Trip margin – ทำไมเราต้องเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนก่อนถอนก้าน

• Facebook
• Twitter
• Line

Trip margin – ทำไมเราต้องเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนก่อนถอนก้าน … เราชาวขุดเจาะเคยสังเกตุกันไหมครับ ถอนก้านทีไร company man สั่งวิศวกรน้ำโคลนเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนนิดหน่อยทุกที

ตามมาครับ ที่นี่มีคำตอบ …

ก่อนอื่นเราต้องไปรู้จัก swab กันก่อน …

Surge and Swab … เอาก้านขึ้นลงหลุมกันเบาๆมือหน่อยครับ พี่น้อง driller

Surge and Swab … เอาก้านขึ้นลงหลุมกันเบาๆมือหน่อยครับ พี่น้อง driller

ไม่ยอมอ่านก่อน อ่านต่อไปเลย ถ้าไม่เข้าใจไม่รู้ด้วยน้าาาา 🙂

Trip margin

ทำไมเราต้องเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนก่อนถอนก้าน

ยามเราขุด

สมมุติว่าความดันชั้นหิน = 10 ppg EMW (Equivalent Mud Weight – คือ ความดันเป็น psi เทียบเท่าความหนาแน่นน้ำโคลนที่มีความหนาแน่น 10 ppg ถ้าอยากรู้ว่าความดันจริงๆเท่าไรก็คำนวนจาก 0.052 x 11 x ความลึกในแนวดิ่ง เช่น ที่ 10000 ฟุต ก็จะเท่ากับ 0.052 x 10 x 10000 = 5200 psi)

ความดันชั้นหิน 10 ppg EMW เราก็ใช้น้ำโคลนความหนาแน่นสัก 10.5 ppg ก็น่าจะเอาอยู่ เพราะ 10.5 – 10.0 = 0.5 ppg สมมุติว่า ที่ความลึก 10000 ฟุต ความดันเนื่องจากความหนาแน่นน้ำโคลนของเราก็ยังเกินความดันชั้นหินอยู่ 0.052 x 0.5 x 10000 = 260 psi

นอกจากนี้ เวลาเราขุด เราต้องปั๊มน้ำโคลนใช่ป่ะ แสดงว่าเราส่งพลังงาน ไฮดรอลิกส์ ลงไปที่ก้นหลุมจำนวนหนึ่ง เพื่อหอบเอาเศษหินที่ได้จากการขุดให้ขึ้นมาที่ปากหลุม การที่น้ำโคลนจะหอบเศษหินขึ้นมาผ่านช่องว่างระหว่างก้านเจาะกับผนังหลุม (annulas) ได้นั้น จะต้องมีพลังงานส่วนหนึ่งสูญเสียไป พลังงานส่วนนี้นี่แหละมาจาก พลังงานไฮดรอลิกส์ที่ได้จากปั๊มน้ำโคลน

พลังงานส่วนหนึ่งที่สูญเสียไปนี้จะไปปรากฏอยู่ที่ก้นหลุม ในรูปของความดันที่เพิ่มขึ้นมา (annulas pressure loss) เพื่อจะหอบเศษหินขึ้นมาผ่านช่องว่างระหว่างก้านเจาะกับผนังหลุม ซึ่งเราสามารถคำนวน หรือ วัด ความดันนี้ได้

ถ้าอยากรู้ว่าคำนวนไงก็ไปตามลิงค์นี้เลยครับ … Calcuate Annular Pressure Loss

ถ้าเราเอาความดันนี้ (annulas pressure loss) ไปรวมกับความดันเนื่องจากความหนาแน่นของน้ำโคลนตอนที่เราปิดปั๊ม (static mud hydrostatic pressure) เราจะได้ความดันที่ก้นหลุมในขณะที่เราเปิดปั๊มเจาะ

สมมุติว่าเราวัด หรือ คำนวน ได้ว่า annulas pressure loss = 1 ppg EMW (อีกนั่นแหละ ไม่ใช่ psi)

จากตัวอย่างที่เราใช้น้ำโคลนความหนาแน่น 10.5 ppg แสดงว่า ขณะเราเปิดปั๊มขุด ความดันที่ก้นหลุมจะ = 10.5 + 1.0 = 11.5 ppg

เราเรียก 11.5 ppg นี้ว่า Equivalent Circulation Density หรือ ย่อๆว่า ECD

นั่นแสดงว่า จริๆแล้วในขณะเราเปิดปั๊มขุด ความดันในหลุมที่ก้นหลุมลึก 10000 ฟุตนี้ จะเกินความดันของชั้นหินอยู่ 11.5 – 10.0 = 1.5 ppg ซึ่งก็คือ 0.052 x 1.5 x 10000 = 780 psi ไม่ใช่ 260 psi อย่างตอนที่เราอยู่นิ่งๆไม่เปิดปั๊ม

