MWD Measurement While Drilling BHA Bottom Hole Assemble

• Facebook
• Twitter
• Line

MWD Measurement While Drilling BHA Bottom Hole Assemble – เมื่อดูจากภายนอกแล้ว MWD ก็คือท่อสีขาวๆเงินๆยาวๆกลมๆทรงกระบอก ขนาดสัก 4.5 นิ้วไปจนถึงเกือบๆ 10 นิ้ว ยาวตั้งแต่ 1.5 เมตรไปยัน 3 – 4 เมตร

MWD Measurement While Drilling

ตามชื่อของมันเลยครับว่า “วัดขณะขุด” พูดง่ายๆคือ ขุดไปวัดไป แล้วมันวัดอะไรให้เราล่ะ

1. วัดอุณหภูมิ (Temperature ต่อไปนี้ผมจะพิมพ์ย่อว่า temp)
2. วัดความเอียงของหลุมเมื่อเทียบกับแนวดิ่ง (inclination ต่อไปนี้ผมจะพิมพ์ย่อว่า incl)
3. วัดทิศทางว่าหลุมชี้ไปทางไหน เหนือ ใต้ ออก ตก  (azimuth ต่อไปนี้ผมจะพิมพ์ย่อว่า azm)
4. น้ำหนักที่กดลงบนหัวเจาะ (Weight On Bit WOB)
5. ความดันของหลุม (Bore hole pressure)
6. Tool face หรือ high side คือด้านบนของ MWD (ไปอธิบายกันข้างล่างล่ะกัน)

อุณหภูมิ

อันนี้ชิลๆเลยครับ เบสิกๆ ใช้กันเกลื่อน thermo coupling ธรรมดาๆ นึกภาพไม่ออกก็นึกถึงที่ใช้กับ แอร์ ตู้เย็น เตาอบขนม หม้อน้ำรถ ประมาณนั้นแหละครับ

ความเอียงของหลุม

จากรูปจะเห็นว่าเครื่องมือ mwd มันเป็นแท่งยาวๆ เป็นส่วนหนึ่งของ BHA (Bottom Hole Assembly) มันอยู่ในหลุม เครื่องมือนี้มันเอียงเท่าไร หลุมมันก็เอียงเท่านั้น (โดยประมาณ)

การวัดความเอียงก็ใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Accelerometer จริงมันคือเครื่องวัดความเร่งที่เอามาประยุกต์ใช้ จับตั้งในแนวดิ่ง(ขึ้นลง) แนวขวาง(ซ้ายขวา) และ แนวขวาง(หน้าหลัง) คือ 3 แกน ว่างั้นเหอะ แล้วเอาความเร่งในแต่ล่ะแนวมาคำนวน มันก็เป็นมุมที่มันเอียงที่ทำกับแนวดิ่ง

หลักการมันประมาณรูปข้างล่าง

แต่เอาเข้าจริงมันเหลือแค่เนี้ย

ทิศทางว่าหลุมชี้ไปทางไหน (Azimuth)

เราใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Magnetometer คือเครื่องวัดสนามแม่เหล็กนั่นแหละครับ พูดง่ายๆก็เข็มทิศอิเลคทรอนิกส์  จะให้ค่าออกมาว่าความแรงของทิศทางสนามแม่เหล็กในแต่ล่ะแกนเป็นเท่าไร เอามาเข้าสูตรแก้สมการ พิธากอรัส สามเหลี่ยมมุมฉากนั่นแหละครับ ก็จะได้ทิศทางว่าตอนนี้ mwd ชี้ไปทางไหน

เอาแบบง่ายๆมาให้ดูล่ะกัน มันก็แผงวงจรดีๆนี่เอง ผมจะไม่กล่าวถึงหลักการทางฟิสิกส์นะ มันจะเกินไปนิสนุง และ เนื่องจากมันใช้หลักการแม่เหล็ก ดังนั้นรอบๆเจ้า MWD นี้จะต้องไม่มีเหล็ก หรือ อะไรที่ทำด้วยเหล็ก นั่นคือเหตุผลที่ housing หรือ ท่อสีเงินๆที่หุ้มเจ้า MWD นี้จะต้องเป็น non Magnetic คือ เป็นโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ไม่ก่อให้เกิดหรือเหนี่ยวนำให้เกิดความเป็นแม่เหล็กได้

MWD รุ่นใหม่ๆจะมี option ให้มี Gyro ได้ด้วย เรียกว่า Gyro MWD หรือ ย่อๆว่า GMWD แล้วมันดีกว่าแบบที่ใช้ Magnetometer อย่างไร

