกัน เพราะเราไม่อยากให้น้ำโคลนไปมั่วกับซีเมนต์โดยตรง เพราะจะทำให้คุณสมบัติของซีเมนต์เปลี๋ยนไป๋ เผลอๆ ไม่แข็ง หรือ แข็งเร็วเกิ้น คือ ยังปั๊มไม่ทันเสร็จ ซีเมนต์แข็งคาท่อคาปั๊มซะงั้น คราวนี้ล่ะ ไม่ใครก็ใครได้โดนไล่ออกกันบ้าง

เราอาจจะคิดว่า มันจะยากอะไรฟ่ะ ก็หลุมทรงกระบอก กลมๆยาวๆ อยากได้ น้ำโคลน spacer ซีเมนต์ สูงเท่าไรก็คำนวนกลับเป็นปริมาณเอาได้นิ

หย่อนท่ออะไรลงไปก็ได้ลงไปในหลุมที่เต็มไปด้วยน้ำโคลน แล้วปั๊ม spacer นำลงไปก่อนตามปริมาณที่คำนวน ตามด้วยซีเมนต์เหลวตามปริมาณที่คำนวน ปั๊ม spacer ตบตูด แล้วปั๊มน้ำโคลนไล่ เสร็จแล้วถอนท่อขึ้นมา ก็จบข่าว มันจะไปยากอะไร จริงไหม …

ชีวิตมันไม่ง่ายอย่างนั้นครับ ผมจะพามาดูความลำบากของชีวิตพวกผมกัน … ตามมาๆ

ปัญหาแรกเลย … ท่อที่ใช้ปั๊ม เราเรียกว่า cement stinger ไม่ใช่ว่าท่ออะไรก็ได้นะ ถ้าคิดว่าใช้ ก้านเจาะปลายเปิด ที่เรียกว่า Open End Drill Pipe – ในรายงานชอบย่อว่า OEDP (ปลายด้ายล่างเป็น pin – เกลียวตัวผู้ โล่งโจ้งๆ) มันก็ง่ายดี แต่ปัญหาของ OEDP มันอยู่ตรง 3 จุดนี้ครับ

OEDP ปลายท่อที่เปิด ชี้ลงไปด้านล่าง เวลาปั๊ม spacer ลงไปชนกับน้ำโคลน spacer มันจะทิ่มตรงๆกระแทกน้ำโคลน ทำให้ผสมกันมั่วเป็นเนื้อเดียวกัน และพอปั๊มมั่วซีเมนต์เหลวตาม spacer ลงไป ซีเมนต์เหลวมันก็ทิ่มลงไปใน spacer มันก็ผสมมั่วกันไปหมด

spacer ที่เราคิดว่า 50 เมตร ปนเปื้อนน้ำโคลนตอนบน ปนเปื้อนซีเมนต์เหลวตอนล่าง เหลือ spacer จริงๆ ไม่กี่เมตร หรือ อย่างซวยสุด ไม่เหลือ spacer ไว้คั่นน้ำโคลนกับซีเมนต์เลย น้ำโคลนก็มาจุ๊บๆกับซีเมนต์ ก็บรรลัยล่ะทีนี้

ปัญหาที่สอง ของ OEDP ก็ คือ ข้อต่อของ drill pipe ที่เรียกว่า tool joint มันจะอ้วนๆ โตๆกว่าก้านเจาะ ซึ่งเราต่อก้านเจาะกันทุกๆ 10 เมตร

สมมุติว่า เราต้องการ cement plug 150 เมตร spacer 50 เมตร แปลว่า ก้านเจาะที่จมอยู่ใน ซีเมนต์เหลว และ spacer จะยาว 200 เมตร เท่ากับที่ tool joint หรือ ข้อท่อ 20 ข้อต่อ

มาลองมโนกันนิสนุง หลุมขนาดมาตราฐานขนาด 8.5 นิ้ว ใช้ก้านเจาะขนาด 5.5 นิ้ว ข้อต่อจะอ้วนๆประมาณ 7 นิ้ว เหลือ ช่องว่างระหว่างข้อต่อกับผนังหลุม ซ้ายขวา ก็ (8.5 – 7)/2 ก็ 0.75 นิ้ว (1.9 ซม. เอง)

แล้วเรามีข้อปล้องอ้วนๆ 20 ปล้อง ถอนก้านพร้อมปล้องอ้วนๆ 20 ปล้อง ขึ้นมา น้ำโคลน spacer ซีเมนต์ ปนกันมั่วเป็นเนื้อเดียวกันเลยทีนี้

ปัญหาที่สาม ของ OEDP คือ ก้านเจาะ มีความหนา นั่นแปลว่า ความสูงของ cement plug และ spacer ก่อน ดึงก้านเจาะขึ้น กับ ตอนที่ ดึง cement stinger ขึ้นมาแล้ว จะไม่เท่ากัน ดูรูปข้างล่างประกอบ

