Millimeter Wave Drilling – What is it?

• Facebook
• Twitter
• Line

Millimeter Wave Drilling – วันนี้ขอคุยอะไรล้ำๆหน่อย แต่แหม เอาจริงๆ มันก็ไม่ล้ำเท่าไร คิดกัน คุยกัน และ ทดลองทำกันมานานแล้ว ตั้งแต่ ปี 2014 โน้น

ก่อนไปที่เรื่องที่จั่วหัวไว้ ต้องทบทวนหลักการทางฟิสิกส์พื้นฐานในการขุดเจาะหลุมปิโตรเลียมก่อน

การเจาะ คือ การทำลาย … drilling is destroying

เราทำลายอะไร เราทำลายหิน (หรือ อะไรก็ตามที่เราเจาะ) ให้แตกเป็นชิ้นๆ จริงไหมครับ

พลังงานที่ใช้ทำลาย = พลังงานที่สลายพลังที่ยึดโครงสร้างหินนั้น

ปัจจุบันเราใช้พลังงานงานกล 3 รูปแบบ ในการทำลายหิน

1. crunching คือ การทุบ เราใช้ซี่ฟันของหัวเจาะแบบ roller cone bit กดกระแทกลงไป เหมือนเอาค้อนทุบหินนั่นแหละ
2. shearing คือ ปาด ฝาน หรือ เฉือน ออก โดยใช้ซี่ฟัน (cutter) ของหัวเจาะ PDC bit (Poly Crystalized Diamond Compact)
3. jetting ให้พลังงานจลน์ของน้ำโคลน นึกถึงเวลาเรารดน้ำต้นไม้ด้วยสายยางฉีดแล้วดินกระจุย นั่นแหละ อารมณ์เดียวกัน

Rock bit รู้จักหัวขุดเจาะหลุมน้ำมัน ใน 9 นาที (คลิปภาษาไทย sub อังกฤษ)

PDC bit (fixed cutter) รู้จักหัวขุดเจาะหลุมน้ำมัน ใน 2.5 นาที

พลังงานกลหลักที่เราใช้ แรงกด แรงบิด ที่เราส่งลงไปผ่านก้านเจาะ และ แรงดันของน้ำโคลน

มโนง่ายๆว่ามีคน 3 คน กับ หิน 1 ก้อน

คนหนึ่งเอาค้อนทุบ คนหนึ่งเอาค้อนตอกสิ่ว อีกคนหนึ่งถือสายยางฉีดน้ำใส่ แล้วหินก้อนนั้นมันก็แตกเป็นชิ้นๆ นั่นแหละ ที่เราทำในปัจจุบัน

ต่อมาก็มีคนคิดว่า เอ๊ะ ทำไมเราไม่ใช้แสงล่ะ เพราะหลายอุตสาหกรรมก็ใช้แสง เจาะ ตัด ฝาน เฉือน ได้นี่นา

Millimeter Wave Drilling

MWD

นี่ก็คือ MWD ที่เรากำลังจะคุยกันวันนี้

ก่อนอื่นต้องให้เครดิตก่อนว่า ทั้งหมดนี่ผมเอามาจาก Geoengineering.global

ในตอนที่ชื่อว่า Geothermal Energy with Millimeter Wave or Direct Energy Drilling

Geothermal Energy with Millimeter Wave or Direct Energy Drilling

ในบทความนี้พูดถึงสองอย่าง คือ การขุดหลุมพลังงานความร้อน (Geothermal drilling) และ MWD (Millimeter Wave Drilling)

ผมจะตัดย่อเอามาเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องก็แล้วกันครับ

เทคโนโลยี MWD นี้ มีมานานแล้ว Dr. Paul Woskov (Massachusetts Institute of Technology’s Plasma Science and Fusion Center – MIT) เป็นผู้คิดค้นและพัฒนาขึ้น และได้รับการต่อยอดโดยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรของ Quaise Energy.

สรุปย่อๆ คือ เราใช้คลื่นแม่เหล็กฟ้าความถี่ในช่วง 30-300 gigahertz หลอมหินให้ละลาย

เล็งๆเอาในรูปล่ะกันว่าช่วงความยาวคลื่นขนาดมิลลิเมตร (10e-3 หรือ10 ยกกำลัง-3) มันอยู่ตรงไหน

นั่นไง อยู่ระหว่าง microwave กับ infrared

หน้าตาเครื่องผลิต MWD ก็หน้าตาแบบนี้ครับ รุ่นเบบี้ๆก็ประมาณรูปข้างล่างนี่

เครื่องขนาดอุตสาหกรรมที่ใช้กับงานอื่นก็ประมาณรูปนี้ครับ

แนวคิดวิธีการเจาะก็แบบในรูปข้างล่างนี้แหละครับ ก็ยังต้องใช้แท่นเจาะฯ ท่อกรุ ซีเมนต์ ของเราอยู่ดี อิอิ

