Rat Hole ใต้ท่อกรุ … คือ อะไร ยาวไปไม่ดีตรงไหน

• Facebook
• Twitter
• Line

Rat Hole ใต้ท่อกรุ … คือ อะไร ยาวไปไม่ดีตรงไหน – คำว่า rat hole นี้ ในวงการขุดเจาะหลุมปิโตรเลียม มี 2 ความหมาย

ต้องเป็นคนทำงานรุ่นเก่าๆหน่อย ถึงจะรู้จัก และ เคยใช้งานเจ้า รูหนู นี่ เพราะมันคือ รูที่เอาไว้เก็บ kelly บนพื้นที่ทำงานบนแท่นเจาะ (rig floor)

Zoo On the Rig … พาชมสวนสัตว์บนแท่นขุดเจาะฯ มีสัตว์เยอะแยะเลยครับ

แต่ในสมัยนี้ kelly ถูกแทนที่ด้วย TopDrive เสียหมดแล้ว เจ้า rat hole ในความหมายนี้จึงกลายเป็นประวัติศาสตร์ไป

https://en.wikipedia.org/wiki/Kelly_drive

Old Solider never die – Kelly (again!) เมื่อจำเป็นต้องพึ่งทหารแก่

แต่ในบทความตอนนี้ ผมไม่ได้จะพูดถึงเจ้ารูหนูในความหมายนี้ครับ

Rat Hole ใต้ท่อกรุ

… คือ อะไร ยาวไปไม่ดีตรงไหน

ยังมี รูหนู ในอีกหนึ่งความหมายที่เราใช้กันในงานขุดหลุมปิโตรเลียม

อธิบายด้วยคำพูดนะ มันคือ ระยะหลุมระหว่างปลายท่อกรุ(ที่ซีเมนต์ติดผนังหลุมแล้ว) ถึงก้นหลุม น่ะครับ

เขาว่า 1 รูป = 1 พันคำ … อะ ไปดูรูปๆ

ปกติเวลาเราออกแบบหลุมเนี้ย เรามักจะให้เอาท่อกรุหย่อนลงไปให้ความยาวช่วงนี้อยู่ระหว่าง 1.5 – 3 ม. แล้วเราก็ทำซีเมนต์ รอซีเมนต์แห้ง แล้วเราก็เจาะต่อ

หน้าตาหลุมหลังเจาะต่อมันก็จะราวๆนี้

แต่ว่านะ บางครั้งงานเรามันก็ไม่ได้อย่างใจ เอาท่อกรุย่อนลงไปไม่ถึงความลึกที่เราต้องการ อันมีจาก 3 ล้านแปด สาเหตุ ซึ่งผมจะไม่กล่าวถึง

เมื่อเราเอาท่อกรุหย่อนลงไปไม่ถึงก้นหลุม แล้วเราพยายามขุดต่อ เราก็จะได้หลุมเราที่หน้าตาแบบนี้

ถามว่า ก็ เอ๊ะ … เมื่อเรารู้ว่าเราเอาท่อกรุหย่อนลงไปไม่ถึงความลึกที่ต้องการแล้ว เราจะดันทุรังเจาะต่อไหม (ให้หลุมมันรูปร่างแบบข้างบน)

คืองี้ๆ … เวลาที่เราเอาท่อกรุหย่อนลงไปไม่ถึงจุดที่เราต้องการเนี้ย เราพอมีทางเลือกในการแก้ปัญหาชีวิตของเราอยู่บ้าง เช่น

1. ถ้าปลายท่อกรุจำเป็นต้องอยู่ที่ก้นหลุมจริงๆ ด้วยเหตุผลที่ต้องกั้นชั้นหินที่จะก่อให้เกิดปัญหาต่อการขุดช่วงต่อไป (zone isolation) เราก็จะดึงท่อกรุทั้งยวงขึ้นมาหาสาเหตุ เอาหัวเจาะ ก้านเจาะ ลงไปทำความสะอาดหลุม (wiper trip) แก้ปัญหาต่างๆ แล้วเอาท่อกรุหย่อนลงไปใหม่ ลุ้นกันต่ออีกรอบหนึ่ง
2. ถ้าปลายท่อกรุจำเป็นต้องอยู่ที่ก้นหลุมจริงๆ (เหตุผลเดียวกับข้อ 1) แต่ท่อกรุติด ดึงไม่ขึ้น เราก็ต้องซีเมนต์ แล้ว เอาท่อกรุชั้นต่อไป หรือ liner ลง ยังไงๆก็ต้อง zone isolation ให้ได้ ก่อนเจาะช่วงต่อไปว่างั้นเถอะ

