ขุดหาน้ำมันกันอย่างไร? ตอน ชั้นหินและท่อกรุ

by

มาขุดเจาะปิโตรเลียมกันต่อ ไม่ทราบว่าลืมกันไปหรือยัง ว่าเราขุดกันถึงไหนแล้ว ทบทวนกันคร่าวๆ ก่อนนะครับ เราเริ่มจากการชี้เป้าจากนักธรณีวิทยา การเลือกแท่นขุดเจาะ การเลือกหัวเจาะ รู้จักท่อขุดหรือก้านเจาะ มีทฤษฎีกลศาสตร์การขุดนิดหน่อย ตามมาด้วยสถาบัตยากรรมของหลุม ตอนที่แล้วเราจบกันที่หลุมเราเป็นชั้นๆ ขุดจากใหญ่ไปเล็ก เอาท่อกรุ ใส่เป็นชั้นๆ เหมือนเอาหลอดดูดกาแฟขนาดต่างๆ กันสอดซ้อนๆ กันไว้

ตอนที่สามนี้ เราจะมาเรียนรู้กันเกี่ยวกับ ลักษณะชั้นหินที่จะต้องเจาะผ่าน การเจาะชั้นหินใต้ดินนั้น ต้องรู้เขารู้เรา จึงจะเจาะได้ เจาะเซฟก็ต้องรู้จักเซฟ เจาะใจก็ต้องรู้จักใจ ฉันใดก็ฉันนั้นแล จะเจาะหินก็ต้องรู้จักหิน และต้องรู้จักเครื่องมือที่เรามี ไม่ใช่ว่าหินอะไรก็เจาะได้ บางทีก็ต้องไปหาวิธีอื่นมาเจาะ

 

ปัญหาชั้นหิน

โดยทั่วไปชั้นหินตะกอนใต้ดินจะซ้อนทับกันเป็นชั้นๆ ชั้นหินส่วนบนจะเป็นชั้นหินใหม่ มีอายุน้อย มีเม็ดหิน (rock grain) เกาะเชื่อมกันอย่างหลวมๆ ถ้าเอาหัวเจาะขนาด 17 1/2″ เจาะ อาจจะได้หลุมขนาด 19″- 20″ ก็เป็นไปได้ เนื่องจากขณะเจาะ น้ำโคลนจะไหลผ่านผนังหลุมด้วยความเร็วสูง ทำให้เกิดการกร่อน (erosion หรือ wash) ดังนั้น ต้องมีการควบคุมอัตราการไหลของน้ำโคลน (flow rate) ให้พอดี ถ้าไหลช้าเกินไป ก็อาจจะไม่ได้เศษหินขึ้นมาวิเคราะห์ ถ้าไหลเร็วเกินไปก็จะกัดเซาะผนังหลุมอีก

แบบจำลองการขุดเจาะผ่านชั้นหินแต่ละชนิด น้ำโคลนจะถูกปั้มลงผ่านก้านเจาะ และจะไหลกลับขึ้นมาผ่านช่องว่างระหว่างผนังชั้นหินกับก้านเจาะ (เครดิตภาพ GeoThai.net)
แบบจำลองการขุดเจาะผ่านชั้นหินแต่ละชนิด น้ำโคลนจะถูกปั้มลงผ่านก้านเจาะ และจะไหลกลับขึ้นมาผ่านช่องว่างระหว่างผนังชั้นหินกับก้านเจาะ (เครดิตภาพ GeoThai.net)

 

หินบางช่วงประกอบไปด้วยเกลือ (salt) ขุดไปๆ เกลือมันก็ละลายออกมาในน้ำโคลน ทำให้ชั้นหินกร่อนลงและถล่มลงมาทับก้านเจาะ และ หัวเจาะ เกิดอาการ จะดึงก้านก็ดึงไม่ขึ้น ดันก้านลงดันไม่ลง เราเรียกอาการอย่างนั้นว่า ก้านติด หรือ pipe stuck วิธีกันและแก้มีหลายวิธีมากๆ เอามาเล่าแค่ 2 วิธี ก็คือ

