Compensated Dual Resistivity (CDR) ตอน Phase Shift Resistivity

• Facebook
• Twitter
• Line

Compensated Dual Resistivity (CDR) ตอน Phase Shift Resistivity – มีคำถามหลังไมค์มาง่ายๆแบบนี้อ่ะครับ แต่แหม ตอบไปสั้นๆก็คงจะต้องถามกันดิงดองต่ออีกเยอะ

ก็เลยคิดว่า จัดไปให้สักตอนดีกว่า

มาจะกล่าวบทไป เท้าความสั้นๆประวัติเล็กๆว่า ทำไมเราต้องวัดความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ (resistivity) ของชั้นหิน

สมการหาน้ำมันตัวพ่อ Archie’s Law มาทำความรู้จักกันครับ

สมการหาน้ำมันตัวพ่อ Archie’s Law มาทำความรู้จักกันครับ

แต่ดั้งแต่เดิมเราใช้หลักการวัดความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของชั้นหินแบบตรงไปตรงมา คือ ปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในชั้นหิน แล้ววัดความต่างศักดิ์ไฟฟ้าตกคร่อม แล้วจับมาหารกัน (V/I = R)

Wireline Logging ตอน Resistivity Tool EP1 มันใช้ทำอะไรเอ่ย

แล้วมันก็มีปัญหาอีตอนน้ำโคลนในหลุมเป็นชนิดที่ใช้น้ำมัน (Oil Base Mud – OBM) นี่ซิ การวัดตรงไปตรงมาแบบดั้งเดิมก็จะใช้ไม่ได้ เพราะน้ำโคลนแบบนี้ไม่นำไฟฟ้านิ

ก็เลยต้องใช้หลักการแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ไปเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กในชั้นหิน แล้ว เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในชั้นหิน แล้วเหนี่ยวนำกลับมาที่เคร่องรับสัญญาณอีกที

เรียกว่าวัดค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ (Conductivity – C) ของชั้นหินนั่นแหละ แล้วแปลงกลับมาเป็นความต้านทานจำเพาะอีกที (R = 1/C) ไปอ่านรายละเอียดได้จากตอนเก่าในลิงค์ข้างล่างนี้ได้ครับ

Wireline Logging ตอน Resistivity tool EP2 มารู้จักกันว่าทำงานยังไง

 

เนื่องจากใช้หลักการเหนี่ยวนำ ตัวถังเครื่องมือ (sonde body) ชนิดนี้จึงจำเป็นต้องไม่นำไฟฟ้า จริงไหมครับ เพราะถ้าตัวถังเครื่องมือนำไฟฟ้าซะแล้ว ก็จะเกิดกระแสเหนี่ยวนำที่ตัวถังเครื่องมือแทน ผมจำได้เลาๆว่า ตัวถังมันทำด้วย อีป๊อกซี่ เรซิน หรืิอ ไฟเบอร์กล๊าส อะไรสักอย่างนี่แหละครับ

ดังนั้น เจ้าเครื่องมือนี่จะบอบบางมาก จะเอาไปห้อย เอาไปพ่วงกับเครื่องมืออื่นก็ต้องเอาไปต่อตูดเครื่องมืออื่นเป็นเครื่องมือสุดท้าย เพราะไม่ต้องรับน้ำหนักใคร จะบิดจะโค้งจะงอก็จำกัด เดี๋ยวหักเป็นสองท่อน

ดูเหมือนจะ Happy ending นิ เพราะเรารับมือได้ทั้งน้ำโคลนธรรมดา และ น้ำโคลนที่เป็นน้ำมัน

แต่เมื่อราวๆปลายๆ 1970s มี LWD (Logging While Drilling) เข้ามา

BHA Bottom Hole Assemble LWD (Logging While Drilling)

เวรล่ะซิทีนี้ เพราะ LWD มันเป็นส่วนหนึ่งของ BHA ติดอยู่ปลายก้านเจาะ ซึ่งตัวถัง (collar) ที่หุ่มเครื่องมือมันจำเป็นต้องเป็นโลหะ เพื่อความแข็งแรง สมบุกสมบัน แล้วน้ำโคลนก็เป็นแบบใช้น้ำมัน (OBM) จะทำไงกับชีวิตดี จะเอาหลักการเหนี่ยวนำกระแสให้ไหลในชั้นหินมาใช้ก็ไม่ได้ เพราะกระแสมันก็จะไหลวนในตัวถังโลหะที่หุ้มเครื่องมืออย่างที่กล่าวไปแล้ว

นั่นคือที่มาของเครื่องมือที่กำลังจะกล่าวต่อไปนี่แหละครับ

Compensated Dual Resistivity (CDR)

