Mud circulation system ระบบไหลเวียนน้ำโคลน คืออะไร

• Facebook
• Twitter
• Line

Mud circulation system ระบบไหลเวียนน้ำโคลน คืออะไร – ในงานขุดเจาะเรามีหลายๆระบบใหญ่ๆมาประกอบกัน เช่น ระบบไฟฟ้า ระบบชักดึง (Hoisting system) ระบบควบคุมหลุม (Well control) ฯลฯ

ระบบไหลเวียนน้ำโคลน หรือ mud circulation system ก็เป็นอีกระบบหนึ่งที่เราเหล่านักขุดเจาะหลุมให้ความสำคัญเป็นอันดับต้นๆ

ก่อนอื่น สำหรับคนที่ยังไม่ทราบว่า น้ำโคลนคืออะไร และ ใช้งานยังไง รบกวนอ่านลิงค์ข้างล่างนี้ก่อนเลยครับ

น้ำโคลน drilling mud drilling fluid คืออะไร มาทำความรู้จักกันครับ

ประวัติศาสตร์การใช้ น้ำโคลนในงานขุดเจาะ … (เรามาถึงจุดนี้ได้อย่างไร)

คนที่รับผิดชอบเรื่องนี้คือ วิศวกรน้ำโคลน …

Mud engineer วิศวกรน้ำโคลน เขาเป็นใคร ทำอะไรบนแท่นเจาะปิโตรเลียม

มีบทความเก่าที่ผมลอกคลิปของ IADC – International Association of Drilling Contractors เกี่ยวกับระบบไหลเวียนน้ำโคลนเอาไว้ สามารถอ่านประกอบได้ก่อน

Drilling fluid circulation system รู้จักกับระบบไหลเวียนน้ำโคลน

ข้อดีของบทความเก่านี้ คือ มันเป็นคลิป แต่ข้อเสีย (สำหรับบางคน)คือเป็นภาษาอังกฤษ วันนี้จะมาคุยให้ฟังเป็นภาาษาไทย

Mud circulation system

ระบบไหลเวียนน้ำโคลน คืออะไร

อย่างที่เราทราบดีแล้วว่าน้ำโคลนเป็นองค์สำคัญมากอย่างหนึ่งในการขุดหลุมเจาะ น้ำโคลนมีหน้าที่ต่างๆดังที่กล่าวไปแล้วในลิงค์บทความข้างต้น การทำให้นำโคลนไหลเวียนไปทั้งระบบนั้น มีความสำคัญไม่แพ้กัน

เหมือนเลือดน่ะครับ ถ้าเลือดดี แต่ระบบไหลเวียนเลือดเราไม่ดี ติดๆขัดๆ ก็อาจจะทำให้ระบบร่างกายรวนได้

เนื่องจากระบบมันหมุนเวียนเป็นวงกลม คือมันหมุนไปเรื่อยๆ การจะอธิบายระบบเราก็ต้องเริ่มกันที่ไหนสักที ผมชอบเปรียบเทียบระบบไหลเวียนน้ำโคลนกับระบบไหลเวียนโลหิต

งั้นเราไปเริ่มกันที่หัวใจก่อนเลย

Mud pump (ปั๊มน้ำโคลน)

ตรงนี้เหมาะที่สุดที่จะเป็นจุดเริ่มต้นอธิบาย เพราะมันคือ “หัวใจ” ของระบบ ระบบจะไหลเวียนดีหรือไม่ดี หัวใจต้องแข็งแรง จริงไหมครับ ปั๊มจะต้องแข็งแรง ตัวใหญ่ มีกำลังมากพอที่จะขับน้ำโคลนไปได้ทั้งระบบ

วิศวกรขุดเจาะ จะเป็นผู้คำนวนเองว่า ปั๊มควรอัดได้ความดันสูงสุดเท่าไร ต้องสามารถผลิตอัตราการไหลได้สูงสุดเท่าไร ต้องมีกี่ปั๊ม ซึ่งผมจะไม่อธิบายในตอนนี้ เพราะจะลึกเกินไป เอาว่า พวกผมดีดลูกคิดออกมาได้ก็แล้วกันครับ

แต่ก็สามารถเข้าใจได้แบบเบสิกบ้าง เพราะผมได้อธิบายไว้คร่าวๆในวิธีเลือกแท่นขุดเจาะ (Rig Selection จะเลือกขนาดแท่นเจาะอย่างไรดี ต้องเอาอะไรมาคิดคำนวณบ้าง) ก็เพราะว่าปั๊มน้ำโคลนเป็นส่วนหนึ่งของแท่นขุดเจาะที่บ.น้ำมันเช่ามาใช้งาน