  • เอาเกลือใส่น้ำโคลนซะ ให้น้ำโคลนมันอิ่มไปด้วยเกลือชนิดนั้น (salt-saturated mud) เกลือในชั้นหินมันก็จะไม่ละลายอีกต่อไป จะใช้เกลือโพแทสเซียมคลอไรด์ (KCL) หรือโซเดียมคลอไรด์ (NaCL-เกลือแกง) หรือแคลเซียมคลอไรด์ (CaCL) อะไรก็ว่าไป แล้วเราจะรู้ได้ไงล่ะว่าต้องใช้เกลืออะไร อันนี้ต้องถามนักธรณีวิทยา เขาจะบอกเอง
  • อีกวิธีก็เปลี่ยนจากใช้น้ำโคลน (water-based mud) ไปใช้ น้ำมันโคลน (oil-based mud) แทน เกลือไม่ละลายในน้ำมันอยู่แล้ว ทั้งสองวิธีมีข้อดีข้อเสีย ส่วนจะเลือกวิธีไหนก็ชั่งน้ำหนักกันเอา คนที่มีหน้าที่ชั่งน้ำหนักก็คือวิศวกรขุดเจาะนี่แหละครับ

มาต่อเรื่องหินกัน หินบางช่วงอาจเป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดมาก เช่น หินดินดานที่ประกอบด้วยดินโคลน หินประเภทนี้โดนน้ำแล้วมันดูดน้ำทำให้บวม (swelling) ลองจินตนาการนึกถึงโคลนแห้งๆ ทางภาคอีสานครับ ตอนมันแห้งมันก็จะก้อนขนาดหนึ่ง แต่พอฝนตกโดนน้ำ ก้อนมันจะบวมอืดขึ้นมาอีกขนาดหนึ่ง ใหญ่กว่าขนาดเดิมหลายเท่า แต่ชั้นหินใต้พื้นโลกที่ผมพูดถึงนี่ กลไกลการดูดหรือบวมน้ำไม่เหมือนกับโคลนในปลัก แต่เทียบเคียงให้พอจนตนาการ คราวนี้สมมุติว่าใช้หัวเจาะขนาด 8 1/2″ ติดกับก้านขนาด 5″ ขุดผ่านไปแล้ว สักพัก ผนังหลุมดันบวม เหลือหลุมขนาด 7″-8″ จะถอนก้านขึ้นได้ไง หัวเจาะขนาด 8 1/2″ ก็คับติดอยู่ตรงที่มันบวมนะซิครับ ตามภาพด้านล่างนี้

แบบจำลองการเจาะผ่านชั้นหินดินดาน น้ำจากน้ำโคลนซึมเข้าไปในชั้นหินและเกิดการบวมน้ำของหินดินดาน ทำให้หลุมแคบลง เป็นอุปสรรคต่อการดึงหัวเจาะกลับ (เครดิตภาพ GeoThai.net)
แบบจำลองการเจาะผ่านชั้นหินดินดาน น้ำจากน้ำโคลนซึมเข้าไปในชั้นหินและเกิดการบวมน้ำของหินดินดาน ทำให้หลุมแคบลง เป็นอุปสรรคต่อการดึงหัวเจาะกลับ (เครดิตภาพ GeoThai.net)

การแก้ปัญหา

จะแก้ไขยังไงดีล่ะ มีหลายวิธี ตรงนี้ขอพูดถึงแค่สองวิธี หินมันดูดน้ำ เนื่องจากความแตกต่างความเข้มข้นของสารละลายในชั้นหินและน้ำโคลนตามหลักการออสโมซิส ปริมาณของน้ำในน้ำโคลนมีมากกว่าปริมาณของน้ำในชั้นหิน เราก็ปรับโดยการเอาเกลือใส่น้ำโคลนครับ ให้มันมีความเข้มข้นพอๆ กับความเข้มข้นของน้ำในชั้นหิน กรณีนี้ไม่ต้องแคร์ชนิดของเกลือเหมือนกรณีที่แล้ว เราดูที่ความเข้มข้น (ปริมาณน้ำ) มากกว่า แล้วความเข้มข้นของเกลือในน้ำในหินมันเท่าไรล่ะ เรื่องนี้ต้องปรึกษานักธรณีวิทยา เดี๋ยวเขาก็ให้ตัวเลขมาให้เอง แต่อย่าใส่มากไปนะ ถ้าใส่มากไปเดี๋ยวน้ำในชั้นหินมันก็ซึมออกมาในน้ำโคลนแล้วทำให้ชั้นหิน “แห้ง” (britle) คราวนี้หินจะทนแรงทางกลไม่อยู่ (mechanical strength) ก็จะร่วงถล่มลงมาทับก้านขุดทับหัวขุด เป็นปัญหากันอีก

เปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นของน้ำโคลนและน้ำในชั้นหิน (เครดิตภาพ GeoThai.net)
เปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นของน้ำโคลนและน้ำในชั้นหิน (เครดิตภาพ GeoThai.net)

อีกวิธีก็ลูกไม้เดิม คือใช้น้ำมันโคลนซะเลย แถมอีกหนึ่งวิธีก็ได้ ใช้น้ำโคลนเหมือนอย่างตอนแรกนั่นแหละ แต่เดิมสารเคมีบางอย่างลงไป สารนี้มันจะไปเคลือบเม็ดหินตรงผนังหลุมเอาไว้ กันน้ำออกน้ำเข้า ปัญหาก็หมดไป ฟังง่ายเนอะ แต่โทษที ยากมากๆ เรื่องน้ำโคลนเนี่ย ใช้นักเคมีระดับดร.อยู่เบื้องหลังเยอะมาก เป็นทั้งศาสตร์ ทั้งศิลป์ ส่วนตัวกะผมไม่ค่อยสันทัดเรื่องน้ำโคลนเท่าไร

 

การทำงานของหัวเจาะ

ที่ผ่านมาพูดเรื่องน้ำโคลนซะมาก เลี้ยวกลับมาดูเรื่องหัวเจาะมั่ง หินแต่ล่ะประเภทมีกลไกการทำให้หินแตกออกมาเป็นชิ้นๆ (rock failure mechanism) แตกต่างกันครับ หินบางชนิดทุบ หรือบด (hammering หรือ crunching) แล้วแตกง่าย บางชนิดเฉือนหรือปาด แบบเอามีดปาดเนย (shearing) จะออกได้ง่ายกว่า ถ้าเราต้องการเก็บเศษหินที่หลุดออกมา (cutting) ในปริมาณเท่ากันแล้ว พลังงานที่ใช้ในการปาดจะน้อยกว่าการทุบ นั่นแปลว่าการปาด  มีประสิทธิภาพเชิงกลมากกว่าการทุบ แต่โชคไม่ดีที่หินบางชนิดปาดไม่ออกต้องทุบสถานเดียว แต่ถ้าปาดก็ได้ทุบก็ได้ งั้นเลือกปาดดีกว่า ใช้พลังงานน้อย ปาดออกได้มาก

ที่ร่ายมายาวเนี่ยจะบอกว่า หัวเจาะแบบ Roller cone bit นั้น เป็นการทำให้หินแตก เนื่องจากการทุบ หรือบด  โดยการปล่อยให้เกิดน้ำหนักบนหัวเจาะที่มากขึ้น (weight on bit) ทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนในแนวเดียวกับแกนของหัวเจาะและแกนก้านเจาะ (axial vibration) ตัวอย่างคลิปด้านล่างแสดงการบดของหัวเจาะชนิดนี้ ให้สังเกตที่ตำแหน่งวงกลมสีแดง

แต่ หัวเจาะแบบ PDC เป็นการทำให้หินแตก โดยการเฉือน ดูคลิปด้านล่างประกอบจะถึงบางอ้อ การเฉือนหินให้แตก เกิดจากแรงบิดในก้านเจาะที่เพิ่มขึ้นและเกิดแรงสั่นสะเทือนในแนวเส้นรอบวงของท่อและหัวเจาะ (torsional vibration) ส่วนหินอะไรชอบที่จะแตกแบบไหน อันนี้เอาไว้ก่อน มันจะมากไปสำหรับตอนนี้ครับ เดี๋ยวจะเบื่อวิชาการกันไปเสียก่อน

http://www.youtube.com/watch?v=fyHJsFPI2HI

 

