The Best Tubing Size

• Facebook
• Twitter
• Line

The Best Tubing Size – วันนี้จะขอคุยเรื่องที่ไม่เกี่ยวกับการขุดเจาะหลุมปิโตรเลียมหน่อยนะ แต่ก็เป็นของงานญาติพี่น้องกัน

คืองี้ครับ ปกติเนี้ย วิศวกรผลิต (Production Engineer) หรือ วิศวกรเตรียมหลุมเพื่อผลิต (Completion Engineer) จะกำหนดขนาดท่อผลิต (Tubing) แล้วก็ส่งต่อให้กับวิศวกรขุดหลุมเจาะ เพื่อไปกำหนดคุณสมบัติอื่นๆเพิ่มเติม เช่น ความแข็ง ความเหนียว วัสดุ น้ำหนัก ฯลฯ แล้ว จัดซื้อจัดจ้างนำมาใช้งาน

เนื่องจากมันเป็นงานคอหอยกับลูกกระเดือก วิศวกรขุดหลุมเจาะอย่างผมก็ต้องแอบไปรู้บ้างไรบ้างว่า พวกเขาคำนวนกันมาอย่างไร เพื่อจะได้ต่อรองกันได้บ้างเวลาขนาดท่อผลิตที่เขาให้เรามา มันทำให้เราทำงานได้ลำบาก หาของยาก หรือ ราคาแพง จะได้เจรจาได้อย่างมีหลักการว่า ลดขนาดได้ไหม เพิ่มขนาดได้ไหม

ในทางกลับกัน พวกเขาก็ต้องรู้งานของผมด้วยเช่นกัน เพื่อจะได้ตรวจสอบเบื้องต้นได้ว่า ลุงนกงองแง จะเอางานตัวเองง่ายหลุมตัวเองราคาถูกเข้าว่าหรือเปล่า 555 (พอกัน)

Land Tubing in Compression or in Tension

ไม่ใช่เรื่องแปลกครับ เราทำงานร่วมกัน เราต้องรู้ว่า ต้นน้ำ (นักธรณี วิศวกรแหล่งกักเก็บ) กับ ปลายน้ำของเรา (วิศวกรผลิต ลอจิสติกส์ จัดซื้อ ฯลฯ) เขาคิดคำนวนอะไรอย่างไร หลักการเป็นอย่างไร เราจะได้พูดภาษาเดียวกัน มองข้อดี ข้อด้อย ในภาพรวม ไม่ใช่จะเอาแต่งานตัวเองเป็นหลัก

อะไรเนี้ย อารัมภบท ยาวเกิน (แต่ก็เป็นหลักการทำงานที่สำคัญนะครับ ใจเขาใจเรา อกเขาอกเรา) … เข้าเรื่องเสียทีลุงนก

ถ้าใครอยากรู้เรื่องไหนไวๆก็กดลิงค์ข้างล่างนี้เลย

• Liquid Build Up Pressure
• Tubing Friction Pressure
• Tubing Performance Curve (TPC)
• Inflow Performance Relationship (IPR)
• สรุป

The Best Tubing Size

มาทำความเข้าใจตรงกันก่อนว่า ผมไม่ได้จะสอนให้พวกเราทำเป็น แต่จะคุยให้เข้าใจ “หลักการ” เท่านั้นนะครับ ผิด-ตก-ยกเว้น กูรูผ่านมาอ่าน ก็แนะนำกันได้ ยินดีแก้ไขปรับแต่งให้ครับ ผมเป็นแค่วิศวกรขุดเจาะเท่านั้น จำๆขี้ปากเขามาเล่าครับ

ผมขี้เกียจวาดรูปหลายรูปนะ เอารูปเดียวนี่แหละ แต่เชื่อผม หลับตาข้างหนึ่ง ดูเฉพาะส่วนที่ผมให้ดู จะได้ไม่งง

Liquid Build Up Pressure

มโนเอานะครับ … มีท่อผลิตจิ้มอยู่ในแหล่งกักเก็บที่มีความดันแหล่งผลิตก้นหลุม 4000 psi แล้วสมมุติว่า