ก่อนจะไปตอบคำถามเรื่อง Phase Shift ต้องขอปูพื้นฟิสิกส์กันก่อนนะครับ

Dielectric

“วัสดุไดอิเล็กตริก (อังกฤษ: dielectric material) (หรือสั้นๆว่าไดอิเล็กตริก) เป็นฉนวนไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่สามารถทำให้มีขั้วไฟฟ้าได้โดยใช้สนามไฟฟ้า เมื่อไดอิเล็กตริกหนึ่งถูกวางอยู่ในสนามไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าจะไม่ไหลผ่านตัววัสดุเหมือนอย่างที่ผ่านตัวนำ เพียงแต่ขยับเพียงเล็กน้อยเท่านั้นจากตำแหน่งสมดุลเฉลี่ยเดิมก่อให้เกิดความเป็นขั้วไดอิเล็กตริก (อังกฤษ: dielectric polarization). ในการนี้ประจุบวกจะถูกผลักไปในทิศทางของสนามและประจุลบจะขยับไปในทิศทางตรงกันข้าม” ที่มา dielectric wiki

แปลแบบบ้านๆเลยนะ dielectrice เป็นคุณสมบัติทางฟิสิกส์อย่างหนึ่งของสสาร เหมือน ความหนาแน่น ความนำไฟฟ้า ความเป็นฉนวนไฟฟ้า ความเป็นฉนวนแม่เหล็ก บลาๆ

แล้วมันคืออะไร

มันคือความสามารถในการจัดเรียงโมเลกุลของตัวมันให้มีทิศทางเดียวกับสนามไฟฟ้า

อธิบายแบบบ้านๆก็ตามรูปข้างบนน่ะครับ ปกติไม่มีสนามไฟฟ้า โมเลกุลมันก็สะเปะสะปะของมันไปตามเรื่อง (รูปซ้าย) เรียกว่าเป็นสถานสมดุลตามธรรมชาติ แต่พอมีสนามไฟฟ้ามาป้วนเปี้ยว โมเลกุลมันก็จัดเรียงตัวเองนอบน้อมต่อสนามไฟฟ้านั้นทันที (รูปขวา)

พอเอาสนามไฟฟ้าออกไป โมเลกุลเหล่านี้ก็จะใช้เวลาหนึ่งในการกลับสู่ธรรมชาติเดิมของมัน (ก็คือสะเปะสะปะนั่นแหละ)

Dielectric Permitivity

ในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า แรงต้านสนามไฟฟ้า (อังกฤษ: permittivity) เป็นตัวชี้วัดความต้านทานที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อมีการก่อตัวของสนามไฟฟ้าในตัวกลาง พูดอีกอย่าง แรงต้านสนามไฟฟ้าเป็นตัววัดว่าสนามไฟฟ้าจะถูกกระทบอย่างไร และแรงนี้จะได้รับผลกระทบอย่างไรจากตัวกลางไดอิเล็กทริกหนึ่ง แรงต้านสนามไฟฟ้าของตัวกลางหนึ่งจะอธิบายถึงว่าสนามไฟฟ้า(ให้ถูกต้องมากขึ้น, คือฟลักซ์)มีจำนวนมากน้อยเท่าใดที่ถูก ‘สร้าง’ ขึ้นต่อหน่วยประจุในตัวกลางนั้น ฟลักซ์ไฟฟ้าจะเกิดขึ้นมากในตัวกลางที่มีแรงต้าน(ต่อหน่วยประจุ)ต่ำเนื่องจากปรากฏการณ์ของการเป็นขั้ว แรงต้านสนามไฟฟ้าจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับความอ่อนไหวทางไฟฟ้าซึ่งเป็นตัวชี้วัดว่าสารไดอิเล็กทริกหนึ่งจะกลายเป็นขั้วไฟฟ้าในการตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าได้ง่ายแค่ไหน ดังนั้น แรงต้านสนามไฟฟ้าจะเกี่ยวข้องกับความสามารถของวัสดุที่จะต้านทานต่อสนามไฟฟ้า … แรงต้านสนามไฟฟ้า wiki

In electromagnetism, absolute permittivity, often simply called permittivity, usually denoted by the Greek letter ε (epsilon), is the measure of capacitance that is encountered when forming an electric field in a particular medium. More specifically, permittivity describes the amount of charge needed to generate one unit of electric flux in a given medium. A charge will yield more electric flux in a medium with low permittivity than in a medium with high permittivity. Permittivity is the measure of a material’s ability to store an electric field in the polarization of the medium. https://en.wikipedia.org/wiki/Permittivity

ที่จำเป็นต้องเอามาอธิบายเรื่องนี้ เพราะมันจะตอบว่า ทำไม phase ถึง shift

ค่าความต้านทานสนามไฟฟ้านี้จะบอกว่า โมเลกุลของสสารอะไรยอมเก็บประจุ (คือนอบน้อมเรียงตัวไปในทิศทางของสนามไฟฟ้าที่มากระทำ)ได้ง่ายกว่ากัน