ระบบท่อน้ำโคลนบนแท่นขุดเจาะ

ปั๊มจะน้ำโคลนผ่านไปตามท่อที่ชื่อเรียกแปลกๆที่ไม่จำเป็นต้องไปจำ เช่น discharge line – stand pipe – rotary hose – swivel – kelly

(ปัจจุบัน ไม่มี kelly ใช้กันแล้ว swivel + kelly กลายเป็น top drive ไปแล้วครับ)

ผมเรียกรวมๆทั้งหมดว่า ระบบท่อน้ำโคลนบนแท่นขุดเจาะ (surface system) ในการคำนวน ระบบนี้จะคงที่ หมายถึง ขนาดและความยาวท่อทั้งหมด มีความสูญเสียความดันคงที่ค่าๆหนึ่ง เช่น 100 psi แปลว่า ปั๊มน้ำโคลนปั๊มออกมาได้เท่าไร เช่น 5000 psi เมื่อน้ำโคลนผ่าน ระบบท่อเหล่านี้ไปถึงก้านเจาะที่ปากหลุมได้ ความดันที่ก้านเจาะปากหลุมจะเหลือ 4900 psi เป็นต้น

แน่นอนว่าระบบนี้ เส้นทางยิ่งสั้น ท่อยิ่งใหญ่ยิ่งดี เพราะจะเกิดความสูญเสียความดันน้อยที่สุด

Drill pipe (ก้านเจาะ หรือ ท่อขุด)

ต่อไปน้ำโคลนก็ผ่านลงไปที่ก้านเจาะ ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (ต่อไปนี้จะย่อว่า ID) ขนาดหนึ่ง และจะยาวไปเรื่อยๆเท่ากับความลึกของหลุม

แน่นอนว่าจะมีความดันส่วนหนึ่งสูญเสียไปเนื่องจากน้ำโคลนไหลผ่านก้านเจาะไปสุดปลายทางที่ปลายหัวเจาะ (bit)

ยิ่ง ID ก้านเจาะ มากเท่าไร การสูญเสียความดันในก้านเจาะยิ่งน้อย วิศวกรขุดเจาะ จะต้องคำนวนด้วยว่า ขนาด ID ที่เลือกมานั้น เมื่อขุดถึงก้นหลุมที่วางแผนไว้แล้ว เช่น 3.5 กิโลเมตร ความดันที่ปั๊ม ลบด้วยระบบท่อที่ปากหลุม แล้วลบต่อด้วยความดันที่เสียไปในก้านเจาะ จะเหลือเป็นความดันที่ปลายหัวเจาะแล้วจะต้องพอเพียงที่จะใช้ในการขุด

(ผมรวมอุปกรณ์ปลายก้านเจาะที่เรียกว่า BHA – bottom Hole Assembly ไว้กับก้านเจาะเลยนะครับ เพื่อความง่ายในการอธิบายภาพใหญ่ๆ ในความเป็นจริง BHA แต่ล่ะชิ้นมีความสูญเสียความดันที่ต่างๆกัน ก็ต้องเอาการสูญเสียความดันของแต่ล่ะ BHA มารวมเข้าด้วยกันกับความดันที่สูญเสียไปที่ก้านเจาะด้วย)

Annulas

เมื่อน้ำโคลนไหลออกจากหัวเจาะแล้ว น้ำโคลนก็จะหอบเอาเศษหินที่ได้จากการขุดเจาะผ่านขึ้นมาทางช่องว่างรูปวงแหวนระหว่าง ท่อขุด (รวม BHA ด้วย) กับผนังหลุม ไล่ขึ้นมา ผ่าน ช่องว่างระหว่าง ก้านเจาะกับท่อกรุ ขึ้นมาที่ปากหลุม

ความดันที่สูญเสียไปในช่วงนี้เราเรียกว่า annulas pressure loss ซึ่งขึ้นกับ (ไม่นับคุณสมบัติของน้ำโคลน เช่น น้ำหนัก และ ความหนืด)

1. ความกว้างของพื้นที่วงแหวนระหว่างก้านเจาะกับผนังหลุม และ ระหว่างก้านเจาะกับท่อกรุ ยิ่งใหญ่ยิ่งเสียความดันน้อย

2. ปริมาณเศษหินที่น้ำโคลนจะหอบขึ้นมา เศษหิน (cutting) ยิ่งเยอะ (ขุดเร็ว) ยิ่งเสียความดันไปเยอะ

