High temperature gradient gas well cement challenge

• Facebook
• Twitter
• Line

High temperature gradient gas well cement challenge – วันก่อนไปอ่านเจอข่าวนี้ครับ

“CPAC-วัน แบ็งคอก” เบื้องหลังเทคอนกรีตอภิโปรเจ็กต์ 23,000 คิว 33 ชั่วโมง 15 นาที

ในฐานะวิศวกรด้วยกัน อ่านแล้วนับถือในความพร้อมและเทคโนโลยี รู้เลยว่ามันยากมากๆที่จะเตรียมงานอภิมหาท้าทายขนาดนี้

แค่จำนวนรถขนก็หน้ามืดแล้ว ยังไม่รวมแผนสำรอง logistic การบริหารจัดการความเสี่ยง ไหนจะความเป๊ะของสูตรซีเมนต์ที่ต้องสม่ำเสมอสำหรับปริมาตรซีเมนต์มหึมา

ตามประสาคนเขียนโน้นเขียนนี้ พอเห็นความท้าทายแบบนั้นแล้วก็กลับมาคิดถึงงานของเรา ก็ต้องใช้ซีเมนต์ในการทำหลุมปิโตรเลียมเหมือนกัน เราก็มีความยาก ความท้าทายเช่นกัน

ความท้ายทายก็มีหลายด้านนะครับ แต่วันนี้จะนำเสนอด้านเดียวก่อน คือ การทำซีเมนต์ในหลุมที่อุณหภูมิสูงขึ้นเร็วมากๆ

High temperature gradient gas well cement challenge

สำหรับคนที่ยังไม่รู้จักการทำซีเมนต์หลุม อยากให้ไปอ่านเรื่องพวกนี้มาก่อนนะครับ

เทคนิคการปั๊มซีเมนต์ ให้ไปอยู่หลังท่อกรุ เราทำกันอย่างไร

เทคนิคการปั๊มซีเมนต์ ให้ไปอยู่หลังท่อกรุ เราทำกันอย่างไร

simple cement volume calculation การคำนวนปริมาตรซีเมนต์หลุม

simple cement volume calculation การคำนวนปริมาตรซีเมนต์หลุม

Temperature Gradient

ขอปูพื้นเรื่องอุณหภูมิของหลุมอย่างง่ายๆก่อน

โดยธรรมชาติแล้วก๊าซจะอยู่ในชั้นหินที่ร้อนกว่าน้ำมัน นั่นแปลว่า ถ้าที่ความลึกเท่าๆกัน เช่น 3000 เมตร จากแนวดิ่ง อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหลุมก๊าซจะสูงกว่าหลุมน้ำมัน

อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหลุม เรานิยมวัดเป็น องศาต่อ 100 เมตร เช่น หลุมก๊าซในอ่าวไทยเรามี อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหลุมประมาณ 5.8 – 6.0 องศา C ต่อ 100 เมตรของความลึกในแนวดิ่ง

ในขณะที่หลุมน้ำมันที่แหล่งสิริกิตต์ อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหลุมประมาณ 2.5 – 3.5 องศา C ต่อ 100 เมตรของความลึกในแนวดิ่ง

อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหลุม เขียนทีก็ยาว ขอย่อเป็น temp grad ล่ะกันนะครับ

ต่อไปที่เราจะต้องเข้าใจคือกลไกการแข็งตัวของซีเมนต์

การแข็งตัวของซีเมนต์

ไม่น่าเชื่อก็ต้องเชื่อว่ากลไกการแข็งตัวของซีเมนต์ยังไม่มีใครรู้อย่างแน่ชัด เรารู้แต่ว่าปฏิกริยาการแข็งตัวของซีเมนต์จะให้ความร้อนออกมาจำนวนหนึ่ง ทำให้การแข็งตัวของซีเมนต์เป็นปฏิกริยาเคมีแบบคายควาามร้อน