อย่างที่บอกไปแล้วว่า พอเอาสนามไฟฟ้าที่มากระตุ้นออก โมเลกุล(ที่มีความเป็นประจุไฟฟ้า)มันก็จะสวิงกลับมาสะเปะสปะเหมือนเดิม การที่โมเลกุลมีความเป็นประจุไฟฟ้าสวิงกลับ ก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าตอบสนอง (response) ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กตอบสนอง (response) สลับกันไปเป็นลูกโซ่ เป็นอีกลูกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหนึ่งที่เหลื่อม (ช้า – time delay) กับ คลื่นสนามไฟฟ้าที่มากระตุ้น

อารมณ์ประมาณรูปข้างล่างน่ะครับ

ระยะเวลาที่โมเลกุลสวิงกลับคืนไปสู่สถานะสเปะสะปะ(หลังจากไม่มีสนามไฟฟ้ากระตุ้น)นั่นก็คือระยะเวลาที่เส้นสีแดงเลื่อนตามหลังเส้นสีน้ำเงิน (ที่เรียกว่า phase shift) ระยะเวลาหรือ phase shift เป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของสสารหนึ่งๆซึ่งแปรผันกับค่าความต้านทานสนามไฟฟ้า (permitivity)

ค่าความต้านทานสนามไฟฟ้า (permitivity) มีความสัมพันธ์กับ ค่าความนำไฟฟ้า (conductivity) ของสสารนั้นๆ (ส่วนจะสัมพันธ์กันอย่างไรนั้น ผมไม่ลงไปลึกก็แล้วกันครับ สูตรยาวยวย ค่าคงที่มากมาย บลาๆ) เอาหลักกว้างๆพอเห็นความเชื่อมโยงหรือยังครับ

จะโยงให้ดูอีกทีนะ

ระยะเวลาที่โมเลกุลสวิงกลับคืนไปสู่สถานะสเปะสะปะ (phase shift หรือ time delay) เป็นคุณสมบัติเฉพาะของสสาร ซึ่งสัมพันธ์กับ -> ค่าความต้านทานสนามไฟฟ้า (permitivity) ซึ่งสัมพันธ์กับ -> ค่าความนำไฟฟ้าจำเพาะ (conductivity) -> ค่าความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ (resistivity)

อ้อ จริงๆแล้ว คลื่นลูกสีแดงมันไม่ได้แค่ตามหลังเท่านั้นนะครับ ความยาวคลื่นๆ (wave length) ก็มากขึ้นด้วย เหตุผลก็เหตุผลเดียวกับคาบเวลาที่โมเลกุลสวิงกลับไปอยู่ในสถานะเดิมนั่นแหละครับ สรุปว่า ไม่ใช่แต่ phase shift เท่านั้น ความถี่ก็เปลี่ยนไป (น้อยลง เพราะความยาวคลื่นมากขึ้น) และ ขนาด (amplitude) ก็ลดลงเช่นกัน

ดังนั้นถ้าเราวัดได้ว่าคลื่นสูกสีแดงตามหลังคลื่นลูกสีน้ำเงินอยู่เท่าไร และ ความยาวเคลื่อนเปลี่ยไปเท่าไร เราก็สามารถคำนวนหา ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ (resistivity) ได้

อีกอย่างหนึ่งที่จำเป็นต้องย้ำคือ ค่าความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ (resistivity)ที่หามาได้นั้นคือค่าความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ (resistivity) ของ ก้อนหิน (rock matrix) ทั้งก้อน นั่นคือ เป็นค่าเฉลี่ยๆเหมารวมความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะทั้งตัวหินและความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของของเหลวก๊าซที่แทรกอยู่ในรูพรุนๆของหินนั่น

โดยสมมุติฐานว่าหินมีความต้านทานเป็นอนันต์ (เป็นฉนวนว่างั้น)  ดังนั้นค่า ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะที่วัดได้ก็อนุโลมว่าคือความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของของเหลวก๊าซ + น้ำโคลน ที่อยู่ในนั้นนั่นแหละครับ

ซึ่งก็ต้องเอาค่าไปปรับแต่ง (calibration / correction factor บลาๆ) กันต่อไปถ้าจะเอาไปใช้ในสูตรสมการหาน้ำมันอย่างที่เกริ่นไว้ตอนต้น

ถามมานิดเดียว ตอบซะยาวเลย 555 🙂

——————————————–

recta sapere

ผมเป็นแฟนตัวยของซีรี่ย์ StarTrack เลยครับ ตามท้องเรื่องมีตัวละครมากมายเป็นมนุษย์ต่างดาวที่มีลักษณะนิสัยที่มาที่ไปแปลกๆ (คล้ายๆจะล้อกับความเป็นมนุษย์ในบางมิติ) เช่น ที่เรารู้จักกันดีคือ ชาววัลแคน (สป๊อก) ที่ใช้ชีวิตคามตรรกะล้วนๆ ไร้อารมณ์ ชาวคลิงออนที่มีชอบตัดสินปัญหาด้วยกำลัง เป็นนักรบ ถือศักดิ์ศรีเหนืออื่นใด เป็นต้น