ตอนเราถอนก้าน

เอาล่ะ เราขุดถึงความลึกเป้าหมายแล้ว เราพร้อมจะถอนก้านล่ะ ตอนถอนก้านเนี้ย เราปิดปั๊มใช่ป่ะ ดังนั้น ที่ก้นหลุมลึก 10000 ฟุต ความดันเนื่องจากความหนาแน่นของน้ำโคลนจะมากกว่าความดันของชั้นหินอยู่ 260 psi (หรือ เทียบเท่า 0.5 ppg) ไม่ใช่ 780 psi (หรือ เทียบเท่า 1.5 ppg) เพราะว่า annulas pressure loss (เทียบเท่า 1.0 ppg) หายไป เนื่องจากเราปิดปั๊ม

คราวนี้ตอนถอนก้าน เราทำให้ความดันก้นหลุมหายไปส่วนหนึ่ง (swab pressure loss) ส่วนหายไปแค่ไหน ก็ขึ้นกับเราถอนก้านขึ้นเร็วแค่ไหน

ถ้าอยากรู้ว่าคำนวน swab pressure loss ยังไงก็ตามลิงค์นี้เลย Surge and Swab Calculation Method 1

สมมุติว่าเราคำนวนออกมาได้ swab pressure loss เท่ากับ 0.7 ppg ที่ความเร็วในการถอนก้านที่เราต้องการ

เรามาดูสถานการณ์ความดันก้นหลุมกัน

ความดันชั้นหิน = 10 ppg EMW

น้ำโคลนความหนาแน่น 10.5 ppg

แสดงว่าเราเกินอยู่ 0.5 ppg (ปิดปั๊ม) แต่พอเราถอนก้านขึ้นที่ความเร็วที่เราต้องการ ความดันมันหายไป 0.7 ppg แสดงว่าตอนนี้ ความดันสุทธิที่ก้นหลุมต่ำกว่าความดันของชั้นหินอยู่ 10.5 – 10.0 – 0.7 = – 0.2 psi

ที่ 10000 ฟุต 0.2 psi ก็เท่ากับ 0.052 x 0.2 x 10000 = 104 psi ต่ำกว่าความดันชั้นหิน influx ก็ไหลเข้าหลุมซิครับเพื่อนๆ

เพิ่มความหนาแน่นน้ำโคลน

ดังนั้นเพื่อความปลอดภัย วิศวกรขุดเจาะ จะต้องคำนวนว่า swab pressure loss เท่าไร สุทธิแล้วตอนเริ่มถอนความดันในหลุมจะเอาอยู่ไหม ความดันในหลุมเกินความดันในชั้นหินมากกว่าหรือเท่ากับค่าความปลอดภัยที่บ.กำหนดไหม

ถ้ามากกว่าหรือเท่ากับค่าความปลอดภัยที่บ.กำหนดก็ปลอดภัย ก็เริ่มถอนก้านได้ ถ้าน้อยกว่าค่าความปลอดภัยที่บ.กำหนด ก็ต้องเพิ่มน้ำหนักน้ำโคลนให้เพียงพอตามคู่มือความปลอดภัยของบ.

Trip margin

สรุป trip margin ก็คือ ค่าความดันส่วนเพิ่มขึ้นไปจากน้ำหนักน้ำโคลนที่เราใช้ตอนขุด เพื่อชดเชย swab pressure loss ที่จะเกิดขึ้นขณะเราถอนก้าน (ที่ความเร็วในการถอนที่เราต้องการ)

ส่วนว่าค่าจะเป็นเท่าไรนั้น ก็ขึ้นกับนโยบายความปลอดภัยของแต่ล่ะบ.นั้นๆ เช่น ในตัวอย่างนี้

ความดันชั้นหิน = 10 ppg EMW

น้ำโคลนความหนาแน่น 10.5 ppg

swab pressure loss เท่ากับ 0.7 ppg EMW

เปิดคู่มือบ.ดูแล้ว คู่มือบอกว่า trip margin ต้องอย่างน้อย 1 ppg EMW แสดงว่า เราต้องเพิ่มความหนาแน่นน้ำโคลนเป็น 11.7 ppg ซึ่งมาจาก …

ความดันชั้นหิน (10 ppg EMW) + trip margin (1 ppg EMW) + swab pressure loss (0.7 ppg EMW)

ดังนั้นพอเราถอน 11.7 ppg EMW ก็จะเหลือ 11.7 – 0.7 = 11.0 EMW ซึ่งก็มากกว่า ความดันชั้นหิน (10 ppg EMW) อยู่เท่ากับ trip margin (1 ppg EMW) พอดิบพอดี