ดีกว่าตรงที่ความแม่นยำสูงกว่าครับ ถ้าอยากทราบว่า Gyro ทำงานอย่างไร วัดทิศทางได้อย่างไร แนะนำให้กูเกิลครับอธิบายกันในนี้จะยาวเกิ้น

เนื่องจาก Gyro ไม่ได้ใช้หลักการแม่เหล็ก ดังนั้นมันจึงไม่แคร์ว่ารอบๆตัวมันจะมีเหล็กหรือไม่มี จึงเป็นข้อดีตรงนี้ครับ เพราะปกติในการขุดหลุมจาก platform ในทะเลนั้น ปากหลุมจะถูกรวมเข้ามาที่จุดใกล้ๆกัน เหมือนโคนหนวดปลาหมึกไปกระจุกอยู่ที่ตัวปลาหมึก

เพราะฉะนั้นเอา MWD ที่ใช้ Magnetometer ลงไปก็จะใช้ไม่ได้อยู่พักหนึ่งเพราะปากหลุมมันใกล้ๆกัน ก็จะมีท่อกรุ(ที่ทำด้วยเหล็ก)ของหลุมข้างๆ ทำให้ MWD อ่านค่าไม่ได้ จนกว่าจะขุดลงไปได้สักระยะ จนกว่าจะฝ่าดงท่อกรุข้างเคียงไปจนถึงระยะปลอดภัย MWD จึงจะทำงานได้ GMWD มาช่วยได้ก็ตรงนี้ครับ เพราะไม่แคร์สื่อ เอ๊ย ไม่แคร์เหล็ก

แต่ก็ไม่ใช่ทุกๆ platform นะครับที่ต้องใช้ GMWD แก้ปัญหานี้ โดยมากเราจะใช้ในกรณีที่เลี่ยงไม่ได้จริงๆ และท่อกรุมันใกล้ๆกันพันกันมั่วเะป็นดงทุ่นระเบิดจริงๆ เพราะไม่งั้นแล้วเราก็ยังพอใช้ MWD ธรรมดาๆ (ค่าเช่าถูกกว่า GMWD) โดยขุดให้ระวังๆมากขึ้นหน่อยในช่วงต้นๆ

จะเห็นได้ว่า GMWD มาช่วยในแง่ที่ “ไม่อยากให้ชนหลุมข้างๆ” เพราะมันแม่นกว่า ทำให้ “หลบ” ได้ดีกว่า

แต่มีอีกการใช้งานนึงครับ ตรงกันข้ามกับ “หลบ” คือ แม่นเพื่อจะได้ “ชน” ผมไม่ได้กวนโอ้ยนะครับ เรามีงานแบบนั้นจริงๆ ก็คือการขุดหลุม relief well ไงครับ แบบที่เขาจัดการกับ หลุม MC252 ของ Deepwater Horizon ถ้ายังไม่เคยทราบเกี่ยวกับ relief well แนะนำให้อ่านนี่เลยครับ —> สุดท้ายแล้วเขาจัดการกับหลุม Macondo 252 (MC252) อย่างไร

นี่ไงครับเป็นการใช้ความแม่นในอีกรูปแบบหนึ่งงานนี้ต้องพึ่ง Gyro สถานเดียว เพราะพอจะขุดเข้าไปใกล้ๆหลุมที่เป็นเป้า ท่อกรุของหลุมที่เป็นเป้าจะทำให้ MWD ธรรมดาๆ “ตาบอด” หรือ “ตาฝ้าฟาง” พูดง่ายๆคือ เบลอๆ ไม่แม่น แล้วยังงี้จะชนได้ไง จริงป่ะ สรุป Gyro ใช้ในสองงานใหญ่ๆ คือ “หลบให้พ้น” กับ “ชนให้ได้”

เรื่อง Accelerometer กับ Magnetometer เนี้ย ไม่ใช่เรื่องไกลตัวเลย เราใช้งานทุกวัน มือถือเรานี่ไงครับ สมาร์ทโฟนทุกเครื่องมี Accelerometer กับ Magnetometer ติดมาทุกเครื่องครับ และ มีหลาย app ที่เอาเจ้าสองตัวนี้มาใช้งาน