การป้องกันหลุมพัง

ตอนนี้เรามีหลุมแล้วใช่ป่ะ ผนังหลุมก็เป็นหินที่พร้อมจะถล่มลงมาทับโครมๆได้ทุกเมื่อ ทำไงดีล่ะทีนี้ เราต้องเราท่อกรุ (casing) ที่ทำด้วยเหล็กลงไป ท่อกรุที่ว่านี้ก็มีหลายขนาดให้เลือกใช้ เช่น 20″ – 13 3/8″ – 9 5/8″ – 7″ – 5″ ฯลฯ ไม่ต้องถามผมนะว่าทำไมขนาดหัวเจาะกับขนาดท่อกรุมันแปลกๆ มันไม่ลงตัวถ้วนๆ เช่น 5 6 7 8 9 นิ้ว ผมก็ไม่ทราบจริงๆ ครับ วิธีต่อท่อกรุก็ทำแบบนี้ครับ

… เป็นไงครับ ดูแล้วคิดว่า งานที่พวกเราทำอยู่น่ะก็ดีแล้วใช่ไหมครับ จะมาลำบากลำบนทำอะไรแบบในคลิปนี้ทำไม แต่ไม่ทุกคนที่มีทางเลือกในการทำงาน และบางคนก็ชอบที่จะทำงานในแบบที่หลายคนอาจจะไม่ชอบ

พอยัดท่อลงหลุมแล้ว ส่วนที่ว่างระหว่างผนังหลุมกับท่อกรุจะทิ้งไว้อย่างนั้นก็ไม่ได้ เราต้องปั๊มซีเมนต์ลงไป ยึดให้ท่อกรุมันติดกับผนังหลุม จะว่าไปซีเมนต์มีหลายหน้าที่นะครับ เอาเป็นน้ำจิ้มนิดนึงก่อนว่ามันทำอะไรบ้าง อันแรกก็ยึดท่อกรุกับผนังหลุม (anchoring) อย่างที่ว่าไปแล้ว อีกอย่างก็กั้นของเหลวจากชั้นหินไหลย้อนขึ้นไปข้างบน (well integrity) หรือ ย้อนไปมาระหว่างชั้นหิน (zonal isolation) อีกนิดนึงก็คือช่วยกันท่อกรุเป็นสนิมหลักการก็เหมือนเหล็กเส้นที่ไม่เป็นสนิมในคอนกรีตเสริมเหล็กนั่นแหละครับ

แบบจำลองขั้นตอนการเจาะและติดตั้งท่อกรุ (เครดิตภาพ GeoThai.net)
แบบจำลองขั้นตอนการเจาะและติดตั้งท่อกรุ (เครดิตภาพ GeoThai.net)

แล้วเราจะเอาซีเมนต์ลงไปยังไง มันก็มีหลายเทคนิค แต่เอาแบบง่ายๆ เลยก็ปั๊มใส่ในท่อกรุนั่นแหละครับ ปลายท่อกรุด้านก้นหลุมมันเปิดอยู่ ปั๊มซีเมนต์ลงไปตามปริมาตรเท่าที่ต้องการ เสร็จแล้วก็ปั๊มน้ำโคลนหรือของเหลวอะไรก็ได้ดันตามหลังซีเมนต์ลงไป (displacing) ซีเมนต์มันก็จะโดนดันออกไปนอกท่อกรุไปตามช่องว่างระหว่างท่อกรุกับผนังหินตามปริมาตรที่ต้องการ พอปั๊มเสร็จท่อกรุก็จะมีของเหลวที่เราปั๊มตามหลังซีเมนต์ (displacement fluid) นอกท่อกรุก็มีซีเมนต์ไล่ขึ้นไปจนถึงจุดที่เราต้องการ เอาแบบง่ายๆ นะ ก็ประมาณนี้แหละครับ ตามภาพด้านบน

ตอนนี้เรามีหลุมแล้ว มีท่อกรุลงไปแล้ว มีซีเมนต์ลงไปด้วยอีก ต่อไปเราก็ขุดส่วนต่อไปด้วยหัวเจาะขนาดที่เล็กลง แล้วก็ใส่ท่อกรุที่ขนาดเล็กลง ซีเมนต์อีกอย่างนี้ไปเรื่อยๆ จนถึงช่วงสุดท้ายที่เราต้องการ