เราใช้พลังงานแสงเผาหินให้ละลายเป็นพลาสม่า ไอระเหย และ ฝุ่นผง แล้วใช้ก๊าซเฉื่อยที่ชื่อว่า “อาร์กอน” ปั๊มลงก้านเจาะแทนน้ำโคลน

หินส่วนหนึ่งจะถูกหลอมเป็นผลึกเคลือบฉาบผนังหลุมกั้นไม่ให้ของไหลทุกชนิดผ่านเข้ามาได้ …

ผมรู้ครับว่ายังมีปัญหาที่ต้องแก้อีกเยอะ แต่มันก็เป็นพิมพ์เขียวล่ะ เหมือนพิมพ์เขียวสิ่งประดิษฐ์ของดาวินชีนั่นแหละครับ ที่หลายร้อยปีต่อมาถึงจะมีสิ่งนั้นขึ้นมาจริงๆ

WMD นี้ก็เช่นกัน วันนี้เป็นพิมพ์เขียว อีกร้อยปีอาจจะใช้งานได้จริงก็ได้

แน่นอนว่าหลายอาชีพในวงการเราที่มีวันนี้ (อย่างน้อยก็อาชีพเก่าผมอาชีพหนึ่งล่ะ คนขายหัวเจาะ 555) ก็อาจจะไม่มีในวันหน้า และ ตรงข้าม เราก็จะมีอาชีพใหม่ๆเกิดขึ้นมากมาย

จริงๆแล้ว MWD ถูกคิดมาเพื่อตอบโจทย์หลุมพลังงานความร้อนเป็นหลัก เพราะว่าแหล่งกักเก็บความร้อน อุณหภูมิจะสูงมากถึง 500 องศาเซลเซียส อุณหภูมิขนาดนั้น เทคโนโลยีโลหะของก้านเจาะ และ หัวเจาะ เราอาจจะเขย่งไปถึง แต่มันเกินขีดจำกัดทางเทคนิคของน้ำโคลนแน่ครับ เราไม่สามารถเจาะโดยไม่มีน้ำโคลนได้

Quaise Energy เป็น บ.ที่จริงจังในเรื่องนี้ บ.นี้กำลังวางแผนจะเจาะหลุมลึกขนาด 12 – 20 กม. ให้ได้ใน 2 – 3 เดือน นับว่าท้าทายมากเมื่อเทียบกับสถิติหลุมลึกสุดของโลก Kola ของรัสเซียที่ขุดลึก 12 km ใช้เวลา 22 ปี

ไหนๆพูดถึงหลุมพลังงานความร้อนแล้ว จะไม่กล่าวถึงเลยก็กระไรอยู่

คลิปข้างล่างนี้ทำโดย Quaise Energy แสดงวิศัยทัศน์ว่า อนาคตพลังงานสะอาด ที่เป็นไปได้จริงในสเกลใหญ่ๆ ไม่ใช่ลม หรือ แสงแดด แต่ คือ การนำความร้อนใต้พื้นโลกออกมาใช้

ปกติหลุมพลังงานความร้อน ถ้าจะเอากันตามอัตราการเพิ่มของความร้อนต่อความลึก (temperature gradient – degree C/meter) กันจริงแล้ว กว่าเราจะขุดลงไปได้ถึงความร้อนที่เราต้องการ มันลึกมากจริงๆ หรือ ต้องไปหาเปลือกโลก(บางๆ)ตรงที่ temperature gradient มากๆ จะได้ไม่ต้องเจาะลึก

คลิป 8 นาทีครึ่ง ข้างล่างนี้ แสดงให้เห็นว่าอุตสาหกรรมขุดหลุมความร้อนจากใต้โลกมาใช้ ก็พอมีอยู่ และ เป็นจริงได้ ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน

หลุมพลังงานที่มีกันแพร่หลายในปัจจุบัน โดยเฉพาะที่ประเทศไอซ์แลนด์ต้นตำหรับการนำพลังงานความร้อนมาใช้นั้น เขาไม่ได้ขุดกันลึกขนาดนั้น

แต่ทำไมเขานำพลังงานความร้อนใต้พื้นโลกมาผลิตไฟฟ้าได้

ก็เพราะประเทศเขาโชคดี (เหมือนตะวันออกกลางที่มีน้ำมันเยอะ) โชคดีที่ใต้ชั้นหินเขามีรอยแยกธรรมชาติ และ มีน้ำไหลเวียนเอาความร้อนใต้พื้นโลกขึ้นมาในระดับตื้นพอที่เทคโนโลยีขุดเจาะปัจจุบันสามารถเจาะลงไปได้

ถ้าดูหนังสารคดีเกี่ยวกับประเทศไอซ์แลนด์ จะเห็นภาพแหล่งน้ำพุร้อนเต็มประเทศ นั่นแหละครับ ใต้ประเทศเขามีแต่รอยแตกแยกของชั้นหิน