เราแก้ปัญหานี้ได้ไม่ยากด้วยการคำนวนปริมาณเผื่อ แต่ถ้าท่อบาง ก็คำนวนเผื่อน้อยหน่อย ก็ย่อมดีกว่า โอกาสที่จะไปผิดพลาดหน้างานน้อยกว่า

สรุป 4 ปัญหาใหญ่ๆ ที่ใช้ ก้านเจาะปลายเปิดเป็น cement stinger มีอะไรบ้าง

• ท่อปลายเปิด
• ผิวนอกไม่เรียบ มีข้อต่ออ้วนๆเป็นปล้องๆ
• ขนาดท่อใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดหลุม (บางกรณี)
• ท่อมีความหนา

พอนึกภาพออกหรือยังครับว่า cement stinger ในอุดมคติต้องหน้าตาเป็นไง

• ท่อปลายปิด เจาะรูข้างๆ 4 – 5 รู ให้ พอปั๊ม cement กับ spacer ได้
• ผิวนอกเรียบเนียน หรือ มีข้อต่อ (tool joint) ที่ไม่อ้วน
• ขนาดท่อต้องเล็กเมื่อเทียบกับขนาดหลุม
• ท่อต้องบางที่สุด

ไม่ผิดครับที่จะนึกถึง coil tubing ตอบทุกโจทย์ แต่มันจะขี่ช้างจับตั๊กแตนไปหน่อยครับ 1. คือ แพง 2. คือ เสียเวลาเอาขึ้นเอาลง (rig up/ down) มาก

cement stinger ซื้อเอาก็มีขาย แต่โดยมากเราไม่ซื้อครับ เราใช้ท่อผลิต (tubing) นี่แหละ ทำกันแบบบ้านๆ welder คนเดียว ทำได้ ตอบโจทย์ทั้งหมดเลย

ถ้าเราต้องการ cement plug 150 ม. spacer 50 ม. เราก็หา ท่อผลิตขนาด 2 7/8″ ยาวสัก 250 ม. (เผื่อ 50 ม.) ใช้ cross over (ภาษาบ้านๆก็ adapter นั่นแหละ) ต่อกับก้านเจาะ 5 1/2″ หรือ 5″

ปลายด้านล่างท่อผลิต เชื่อมปิดตาย ทำปลายให้มนๆทู่ๆ เจาะรูขนาด 0.5 นิ้ว ด้านข้าง รอบๆท่อ สัก 10 – 15 รู กระจายๆ เวลาปั๊ม cement มันก็จะออกไปข้างๆ แทนที่จะพุ่งจู๊ดลงไปตรงๆ

การคำนวน

กลับมาดูรูปอีกที มันก็ไม่ได้ยากอะไร

เราปั๊ม 4 ซ็อต

ซ็อตแรก ปั๊ม spacer ปริมาตร s1 ลงไปก่อน ให้มันขึ้นมาที่ช่องว่างระหว่าง stinger กับหลุม

ซ็อตสอง ปั๊มซีเมนต์ตามลงไป ปริมาตร c1

ซ็อตสาม ปั๊ม spacer ปริมาตร s2 ปิดท้าย

ซ็อตสี่ ปั๊มน้ำโคลน ปริมาตร m1 ไล่ spacer ปริมาตร s2 ให้ไปอยู่ในจุดที่ตรงกับ spacer ปริมาณ s1 ที่ปั๊มลงไปก่อนหน้านั้น

ก็จะได้รูปซ้ายมือข้างล่าง

โดยปริมาตร s1 c1 s2 m1 ต้องเผื่อความหนาของ stinger ด้วยนะ เพราะเราต้องถอน stinger ขึ้นมา ความสูงของ cement และ spacer จะเตี้ยลง เพราะซีเมต์กับ spacerไปแทนที่ปริมาณความหนาของ stinger

ถ้าเราคำนวน ปริมาตร s1 c1 s2 m1 กับ อัตรการปั๊ม และ เวลา ที่ใช้ปั๊ม ถูกต้อง เมื่อเปิดหลุม เปิดก้านเจาะ ความดันน้ำโคลนจะต้องสมดุลพอดี น้ำโคลนในก้านเจาะต้องไม่ลด หรือ เพิ่ม น้ำโคลนในหลุมก็ต้องไม่ลดหรือเพิ่ม ต้องนิ่งสนิท เราถึงเรียกมันว่า balance cement plug ไงครับ (u-tube effect ที่เราเรียนตอน ม. ปลายนั่นแหละ)

แล้วเราก็ถอน stinger ขึ้นมาอย่างช้าๆเนียนๆ เราก็จะได้รูป cement plug ข้างล่างเหลืออยู่ที่ก้นหลุมตามต้องการ