1) แหล่งผลิตใหญ่ม๊วกกกก ความดันแหล่งผลิตก้นหลุมคงที่ ไม่ว่าจะให้น้ำมันไหลเท่าไรก็ตาม

2) ในท่อผลิตว่างเปล่า ไม่มีอะไรเลย และ อากาศไม่มีน้ำหนัก

มโนต่อ เรายิงระเบิดท่อผลิตตูม! น้ำมันความถ่วงจำเพาะ 0.8 SG ไหลเข้ามาในหลุม

มี 2 อย่างเกิดขึ้น …

1. ระดับน้ำมันในท่อผลิตเพิ่มขึ้น ตามอัตราการไหลเข้ามาในหลุม และ เวลา
2. ความดันที่ก้นหลุมเนื่องจากน้ำหนักของน้ำมัน เพิ่มขึ้นตามระดับน้ำมันที่เพิ่มขึ้น เป็นไปตามสูตร 1.42 x 0.8 x ระดับน้ำมันในท่อที่วัดตามแนวดิ่งจากก้นหลุม

สมมุติต่อว่าหลุมตรงๆลึก 3000 เมตร ท่อผลิตก็ 3000 เมตรด้วย (จริงๆจะสั้นกว่านิสนุง)

ถ้าน้ำมันเต็มหลุมความดันอันเนื่องจากน้ำหนักของน้ำมันที่ก้นหลุม

= 1.42 x 0.8 x 3000

= 3408 psi เพื่อความเข้าใจ เอาง่ายๆ 3400 psi ล่ะกัน

แปลว่า ถ้าน้ำมันเต็มท่อผลิตถึงปากหลุม ความดันแหล่งกักเก็บที่ก้นหลุมก็ยังชนะความดันอันเนื่องจากน้ำหนักของน้ำมัน … อืม ชนะอยู่ 4000 – 3400 = 600 psi แปลว่า ตราบเท่าที่ความดันแหล่งกักเก็บที่ก้นหลุม มากกว่า ความดันอันเนื่องจากน้ำหนักของน้ำมัน น้ำมันก็ไหลออกจากปากหลุมได้ว่างั้นเถอะ

มามโนกันต่อ ตรงนี้จะเข้าใจยากนิดนึง หลับตานึกภาพตามนะ

ถ้าน้ำมันจากแหล่งกักเก็บไหลเข้ามาเต็มท่อผลิตถึงปากหลุมแล้วหยุดไหล คือ เพื่อนคุณปิดปากหลุม คุณยืนอยู่ก้นหลุม คุณจะโดนน้ำหนักน้ำมันเต็มท่อผลิต 3400 psi กดทับคุณอยู่ นั่นคือ static condition ตอนที่คุณโดนทับเต็มๆ 3400 psi

Balanced cement plug คือ อะไร ใช้งานอย่างไร

เพื่อนคุณที่ปากหลุมก็จะเห็นความดันที่ปากหลุม 600 psi (ความดันแหล่งฯ – ความดันจากน้ำหนักน้ำมันในท่อผลิต)

ทีนี้ให้เพื่อนค่อยๆเปิดให้น้ำมันไหลออกจากปากหลุม น้ำมันจากแหล่งฯก็จะไหลผ่านตัวคุณที่อยู่ก้นหลุมขึ้นไปปากหลุม น้ำหนักน้ำมันส่วนหนึ่งจะถูกลดลงด้วยพลังงานจลน์ (1/2 x มวล x ความเร็วยกกำลังสอง – สูตรฟิสิกส์ ม.ปลาย) จากการไหลของน้ำมัน

มโนว่าการไหลของน้ำมันช่วยยกน้ำมันในท่อขึ้นหน่อยนึง ทำให้น้ำหนักที่กดทับคุณเหลือน้อยกว่า 3400 psi เพื่อนคุณที่ปากหลุมก็จะเห็นความดันน้อยลงกว่า 600 psi

อ้าว … ความดันหายไปไหน … ไม่ได้หายไปไหนครับ ที่เราดูว่ามันหายไป เพราะ คุณที่อยู่ก้นหลุมกโดนกดน้อยกว่า 3400 psi เพื่อนที่ปากปากหลุมก็เห็นความดันน้อยกว่า 600 psi นั่นคิดแบบภาวะหยุดนิ่ง (Static)