แล้วเราก็ส่งต่อหลุมให้กับเพื่อนเราอีกแผนกนึงที่ชื่อว่า well service หรือ well completion เพื่อนเราคนนี้จะทำหน้าที่ ติดตั้งอุปกรณ์การผลิตลงในหลุม (completion) ผลิตมันขึ้นมา (produce) ดูแลทะนุบำรุง (maintenance) ซ่อมแซมฟื้นฟู (intervene/worker) ไปจนหมดอายุไขของหลุม

 

สรุป

เทียบให้เห็นภาพง่ายๆ คือ นักขุดเจาะคล้ายๆ คนสร้างบ้านน่ะครับ สำรวจสถานที่ ลงเสา หล่อตอม่อ เสา คาน ก่อผนัง มุงหลังคา ทาสีรองพื้น เก็บฉากจบเป็นอันเสร็จพิธี ย้ายไปขุดไปสร้างที่อื่นต่อ จากนั้น well service ก็จะมาทำบ้านให้เข้าอยู่ได้จริง เช่นทาสี เดินน้ำ เดินไฟ สุขภัณฑ์ เฟอร์นิเจอร์ ฯลฯ เสร็จแล้วก็ บำรุงรักษา กวาดหยากไย่ ต่อเติมโรงรถ กันสาด ทำสวน โน้นนี่ ไปจนกว่าบ้านจะพัง นั่นแหละครับ มีคนชอบถามว่า แล้วใครสำคัญกว่าใคร ดูจากตัวอย่างเรื่องบ้านแล้ว คงพอได้คำตอบนะครับว่า ไม่มีใครสำคัญกว่าใครหรอกครับ

เอาล่ะครับ ร่ายยาวมาก็ 3 ตอนแล้ว แต่ก็ยังๆ ไม่จบเสียที นี่ขนาดย่อๆ มากแล้วนะครับ เอาแค่พอเห็นภาพ ก่อนจบ ผมขอสรุปตอนที่ 3 นี่หน่อย ว่าเรารู้อะไรบ้าง เรารู้เรื่องลักษณะของชั้นหิน การแก้ไขปัญหาในการขุดเจาะด้วยน้ำโคลนวิธีต่างๆ กลไกของหัวขุดในการเจาะ การเอาท่อกรุลงไปในหลุม การปั๊มซีเมนต์แบบง่ายๆ และ จบด้วยการส่งต่อหลุมที่ขุดให้กับเพื่อนร่วมงานของเราอีกแผนกหนึ่งไปทำต่อให้เสร็จสมบูรณ์พร้อมดูแลรักษาซ่อมแซมไปจนหมดอายุขัยการใช้งานของหลุมนั้นๆ คงจะอีกสักตอนก็น่าจะจบซีรี่ส์นี้ได้ ติดตามกันต่อไปนะครับ วันนี้ขอลาไปก่อนแต่เพียงเท่านี้นะครับ

9 Comments

  1. ขอบคุณมากๆคะ

  2. Pingback: ขุดหาน้ำมันกันอย่างไร? ตอน ทิศทางหลุม

  3. Phanthakarn Manirat

    ขอบคุณมากๆครับ

  4. ขอบคุณมากนะคะ เป็นอีกหนึ่งท่าน ที่อธิบายเรื่องยากๆให้เข้าใจได้ง่ายๆ ขอบคุณสำหรับวิทยาทานที่ให้ค่ะ จะนำไปใช้ประโยชน์ค่ะ

  5. งานในส่วนประมาณนี้ วิศวกรสาขาอื่นนอกเหนือจากวิศวกรปิโตรเลียม สามารถทำได้ไหมครับ
    ขอบคุณสำหรับบทความดีๆนะครับ 🙂

    • อึ่งน้อย ณ อ่าวไทย

      ได้ซิครับ เยอะมากๆที่เดินกันขวักไขว่บนแท่นขุดเจาะที่ไม่ใช่วิศวกรปิโตรเลียม ผมคนนึงล่ะครับวิศวกรไฟฟ้ากำลัง
      อึ่งน้อย ณ.อ่าวไทย
      http://www.nongferndaddy.com

  6. อยากทราบนายละเอียดเกี่ยวกับ well completion ค่ะ

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Connect with Facebook