Casing vs Liner มันต่างกันอย่างไร เคยสงสัยกันไหม ที่นี่มีคำตอบ

นั้นก็เป็นการแก้ปัญหา long rat hole แบบหนึ่ง ที่จำเป็นต้อง กั้นชั้นหินเป็นช่วง (zone isolation)

สมมุติว่า ไม่จำเป็นต้องแยกกั้นชั้นหินก่อนที่จะขุดต่อ ดังนั้นเราสามารถขุดช่วงต่อไปทั้งๆที่รูหนูยาวขนาดนี้ได้ไหม

นี่แหละ ท้าทายที่วิศวกรขุดเจาะต้องออกแบบไว้ล่วงหน้าว่า เรายอมให้รูหนูนี้ยาวได้เท่าไรถึงจะดันทุรังเจาะช่วงต่อไปได้

ปัญหารูหนูยาววววว

ในการขุดหลุมแต่ล่ะช่วง เราใช้อัตราปั๊มน้ำโคลนที่แตกต่างกัน มีหลายเหตุผลที่กำหนดอัตราปั๊มน้ำโคลน

1. เครื่องไม้เครื่องมือในก้านเจาะ (BHA) ต้องการอัตราการไหลที่ต่างกันนถึงจะทำงานได้ เช่น MWD RSS AGS ฯลฯ
2. หัวเจาะ แต่ล่ะแบบ แต่ล่ะขนาดก็ต้องการอัตราการไหลที่เหมาะสมต่างกัน
3. อัตราการหล่อเย็น (cooling) ไม่ให้เครื่องไม้เครื่องมือต่างๆร้อนจนเจ๊งกะโบ๊ง
4. ความเร็วของน้ำโคลนในการหอบเอาเศษหินที่ได้จากการขุดเจาะขึ้นมาปากหลุม
5. อื่นๆ อีกมากมาย เช่น Hydraulic horse power

แต่ข้อ 4. นี่แหละ ที่มาเกี่ยวกับเจ้าความยาวรูหนูของเรา

เพราะความเร็วของน้ำโคลน(เพื่อจะพาเอาเศษหินที่ได้จากการเจาะ)ขึ้นมาปากหลุมเนี้ย มันขึ้นกับ อัตราการไหล และ ช่องว่างระหว่างก้านเจาะกับขนาดหลุม (annulas)

Velocity = Flow/area

เมื่ออัตราการไหลในการขุดช่วงต่อไปของเราคงที่ด้วยเหตุผลที่เราคำนวนเอาไว้แล้วว่ากลมกล่อมกำลังดี ให้ความเร็วในการหอบเอาเศษหินที่พอดี

(ดูรูปอีกทีข้างล่าง) … พอน้ำโคลนพัดเอาเศษหินมาถึงรูหนูที่ยาวๆใต้ท่อกรุนั้นแล้วเป็นไงครับ

พื้นที่วงแหวนระหว่างก้านเจาะกับผนังหลุม ใหญ่พรวดขึ้น

ความเร็วน้ำโคลนก็จะลดลง เศษหินก็จะมากองๆอยู่ในรูหนูที่ยาวๆนั่น กองมากเข้าๆก็กลบก้านเจาะ ปิดทางไหลน้ำโคลน ก็เอวัง ขุดต่อไปไม่ได้ แรงดันน้ำโคลนพุ่งกระฉูด ชั้นหินแตก (frac) สูญเสียน้ำโคลน (loss cir) ก้านติดอีกไรอีก ปัญหาวนมาเป็นหางว่าว

เราถึงต้องออกแบบหลุมไว้ให้ช่วงรูหนูไม่ยาวนัก เช่น 1.5 – 3.0 เมตร ช่วงสั้นๆแค่นั้น เวลาเราทำซีเมนต์ ซีเมนต์ก็จะพอที่ไปกองๆอุดๆอยู่ช่วง 1.5 – 3.0 เมตร นั้น มันก็ไม่มีปัญหาเรื่องเศษหินโดนพัดมากองๆ จริงป่ะ