จริงๆแล้ว ตอนนี้ระบบเราไม่หยุดนิ่งนี่นา ความดันที่หายไป ก็พลังงานจลน์ที่เกิดจากการไหลไงครับ มันก็ชดเชยกันไป ถ้าคำนวนดีๆจับมารวมกัน มันก็เท่าเดิมแหละ อย่าลืมสมมุติฐานเราว่า แหล่งฯเราใหญ่ม๊วกกกก – ผมเคยคำนวนตอนที่เซลส์สมองยังดีอยู่ครับ มันเท่ากันจริงๆ พลังงาน ศักย์ + พลังงานจลน์ เท่าเดิมตลอด ตามกฏทรงพลังงานนั่นแหละ

ถ้าเพื่อนคุณยิ่งเปิดปากหลุมมากเท่าไร อัตราไหลของน้ำมันที่เข้าหลุมยิ่งมากขึ้น พลังงานจลน์จากการไหลยิ่งมากขึ้น (เอาไปหักลบกับ 3400 psi นั่นแหละ) น้ำหนักสุทธิที่กดทับคุณที่ก้นหลุมก็น้อยลงเท่านั้น

เอามาพล๊อตเป็นกราฟก็จะได้เส้นที่ 1

จะสังเกตุเห็นว่า กราฟเส้นนี้ไม่เป็นเส้นตรง เพราะว่าพลังงานจลน์จากการไหลไงครับ มันขึ้นกับความเร็วของของไหลยกกำลังสอง ความเร็วกับอัตราการไหล มันก็สิ่งเดียวกันแหละ ก็แค่เอาพื้นที่หน้าทางที่มันไหลผ่าน (กรณีเราคือพื้นที่หน้าตัดท่อ) มาคูณ

อีกอย่างหนึ่ง รูปร่างกราฟเส้นนี้ จะเฉพาะเจาะจงมากๆ ขึ้นกับขนาดท่อ (และรูปร่าง มุมเอียง ความขรุขระผนังท่อ ความยาว ที่อาจจะไม่เท่ากันตลอดความยาวท่อ – flow path geometry) ชนิดองค์ประกอบของน้ำมัน(หรือก๊าซ น้ำ มั่วๆที่ผสมๆกันเข้ามา) อุณหภูมิ และ อีกมากมาย … สรุป จิ้มๆ ใช้ซอฟแวร์เอาอยู่ดี 555

Tubing Friction Pressure

ความดันเนื่องจากแรงเสียดทานของของไหลในท่อ … เรื่องนี้เข้าใจง่ายมาก กลศาสตร์ของไหล 101 (Fluid Mechanic 101) เมื่อไรมวลเคลื่อนที่ ไม่ว่าจะเป็นของแข็งของเหลวหรือก๊าซ ย่อมมีแรงต้านตามกฏของนิวตัน ทั้งแรงเสียดทานสถิต และ แรงเสียดทานจลน์ ถ้าเป็นของไหลในท่อ ก็มีสูตรที่เราบางคนก็ได้เรียนมา ข้างล่างเป็นหนึ่งในหลายสูตรที่ใช้กันแพร่หลาย

ถ้าเอามาพล๊อตกราฟระหว่างแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นกับอัตราการไหลหน้าตากราฟก็จะได้อย่างเส้นที่ 2 ข้างล่างนี้

จะเห็นว่า กราฟเส้นนี้ก็มันไม่เป็นเส้นตรง เพราะความเร็วมันยกกำลังสอง

ย้อนขึ้นไปดูสูตร กราฟเส้นนี้ก็เฉพาะเจาะจงอีก ขึ้นกับโน้นนี่ตามตัวแปรด้านขวามือของสูตร

Tubing Performance Curve (TPC)

กราฟทั้ง 2 เส้น แสดงให้เราเห็นสัจธรรมของจักรวาล ได้อย่าง เสียอย่าง เสมอ …

อยากเปิดปากหลุมให้มากๆ จะได้ไหลเยอะๆ ก็แรงเสียดทานจากการไหลก็มาก ไหลไม่ออกอีก จึงเป็นไปได้มากที่เปิดปากหลุมสุดๆ กลับกลายว่า ไหลออกมาเท่าเยี่ยวแมว แต่ถ้าเปิดน้อยๆหน่อยๆ กลับไหลได้โดยรวมดีกว่า