ซึ่ง 11.0 ppg EMW จะเกินค่าความดันชั้นหิน (10 ppg EMW) + swab pressure loss (0.7 ppg EMW) = 10.7 ppg EMW อยู่เล็กน้อย (เกินอยู่ 0.3 ppg EMW) ก็ถือว่ากันเหนียวไว้อีกนิด ปลอดภัยไว้ก่อน

ที่คนขี้สงสัยอย่างผม ตอนทำงานแรกๆก็จะถามว่า แล้วทำไมเราไม่ขุดด้วยน้ำโคลน 11.7 ppg ซะเลยล่ะ (ถ้า 11.7 ppg ไม่เกิน frac pressure ชั้นหินนะ) จะได้ไม่ต้องมาเพิ่มความหนาแน่นน้ำโคลนก่อนถอนให้เสียเวลา (อย่างน้อยๆก็ 2 ชม. ล่ะ กว่าจะเปลี่ยนน้ำโคลนใหม่ให้ทั่วทั้งหลุม)

คำตอบคือ ใช้น้ำโคลนความหนาแน่นสูงกว่าที่ควรจะเป็นตลอดช่วงการขุดเจาะ (บางที่เป็นวันๆ) โดยไม่จำเป็นนั้น ทำให้การขุดไม่มีประสิทธิภาพ เช่น ใช้พลังงานในการปั๊ม ทำให้ขุดได้ช้าลง เพราะน้ำโคลนความหนาแน่นสูงไปเพิ่มน้ำหนักกดลงบนชั้นหิน ชั้นหินที่มีความดันกดอยู่จะแข็งกว่าปกติเยอะเลยครับ ทำให้ขุดได้ช้างลง

นอกจากนี้ ถ้าความหนาแน่นน้ำโคลนมากๆก็ต้องใช้สารเคมีเยอะเพื่อจะทำให้น้ำโคลนมีคุณสมบัติตามต้องการ สารเคมีพวกนี้ราคาไม่ถูกเลย เหมือนแกงหม้อใหญ่ใส่เนื้อใส่ผักใส่น้ำเยอะ (ทำหม้อใหญ่โดยไม่จำเป็น) ก็ต้องใส่เครื่องปรุงเยอะไปด้วย เครื่องปรุงมันก็นะ ราคาแพง

ไหนจะ ECD อีกล่ะ จากตัวอย่าง ถ้าใช้ 11.7 ppg ขุด แล้วบวกเพิ่ม annulas pressure loss อีก 1 ppg EMW รวมเป็น ECD 12.7 ppg เพื่อขุดชั้นหินที่ความดัน 10.0 ppg EMW เราจะขี่ช้างจับตั๊กแตนไปไหม

อีกวิธีหนึ่ง

อีกวิธีหนึ่งก็คือการคำนวนหา swab pressure loss แบบคร่าวๆ เร็วๆ ได้เท่าไรก็เรียกว่า Trip margin แล้วเอาไปบวกกับน้ำหนักน้ำโคลนเลย หลักการไม่ต่างกันหรอกครับ แค่สรุปเป็นสูตรสั้นๆออกมาก

ไปอ่านรายละเอียดได้ที่ Trip Margin Calculation

Trip Margin = Mud Yield Point ÷ [11.7 x (Hole diameter – Drill pipe diameter)]

Trip Margin in ppg (pound per gallon)

Mud Yield Point in lb/100 sq ft

Hole diameter in inch

Drill pipe diameter in inch

เข้าใจตรงกันแล้วนะ

เอาล่ะครับ เข้าใจตรงกันแล้วนะครับว่าทำไมเราต้องสั่งเพิ่มความหนาแน่นน้ำโคลนก่อนถอนก้าน …

ถ้าอยากรู้ลึกรู้จริงก็ต้องตามไปอ่านตำรากันต่อในห้องสมุดเลยครับ 🙂

Drilling Engineering Book ตำราการขุดเจาะหลุม

ถ้า fluid mechanic ที่ใช้ในงานขุดเจาะก็ต้องลิงค์นี้ครับ

https://onedrive.live.com/?authkey=%21AJtanI33rzQ1gw4&cid=DC896E5444E817B7&id=DC896E5444E817B7%21112&parId=DC896E5444E817B7%21106&o=OneUp

ผมรู้ว่ายาก ผมจบวิศวกรรมไฟฟ้ากำลังมา ก็เรียกว่าข้ามสายงาน ก็ต้องอ่านเองเรียนรู้เอง มันก็ไม่ยากเกินไปหรอกครับ ถ้าเราตั้งใจที่เรียนรู้ให้จริงจัง ไม่งั้นเราก็จะอยู่ลำบากในฐานะมืออาชีพทางวิศวกรรม …

• Facebook
• Twitter
• Line