WOB Weight On Bit – Concept and calculation

• Facebook
• Twitter
• Line

WOB Weight On Bit – Concept and calculation – ในการขุดเจาะหลุมปิโตรเลียม เราใช้แรง(พลังงาน/กำลัง) 3 ประเภท ในการทำให้หินแตก

กำลังกับพลังงาน ก็เป็นอย่างเดียวกัน กำลังก็คือพลังงานหารด้วยเวลา นั่นแหละครับ

1. กำลังไฮดรอลิกส์ จากการปั๊มน้ำโคลน พลังงาน เท่ากับ ความดัน คูณ อัตราการไหล
2. กำลังกลจากการหมุน โดยการหมุนก้านเจาะ RPM (รอบต่อนาที) พลังงาน เท่ากับ ความเร็วรอบหมุนก้านเจาะ คูณ แรงบิด
3. กำลังกล จากน้ำหนักที่กดลงบนหัวเจาะ คูณ กับ ความเร็วในการเจาะตามแนวน้ำหนักหัวเจาะ (จำฟิสิกส์ ม. 4 ได้ป่ะ พลังงาน = แรง คูณ ระยะทาง ถ้าเป็น กำลัง ก็จะ = แรง คูณ ความเร็ว)

จะเห็นว่า ข้อ 1 และ 2 เรา ควบคุมได้ตรงไปตรงมาจาก ปั๊มน้ำโคลน และ RPM ของ top drive

ข้อ 3 ล่ะ WOB เราทำอย่างไร

WOB Weight On Bit

หลักการที่ผมเกริ่นไว้แล้วในตอนก่อนๆ คือ ใช้น้ำหนักของ Drill Collar (DC) กดลงบนหัวเจาะ แล้วใช้กว้าน (draw work) ดึงก้านเจาะเอาไว้ ผ่อนให้น้ำหนัก DC กดลงบนหัวเจาะตามที่ต้องการ

Drill Pipe ท่อขุด ท่อเหล็กธรรมดาที่ไม่ธรรมดา ไม่ธรรมดาตรงไหน

วันนี้จะมาเจาะลึกลงไปอีกนิดนึง มีคำนวนแถมอีกหน่อย เอาใจสายแข็ง

Concept

เอาง่ายๆเลย สมมุติเลขให้เห็นกันดีกว่า สมมุติว่า ที่ความลึกหลุม 3000 เมตร นะ

ก้านเจาะในหลุม หนัก 10 ตัน

drill collar หนัก 50 ตัน

น้ำหนักรวมที่ drawwork บน rig ต้องหิ้ว คือ 60 ตัน ถูกไหม

แสดงว่า ถ้าหน้าปัทม์น้ำหนัก ที่ drawwork อ่านได้ 60 ตัน แปลว่า น้ำหนักที่หัวเจาะกดชั้นหิน คือ 0 ตัน WOB = 0 ตัน

ถ้าเราผ่อนน้ำหนักที่ drawwork ลง ให้หน้าปัทม์อ่านได้ 55 ตัน แปลว่า ตอนนีิ้ น้ำหนักที่หัวเจาะกดชั้นหิน คือ 5 ตัน WOB = 5 ตัน

หูยยยย อานก เป็น drilling engineer มัน ง่ายเนอะ 555 🙂

แหมๆ มันง่ายก็จริง แต่มันก็มีปัจจัยปวดตับอีกมากมาย เช่น หลุมเอียงล่ะ แรงเสียดทานล่ะ ความโค้ง คด ของหลุมล่ะ แรงลอยตัวอีกล่ะ เพราะทั้งหมดที่คุยกันมานั่นมันจมอยู่ในของเหลวที่ชื่อว่า น้ำโคลน ไหนจะ พลวัตร (dynamic – axil vibration) ขณะขุด เด้งดึ้งๆ (bouncing) แสดงว่าน้ำหนักก็ไม่ได้กดหัวเจาะอยู่ตลอดเวลา จริงป่ะ

Calculation

ว้าว … เริ่มตรงไหนดี

Drill Collar (DC) หน้าที่หลายอย่าง แต่ในบริบทเรื่องนน.ที่กดหัวเจาะนี้ มันมีหน้าที่เดียว คือ เป็นตุ้มน้ำหนักเอาไว้กดหัวเจาะบดชั้นหินให้กระจุย

Drill Pipe (DP) – ก้านเจาะ ก็มีหน้าที่หลายอย่าง แต่ในบริบทเรื่องนน.ที่กดหัวเจาะนี้ มันไม่มีหน้าที่อะไรเลย นอกจาก หิ้วเจ้าตุ้มน้ำหนักที่ชื่อว่า Drill Collar (DC) เพราะตัวก้านเจาะเอง เบามาก เมื่อเทียบกับความยาวของมัน ไหนจะโดนแรงลอยตัวของน้ำโคลนหักลบไปอีก แถมยาวย้วย หย่อน เป็นก๋วยเตี๋ยวเส้นหมี่ จะเอาน้ำหนักที่ไหนไปกด