ปรากฏการณ์แบบนี้จะไม่เห็นในท่อสั้นๆ วางราบๆ ของไหลชนิดเดียว ความหนืดต่ำ เช่น ท่อน้ำประปา

กราฟ 2 เส้นนั้น คือ เส้นของความสูญเสีย เส้นหนึ่งไหลมากเสียน้อย เส้นหนึ่งไหลน้อยเสียมาก โชคดีที่อัตราการมาก ไม่เท่ากับอัตราการน้อย ดังนั้นเอามารวมกัน มันต้องมีจุดหนึ่งที่ผลรวมต่ำสุด และ จุดหนึ่งที่ผลรวมสูงสุด วิชาแคลคูลัสปี 1 Calculus 101 … (ถ้าอัตราการมากขึ้นเท่ากับอัตราการน้อยลง เอามารวมกัน ผลจะเท่ากันตลอด)

เส้นผลรวมที่ว่านั้นเราเรียก Tubing Performance Curve (TPC)

เส้นนี้ก็สุดๆที่จะเฉพาะเจาะจงเช่นกัน รูปร่างหน้าตา หลุม ท่อ คุณสมบัติแหล่งฯ และ อื่นๆ มีผลต่อเส้นนี้หมด เป็นเส้นเฉพาะกิจจริงๆ อะไรเปลี่ยนไปหน่อย เส้นนี้ก็จะหน้าตาไม่เหมือนเดิม

มาถึงตรงนี้แต่เราก็ยังตอบไม่ได้อยู่ดีเนอะ ว่าเราควรใช้ท่อขนาดไหน

เราต้องรู้อีกเรื่องหนึ่งจึงจะตอบคำถามที่ผมยกมาตั้งชื่อบทความนี้ได้

Inflow Performance Relationship (IPR)

จำสมมุติฐานบ้าๆบอๆของผมได้ไหมครับ ที่บอกว่าแหล่งฯเราใหญ่ม๊วกกกก ผลิตไหลเท่าไรก็ได้ ความดันแหล่งฯก็ไม่ตก แต่โลกเราไม่ใจดีกับเราขนาดนั้น ความจริงคือ ปล่อยให้ไหลมาก ความดันแหล่งฯก็ตก เพราะน้ำมันหรือก๊าซที่อยู่ห่างหลุมไปไกลๆไหลมาแทนที่ไม่ทัน ต้องปิดหลุมสักพัก รอให้น้ำมันจากที่ไกลๆจากหลุมไหลมาเติมช่องว่างใกล้ๆหลุมให้เต็ม แล้วหวังว่าความดันจะฟื้นกลับมา แต่ความจริงคือ ฟื้นกลับมาก็ได้ความดันไม่เท่าเดิม หลายๆกรณี คือ หลุมเดี๊ยงไปเลย (หลายสาเหตุ ไปเรียนกันจนจบ ป.เอก ล่ะกัน)

วิธีต่อท่อกรุลงหลุม ในอ่าวไทย Running casing gulf of Thailand

วิศวกรแหล่งฯ หาเส้น IPR มาได้อย่างไร อย่าไปรู้เลยครับ ช่างมันไปก่อน เอาว่ามันลอยมาให้ก่อนก็แล้วกัน

กราฟมันจะหน้าตาแบบนี้ครับ ดูเฉพาะเส้นสีน้ำเงินนะครับ ผลิตมาก ความดันตก นั่นแหละ

ดังนั้น วิธีที่ดีที่สุด คือ เปิดปากหลุมให้ไหลแต่พอดีๆ คืนทุน+กำไรแบบพอเพียงๆยั่งยืนๆ น้ำมันก๊าซที่อยู่ห่างออกไปจากหลุมไหลเข้ามาทัน ความดันไม่ตกลงมาก … แล้วควรให้มันไหลเท่าไรล่ะ

