Drillability EP1 – “หลุมนี้เจาะได้ไหมค่ะพี่นก” … คำถามคลาสสิกครับ คำตอบผมก็คลาสสิกครับ … “ถ้าเงินถึง เวลาพอ ก็น่าจะได้ครับ” … (ฮา)
ไม่ได้กวนโอ้ยใครนะครับ มันก็จริงนี่ครับ ตราบใดที่ไม่เกินขีดจำกัดทางฟิสิกส์ และ เทคโนโลยีวัสดุของปัจจุบันนี้ ได้หมดแหละ ขอแค่มีเงิน มีเวลา ให้ผมเท่านั้นแหละ เดี๋ยวลุงนกจัดให้
งั้นเอางี้ สมมุติว่าหนูมีเงิน มีเวลาให้ลุง หลุมแบบไหนที่ลุงจะขุดไม่ได้ …
วันนี้เรามาคุยเรื่องนี้กันครับ drillability
Drillability EP1
Rock Compressive Strength
ถ้าผมจะเล่าแบบเปิดตำราเล่า จบเร็ว แต่มันจะไม่ทำให้เราเข้าใจ หรือ เข้าใจแบบแคบๆ ผมอยากให้พวกเราเข้าใจลึกซึ้งไปถึงหลักการ และ สามารถนำไปประยุกตฺ์ใช้กับงานอื่นๆทางวิศวกรรมได้ด้วย
ผมจะขอเล่าแบบช้าๆ ค่อยเป็นค่อยไป เน้นพื้นฐานมากกว่ารายละเอียดการคำนวน
การขุดหลุม คือ การทำลายพันธะเชิงกลของของแข็งที่ชื่อว่าหินหิน การทำลาย ต้องใช้พลังงานกล
การขุดหลุม คือ การถ่ายถอดพลังงานกล จากจุด ก. (เครื่องจักรที่ตั้งอยู่บนแผ่นดิน) ไป ยังจุด ข. (ก้นหลุม)
ทุกการถ่ายทอดพลังงานต้องใช้ “ตัวกลาง” และ มีการ “สูญเสีย” พลังงานระหว่างทางการถ่ายทอดพลังงาน
ดังนั้น จะขุดหลุมนี้ได้หรือไม่ได้นั้น ขึ้นกับว่า …
1. พลังสุทธิ(หักความสูญเสีย)ที่ส่งลงไป พอจะทำลายพันธะเชิงกลของชั้นหินไหม … พูดง่ายๆ พลังงานจากเครื่องจักร (ที่อยู่ผิวดิน) – พลังงานที่สูญเสีย (ระหว่างทาง) ต้องเท่ากับหรือมากกว่า พันธะเชิงกลของชั้นหิน (ที่อยู่ก้นหลุม)
2. ตัวกลางแข็งแรงพอที่สามารถถ่ายทอดพลังงานกลได้ไหม
พอเห็นภาพยังครับ … อาจจะดูง่ายเนอะ แต่นั้นแหละ เดี๋ยวมันจะยากขึ้นๆ (ฮา)
EP1 นี้จะพูดถึงเบสิกๆที่สุดก่อน คือ … หินก้อนนี้ ต้องใช้พลังงานกี่จูลในการทำให้มันแตกเป็นชิ้นๆ
หินทุกก้อนมีความแข็งที่วัดได้ทางฟิสิกส์ มีหน่วยเป็น แรงต่อพื้นที่ เช่น ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
แปลว่า ถ้ากดด้วยความดันขนาดนี้ หินก้อนนี้จะแตก เราเรียกค่านี้ว่า Compressive Strength (CS) ซึ่งมีแยกย่อยออกไปอีกว่า เป็น Confined Compressive Strength (CCS), Unconfined Compressive Strength (UCS), In situ CCS และ อีก 2 – 3 CS ที่ผมก็ไม่คุ้นชิน แต่ช่างมัน เอาว่า มันคือ CS ก็แล้วกัน
(ตัวอย่างการอธิบาย CCS – ซึ่งก็คือความดันที่ใช้ทำลายหินที่ถูกจำกัดพื้นที่ให้แตก นั่นแหละครับ เปรียบเหมือนเราเอาหินไปขังไว้รอบด้าน แล้วออกแรงกดมัน ดูซิ มันจะแตกที่แรงเท่าไร)
เราได้ CS มาอย่างไร … ง่ายสุด โทรฯถามนักธรณีฟิสิกส์ (ฮา) ส่วนเขาจะได้เลขนี้มาอย่างไร อย่าไปสนใจมาก นอกเหนืองานเรา ปวดหัวเปล่าๆ ให้คนอื่นเขามีงานทำบ้าง
เมื่อได้ CS มาแล้ว … สมมุติว่าหินที่จะขุดมี CS = 10,000 psi
แรงที่ใช้ขุดหลุมทรงกระบอกขนาด 8.5 นิ้ว = พท.วงกลม 8.5″ x 10,000 psi ออกมาได้แรงหน่วยเป็นปอนด์
เรารู้ว่า พลังงาน เท่ากับผลคูณของ แรง กับ ระยะทาง ใช่ไหม
Drill Bit … หัวเจาะ คืออะไร ทำงานอย่างไร แบ่งเป็นกี่ประเภท ข้อจำกัด
ดังนั้นพลังงานที่ใช้ขุดหลุมทรงกระบอกขนาด 8.5 นิ้ว เป็นระยะทาง 1 เมตร = แรงที่ใช้ขุดหลุมทรงกระบอกขนาด 8.5 นิ้ว x 1 เมตร หน่วยก็ออกมาเป็น นิวตันเมตร หรือ จูล ซึ่งเป็นหน่วยพลังงานนั่นแหละ
ถ้าเอาพลังงานหารเวลา ก็ได้ กำลัง หน่วยเป็นวัตต์ หรือ แรงม้า ซึ่งตรงนี้ไม่เกี่ยวกับงานเราเท่าไร บอกไว้เฉยๆ
ยังลอยๆอยู่ใช่ไหมครับ ว่าแล้วเมื่อไรจะตอบคำถาม drillability
นี่เป็นกรณีที่ไม่รู้อะไรเลย เราก็เริ่มจาก CS … แต่ถ้าเรารู้ว่าหินข้างๆ บริเวณข้างๆที่นักธรณีบอกว่า เออ มันก็แข็งพอๆกัน มีคนขุดอยู่แล้ว เราก็ชะโงกไปดูว่า เขาขุดอย่างไร ใช้น้ำหนัก แรงบิดเท่าไร ใช้ปั๊มน้ำโคลนอะไรอย่างไรเท่าไร … คำตอบเรื่องขุดได้ไหมในแง่ของพลังงานก็ตกไป เพราะหินข้างๆมันขุดได้นี่หว่า จริงไหม
แต่ก็ยังมีอีกหลายคำถามที่ต้องตอบ เพราะนี่แค่คำถามเดียวว่า ใช้พลังงานเท่าไรในการทำลายพันธะเชิงกลของหิน
จบ EP1 ตรงนี้ดีกว่า เดี๋ยวจะยาว แล้วขี้เกียจอ่านกัน ไปช้าๆ เอาให้เข้าในแนวคิด ก๊อปสูตรไปใช้น่ะ ไม่ยาก ที่ยากกว่า คือ รู้ว่าสูตรนั้นมาได้อย่างไร มีข้อจำกัด มีกรอบสมมุติฐานอะไร พลิกแพลงใช้อย่างไร และ ที่ยากที่สุด คือ คำนวนได้เองโดยใช้ความเข้าใจ ไม่ต้องใช้สูตร … สูงสุดคืนสู่สามัญครับ