คำถามต่อมาคือ จะรู้ Temp Incl Azm ไปทำพรือ …

Temp

1. ปรับแต่งสูตรน้ำโคลน
2. ปรับแต่งสูตรซีเมนต์
3. เลือกใช้ mud motor (จำได้ประว่า statำr มันทำด้วยยาง)
4. เลือกใช้อุปกรณ์อื่นๆที่ขึ้นกับอุณหภูมิใน BHA เช่น RSS AGS เป็นต้น
5. วิศวกรแหล่งผลิต นักธรณี เอาไปใช้ในการปรับตัวจำลอง (model) แหล่งก๊าซ/น้ำมัน และ ธรณี
6. วิศวกรขุดเจาะ เอาไปใช้ในการออกแบบหลุมถัดๆไปในบริเวณเดียวกัน

Incl และ Azm

ตรีโกณมิติง่ายๆครับ ณ.จุดใดจุดหนึ่งในหลุม ถ้า

1. รู้ความลึกของหลุมตามแนวหลุม(วัดได้จากบวกความยาวก้านเจาะรวมๆกัน รูปข้างบนใช้ s)

2. รู้ความเอียงของหลุม (incl รูปข้างบนใช้ seta)

3. รู้ทิศทางของหลุม (azm รูปข้างบนใช้ phi)

ก็จะสามารถหาความลึกในแนวดิ่งของหลุมได้ (ในรูปข้างบนใช้ Z) และเอาจุดเหล่านั้นมาเรียงต่อๆกันก็จะวาดเป็นกราฟแนวของหลุมได้

พอ MWD engineer รู้ตำแหน่งหลุม ก็ส่งข้อมูลบอกให้ DD (Directional Driller) เพื่อที่จะได้ทำการขุดหลุมไปในทิศทางที่ต้องการต่อไป (คลิ๊กที่ชื่อตำแหน่งงานนะครับ จะลิงค์ไปที่อาชีพว่าสองคนนี้ทำงานอะไรยังไง)

น้ำหนักที่กดลงบนหัวเจาะ (Weight On Bit)

ไม่ยากอะไรอันนี้ครับ ใช้เครื่องวัดน้ำหนักอิเลคทรอนิกส์ธรรมดาๆ บางรุ่นก็มีโดยเฉพาะรุ่นใหม่ๆ แต่รุ่นเก่าๆอาจจะไม่มี

รู้ weight on bit ไปทำไม ก็รู้ไปเพื่อปรับน้ำหนักที่กดหัวเจาะให้พอดีๆไม่มากไป(หัวเจาะสึกเร็ว) ไม่น้อยไป(เจาะช้า)

ความดันของหลุม (Bore hole pressure)

นี่ก็ชิลๆ pressure gauge ธรรมดาๆที่มีใช้ในอุตสาหกรรมทั่วๆไป วัดความดันอันเนื่องมาจากน้ำหนักน้ำโคลนที่ความลึกของหลุมจุดที่ MWD อยู่ ทำให้เรารู้ความดันเนื่องจากน้ำหนักของน้ำโคลนในขณะที่น้ำโคลนไหลอยู่ ที่เราเรียกว่า ECD (Equivalent Circulation Density) เพราะ ECD มันจะต่างกับ น้ำหนักของน้ำโคลนในขณะที่น้ำโคลนอยู่นิ่งๆ(วัดเอาได้ MW Mud weight นั่นเอง) ซึ่ง ECD จะมากกว่า MW เสมอ

ผลต่างของน้ำหนักน้ำโคลนนี้ (ECD – MW) จะบอกอะไรเรา มันจะบอกว่าน้ำโคลนไหลผ่านช่องว่างระหว่างก้านเจาะฯกับผนังหลุมยากแค่ไหน ถ้าผลต่างนี้มากๆ แปลว่ามีเศษหินอยู่เยอะ ต้องใช้แรงมากในการหอบเอาเศษหินไปปากบ่อ จึงควรขุดให้ช้าๆลง (ลด WOB Weight On Bit) หรือ หยุดขุด ปั๊มน้ำโคลนเฉยๆและหมุนก้านเจาะ เพื่อเอาเศษหินออกไปปากบ่อ ให้หลุมสะอาดๆหน่อย แล้วค่อยขุดต่อ

เข้าใจว่ารุ่นใหม่ๆจะมีติดมาให้ แต่รุ่นเก่าๆอาจจะไม่มีเครื่องมือวัดความดันที่ว่านี่

