Material selection for H2S in well construction

• Facebook
• Twitter
• Line

Material selection for H2S in well construction – สืบเนื่องมาจากที่ผมคุยถึงเรื่อง H2S เอาไว้นิดนึงตอนกล่างถึง PTTEP Biggest gas discovery Lang Lebah-2 offshore Malaysia

PTTEP Biggest gas discovery Lang Lebah-2 offshore Malaysia

ก็เลยคิดว่าน่าจะเอาประเด็นนี้มาขยายผล คุยกันต่อว่า ในการเลือกวัสดุเพื่อใช้ในการขุดหลุมปิโตรเลียมในสภาวะแวดล้อมที่มี H2S เนี้ย เราทำกันอย่างไร

Material selection for H2S

ก่อนอื่นเลย เราต้องมาทำความรู้จักก่อนว่า Corrosion หรือ ที่แปลว่า การกัดกร่อนทางเคมี คือ อะไร ..

Corrosion is a natural process that converts a refined metal into a more chemically stable form such as oxide, hydroxide, or sulfide. It is the gradual destruction of materials (usually a metal) by chemical and/or electrochemical reaction with their environment. .. https://en.wikipedia.org/wiki/Corrosion

คือ งี้ครับ … เอาภาษาบ้านๆ …

ในธรรมชาติ โลหะ อโลหะ ธาตุต่างๆ มันอยู่ในสภาวะธรรมชาติ อย่างสมดุล (ทางพลังงาน กรด ด่าง หยิน หยาง ประจุบวก ลบ ขั้วแม่เหล็ก เหนือ ใต้ ฯลฯ) มาเป็นล้านๆปี

วันหนึ่ง มีมนุษย์ที่ชาญฉลาดขึ้นมาบนโลก

เรารู้จัก ไฟ ประดิษฐ์เครื่องมือต่างๆ เพื่ออยู่รอด ดำรงเผ่าพันธุ์ ในการนี้ เราจึง “ทำ” หรือ “แยก” โลหะ อโลหะ ธาตุต่างๆ ที่มันอยู่ในสภาวะธรรมชาติ ให้บริสุทธิ์ แล้วนำมาเป็นเครื่องมือต่างๆ

ง่ายๆเลยตั้งแต่ยุค เหล็ก ที่เรารู้จักใช้ความร้อน ถลุงเอาธาตุเหล็ก จาก แร่เหล็ก มาถึงยุคสำริด ที่เราใช้กระบวนการเดียวกัน ถลุง และ ผสม โลหะมีค่าค่างๆ

ต่อมาเราก็ทำให้บริสุทธิ์ขึ้น ด้วยกระบวนการต่างๆ หรือ โดยการเติมสารเคมี (additive) ต่างๆ จนเป็นโลหะที่มีคุณภาพสูง เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ที่เราเรียกกันติดปากว่า Stainless Steel และ โลหะอัลลอย์ อีกมากมายนับไม่ถ้วน

แท้ที่จริงแล้ว สิ่งที่เราทำ คือ อะไร …

แท้ที่จริงแล้ว สิ่งที่เราทำ คือ การเอาพลังงาน (ไฟฟ้า ความร้อน เคมี) ใส่ลงไปใน โลหะ หรือ ธาตุต่างๆ ที่มันอยู่ในสภาวะธรรมชาติ

นั่นคือ …

เราทำลายสมดุล ทางพลังงาน กรด ด่าง หยิน หยาง ประจุบวก ลบ ขั้วแม่เหล็ก เหนือ ใต้

เพื่อให้ได้มาซึ่งโลหะที่บริสุทธ์ที่เราจะเอามาใช้งานได้

เปรียบเทียบง่ายๆคือ

มีด stainless steel ที่เราใช้ในครัว คือ แร่เหล็ก (iron ore) + พลังงานความร้อน (ที่เราถลุงมัน)

พลังงานความร้อนที่เราถลุงได้เปลี่ยนเป็น แรงยึดทางไฟฟ้าเคมีที่ฝั่งอยู่ในตัวโมเลกุลเหล็ก

ดังนั้น มีด stainless steel จะอยู่ในสถานะที่ไม่สมดุลทางพลังงาน (ไม่เสถียร) พูดง่ายๆคือ มันจะคงรูปแบบนั้นอยู่ได้ระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น

เมื่อวางทิ้งไว้ในอากาศเฉยๆชั่วเวลาหนึ่ง มันก็จะกร่อน (ภาษาบ้านๆ คือ ขึ้นสนิม) พร้อมที่จะทำปฏิกริยากับออกซิเจน (oxidization) ผุพัง กลับเป็นแร่เหล็ก (iron ore) … อีกนัยหนึ่งคือ กลับสู่สภาพเดิมของมันที่มีพลังงานสมดุล(ต่ำสุด) ก็คือ ก้อนแร่นั่นเอง