พลิกตำราทบทวนวิชาเคมี ม. 5 ก็จะนึกได้ว่า …

อ้อ ปฏิกริยาเคมีแบบคายควาามร้อน จะเกิดขึ้นได้ดี ได้เร็ว ก็เมื่อความร้อนที่เกิดขึ้นถ่ายเทออกไปได้เร็วๆ จริงไหมครับ เพราะถ้าถ่ายเทความร้อนออกไปไม่ได้ ปฏิกริยาก็จะเกิดช้า หรือ ไม่เกิด นั่นคือ ซีเมนต์จะไม่แข็งตัว หรือ แข็งตัวไม่สม่ำเสมอกัน

จุดหนึ่งตรงขอบๆแข็งตัวได้ดีเพราะระบายความร้อนออกไปได้ง่ายก็จะแข็งก่อน ตรงกลางๆก้อนระบายความร้อนได้ไม่ดีนัก แข็งช้า แข็งทีหลัง คราวนี้แหละ เกิดแรงดึงและผลักกันเองภายในเนื้อซีเมนต์ ผลก็คือ ซีเมนต์ร้าวอยู่ข้างใน เรามองไม่เห็นหรอกครับจากข้างนอก แต่รอยร้าวนั้นทำให้ซีเมนต์ไม่แข็งได้ตามสเป็คที่ควร ที่เราคำนวนไว้

นั่นคือปัญหาของการเทซีเมนต์ก้อนหนาๆแบบที่ CPAC เทซีเมนต์ฐานรากตึกขนาดมหึมามหาศาลในข่าวที่ผมยกมา

หลุมก๊าซยาวๆ

ในกรณีของเรา ความท้าทายไม่ได้อยู่ที่ความหนาปึ๊กของซีเมนต์แบบ CPAC เทฐานราก แต่กลับตรงกันข้าม ซีเมนต์ของเราบางเฉียบ (เมื่อเทียบกับฐานรากตึก) แหม … มันก็หนาเท่ากับช่องว่างระหว่างท่อกรุกับผนังหลุมนั่นแหละ มันจะสักกี่นิ้วกัน

แต่ความท้าทายคือ … ท่อมันยาววววววว ….

ฉันจะยาว ฉันผิดตรงไหน …

ผิดตรงที่ซีเมนต์มันต้องหุ้มท่อกรุไปตลอดแนวยาวๆที่ว่านั่น และ temp grad มันก็เยอะ เช่น 6 องศา C ต่อ 100 m ถ้าหลุมช่วงที่ใช้ผลิต (production section) ยาวสัก 1000 เมตร (ในแนวดิ่ง แปลว่า ถ้าหลุมเอียง หลุมต้องยาวกว่านี้) อุณหภูมิซีเมนต์ที่ก้นหลุมกับด้านบนของซีเมนต์ (TOC – Top Of Cement) จะต่างกัน 1000 x 6 /100 = 60 องศา C

อย่างที่เรารู้ว่าการแข็งตัวของซีเมนต์เป็นปฏิกริยาคายความร้อน ดังนั้นอุณหภูมิจึงมีผลต่อสารเคมีที่ใช้เพื่อให้ซีเมนต์แข็งตัวในเวลาที่เราต้องการ พูดง่ายๆคือ สูตรผสมซีเมนต์นั้นเป็นสูตรเฉพาะที่อุณหภูมิหนึ่งๆ (+/- นิดหน่อย) เมื่อเปลี่ยนอุณหภูมิ ก็ต้องเปลี่ยนสูตร

Salt in cement ทำไมเราใส่เกลือลงในซีเมนต์ (แต่มากไปก็ไม่ดี)

ตรงนี้แหละที่ต่างกับ CPAC เทซีเมนต์ฐานราก เพราะในการเทฐานราก อุณหภูมิของทั้งฐานรากเป็นอุณหภูมิห้องทั่วกันทั้งก้อน

ความท้าทายของเราก็คือ เราต้องผลิตสูตรซีเมนต์ที่ใช้ได้ในช่วงอุณหภูมิกว้างๆ

ผมก็ออกจากงานซีเมนต์หลุมมานานแล้ว ไม่รู้ว่าตอนนี้ทำได้ช่วงกว้างที่สุดเท่าไร เพราะนั่นจะเป็นตัวกำหนดว่าเราจะซีเมนต์หลุมให้ได้ในคราวเดียวยาวเท่าไร ซึ่งก็คือ กำหนดความยาวของหลุมในช่วงผลิต (production section) นั่นเอง