ทีนี้ เราวิศวกรหลุมเจาะ ก็ต้องคำนวนเผื่อล่ะว่า ถ้าซวยจริงๆ จำเป็นต้องเอาปลายท่อกรุไว้ที่สูงๆห่างๆจากก้นหลุม เหลือช่วงรูหนูยาวมากๆนี่ “จะยาวได้มากสุดเท่าไร” ถึงจะทำการเจาะช่วงหลุมต่อไปเสี่ยงปัญหาน้อยสุด

นั่นคือ เราต้องคำนวนว่า เศษหินที่ขึ้นมากองกลบก้านเจาะช่วงรูหนูยาวนั้น มีสะสมได้มากสุดเท่าไร ถึงจะ

1. ไม่อุดช่องว่างวงแหวน (annulas) ไม่ให้น้ำโคลนไหลได้ หรือ
2. เพิ่มแรงเสียดทานขึ้นจนมากพอที่เราจะหมุนก้านเจาะต่อไปไม่ไหว (เกินกำลัง topdrive)

การคำนวนทั้งหมด วางอยู่หลักการฟิสิกส์ + สมมติฐาน + ค่ากันเหนียว (safety factor) ซึ่งผมจะไม่ลงรายละเอียด เพราะจะเกินขอบเขตบทความนี้ แค่อยากจะสื่อสารว่า เราไม่ได้ทำอะไรสุ่มๆมั่วๆ มีหลักการมีวิชาการกันระดับหนึ่งเลยทีเดียวล่ะ

ทำไมไม่ซีเมนต์ช่วงรูหนูยาวๆแล้วเจาะใหม่ซะล่ะ – อาจจะมีคนถามแบบนี้ ซึ่งก็เป็นคำถามที่ดีมากครับ ไม่ผิดที่จะถาม และ พยายามทำแบบนั้น แต่ก็ต้องตอบคำถามข้างล่างนี้ให้ได้เสียก่อน

• ซีเมนต์ กับ ชั้นหิน อะไรแข็งกว่ากัน

ถ้าซีเมนต์แข็งกว่า ก็จะเกิดเหตุการณ์ไม่ปลื้ม 2 อย่าง

1. ขุดช้าจนไม่คุ้มค่าเวลาขุดซีเมนต์
2. หัวเจาะจะแถ หรือ แฉลบออกจากหลุมเดิม เพราะหัวเจาะมีแนวโน้มที่จะไถลออกไปทางที่มีแรงต้านน้อยกว่า เหมือนกระแสน้ำที่มักจะพัดไปขอบตลิ่งที่นิ่มกว่า

ถ้าชั้นหินแข็งกว่า ก็จะต้อตอบคำถามต่อมาอีก

• ซีเมนต์บางๆจะยึดกับชั้นหินได้ดีไหน

มาดูภาพชีวิตจริงกันครับ สมมุติว่า รูหนูขนาด 12.25 นิ้ว ถมซีเมนต์ยาว 200 เมตร หัวเจาะช่วงหลุมถัดไปขนาด 8.5 นิ้ว

แปลว่า เมื่อเอาหัวขุด 8.5 นิ้ว ขุดซีเมนต์ที่ถมเต็มท่อ 12.25 นิ้ว เราจะได้ซีเมนต์บางแค่ (12.25 -8.5)/2 = 1.875 นิ้ว หน้าตาเป็นท่อทรงกระบอกหน้าตัดวงแหวน ยาว 200 เมตร

โอกาสน้อยครับ ที่ซีเมนต์จะคงรูปสวย เป็นท่อทรงกระบอกหน้าตัดวงแหวน ยาว 200 เมตร เหมือนเราวาดบนกระดาษแบบนั้น เพราะคุณภาพซีเมนต์เอง และ แรงสั่นสะเทือนกระแทกขอบซีเมนต์ ปังๆของก้านเจาะขณะที่ขุดผ่านลงไป

ความน่าจะเป็นที่เป็นไปได้มากที่สุดคือ ซีเมนต์หนา 1.875 นิ้ว นั้นก็จะร่วงกราวลงมาก แล้วน้ำโคลนก็จะหอบขึ้นไปปากหลุม ผลที่ได้คือ รูหนูขนาด 12.25 นิ้วเหมือนเดิม