ความดันที่คาดว่าจะสูญเสียไปในส่วนนี้ เราคำนวนได้ครับ มันก็ฟิสิกส์ธรรมดาๆนั่นแหละครับ แต่ปัจจุบันเราใช้โปรแกรมคำนวนเอาครับ เราเรียกว่า hydraulic calculation มี software ให้ใช้มากมาย ทั้งแบบ Excel เบสิกๆ ไปยันโปรแกรมสำเร็จรูปแบบฟรี และ เสียตังค์ ซึ่งก็มีความสามารถแตกต่างกันไป เพื่อหลุมแต่ล่ะประเภทที่แตกต่างกัน เช่น หลุมน้ำลึก หลุมเอียงมากๆ หรือ หลุมนอน ไปยัน หลุมความดันความร้อนสูง(แบบอ่าวไทย) ฯลฯ

(แน่นอนว่า ของฟรีก็ใช้ได้กับหลุมเบๆเท่านั้น)

นั่นแสดงว่าปั๊มน้ำโคลนต้องมีแรงและให้อัตราการไหลมากพอที่จะเอาชนะ surface system + ก้านเจาะ + annulas ไม่งั้น ก็ไม่สามารถหอบเอาเศษหินขึ้นมาได้ถึงปากหลุม จริงไหมครับ

Solid control (ระบบกำจัดเศษหินออกจากน้ำโคลน)

น้ำโคลนที่มาถึงปากหลุมเนี้ยเต็มไปด้วยเศษหิน ก็ต้องมีการเอาเศษหินออกไปใช่ป่ะ เศษหินที่ว่านี้ก็มีหลายๆขนาด จะเอาตะแกรงร่อนขนาดเดียวออกอย่างเดียวก็คงไม่ได้ ก็ต้องมีหลายๆเครื่องมือ ใช่ครับ เรียกว่าเป็นระบบใหญ่เลย มีตั้งแต่ shale shaker* (ตะแกรงร่อน) หลายๆขนาดตะแกรง

*เราเรียก shale (หินดินดาน) เพราะว่าเปลือกโลกเราเต็มไปได้ shale เราเลยเรียกรวมๆไปว่าตะแกรงร่อนหินดินดาน

จากนั้นก็จะมี Desander, Desilter, Degaser, Centrifuge, Cutting dryer บลาๆ อีกมากมาย ต่อพ่วงกันเป็นถ่านไฟฉายเลยครับ ผมจะไม่ลงละเอียดก็แล้วกันว่าแต่ละชิ้นแต่ละตัวนั้น ทำงานอย่างไร อะไรติดตั้งก่อนหลังอะไร มันจะเยอะเกิ้น เอาว่า เมื่อน้ำโคลนผ่าน ระบบกำจัดเศษหินออกจากน้ำโคลน นี้แล้วจะเหลือเศษหินละเอียดๆที่กำจัดออกไม่ได้ปริมาณหนึ่งที่พอรับได้ก็แล้วกัน (พอรับได้นี่เราก็มีฟิสิกส์รองรับ และ คำนวนได้นะครับ)

เศษหินพวกนี้ก็เหมือนคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากอวัยวะต่างๆที่ต้องกำจัดออกไป ดังนั้น ระบบกำจัดเศษหินออกจากน้ำโคลน นี้ก็เหมือนปอดนั่นแหละครับที่เอา คาร์บอนไดออกไซด์ ออกจากเลือดดำ

Mud pit (mud treatment)

น้ำโคลนเนี้ยเมื่อสัมผัสกับชั้นหินแล้วก็จะปนเปื้อนสารเคมีจากชั้นหิน ทำให้คุณสมบัติของน้ำโคลนเปลี่ยนไป ดังนั้นเมื่อเอาเศษหินออกไปแล้ว ก็ต้องเอามาปรับแต่งๆคุณสมบัติต่างๆให้สามารถนำกลับไปใช้ใหม่ได้

คุณสมบัติที่ว่านั้นมีเยอะแยะ เอาเท่าที่ผมคิดได้ในหัวไวๆตอนนี้ก็เช่น น้ำหนัก(ความหนาแน่นนั่นแหละ) ความหนืดจลน์อันเนื่องมาจากการเสียดสีของอนุภาคในของไหล (plastic viscosity) ความหนืดสถิตย์ (yield point) ความต้านทานไฟฟ้า (กรณีน้ำโคลนแบบที่ใช้น้ำมันเป็นองค์ประกอบหลัก) ปริมาณ LCM (Lost Circulation Material) ความเค็ม (salinity) ปริมาณแคลเซียมไฮครอกไซด์ (lime) PH ฯลฯ