เหมือนแบตเตอรี่ที่ชาร์จประจุจนเต็ม วางไว้เฉยๆ ไม่ใช้งาน เวลาผ่านไป ประจุภายในมันก็รั่วไหลผ่านกันเอง จนศักดิ์ไฟฟ้าสมดุล

ดังนั้น corrosion ไม่มีอะไรมากไปกว่า กระบวนการทางธรรมชาติที่โลหะที่เราทำขึ้นมาพยายามกลับคือสู่สภาพเดิม(สมดุล)ตามธรรมชาติ โดยการปล่อยพลังงานที่สะสมไว้(โดยเราเองในขบวนการทำให้บริสุทธิ์)

ถ้าใครเรียนควันตัมฟิสิกส์มาบ้าง ก็จะราวๆว่า เรายิงรังสีแกมม่าไปชนอิเลคตรอน พลังงานจากรังสีแกมม่าถูกถ่ายเทให้อิเลคตรอน ทำให้อิเลคตรอนกระโดดขึ้นไปอยู่วงโคจรถัดไป แต่มันก็อยู่วงโคจรนั้นได้ไม่นาน เพราะมันไม่ใช่ที่ของมัน มันไม่เสถียร มันจึงปล่อยพลังงานออกมา(จะรังสีชื่อว่าอะไรก็ขึ้นกับความถี่ของพลังงานนั้น) แล้วมันก็ตกปุ๊ลงมาที่วงโคจรเดิมของมัน

พูดอีกอย่าง corrosion คือ กระบวนการทางเคมีเพื่อปล่อยพลังงานที่สะสมเหนือภาวะสมดุล ออกจากโลหะ นั่นเอง

เราไม่สามารถหยุดยั้ง corrosion ได้ (ด้วยเหตุผลที่ว่ามาแล้วนั่นแหละ) แต่เราชะลอให้มันช้าลงได้

corrosion เกิดได้จากหลายสาเหตุ ผมไม่ใช่วิศวกรด้านนี้โดยตรง รู้มาแต่แบบว่าเท่าที่จำเป็นต้องรู้ จำเป็นต้องใช้

วันนี้จะมาชวนคุยแค่ corrosion ที่เกิดจากก๊าซเจ้าปัญหาตัวแสบของอุตสาหกรรมเราที่ชื่อว่า H2S

กระบวนการที่ทำให้เกิด corrosion ของ H2S เป็นส่วยย่อยหนึ่ง Hydrogen Embrittlement (การทำให้เปราะโดยไฮโดรเจน)

เอาแบบสั้นๆเลย ไฮโดรเจน (จะมาจากไหนก็ช่าง ในกรณีเรามาจาก H2S + น้ำ) แทรกตัวเข้าไปในผิวโลหะ แล้ว ทำปฏิกรินากับ โมเลกุล คาร์บอน เกิดเป็นก๊าซมีเทน (CH4) สิงสถิตอยู่ในเนื้อโลหะ

ถ้าโลหะไม่แข็ง (เช่น เหล็กเหนียว ductile iron) ก็ไม่เป็นไร ก๊าซมีเทนก็อยู่อย่างนั้นของมัน

แต่ถ้าเป็นโลหะแข็งขึ้นมา (เช่น พวกเหล็กผสมอัลลอย ภาษาบ้านๆก็แสนเลสสตีลแหละ) เจ้าก๊าซมีเทนก็จะดันให้ปริเปราะและแตกร้าว

เป็นไงครับ คุ้นๆไหมครับ กฏธรรมชาติเลย ถ้าเจ้าบ้านยืดหยุ่น (เหมือนสังคมพุทธของประเทศไทย) อะไรใหม่ๆเข้ามาก็อยู่ด้วยกันได้ ไม่แตกหักกันจนพังไปข้างหนึ่ง

แต่ถ้าเจ้าบ้านแข็งโป๊ก (สังคมไหนก็ไปคิดเอาเอง) อะไรใหม่ๆเข้ามา ก็อยู่ลำบาก ถ้าขับสิ่งแปลกปลอมออกไปไม่ได้ เจ้าบ้านเองนั่นแหละ ต้องแตกหักพัง

เหมือน เหล็กเหนียว ที่อาจจะไม่แข็งพอที่จะทำอะไรได้ แต่ก็ดัดปรับตัวได้ดีเมื่อมีแรงมากระทำ แต่เหล็กอัลลอย์แข็งๆ อาจจะใช้กับงานที่ต้องการความแข็งได้ดี แต่เปราะ หักง่าย