ดังนั้น คิดง่ายๆว่า DC นั่นแหละ คือ น้ำหนักที่เราต้องการ

DC มีลักษณะเป็นท่อเหล็กหนาทรงกระบอกยาว ตรงกลางมีรูให้น่้ำโคลนไหน ปลายด้านหนึ่งเป็นเกลียวตัวเมีย อีกด้านเป็นตัวผู้ ยาวประมาณท่อนล่ะ 10 เมตร เอาหัวต่อตูด ตูดต่อหัว ไปเรื่อยๆ เหมือนถ่ายไฟฉายแหละ

ที่นี่ เวลาจะคำนวนว่าต้องใช้ DC ยาวกี่เมตร เราก็ไปดู spec หัวเจาะที่จะใช้ว่า หัวเจาะต้องการน้ำหนักกดมากสุดกี่ตันกี่ปอนด์ (max WOB weight on bit) สมมติตัวเลขให้ง่ายๆ เอา 20 ตัน ล่ะกัน

หลุมเรากี่นิ้วล่ะ เช่น 8.5″ DC ขนาดมาตราฐานก็ 6″ สมมติว่าเปิด spec DC ได้ออกมาว่า มันหนัก 200 กก.ต่อ 1 เมตร

20000/200 = 100 เมตร

แสดงว่าต้องใช้ DC ยาวรวม 100 เมตร ถ้า DC ท่อหนึ่งยาว 10 เมตร ก็ใช้ 10 ท่อน ต่อๆกัน

สมมติว่าที่ความลึกหนึ่งๆ นน. DP ในน้ำโคลน 5 ตัน แล้วหย่อน DP + DC + bit ลงไป อ่านหน้าปัทม์ Drawwork ได้ 5 ตัน แปลว่าอะไร

แปลว่า นน. DC 10 ท่อน (20 ตัน) นั้นลงไปบนหัวเจาะหมดเลย จริงไหม

เหล็กทุกๆอนูใน DC จะกดทับกันเหมือนอธิบดีขี่คอปลัดกระทรวงฯ ปลัดฯขี่คอรัฐมนตรี รัฐมนตรีขี่คอนายกฯ 555 คนที่อยู่ล่างสุด (นายกฯ) ก็รับน้ำหนักมากสุด คือ น้ำหนักทุกคนที่ขี่คอเป็นชั้นๆ ทุกคนที่ขี่คอกันอยู่ก็จะรู้สึกว่าตัวเองโดนกด เราเรียกว่า DC อยู่ใน compression mode

ในขณะนั้น ทุกๆอนูของเหล็กในก้านเจาะที่ทำหน้าที่หิ้ว จะเสมือนถูกดึง เปรียบเหมือนพระเอกพระรองและตัวประกอบเอามือจับเป็นโซ่ช่วยนางเอกที่กำลังตกเหว (อ้อ นางเอกไม่ตกเหวนะ หรือ ตกก็ไม่ตาย เพราะถ้าตาย จะไม่ใช่นางเอก 555) จังหวะนั้นทุกคนจะรู้สึกว่าเหมือนโดนดึง เราเรียกว่า DP อยู่ใน tension mode

เรื่องที่ผมต้องการจะนำไปสู่ คือ จุดที่ไม่โดนกด และ ไม่โดนดึงเลย เราเรียก จุดสมดุล หรือ Natural point

จากตัวอย่างข้างบน DC ยาว 100 เมตร หนัก 20 ตัน (ในน้ำโคลน) หน้าปัทม์ drawwork อ่านได้ 5 ตัน ซึ่งคือ นน. DP ในน้ำโคลน แปลว่า จุดสมดุล มันอยู่ที่ข้อต่อระหว่า DC – DP พอดิบพอดี ซึ่งเป็นสิ่งที่เราไม่ชอบ เพราะมันจะไม่เสถียร เวลาหมุนก้านเจาะ ลูกตุ้ม DC มันจะแกว่งเป็นฮูลาฮูป แล้วก้านเจาะก็จะแกว่งเป็นฮูลาฮูปไปด้วย

ยิ่งถ้าเราหย่อนก้านเจาะจนหน้าปัทม์ drawwork อ่านได้ 4 ตัน แปลว่าอะไร แปลว่า นน. ก้านเจาะ 1 ตัน ลงไปร่วมด้วยช่วยกันกดหัวเจาะ นั่นแปลว่า จุดสมดุลเลื่อนขึ้นไปอยู่ใน ก้านเจาะ นั่นยิ่งแย่ คราวนี้ละ ก้านเจาะเต้นระบำหยิกหยิกหยอยเลย แล้วถ้าหมุนเร็วพอ หรือทิ้งไว้นาน ก้านเจาะก็จะขาด แล้วคนที่จะโดนไล่ออกคนแรกคือ driller ที่ควบคุม drawwork

ดังนั้น โดยมากเราจะเผื่อไว้หน่อยหนึ่ง เช่น คำนวนได้ ว่าต้องใช้ DC 100 เมตร ก็ใส่ไปสัก 125 เมตร คือ เกินมา 25 เมตร (200 กก./ม. ก็ 5 ตัน)