มนุษย์ต่างดาวเหล่านี้ต่างก็คิดว่าเผ่าพันธุ์ตัวเองนั้นเริ่ดเหนือทุกเผ่าพันธุ์ แน่นอนว่า มนุษย์ก็เป็นเผ่าพันธุ์หนึ่งในเรื่องที่คิดว่าตัวเองวิวัฒนาการมาดีแล้ว

ตอนที่ผมติดใจในบทสนทนาที่จะเล่าสู่กันฟัง ในตอนนั้นมีมนุษญ์ต่างดาวพันธุ์หนึ่งชื่อว่า ชาวเฟอริงกิ ซึ่งมีธรรมชาติที่เป็นพ่อค้าในดีเอ็นเอเลยทีเดียว ทุกอย่างคือกำไร ผลประโยชน์ แลกเปลี่ยน ไร้คุณธรรม ไร้การช่วยเหลือโดยไม่หวังผลตอบแทน บลาๆ …

ตอนที่ผมคิดใจนี้ คือ มนุษย์ที่เป็นผู้การสถานีอวการ DS9 ชื่อเบนจามินซิสโก้ ทะเลาะกับ ชาวเฟอริงกิเจ้าของบาร์บนสถานีอวกาศ ที่ชื่อว่า ควาร์ก ผู้การเบนจามินซิสโก้ที่มักจะบอกกับ และแสดงออก ทุกคนว่าตัวเองนั้นเปิดใจยอมรับทุกๆอารยธรรม ไม่ดูถูกอารยธรรมไหน

ผู้การเบนจามินซิสโก้ตอบคำถามควาร์กเลี่ยงไปเลี่ยงมาเกี่ยวกับทรรศนคติของตนต่อชาวเฟอริงกิ (เลี่ยงที่จะบอกว่าตัวเองไม่ชอบนิสัยของชาวเฟอริงกิ แต่ก็ไม่พูดตรงๆ ไม่อยากเสียภาพพจน์) จนควาร์กต้อนเข้ามุมโดยถามว่า ผู้การฯจะยอมให้ลูกชายคนเดียวที่มีแต่งงานกับชาวเฟอริงกิไหม

เท่านั้นแหละ ผู้การฯก็น๊อตหลุด พร่ำสาธยายนิสัยที่ไม่ดีของชาวเฟอริงกิ

ควาร์กเลยตลบหลังว่า มนุษย์นั้น คิดว่าตัวเองดีเริ่ดกว่าคนอื่น มนุษย์ต่างดาวไหนที่มีลักษณะที่เหมือนมนุษย์ มนุษย์ก็จะยกย่องเชิดชู รับเป็นพวกเดียวกัน มนุษย์ดาวไหนที่มีลักษณะที่ไม่เหมือนมนุษย์ มนุษย์ก็จะทับถม ไม่ให้โอกาส ไม่รับเป็นพวกเดียวกัน มนุษย์เองก็มีลักษณะเดียวกับชาวเฟอริงกิ ที่ ค้ากำไรอย่างโหดร้าย เห็นแก่ประโยชน์ มีความเป็นพ่อค้าหน้าเลือด (บลาๆ ควาร์กก็สาธยายขุดประวัติมนุษย์ชาติไปไรไป)

ควาร์กต่อว่า ในประวัติศาสตร์มนุษย์ที่คิดว่าตัวเองดีเริ่ดกว่าคนอื่นเสียเหลือเกินนั้น ก็เต็มไปด้วยสงคราม ล้างเผ่าพันธุ์ ทั้งในระดับหมู่บ้าน ประเทศ ศาสนา สีผิด ฯลฯ ฆ่าฟันมนุษย์เดียวกันเอง ชาวเฟอริงกิเสียอีกที่แม้ว่าจะเป็นพ่อค้าหน้าเลือดที่คอยฉกฉวยผลประโยชน์ เป็นคนเลว เป็นผู้ร้ายในสายตามนุษย์ แต่ตลอดประวัติศาสตร์ของชาวเฟอริงกิ ไม่เคยมีการฆ่าฟันกัน ไม่มีสงครามเลย แม้แต่ครั้งเดียว

… นั่นก็ทำให้ผู้การซิสโก้ อึ้งไปเลย เพราะควาร์กพูดความจริงทุกอย่าง

มนุษย์ชาติเรา (รวมทั้งคุณและผม) เป็นแบบนั้นจริงๆ …

• Facebook
• Twitter
• Line