… ไม่มีอะไรดีกว่าอะไร แค่การใช้งานที่ต่างกัน

การเลือกใช้วัสดุ

ในอุตสาหกรรมของเรา โดยมากเราใช้เหล็กกล้าผสมอัลลอย์ระดับหนึ่ง เราจึงเจอปัญหานี้ถ้าเราขุดหลุมลงไปแล้วเจอ H2S ปนเข้ามา

ปัจจัยที่มีผลต่อการเลือกวัสดุของเรา มี 2 ปัจจัย

PH

ph คือ ค่าความเป็นกรด เอ๊ะ ค่าความเป็นกรดนี่มันเกี่ยวอะไร

เกี่ยวซิครับ ถ้าย้อนกลับไปนึกถึงวิชาเคมี ม.5 (สมัยผม) ค่า ph บอกอะไรเราครับ

ค่า ph บอกปริมาณความเป็นกรด ความเป็นกรด คือ ปริมาณ ไฮโดรเจนอิสระในน้ำ (H ion) เน้น ว่า น้ำ สภาพแวดล้อมต้องมีน้ำ ไม่ว่าในสถานะของเหลว หรือ ก๊าซ (ไอน้ำ) แล้วกลไกความเปราะเนื่องจากไฮโดรเจนที่ผมเกริ่นมาข้างต้น ก็เกี่ยวกับไฮโดรเจนอิสระ ดังนั้น ปริมาณของไฮโดรเจนอิสระก็วัดด้วยค่า ph นี่แหละ

ปริมาณ H2S

แหง๋ ล่ะ … เราก็ต้องวัดปริมาณเจ้าตัวแสบด้วยจริงไหม

แต่หน่วยที่วัด เราไม่ได้วัดเป็น ppm (Part Per Million) แบบปกติที่เราวัดปริมาณอะไรสักอย่างในในก๊าซ

เพราะเรารู้ว่า ถ้าความดันมากๆ ไฮโดรเจนที่จะแทรกเข้าในในผิวโลหะก็จะเยอะด้วย ดังนั้น ตัวแปรที่มีผลจริงๆ น่าจะเป็น ปัจจัยร่วมเสริมกัน(ผลคูณ)ระหว่าความดันก๊าซกับปริมาณไฮโดนเจนในก๊าซ

ซึ่งก็คือ ppm x pressure เราเรียกว่า differential pressure ครับ

ความดันจะหน่วยเป็นอะไรก็ว่าไปตามเรื่อง อาจจะ psi หรือ Kpa ก็ ค่ายใครค่ายมัน

เราก็เอามาใส่ในกราฟที่ NACE (National Association of Corrosion Engineers) ทำเอาไว้

* in-situ ในกราฟ แปลว่า ณ.ตรงนั้น คือ PH ของน้ำ ตรงที่เราเลือกจะเอาวัสดุไปใช้ ซึ่งเราวัดตรงๆไม่ได้ โดยมากเราจะวัดจากตัวอย่างน้ำที่เราเก็บขึ้นมาจากหลุม แล้วคำนวนย้อนกลับลงไปว่า ที่ความลึก ที่อุณหภูมิ ตรงนั้น PH ควรจะเป็นเท่าไร

พอเรารู้ว่า ความซีเรียส ว่าเป็นสีอะไรแล้ว เราก็ไปเปิดตารางอีกตารางหนึ่งดูเอาว่า เราใช้โลหะอะไรได้บ้าง ผมไม่เอาตารางมาให้ดูล่ะ มันก็แค่ตารางเทียบเกรดวัสดุธรรมดาๆ

แต่ที่สำคัญคือ ราคาครับ แพงมหาโหด ปอนด์ต่อปอนด์แล้ว บางเกรดน้องๆทองคำ หรือ แพตตินัม เลยทีเดียว หุหุ

ในการทำงานจริง ก็ใช่ว่าาเราจะทุ่มเงินซื้ออัลลอย์ราคาเท่าทองคำมาทำท่อกรุ หรือ สร้างแท่นผลิต

เรามีวิธีลดความเสี่ยงด้วยวิธีอื่นอีกมากมาย ที่ผมก็ไม่ถนัด

ไม่งั้นเราจะมี corrosion engineer เอาไว้ประดับโครงการทำไม จริงไหม 555

โครงการ Lang Lebah 2 ของพี่ใหญ่ PTTEP ต้องใช้บริการ corrosion engineer แน่นวลครับ

แอบได้ยินมาว่าความท้าทายเรื่อง H2S ที่นั่น ไม่ใช่ขี้ๆกระจอกๆเลยครับ

ลำพังครูพักลักจำอย่างพวกผม (drilling engineer) เอาไม่อยู่หรอกครับ

ใครที่เซียนๆด้านนี้ ลองไปสมัครงานกับพี่ใหญ่ดูนะ เพื่อมีลุ้น 🙂

• Facebook
• Twitter
• Line