Tool face หรือ high side คือด้านบนของ MWD

คืองี้ครับ เครื่องเมือเนี้ย มันก็ดูแล้วเป็นท่อกลมๆใช่ปะ เหมือนรูปทรงกระบอก ที่พอหันด้านหน้าเข้ามาเราแล้วก็เห็นเป็นรูปวงกลมๆ ไม่รู้ว่าตรงไหนเป็นจุดตั้งต้นของเส้นรอบวง ทำไงเครื่องมือถึงจะรู้ว่าด้านไหนเป็นด้านหน้า หรือ ด้านบน ของเครื่องมือ จำเป็นต้องมีการกำหนดลงไปว่าจุดไหนเป็นจุดอ้างอิง Tool face หรือ High side ก็คือการกำหนดว่าจุดอ้างอิงของเครื่องมืออยู่ตรงไหน

ค่อยๆคิดตามผมไปนะครับ คือหลุมมันเอียงเมื่อเทียบกับแนวดิ่งใช่ป่ะ พอหลุมมันเอียง MWD มันก็เอียงตามหลุม จุดแดงๆคือจุดอ้างอิงของ MWD  เราเรียกมันว่า high side มุมที่มันทำกับแนวดิ่งของผิวโลก นั่นคือ tool face (ย่อ tf) มีหน่วยเป็น องศา เหมือนมุมทั่วๆไป จะเห็นว่าถ้า tf = 0 แปลว่า จุดอ้างอิง จะอยู่ในแนวดิ่งพอดี ในทางกลับกัน ถ้าหลุมไม่เอียง ดิ่งตรงเป๊ะเข้าไปที่จุดศูนย์กลางโลก เส้นแนวดิ่งที่ตั้งฉากกับผิวโลกก็จะไม่มีจริงไหม (คิดดีๆ) เส้นแนวดิ่งที่ตั้งฉากกับผิวโลกที่ผมวาดให้ดูข้างบน จะเกิดจะมีได้ถ้าหลุมเอียงเท่านั้น

พูดอีกนัยหนึ่งก็คือ ถ้าหลุมไม่เอียง ตรงเป๊ะ ชี้เข้าจุดศูนย์กลางโลก จะไม่มี tf แล้ว tf เอาไปใช้ทำอะไร

จำได้ไหมจากตอน dumb iron ว่า BHA ราจะงอนิดๆ จุดอ้างอิงหรือที่เรียกว่า high side (จุดแดงๆในรูปผมข้างบน) คือจุดที่ BHA มันงอขึ้น (ถึงเรียกว่า high side ไง)

ดังนั้นถ้าเรารู้ tf เราก็จะรู้ว่าตอนนี้ เครื่องมือ หรือ BHA ชี้ไปทางไหน DD ก็จะเอาข้อมูลตรงนี้ไปใช้ในการเล็งไปยังเป้าที่ต้องการ พูดง่ายๆ tf คือ เครื่องช่วยชี้เป้านั่นเอง

แล้วเจ้าเครื่องมือ MWD นี้เอาพลังงานมาจากไหนล่ะครับ

1. แบตเตอรี่
   1. ข้อจำกัด ระยะเวลาที่อยู่ในหลุม (นานมากแบตฯหมดดิ 555) และ อุณหภูมิ (ร้อนมากก็เจ๊ง)
   2. ข้อดี ไม่ต้องมีน้ำโคลนไหลผ่านก็ทำงานได้
2. มีเครื่องปั่นไฟ (turbine AC generator)
   1. ข้อจำกัด ต้องมีน้ำโคลนไหลผ่าน เพราะใช้น้ำโคลนไปหมุนกังหันปั่นไฟ
   2. ข้อดี บ่ยั่นว่าจะร้อน อยู่ในหลุมนานได้เท่าที่ต้องการ

งั้นก็มี MWD ที่ใส่ทั้งแบตเตอรี่ทั้ง turbine ไหม … มีครับ จ่ายตังค์เพิ่มหน่อยดิ 555

ในทางปฏิบัติเราก็ไม่อยากจ่ายแพงนี่นา จริงป่ะ ถ้าหลุมไม่ลึกไม่ร้อนขุดไม่นานก็เอาเฉพาะแบตฯก็พอ ส่วนมาบ.ผู้ผลิตให้เช่า จะทำมาแบบเป็นส่วนๆ อยากได้อะไรก็ประกอบใส่ให้ (แล้วจ่ายตังค์เพิ่ม 555) ไม่อยากได้ (จน ไม่มีตังค์จ่าย 555) ก็ถอดออก

การส่งข้อมูลขึ้นมาบนแท่น (Telemetry)

