Rig Selection จะเลือกขนาดแท่นเจาะอย่างไรดี ต้องเอาอะไรมาคิดคำนวณบ้าง

• Facebook
• Twitter
• Line

Rig Selection จะเลือกขนาดแท่นเจาะอย่างไรดี ต้องเอาอะไรมาคิดคำนวณบ้าง … วันนี้จะมาคุยกันเรื่องหมูๆนิดนึงว่าจะคำนวนหาขนาดแท่นขุดอย่างไร

Rig Selection

จะเลือกขนาดแท่นเจาะอย่างไรดี ต้องเอาอะไรมาคิดคำนวณบ้าง

หลักการมันก็เหมือนเราจะเลือกเครื่องจักรเครื่องยนต์อะไรสักอย่าง เราก็ต้องรู้ว่ามันให้กำลังเราได้เท่าไร เหมาะกับงานเราไหม เอาตัวอย่างง่ายๆแบบฟิสิกส์เด็กม.ปลายก่อนเลย เช่น เราจะขนของหนัก 10 ตัน จากจุด A ไป จุด B ซึ่งห่างกัน 100 กม. ภายใน 2 ชม. โดยรถวิ่งเที่ยวเดียว รถต้องมีกำลังอย่างน้อยเท่าไร กี่แรงม้า

กำลัง (แรงม้า) = แรง (นิวตัน) x ความเร็ว (เมตรต่อวินาที) / 746

ความเร็ว = (100 x 1000) / (2 x 60 x 60) = 13.9 เมตรต่อวินาที m/s

แรง = สัมประสิทธิ์แรงเสียทานจลน์ x มวล x ค่า g = 0.3 x (10×1000) x 9.81 = 29430 นิวตัน

กำลัง = 13.9 x 29430 / 746 = 548 แรงม้า พอรู้กำลังเครื่องยนต์ฺ เราก็ไปหารถบรรทุกขนาดนั้นๆมา

แท่นเจาะก็เหมือนกัน ผมจะยกตัวอย่างแบบง่ายๆก่อนนะครับ ให้เห็นภาพเป็นไอเดียกว้างๆก่อน แท่นขุดเจาะฯใช้พลังงานหลักๆใน 3 ระบบ

1. ระบบหมุนเวียนน้ำโคลน (Circulating system) ซึ่งก็คือกำลังของมอเตอร์ปั๊มน้ำโคลนนั่นแหละ เรียกสั้นๆว่า ปั๊ม นะครับ
2. ระบบกว้าน (Drawwork system) หรือ แรงดึงท่อต่างๆขึ้นจากหลุม ซึ่งก็คือกำลังของมอเตอร์ที่จะใช้ขับกว้านดึงท่อขึ้นจากหลุม เรียกสั้นๆว่า ดึง นะครับ
3. ระบบหมุนก้านเจาะ (Rotary system หรือ Top drive system) ซึ่งก็คือกำลังของมอเตอร์หมุนก้านเจาะ เรียกสั้นๆว่า หมุน นะครับ

จะสังเกตุว่าทั้ง 3 ระบบใช้มอเตอร์ไฟฟ้าหมดเลย ในกิจกรรมการเจาะเนี้ย บางทีเราก็ไม่ได้ใช้ 3 ระบบพร้อมกัน แต่บางทีเราก็ใช้พร้อมกัน มาดูกันคร่าวๆดีกว่าว่ามีกี่กรณี

1. หย่อนก้านเจาะลง ใช้ ดึง(หย่อน)
2. ขุด ใช้ ปั๊ม กับ หมุน
3. ดึงก้านเจาะขึ้น มี 3 วิธีย่อยๆ
   1. ดึงเฉยๆ ใช้ ดึง
   2. ดึงไปด้วยปั๊มไปด้วย ใช้ ดึง กับ ปั๊ม
   3. Back ream คือ ดึง ปั๊ม และ หมุน
4. หย่อนท่อกรุลง ใช้ ดึง(หย่อน)
5. ดึงท่อกรุขึ้น ใช้ ดึง (ในกรณีที่หย่อนลงไปแล้วเกิดปัญหาที่ก้นหลุม จำเป็นต้องดึงขั้นมาแก้ปัญหา)