รู้ได้ไงว่าซีเมนต์กับชั้นหินใครแข็งกว่ากัน

เดี๋ยวก็จะมีคนถาม ชิงตอบเสียเลย (ฮ่า)

เราวัดความแข็งของวัสดุได้หลายหน่วย ในที่นี้เรานิยมวัดเป็น “ความดัน” ที่จะทำให้วัสดุพัง เราใช้หน่วย psi (ก็หน่วยเดียวกับความดันของเหลวนั่นแหละ)

ซีเมนต์ …

เอาง่ายๆก่อน ซีเมนต์เนี้ย เรารู้สูตรผสมที่ใช้นิ เราก็ผสมให้เหมือนหน้างาน ไปทดลองในห้องทดลอง( lab) ในความดัน และ อุณหภูมิ หน้างาน แล้วก็ใช้คลื่นเสียงวัด หรือ ไม่ก็เอาเข้าเครื่องกดให้พังไปเลย ก็จะรู้ว่า ซีเมนต์ที่เราใช้ทนแรงกดได้กี่ psi

ชั้นหิน …

เราวัดได้ 2 ทาง ทางตรง กับ ทางอ้อม

ทางตรง คือ ตัดเอาชั้นหินมา (core sampling) เอาเข้าเครื่องกด (เหมือนซีเมนต์) ว่าที่อุณหภูมิ ความดัน ปกติ ว่าพังที่กี่ psi แล้วก็ใส่สูตรปรับให้เป็นสภาพ (อุณหภูมิความดัน) ในหลุมหน้างาน เราก็จะได้ความแข็งของชั้นหิน

ในความเป็นจริงเรามีโอกาสแบบนี้น้อยมาก เพราะการเก็บตัวอย่างหินขึ้นมา มันแพง อ่ะ ไม่คุ้มกับแค่จะได้ข้อมูลมาเพียงเพื่อใช้ในงานนี้

ทางอ้อมที่หนึ่ง … คือ ใช้เครื่องมือที่เรียกว่า sonic tool หย่อนลงไปโดยสายเคเบิ้ล หรือ ที่เรียกว่า wireline logging นั่นแหละ ใช้คลื่นเสียงวัดเอาว่าเสียงใช้เวลาเดินทางในชั้นหินเร็วช้าแค่ไหน แล้วเอาความเร็วของเสียงที่ผ่านชั้นหินไปเข้าสูตรไฮเทค ก็จะออกมาเป็นความแข็งของชั้นหิน

วิธีนี้ก็เป็นไปได้ทางปฏิบัติน้อยครับ เพราะแพง มีราคา เสียเวลา ไม่คุ้ม อีกทั้งสถานการณ์เรา คือ เรามีรูหนูยาว เราต้องเอา sonic tool ลงไปในรูหนูนั่น เพื่อวัดความแข็งของชั้นหินก่อน แล้วค่อยถมซีเมนต์ มันยุ่งยาก เสียเวลาโดยใช้เหตุ

ทางอ้อมที่สอง … เป็นที่นิยม และ ง่ายที่จะเข้าใจ

ตอนเราขุดชั้นหินช่วงที่เป็นรูหนูนั่น เรารู้ WOB (Weight On Bit) RPM (รอบหมุนก้าน) TQ (แรงบิด) Flow และ Pressure

หินที่เราขุดนั้น มันแตกพังลงได้เพราะพลังงานที่เราใส่ลงไปขณะขุด ซึ่งมี 2 กลุ่มใหญ่ๆ

1. พลังงานกลที่หัวเจาะ TQ x RPM (เบสิกที่ทุกวิศวกรรมต้องเรียนมาตอนปี 1)
2. พลังงานกลจากของเหลว (hydraulic horse power) ซึ่งก็คือ Flow น้ำโคลน x Pressure (ตกคร่อมหัวเจาะ) นี่ก็เบสิกเช่นกัน

จับ 1 + 2 เราก็จะได้พลังงานทั้งหมดที่ทำให้หินแตก พลังงานหน่วยเป็น จูล (แรง x ระยะทาง) หาร เวลา ได้กำลัง กำลังเป็นแรงม้า (หรือ วัตต์ หรือ แรง x ระยะทาง/เวลา)