เอ๊ะ MWD ติดอยู่ใน BHA อยู่ที่ปลายก้านเจาะในหลุม แล้วมันจะส่งข้อมูลขึ้นมาบนแท่นได้ไง ไม่เห็นมีสายไฟสักกะเส้น

…. เออ มันทำไงล่ะ

เราเรียกว่า mud pulse ดูรูปข้างล่างนะครับ เราปั๊มน้ำโคลนผ่านลงไปในก้านเจาะใช่ป่ะ ถ้าเราเปิดรูข้างๆท่อ จะเกิดอะไรขึ้น ถ้ารูเปิด ความดันที่วัดได้ที่ปลายก้านเจาะบนแท่นจะลดลง จริงป่ะ

ถ้าเรามีวงจารไฟฟ้าต่อกับขดลวดโซลินอยด์อยู่ที่ MWD ในหลุม แล้วมัน เปิด-ปิด-เปิด-ปิด เป็นระหัสเลขฐานสอง ก็เท่ากับว่าเราส่งข้อมูลขั้นมาบนแท่นได้ จริงไหม

ฉลาดซะไม่มี พวกเรา 555 …

ขอเรียกแบบข้างบนนี้ว่าแบบเปิดข้างท่อ หรือจะเป็นระบบแบบข้างล่างนี้

เอาโซลินอยด์ไปติดไว้ในก้านเจาะเลย ถ้าดันขึ้น ความดันที่ก้านเจาะบนแท่นก็เพิ่ม ถ้าลดลง ความดันที่ก้านเจาะบนแท่นก็ลด ผมตั้งชื่อของผมเองว่าเป็นแบบ อุดกลางท่อ หรือจะแบบนี้

เป็นกังหันเลย ได้คลื่นความดันบนแท่นเป็นลูกคลื่น แท่นที่จะสงข้อมูลเป็น amplitude คลื่นสูงๆต่ำๆ (amplitude ต่ำ = เลข 0 amplitude สูง = เลข 1) แบบเปิดข้างท่อ หรือ อุดกลางท่อ ก็ส่งเป็น frequency (ความถี่ – คือความถี่ต่ำ = เลข 0 ความถี่สูง = เลข 1) เสียเลย เท่ห์ไปอีกแบบ แต่คือว่า แต่ล่ะแบบมันมีข้อดีข้อจำกัดต่างกันไปนะครับ ผมจะไม่ขอลงลึกไปละเอียดกว่านี้ แค่ให้เห็นหลักใหญ่ๆ (concept) ของการทำงานมันเท่านั้น

มีการส่งข้อมูลอีกวิธีหนึ่ง ไม่ค่อยนิยม แต่ก็จะบอกไว้ตรงนี้เพื่อความสมบูรณ์ของบทความ เดี๋ยวเซียน MWD มาอ่านแล้วจะว่าเอาได้ นั่นคือการส่งข้อมูลโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave – EM)

ปัญหาของการส่งข้อมูลแบบ EM นี้คือ

1) ใกล้ๆท่อกรุมันจะไม่ได้ผล เพราะพลังงาน EM จะถูกเหล็กกลืนไปจนแผ่วเกินกว่าที่เครื่องรับจะรับได้

2) ขุดไปลึกๆสัญญานที่ได้รับข้างบนจะแผ่วมากจนหายไป เพราะชั้นหินดูดกลืนไปหมด

แต่ข้อดีมันก็มีนะแบบ EM เนี้ย คือมันเร็วดี ส่งข้อมูลได้เยอะ เพียบเลยว่างั้นเถอะ แหมความถี่มันหลัก MHz หรือ KHz ในขณะการส่งข้อมูลแบบ mud pulse นี่ ได้ 10-12 bps (bit per sec) ก็หรูแล้ว

ปิดท้าย

ก่อนจบ จะบอกว่า MWD รุ่นใหม่ๆจะรวมเครื่องมือวัดทาง Petrophysic อีก 2 อย่างเข้าไปด้วย คือ วัดค่ารังสีแกมม่าตามธรรมชาติของชั้นหิน (Gamma Ray – ย่อ GR) และ วัดความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของชั้นหิน (Resistivity – ย่อ Res) แน่นอนว่า ราคาค่าเช่าก็แพงขึ้นไปอีก แต่ก็ดีกว่าไปเช่า LWD มาใช้ (ในกรณีที่ต้องการแค่ GR Res ก็พอใจแล้ว)

keyword: MWD Measurement While Drilling

• Facebook
• Twitter
• Line