พอหย่อนก้านเจาะ ลงไปจนหน้าปัทม์ drawwork อ่านได้ 10 ตัน (DP 5 ตัน DC ที่เกินมา 25 เมตร อีก 5 ตัน) แปลว่า ตอนนี้ นน. DC ที่เหลือ 20 ตัน ลงไปหัวเจาะเต็มแม็กพอดีตามสเป็กหัวเจาะที่รับได้ และ จุดสมดุลจะอยู่ที่ 100 เมตร (นับจากข้างล่างขึ้นมา) ซึ่งก็ยังอยู่ใน DC เพราะ DC ยาว 125 เมตร ตอนนี้หมุนก้านเจาะได้สบายมาก DC ก็ไม่แกว่งเป็นฮูลาฮูปแล้ว

โลกไม่สวย ชีวิตไม่ง่าย มีปัจจัยหลักอีกนิสนุงที่ต้องใส่ใจ

แรงลอยตัว (Buoyancy Factor) อันนี้ก็ขึ้นกับนน.น้ำโคลนนะ ไปหาสูตรเอาเอง ได้เท่าไรก็ไปหาร นน. DC ที่คำนวนได้ Buoyancy Factor มันเป็นจุดทศนิยมน้อยกว่า 1 พอเอาไปหาร เราก็จะได้ค่า DC ที่ต้องใช้มากขึ้น

Buoyancy Factor Calculation

หลุมเอียง นี่ก็ฟิสิกส์ ม. 4 เอา cos(มุมหลุมที่ทำกับแนวดิ่ง) ไปหาร นน. DC ที่คำนวนได้ ค่า cos มันก็ น้อยกว่า 1 เอาไปหาร เราก็จะได้ DC ที่มากขึ้น ก็สมเหตุผลนิ เพราะหลุมมันเอียง นน. DC ส่วนหนึ่งมันไม่ได้ลงไปที่หัวเจาะอ่ะ มันตกไปอยู่ที่พนังหลุม

แรงเสียดทาน จาก 1) ระหว่าง DC กับผนังหลุม 2) เนื่องจากความคด(และเอียง)ของหลุมในช่วงที่ DC ไปนอนอยู่ อันนี้เสกยาก ต้องเดาๆเอาจากประสบการณ์ และ ฐานข้อมูลของวิศวกรแต่ล่ะคน ซึ่งก็เป็นทศนิยมน้อยกว่า 1 อีก ก็เอาไปหาร DC ที่คำนวนได้อีก

หารไปหารมา โน้นนิดนี่หน่อย จาก 125 เมตร ก็จะกลายเป็น 200 เมตร ได้ไม่ยาก 555

อย่าไปจริงจัง จับผิดตัวเลขผมนะ ผมยกตัวอย่างให้มโนได้ง่ายๆเท่านั้นเอง

สรุป

นอกจากนี้ยังมีเครื่องเคราต่างๆที่อยู่ปลายก้านเจาะ เช่น Jar, HWDP (Heavy Weight DP), MWD, LWD, etc. ที่มี นน.ช่วยกด DC แต่เรามักไม่นับ เพราะมันไม่ได้หนักอะไร แค่เหล็กกลวงๆ แต่มันทำให้ BHA ยาว แล้วทำให้ BHA ไม่เสถียรได้ง่ายขึ้น

ใครอยากรู้ว่า BHA มีอะไรบ้างก็ลิงค์ข้างล่างนี้เลยครับ

BHA links … รวม links เกี่ยวกับ BHA (Bottom Hole Assembly)

เอาล่ะ หวังว่าจะเข้าใจ และ เห็นภาพมากขึ้นว่าเราควบคุมแรงที่กดลงบนหัวเจาะได้อย่างไร

ในทางปฏิบัติ เราก็ไม่ได้ทำเองหรอกครับ เรารู้หลักการ รู้เหตุ รู้ผล แล้วโยนให้วิศวกรขุดเจาะแบบมีทิศทาง (DD Directional Driller) ซึ่งเป็นคนของ บ. service

Directional Driller DD คือ ใคร เขาทำอะไรบนแท่นขุดเจาะ

แล้ว DD ใช้ software คำนวนเอา เพราะมีปัจจัยอื่นๆนอกจาก น้ำหนักที่กดหัวเจาะที่ต้องคำนึงถึงเวลาออกแบบ BHA

Oil rig jobs งานบนแท่นขุดน้ำมัน อธิบายตำแหน่งงาน

Drilling Engineer ก็มีหน้าที่ตรวจสอบว่า BHA ที่ออกแบบมานั้น สมเหตุผลไหมไรไหม ถ้าสงสัย ก็ใช้ software คำนวนเองไรเองตรวจสอบดู Drilling Engineer ก็ต้องทำเองเป็น ไม่งั้นก็โดนผู้รับเหมาแหกตาเอา จริงไหมครับ

ยาวเกิ้น จบง่ายๆงี้แหละ … บาย

• Facebook
• Twitter
• Line