เรารู้ ROP (rate of penetration = ระยะทาง/เวลา) ตอนที่เราขุด รูหนูนั่น จริงไหมครับ

ดังนั้น ถ้าเราเอา วัตต์ หาร ROP เราก็จะได้แรง จริงไหมครับ เมื่อเราได้แรง เอาก็เอาพื้นที่หน้าตัดหลุมช่วงรูหนูมาหาร ก็จะเป็นความดัน หน่วยเป็น psi … สมมุติว่าได้ A ขีดเส้นใต้พักไว้ก่อน

WOB แรงกดที่หัวเจาะ ขณะขุด หน่อยเป็น ปอนด์ จับหารพื้นที่ห้าตัดหลุม ก็จะเป็น ความดัน หน่วย psi สมมุติว่าได้ B

สรุป A ได้จากเอา (พลังงานกลที่ก้านเจาะ + พลังงกลเนื่องจากการไหลของน้ำโคลน) / ROP , หน่วยเป็น psi

B ง่ายกว่า เอา WOB หาร พื้นที่หน้าตัดหลุมเอาดื้อๆแล้ว ได้หน่อวย psi เหมือนกัน

เอา A + B ก็จะเป็นความแข็งรวมของหิน หน่วยจะเป็น psi คราวนี้ก็เอาไปเทียบกับความแข็งของซีเมนต์ที่ได้จากห้องทดลองได้แล้ว

แต่ชีวิตไม่ได้ง่ายขนาดนั้น … สังเกตุว่า ค่าทั้งหมด (TQ WOB RPM ROP Flow Pressure ) ต้องเป็นค่าวัดที่หัวเจาะ แต่เอาเข้าจริง เราวัดที่ปากหลุม (มี Flow ค่าเดียว ที่ค่าวัดปากหลุมกับค่าวัดที่ปลายหัวเจาะเป็นค่าเดียวกัน)

เราก็ต้อง “ประมาณ” แบบวิทยาศาสตร์ ค่าพวกนี้ที่วัดที่ปากหลุม ไปเป็นค่าที่หัวเจาะ ซึ่งก็ต้องมีผิดพลาดบ้างไรบ้าง แต่ก็เป็นวิธีเดียวที่เราทำได้ นอกจากจะจ่ายเงินติดอุปกรณ์วัดค่าพวกที่ไว้ที่หัวเจาะ ซึ่งก็แพงโดยใช้เหตุ

ในทางปฏิบัติ เราใช้วิธีคำนวนย้อนจากพลังงานในการขุดเป็นหลัก แต่ถ้าบังเอิญเรามีค่าที่ทดสอบจากตัวอย่างหินจริง หรือ ค่าที่ได้จาก sonic tool จากชั้นหินเดียวกัน ความลึกในแนวดิ่งเท่ากันของหลุมใกล้เคียง (offset well) เราก็มักนำมาประกอบกัน เพื่อเคาะค่าที่สมเหตุสมผลที่สุดออกมากใช้งาน

จากเรื่องรูหนู มาเป็นเรื่องความแข็งของชั้นหินได้ไงเนี่ย 555 ถือว่าเป็นของแถมล่ะกัน

สรุป …

Rat hole นี้ ยาวไป ไม่ดีแน่ แก้ได้ก็แก้ ถอนท่อกรุขึ้นไปได้ก็ถอน แก้ไขซะ แล้วหย่อนลงไปใหม่ แก้ไม่ได้ ก็แผนสอง ใส่ liner หรือ ยอมเสียท่อกรุอีกช่วง เจาะช่วงต่อไปลงไปด้วยขนาดหัวเจาะที่เล็กกว่าที่วางแผนไว้

แต่ไม่ได้เรื่องทั้ง 2 ทางที่ว่า ก็ต้องดันทุรังเจาะกันต่อ ลืมเรื่องถมซีเมนต์ไปได้ ยากที่จะสำเร็จ

ที่ทำได้คือ เจาะต่อไปด้วยปั๊มน้ำโคลนให้แรงขึ้น หมุนก้านเจาะให้เร็วขึ้น โดยหวังว่า เศษหินจะไม่ไปกองสะสมกันที่ rat hole มากจนเกินไป

• Facebook
• Twitter
• Line