ค่าต่างๆพวกนี้มีผลต่อคุณสมบัติต่างๆที่จำเป็นของน้ำโคลน วิศวกรน้ำโคลนจะเป็นผู้รับผิดชอบในส่วนนี้ เช่น วัดค่าออกมา คำนวนว่าจะเติมสารเคมีอะไรเท่าไร ทำอย่างไรตอนไหน บลาๆ ที่ผมก็ไม่รู้ละเอียด ทราบแต่หลักการใหญ่ๆเท่านั้นว่าต้องการอะไร เพื่ออะไร แต่จะทำอย่างไรเพื่อให้ได้คุณสมบัตินั้นมา ก็ต้องพึ่งวิศวกรน้ำโคลนล่ะครับ ก็ผมไม่ใช่ซุปเปอร์แทนนินา อิอิ

ตรงนี้ก็เหมือนปอดอีกล่ะ คือ นอกจากเอา CO2 ออกไปแล้ว ก็ต้องเติม O2 (ออกซิเจน) เข้าไปด้วย จากนั้นก็หัวใจ เอ๊ย ปั๊มน้ำโคลนก็ดูดจากบ่อน้ำโคลนที่แต่งคุณสมบัติแล้ว กลับไปอีกรอบ หมุนวนๆไปแบบนี้

เป็นไงครับ วงจรน้ำโคลนเรา ไม่ได้ซับซ้อนมากมายอะไร จะว่าไปก็มีสองส่วนหลักๆ ส่วนแรกคือ ฟิสิกส์ของการไหล ไม้เบื้อไม้เมาพวกเราตอนเรียนวิศวกรรมศาสตร์นั่นแหละ เจ้า fluid mechanic จำได้ไหม ส่วนที่ 2 ก็คือเคมี ที่ใช้ในการวัดและปรับแต่งคุณสมบัติน้ำโคลนให้เอากลับไปใช้ใหม่ได้

ส่วนมากพวกเราวิศวกรขุดเจาะจะเน้นไปทาง fluid mechanic คำนวนโน้นนี่นั่น เพื่อให้แน่ใจว่า ปั๊มรับภาระ (load) ไหวทั้งในยามปกติและยามฉุกเฉิน ส่วนคุณสมบัติทางเคมีอื่นๆ เราก็รู้แหละว่าต้องการอะไรประมาณไหน อะไรจำเป็นอะไรหยวนได้ จดใส่กระดาษแล้วให้วิศวกรน้ำโคลนจัดการ

หวังว่าคงจะได้ความรู้ไปบ้าง ไม่มากก็น้อยนะครับ อยากรู้เรื่องอะไรต่อถามไถ่กันมาได้เรื่อยๆครับ

recta sapere

เช้าวันหนึ่งเราพ่อลูกเดินไปบนทางเท้าแคบๆ

… ทางที่บังคับให้เราไม่สามารถเดินคู่กันได้ เราคนหนึ่งต้องเดินข้างหน้า … แล้วอีกคนต้องเดินตามหลัง

ผมก็คิดตามประสาพ่อคนว่า พ่อต้องเดินไปข้างหน้า เผื่อมีหลุมมีบ่อ มีฝาท่อชำรุด มีอันตรายที่มุมตึก พ่อจะได้เจออันตรายนั้นก่อน … เพื่อหนูจะได้ปลอดภัย

โดยไม่ได้ถามหนู … พ่อเดินนำไปข้างหน้า …

สักพัก … หนูเรียกให้พ่อหยุด หนูพูดขึ้นมาว่า พ่อขา หนูอยากเดินอยู่ข้างหน้า ..

ทำไมเหรอ … พ่อถาม

ถ้าหนูเดินตามคุณพ่อ หนูอาจจะหยุดดูอะไรระหว่างทาง แล้วตามพ่อไม่ทัน หนูอาจจะลืมคุณพ่อ หรือ หลงไม่เจอคุณพ่ออีกเลย ..

แต่ถ้าหนูเดินไปข้างหน้า คุณพ่อเดินตามหนู

… หนูมั่นใจว่า คุณพ่อจะไม่เหมอมองอะไรจนพลัดจากหนูหรือลืมหนู

และ เมื่อหนูหันกลับมา

… หนูมั่นใจว่า หนูยังจะเห็นคุณพ่อเสมอ

 

บันทึกคำพูดลูกเฟิร์นไว้จากข้างทางเท้า

วันหนึ่งในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2562

• Facebook
• Twitter
• Line