ปกติแล้ว ก้านเจาะจะเบากว่าท่อกรุครับ ดังนั้นดูคร่าวๆ จะเห็นว่ากรณีที่ใช้พลังงานสูสีกันที่สุดคือ ดึงก้านเจาะขึ้น, back ream กับ ดึงท่อกรุขึ้น งั้นเรามาว่ากันไปทีล่ะระบบ

ระบบหมุนเวียนน้ำโคลน

ใช้สูตรฟิสิกส์เบื้องต้นได้เลยครับ ก็ อัตราการไหลคูณแรงดันนั่นแหละครับ จิ๊บๆเบสิกๆ ผมจะไม่อธิบายที่มาของสูตรนะครับ มันก็คือกฏของปาสคาลนั่นแหละครับ อัตราการไหลคูรความดัน แค่เปลี่ยนหน่วยไปมาเท่านั้น

(อัตราการไหลสูงสุดทึ่คาดว่าจะใช้(แกลลอนต่อนาที) x แรงดันสูงสุดที่คาดว่าจะใช้ (ปอน์ดต่อตารางนิ้ว) / 1747) / ประสิทธิภาพปั๊ม (0.803)

ผลลัพธ์ หน่วยเป็น แรงม้า

เช่น (700 gpm x 2500 psi / 1747) / 0.803  = 1271 แรงม้า – (1)

ระบบกว้าน

ใช้สูตรง่ายๆทางฟิสิกส์ม.ปลายอีก ผมจะไม่อธิบายที่มาของสูตรนะครับ มันก็คือกฏของนิวตันนั่นแหละครับ แรงคูณความเร็ว แค่เปลี่ยนหน่วยไปมาเท่านั้น

แรงดึง (ปอนด์) x ความเร็วในการดึง (ฟุตต่อนาที) / 33000 /  ประสิทธิภาพของระบบ (0.65)

การใช้กว้านเนี่ยมี 3 กรณี อย่างที่อธิบายไปแล้ว ทวนอีกที 1. ดึงก้านเจาะขึ้นจากก้นหลุมตามปกติ 2. ดึงก้านเจาะขึ้นจากก้นหลุมขณะที่หมุนก้านเจาะและปั๊มน้ำโคลนไปด้วย (back reaming) และ 3. ดึงท่อกรุจากก้นหลุม โดยทั้ง 3 กรณีจะต้องคิดกรณีที่ใช้กำลังมากที่สุดในแต่ล่ะกรณี ซึ่งวิศวกรขุดเจาะอย่างพวกผมจะต้องคำนวนได้ ก็ฟิสิกส์ธรรมดาๆนี่แหละครับ

ผมจะลองๆสมมติตัวเลขใกล้เคียงงานจริงใส่ในสมการในแต่ล่ะกรณี

1. ดึงก้านเจาะขึ้นแบบปกติ 200,000 x 80 / 33000 / 0.65 = 747 แรงม้า – (2.1)
2. Back reaming 200,000 x 20 / 33000 / 0.65 = 187 แรงม้า – (2.2)
3. ดึงท่อกรุจากก้นหลุม 400,000 x 50 / 33000 / 0.65 = 934 แรงม้า – (2.3)

สังเกตุนะครับว่า ก้านเจาะ (200,000 ปอนด์) เบากว่า ท่อกรุ (400,000 ปอนด์) อันนี้สุทธิแล้วนะครับ คือคิดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (drag หรือ friction) กับค่าการพยุงนน.ในน้ำโคลน(buoyancy effect)แล้ว

ระบบหมุนก้านเจาะ

แรงบิด (ฟุตปอนด์) x รอบต่อนาที / 5252 /  ประสิทธิภาพของมอเตอร์ (0.96)

วิศวกรขุดเจาะอย่างกระผมก็คิดกรณีที่สูงสุดอีกว่า ถ้าสุดๆแล้วต้องใช้แรงบิดเท่าไร รอบหมุนเท่าไร

ในที่นี้ผมสมมติตัวเลขที่ใกล้เคียงการใช้งานจริงที่ผ่านมาใส่เข้าไป 17,000 x 120 / 5252 / 0.96 = 405 แรงม้า – (3)