ง่ายๆเลย ก็เอา IPR มาแปะทับ TPC นั่นแหละ ก็จะรู้ว่าต้องใช้ท่อผลิตขนาดไหน

ข้างบนทั้งหมดนั่น เป็นแนวคิด คร่าวๆ เพื่อความเข้าใจ ในความเป็นจริง เราต้องคำนวนหลายๆกรณี ท่อหลายๆแบบ หลายๆรูปร่าง และ IPR ก็ไม่ได้มีเส้นเดียวตลอดชั่วชีวิตหลุม

หลุมเด็กก็เส้นหนึ่ง หลุมวัยรุ่นก็เส้นหนึ่ง หลุมชราภาพก็เส้นหนึ่ง ตอนเด็กๆแรงดีผลิตน้ำมัน วัยรุ่นหน่อยมีก๊าซปน พอวัยกลางคนน้ำเข้าซะงั้น หรือ ถ้ามีการกระตุ้นโด๊ปอาหารเสริม ตอนวัยชรา (waterflood, chemical injection, gas lift, etc.) IPR ก็จะหน้าตาแปลกๆออกไป

แต่เราไม่ต้องการรื้อหลุม (Worover) เปลี่ยนท่อผลิตทุกครั้งที่ IPR เปลี่ยน (แพงตายเลย) เราจึงต้องหาขนาดท่อผลิตที่ตอบโจทย์ได้ทุก IPR (ผลิตออกมาให้ได้มากที่สุดตลอดชั่วชีวิตหลุม)

เส้นชีวิตหลุมเดินไปกับเวลา ราคาปิโตรเลียมก็เช่นกัน เรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องการผลิตอย่างเดียว ผลิตแล้วต้องขาย นั่นจะกระทบจุดผลิตที่ดีที่สุด จุดผลิตที่ดีที่สุดไม่ได้แปลว่าจุดที่ผลิตออกมามากที่สุด(โดยความดันลดน้อยที่สุด) แต่เป็นจุดที่ผลิตได้มากที่สุดแล้วขายได้เงินมากที่สุดด้วย

ดังนั้น การคาดการณ์ราคาขายก็มีผลต่อการเลือกขนาดท่อผลิตในวัยของหลุมที่ต่างกัน … !!!

วิศกรอย่างเราๆมักขี้เกียจเอาปัจจัยราคามาคิด มักจะเหมาๆว่าขายได้ราคาเท่ากันตลอดชั่วชีวิตหลุม (จริงสำหรับบางสัญญาสัมปทาน เช่น ก๊าซ ที่ราคาขายมักคงที่ หรือ มีสูตร ทำให้ไม่แกว่งมาก) แต่ถ้าเป็นน้ำมัน ราคาขายมักปล่อยตามราคาตลาด

ดังนั้นเวลาทำงาน กราฟพวกนี้จึงวุ่นวายหลายฉากทัศน์ประมาณนี้

สรุป

จักรวาลนี้เราได้อย่างเสียอย่างเสมอ

ไหลเร็ว แรงดันก้นหลุมน้อย แต่แรงเสียดทานมาก

ไหลช้า แรงเสียดทานน้อย แรงดันก้นหลุมมาก

โชคดีที่ อัตราการน้อยลงกับมากขึ้น มันไม่เท่ากัน จึงมีจุดที่สูญเสียต่ำสุด –> Tubing Performance Curve (TPC)

ไหลเร็ว ความดันตก แต่ได้ของเยอะ —> Inflow Performance Relationship (IPR)

หลุมๆหนึ่ง มีจุดผลิตที่ดีที่สุดหลายจุด ขึ้นกับหลายปัจจัย ทั้งปัจจัยทางวิศวกรรม และ เศรษฐศาสตร์ …

แต่เราไม่ต้องการเปลี่ยนท่อผลิตทุกครั้งที่จุดที่ดีที่สุดเปลี่ยน

ดังนั้น พวกเราจึงมีงานทำ ที่จะต้องเลือก 1 จุด ที่เฉลี่ยๆแล้วดีที่สุดตลอดชีวิตของหลุม (อุ้ย เหมือนคนมากเลย) …

ข่าวเศร้า คือ ตอนนี้ ซอฟแวร์ทำแทนเราได้หมดแล้วครับ เราแค่ใส่สมมุติฐาน และ ตัวแปรให้ถูกก็แล้วกัน 555

---

• Facebook
• Twitter
• Line