หลักการมันก็ง่ายๆแบบนี้แหละ การคำนวนก็ไม่ได้ยากเย็นอะไร

แต่ในความเป็นจริง (อีกแล้ว) บางทีเราก็หาท่อผลิตยาวๆอย่างใจต้องการไม่ได้ stinger จึงอาจจะมีหลายขนาดต่อกัน หรือ บางที spacer จะต้องคร่อมข้อต่อระหว่าง ท่อผลิตกับก้านเจาะหลายๆขนาด หรือ หลุมหลายขนาด ก็คำนวนยุ่งยากขึ้นนิดหน่อย แต่หลักการก็เหมือนกัน อะไรไม่รู้ก็เดาๆเอา (555)

ลองดู animation ข้างล่างนี่ก็ทำให้เข้าใจดีขึ้น …

สังเกตุดีๆในคลิป จะเห็นว่า ตอนปั๊มช่วงสุดท้ายตอนเราปั๊มน้ำโคลน m1 ไล่ตบตูด S2 ไปนั้น เราคำนวนให้ ระดับ S2 ใน stinger หยุด เหนือ ระดับ S1 ที่อยู่นอก stinger เล็กน้อย

ไม่ใช่กะๆเอานะครับ เราคำนวนได้ว่าให้ระดับ S2 อยู่ เหนือ S1 เท่าไร เพราะปริมาตร S2 ที่สูงขึ้นมานั้นคือ ปริมาตรของ stinger ที่จมอยู่ใน ซีเมนต์ C1 และ S1 นั่นเอง จริงไหมครับ

พอดึง stinger ขึ้นมา ระดับ S2 จึง ลดลงไปเท่ากับ S1 พอดี

คิดง่ายๆแบบนี้ ถ้าท่อ stinger ไม่มีความหนาเลย เราก็ไม่ต้องเผื่อให้ S2 สูงกว่า S1 ยิ่งท่อ stinger หนาเท่าไร S2 ยิ่งต้อง สูงกว่า S1 เท่านั้น

เราหลับตามโนกันล้วนๆ ว่าเราทำอย่างนั้นอย่างนี้ที่ปากหลุม แล้วในหลุมอะไรมันจะอยู่ตรงไหน จะเป็นอย่างไร … ซึ้งยังครับ … วิศวกรขุดเจาะรุ่นเก่าๆต้องมีจิตนาการระดับหนึ่งเลยล่ะ

รายละเอียด และ สูตร การคำนวนก็ไม่มีอะไรมาก กว้าง x ยาว (พื้นที่ฐาน) x สูง ดีๆนี่เองครับ ไปตามดูได้จาก 2 ลิงค์นี้

Balanced Cement Plug Calculation

https://better-cementing-for-all.org/balanced-plug-method-calculations

อ้อ .. นอกจากนี้ ผมยังล่ะเอาไว้ในฐานที่เข้าใจด้วยนะครับว่า เรากำลังปั๊มของเหลว 3 ชนิด ที่มีน้ำหนักต่างกัน (น้ำโคลน ซีเมนต์เหลว และ spacer)

ดังนั้นตลอดเวลาที่เราปั๊มโน้นปั๊มนี้ หย่อน stinger ลง ดึง stinger ขึ้น เราต้อง คำนวนด้วยว่า ความดันเนื่องจากของเหลวในหลุมที่ก้นหลุมเรา ณ.เวลาใดๆต้องไม่น้อยกว่า ความดันของชั้นหิน เพราะไม่งั้นก็จะมีของเหลวไม่ได้รับเชิญ (influx) จากก้นหลุมเข้ามา แต่ก็ต้องไม่มากเกิ้น จนของเหลวในหลุมรั่วเข้าไปในชั้นหิน ทำให้ยิ่งสูญเสียน้ำโคลน

ผมพูดให้ขลังไปงั้นแหละ เอาเข้าจริง เรื่องพวกนี้มันคำนวนไม่ยาก + – x / ธรรมดาๆ excel กับ กระดาษ ดินสอ ยางลบ ไม้บรรทัด ก็เอาอยู่ครับ ขอให้เข้าใจ และ มโนเก่งๆก็พอ

แต่จะเอามาแฉหมด เดี๋ยวผมก็ตกงาน จริงๆ ตอนนี้ผมก็ลืมไปแล้วแหละว่าทำไง ให้วิศวกรเด็กๆทำ แล้วผมคอยดูผลลัพท์ว่ามันเว่อร์ไหมเท่านั้นเอง … แฮ่ๆ

สรุปส่งท้าย …

อย่าพยายามทำเองเลยครับ เดี๋ยวพลาด จ้างพวกผมดีกว่า คิดไม่แพง วันล่ะไม่กี่พันเหรียญก็จ้างวิศวกรขุดเจาะแก่ๆอย่างผมได้แล้ว (เตรียมหางานหลังเกษียณ 555)

• Facebook
• Twitter
• Line