รูปข้างล่างแสดงให้เห็นว่าระบบแบบง่ายๆนั้นเป็นอย่างไร

มีตัวอย่างให้ดู 3 แบบ ครับ ไถๆดูไปเพลินๆ

แบบแรกนี่ไม่เอาไอน้ำไปปั่นกังหันโดยตรง อาจจะเป็นเพราะน้ำจากใต้พื้นโลกไม่สะอาดพอ หรือ มีสารพิษ สารกัดกร่อนโลหะ เลยต้องเอาไปผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อน (heat exchanger)

แบบที่สองนี่เอาน้ำร้อนจากใต้พื้นโลกไปปั่นกังหันตรงๆเลย

แบบที่สามนี้ เหมือนแบบที่สอง แต่มีขึ้นมาหลายหลุม แต่ตอนปั๊มลงใช้ หลุมเดียว แต่ก็น่าจะเป็นหลุมใหญ่เอาเรื่องแหละ

ปัญหาหลักใหญ่ 2 ปัญหา ของ MWD ที่ต้องขบให้แตกในมุมมองของผม คือ กฏทรงพลังงานครับ

ปัจจุบันพลังงานแสงที่เราใช้ ตัด ผ่า ฝาน เฉือน เจาะ ในอุตสาหกรรมต่างๆนั้น เป็นพลังงานที่น้อยมากๆเมื่อเทียบกับใช้พลังงานแสงทำลายอะไรที่หนักๆใหญ่ๆมวลมากๆ อย่างเช่น ปืนแสง ในจินตนาการวัยเด็กของเรา แสงจากฝ่ามือไอรอนแมน หรือ ดาบเลเซอร์

ปัจจุบันเราใช้แสงตัดเหล็กกล้าหนาได้ไม่กี่มิลลิเมตร

พลังงานที่ใช้ทำลาย = พลังงานที่สลายพลังที่ยึดโครงสร้างหินนั้น

ถ้าเราจะใช้แสงทำลายโครงสร้างหิน หลอมมันให้เป็นผลึก หรือ ป่นมันให้เป็นผง ต้องใช้พลังงานขนาดไหน

เอาเฉลี่ยๆจากตารางข้างบน 15000 psi ล่ะกัน ถ้าจะบี้ให้แตกต้องใช้แรง 6.8 ตัน ต่อ 1 ตารางนิ้ว

หลุมมาตราฐานขนาด 12.25 นิ้ว พื้นที่หน้าตัดจะ 117.86 ตร.นิ้ว

ต้องใช้แรง 6.8 x 117.86 = 801.45 ตััน

ขุดชิวๆ 10 เมตร ต่อ ชม.

กำลัง (วัตต์) = แรง (นิวตัน) x ความเร็ว (เมตร/วินาที)

กำลังที่ต้องใช้ คือ …

801.45 x 1000 x 9.8 x 10/60/60

= 21.82 กิโลวัตต์ หรือ 29.26 แรงม้า

ทีนี้พลังงานที่หลอมหินนั่นเป็นพลังงานความร้อนนะครับ ไม่ใช่พลังงานแสง การเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อนต้องมีการสูญเสียพลังงานเสมอ คือ ประสิทธิภาพไม่เท่ากับ 1 หรอกครับ สมมุติให้เสียพลังงานไป 20%

ก็ต้องใช้พลังงานที่ปลายท่อเจาะ 29.26/0.8 = 36.6 แรงม้า หรือ 27.3 กิโลวัตต์

ก็เยอะอยู่นะ แน่นอนว่า ยังอยู่ในวิสัยของพลังงานเลเซอร์ที่ใช้ตัดเชื่อมงานอุตสาหกรรม

แต่ว่าในงานตัดเชื่อมทางอุตสาหกรรม หรือ งานแพทย์ศัลกรรม แหล่งกำเนิดแสงมันอยู่ใกล้กับจุดที่ใช้แสงตัด/ผ่า แต่ในงานขุดเจาะหลุม แหล่งกำเนิดแสงอยู่บนผิวโลก แต่จุดที่เราใช้งานแสงมันอยู่ลึกลงไปเป็น 10+ กิโลเมตร

ถ้าวันหนึ่งเราใช้ MWD ได้ แปลว่า วันนั้นเรามีปืนเลเซอร์แล้วแน่อนครับ !!!

ผมก็อดกังวลแทนลูกหลานไม่ได้ เพราะถ้าวันที่เรามี MWD แปลว่าเทคโนโลยีทำลายล้างทางทหารจะไปไกลขนาดไหนแล้วในตอนนั้น

สรุป

MWD อาจจะดูเป็นความเพ้อฝัน ที่ยาวไกล แต่ความแตกต่างระหว่างความฝัน กับความจริงที่ยังมาไม่ถึง คือ พื้นฐานหลักการทางวิทยาศาสตร์ครับ ความเพ้อฝันที่มีหลักการทางวิทยาศาสตร์รองรับ คือ ความจริงที่ยังมาไม่ถึง

สำหรับผมแล้ว MWD คือ ความจริงที่ยังมาไม่ถึงเท่านั้นแหละครับ

---

• Facebook
• Twitter
• Line