คราวนี้เราก็มาดูว่า กรณีที่แย่ที่สุด (ใช้พลังงานมากที่สุด) คือกรณีไหน

1. ดึงก้านเจาะขึ้นแบบปกติ คือ กรณี 2.1 : 747 แรงม้า (ดึงเฉยๆ ไม่ปั๊มน้ำโคลน ไม่หมุนก้าน)
2. Back reaming คือ กรณี 1 + 2.2 + 3 : 1271 + 187 + 405 = 1862 แรงม้า (ปั๊มน้ำโคลน + ดึงก้านเจาะ + หมุนก้านเจาะ)
3. ดึงท่อกรุจากก้นหลุม คือ กรณี 3 : 934 แรงม้า (ดึงเฉยๆ ไม่ปั๊มน้ำโคลน ไม่หมุนท่อกรุ)

จะเห็นว่ากรณีที่ใช้พลังงานมากที่สุดคือ back ream ใช้ 1862 แรงม้า เผื่อเหลือเผื่อขาดอีก 10% (ค่าไฟเครน ความร้อน ความเย็น แสงสว่าง ส่วนพักอาศัย ฯลฯ) ก็ 1862 x 1.1 = 2048 แรงม้า เราก็ไปเรียกบ.ที่ให้เช่าแท่นมาดูว่าแท่นที่มีให้เช่าน่ะ กำลังอย่างน้อยต้อง 2048 แรงม้า หย่อนได้เกินได้นิดหน่อย

นี่เอาแบบคร่าวๆนะครับ ในการทำงานจริงวิศวกรขุดเจาะจะต้องคำนวนออกมาเป็นแต่ล่ะขั้นตอนการขุดเลยว่า กรณีต่างๆที่ใช้พลังงานมากสุดเป็นเท่าไร ผมก็พูดให้มันดูขลังไปงั้น จริงๆเราก็ใช้เครื่องมือที่เบสิกครับ excel sheet นี่แหละครับ 555 🙂 ก็ผูกสูตรไว้ทีเดียว ปรับเปลี่ยนนิดหน่อย แล้วก็ใช้กันมารุ่นต่อรุ่น แต่การที่จะเอา excel เขามาใช้ก็ต้องเข้าใจสมมติฐานที่มาที่ไปของแต่ล่ะจุดที่เขาทำเอาไว้ โดยมากตอนที่เราไปรับ excel sheet เขามา (หรือ เราเขียนเอง) เราก็ต้องไปไล่สูตร ทำความเข้าใจที่มาที่ไป ซึ่งไม่ยากครับ เพราะเราเข้าใจหลักการฟิสิกส์ของมันอยู่แล้ว

พอบ.แท่นเสนอให้แท่นเจาะฯมาให้เช่า ไม่ใช่ว่าได้กำลังรวมทุกระบบตามที่ต้องการแล้วจะใช้ได้ เราก็ต้องไปดูให้ละเอียดอีกนิดว่า

1. แต่ล่ะระบบนั้นมันรับภาระกำลังสูงสุดแบบแยกส่วนได้ไหม (ระบบน้ำโคลน ระบบกว้าน ระบบหมุนก้าน) เพราะบางทีรวมพลังงานแล้วมันพอ แต่พอแยกทีล่ะส่วน อ้าว ไม่พอซะงั้น แบบนี้ก็จบกัน โดยมากๆไม่มีปัญหาหรอกครับ แต่ก็กันเหนียว เดี๋ยวจะตายน้ำตื้นเอา ขายขี้หน้าเสียยี่ห้อเปล่าๆ
2. ตัวโครงสร้าง (derrick) รับแรงดึงกรณีสูงสุดได้ไหม (โดยมากจะกรณีดึงท่อกรุ เพราะท่อกรุมันหนักกว่าก้านเจาะ)
3. ตัวฐานแท่น (substructure) รับน้ำหนักสูงสุดได้ไหม (แรงดึงสูงสุดที่ derrick รับได้ + น้ำหนักท่อที่วางพักไว้ (rack back))