สมมุติตัวเลขดีกว่า สมมุติว่า สูตรซีเมนต์ผมที่ 175 องศา C ใช้ได้โอเคตามสเป็คได้ถึงอุณหภูมิ 115 องศา C แปลว่า ก้นหลุมกับปลายท่อกรุตัวบน (previous casing shoe) จะต้องมีอุณหภูมิต่างกันได้มากสุด 175 – 115 = 60 องศา C

ถ้า temp grad หลุมนี้ = 6 องศา C ต่อ 100 เมตรในแนวดิ่ง แปลว่า ในแนวดิ่ง ก้นหลุมกับปลายท่อกรุตัวบน จะต้องห่างกัน (60/6) x 100 = 1000 เมตร

ถ้าหลุมเอียง 50 องศา ช่วงหลุมนี้ก็จะยาวสุดได้เท่าไร ติ๊กต๊อกๆ เปิดตำราตรีโกณมิติเร็วๆเข้า

ช่วงหลุมนี้ก็จะยาวสุดได้ 1000/cos(50) = 1555 เมตร

เห็นไหมครับว่า ส่วนต่างๆของหลุม จะยาว จะใหญ่ จะบานเบอะแค่ไหน มันมีหลายปัจจัยมากๆ นี่ยังไม่ได้พูดถึงเรื่องการรับแรงอื่นๆอีก เช่น burst collapse tensile ของท่อกรุ torque and drag ของก้านเจาะ และ ของท่อกรุ บลาๆ 108 1009

ทุกอย่างทุกเรื่องมันเชื่อมโยงกันไปหมด ผมก็พูดให้มันดูขลังไปงั้น แต่ความเป็นจริง พอเราออกแบบได้หลุมหนึ่งแล้ว หลุมอื่นๆก็หน้าตาคล้ายๆกัน เหมือนสร้างบ้านในหมู่บ้านจัดสรรแหละ

ก๊อปๆไปแปะๆก็พอได้ แต่ในฐานะวิศวกร เราก็ต้องรู้ที่มาที่ไป ข้อจำกัด ว่าค่าต่างๆนั้น มันมาได้อย่างไร อะไรเป็นเหตุ อะไรเป็นผล เราต้องยอมค่าไหน เพื่อให้ค่าไหนผ่าน ฯลฯ

จากนั้น จะก๊อปแปะๆ ก็ไม่มีใครว่า เพราะว่า ถ้าเราเจอหลุมแปลกๆ เราก็สามารถคิดใหม่ตั้งแต่ต้นได้ (ก็ก๊อปแปะไม่ได้นี่นา 555)

ส่วนวิศวกรที่ก๊อปแปะตะบี้ตะบัน ไม่เคยออกแบบหลุมเองเลย อยู่แต่ในสภาพแวดล้อมทางธรณีเดิมๆ อยู่มา สิบๆปี ก็เป็นแต่เดิมๆ จนเป็นวิศวกรอาวุโส แต่พอเจอหลุมใหม่ๆ ก็ใบ้รัปทาน แบบนี้ก็มีครับ แก่เพราะกินข้าวเฒ่าเพราะอยู่นาน มีให้เห็นทุกวงการ ไม่เว้นแต่วงการเรา

พอดีกว่า เข้าเรื่องๆ …

สรุป

เอาล่ะ ก็รู้แล้วนะครับว่า ความท้าทายในงานซีเมนต์หลุมก๊าซที่ยาวๆอยู่ตรงไหน อยู่ตรงที่เราต้องพัฒนาสูตรซีเมนต์ที่ใช้ได้ที่อุณหภูมิช่วงกว้างๆที่สุดเพราะความกว้างนี้จะไปมีผลต่อระยะของหลุมที่สามารถจะใช้ซีเมนต์สูตรนั้นได้

• Facebook
• Twitter
• Line