เอาล่ะครับ พอหอมปากหอมคอนะ อธิบายมากไปกว่านี้ พวกคุณก็จะรู้เท่าผม เดี๋ยวผมจะตกงาน ขอกั๊กไว้บ้าง 555 … ตอนนี้เชื่อผมหรือยังครับว่า เป็นวิศวกรขุดเจาะเนี้ย ใช้ความรู้แค่ฟิสิกส์ม.ปลายจริงๆ ส่วนที่ผมกั๊กไว้ก็ไม่เกินฟิสิกส์ม.ปลายครับ แค่คำนวน แรง ความดัน นน. ปริมาตร ความหนาแน่น อัตราการไหล แค่เนี้ย พูดง่ายๆ แม่นๆฟิสิกส์เรื่องแรงของนิวตัน กับ กฏความดันแรงดันของปาสคาล แค่นี้ก็เป็น วิศวกรขุดเจาะได้แล้วครับ

ปล. แต่ถ้าอยากรู้อะไรเพิ่มก็ถามมาได้นะครับ ยินดีให้รายละเอียดแบบสุดๆ (ถ้าไม่เอียนไปเสียก่อน) จริงๆมันก็แค่ฟิสิส์ม.ปลายแต่ผมแค่ไม่อยากเอามาใส่ในนี้ให้มันยากและยาวไปกว่านี้ เดี๋ยวคนทั่วๆไปอ่านแล้วจะหลับไปก่อนอ่านจบ

=======================================

ที่มา : https://www.facebook.com/notes/drilling-foreman/rig-sizing-calculations-for-rig-selection-/1800291276862134/

★Rig Sizing Calculations for rig selection ★

➽ Derrick Static load
– By Selecting the heaviest HKLD which is usually the 9 5/8″ CSG + Drill string racked on derrick (Dry Weight) + Over Pull margin
☆ Ex. 500 KLB (9 5/8″ CSG) + 300 KLB (Drill String Dry Weight) + 100 KLB (Over pull Margin) = 900 KLB
☆ Check the Max. load the derrick can bear, also over pull margin varies from a company to another.

➽ Mud pump calculation
– Using Equation (GPM X SPP)/ 1,714) with Efficiency = 0.803
☆ Ex. Drilling with 700 GPM @ 2,500 Psi Stand pipe pressure ➜ (700*2,500/1,714)/0.803 = 1,271 HP ➊

➽ Drawwork
– Using equation (Drill string Hook Load x Tripping speed)/ 33,000) with Efficiency 0.649
– Using 80 ft/Min tripping speed for drill string
– Using 20 ft/Min While back ream

– Using equation (Casing string Hook Load x Tripping speed)/ 33,000) with Efficiency 0.649
– Using 50 Ft/min RIH speed for Casing

☆ DW power for tripping : = 200,000 Lb (Drill string bouyant weight) * 80 FPS / 33,000 / 0.649 = 747 HP
☆ DW power for Backream : = 200,000 Lb (Drill string bouyant weight) * 20 FPS / 33,000 / 0.649 = 187 HP ➋
☆ DW power for running Casing : = 400,000 Lb (Casing bouyant weight* 50 FPS / 33,000 / 0.649 = 934 HP

➽ Top drive
– Use Equation (TQ X RPM/5,252) with Efficiency 0.96
– RPM depends on the BHA type
– Expected torque from simulations
☆ Ex. (17,000 ft.lb torque x 120 RPM ) 5,252 / 0.96 = 405 HP ➌

★★★ Total power Required★★★
★★★ Multiply all the result HP for each Equipment by 1.1 : 1.25 Safety factor

– By Estimating the maximum Expected power for each section and Select the Higher one:
– Usually backreaming is the worst case using (Rotating, Circulating & applying overpull, so add ➊ + ➋ + ➌ = 1,862 HP, so have to check that the rig engines can supply this combined power, all at the same time and for extended periods of operating time.
– Check the maximum power for each tool ( TDS, DW, Mud pumps,…) if it exceeds its dedicated power limitations.
– Check the maximum casing string weight to be run if exceeds the maximum derrick load.
– Also check that mud pumps can handle liner sizes that will deliver the indicated GPM.

---

Recta sapere

• Facebook
• Twitter
• Line