Text Size

ข้อมูลการดำเนินงาน

pic01

เทคนิคการเจาะหลุมปิโตรเลียม

      ก่อนที่จะเริ่มการเจาะหลุมปิโตรเลียมใดๆ วิศวกรการเจาะต้องจัดทำแผน และขั้นตอนการเจาะ โดยรับข้อมูลทางธรณีวิทยา และธรณีฟิสิกส์ จากนักธรณีวิทยา และ/หรือนักธรณีฟิสิกส์ที่ได้ศึกษาข้อมูลการสำรวจ นำมาใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการออกแบบ และวางแผนการเจาะ เพื่อให้สามารถทำการเจาะได้รวดเร็ว ปลอดภัย และประหยัดค่าใช่จ่ายมากที่สุด สำหรับขั้นตอนการเจาะหลุมปิโตรเลียมบนบกและในทะเลจะมีข้อแตกต่างกันเล็กน้อยในตอนเริ่มต้น โดยบนบกจะเริ่มด้วยการปรับสภาพพื้นดิน ให้ราบเรียบได้ระดับ อัดบดผิวดินให้แน่น บริเวณที่ตั้งแท่นเจาะจะสร้างฐานคอนกรีตทับให้แข็งแรง สามารถรับน้ำหนักแท่นเจาะได้ ขณะเดียวกันจะฝังท่อกรุที่เรียกว่าท่อกันดิน (Conductor pipe) ขนาด 30 นิ้ว ความยาวประมาณ 20-30 เมตร เพื่อเป็นท่อนำร่องสำหรับการเจาะ ป้องกันการพังถล่มของชั้นผิวดิน และอาจจะอัดซีเมนต์ให้ยึดระหว่างท่อกับผนังหลุม นอกจากท่อกรุแบบ Conductor pipe แล้ว ยังมีท่อกรุแบบอื่น ได้แก่ ท่อกรุพื้นผิว (Surface Casing) ซึ่งจะติดตั้งต่อจาก Conductor pipe ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้หลุมพัง ท่อกรุชั้นกลาง (Intermediate Casing) ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้น้ำโคลนสูญหายเข้าไปตามชั้นหินหรือรอยแตกของชั้นหิน ท่อผลิต (Production Tubing or Liner) เป็นท่อนำปิโตรเลียมขึ้นมายังพื้นผิวเพื่อเข้าสู่ขบวนการผลิต สำหรับการเจาะในทะเล กรณีเป็นหลุมสำรวจ สิ่งแรกที่ต้องทำคือ สำรวจสภาพพื้นทะเล เพื่อให้แน่ใจว่ามีสภาพแน่น แข็งแรง และไม่มีสิ่งกีดขวางใด เช่นสายเคเบิล หรือท่อส่งก๊าซใต้ทะเล ในบริเวณที่จะทำการเจาะหรือบริเวณที่จะลงสมอ

     การเจาะเริ่มด้วยการเจาะเปิดหลุม (Spud) มักใช้หัวเจาะแบบพิเศษที่เรียกว่า Hole Opener ระหว่างการเจาะจะปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะสู่หัวเจาะตลอดเวลา หน้าที่หลักของน้ำโคลน ได้แก่ ช่วยนำพาเศษดิน หินขึ้นมาจากก้นหลุม หล่อลื่นและลดความร้อนที่หัวเจาะและภายในหลุมเจาะ เคลือบผนังหลุมและป้องกันมิให้ของไหล(น้ำหรือปิโตรเลียม) จากชั้นหินทะลักเข้าสู่หลุมอันอาจทำให้หลุมพัง มีปัญหาก้านเจาะติด ไม่สามารถควบคุมความสมดุลของความดันในหลุมและอาจเกิดการระเบิดได้ เมื่อเจาะถึงความลึกที่กำหนดไว้ ก็จะทำการไหลเวียนน้ำโคลนเพื่อทำความสะอาดหลุม จากนั้นจึงลงท่อกรุ (Casing) แล้วอัดซีเมนต์ยึดระหว่างท่อกับผนังหลุม ขณะรอให้ซีเมนต์แข็งตัว จะเปลี่ยนหัวเจาะให้มีขนาดเล็กลงเพื่อเตรียมการเจาะในช่วงต่อไป หัวเจาะและท่อกรุที่ใช้จะมีขนาดลดหลั่นกันลงมา โดยมีขนาดเล็กลงตามความลึก ตัวอย่างเช่น เริ่มเจาะด้วยหัวเจาะขนาด 17 1/2 นิ้ว แล้วลงท่อกรุขนาด 13 3/8 นิ้ว จากนั้นจึงเจาะต่อด้วยหัวเจาะขนาด 12 1/4 นิ้ว และลงท่อกรุขนาด 9 5/8 นิ้ว เป็นต้น

     ขั้นตอนสำคัญต่อมา คือการติดตั้งเครื่องป้องกันการพลุ่ง (Blowout Preventer: BOP) ที่ปากหลุม BOP มีโครงสร้างภายในคล้ายคีมขนาดใหญ่หลายตัว เรียกว่า Ram ทำหน้าที่ปิดหลุมป้องกันความดันสูงจากหลุมเจาะ หรือถ้าความดันจากของไหลยังคงสูงมากและไหลทะลักขึ้นมาทางก้านเจาะ ก็ต้องใช้ Ram ตัวที่ 2 ตัดก้านเจาะให้ขาดออกจากกัน โดย Ram ตัวนี้มีลักษณะเป็นรูปลิ่มและซองรับที่ปิดได้สนิท

     นอกจากนี้ยังสามารถสูบน้ำโคลนผ่าน BOP เพื่อปรับความดันในหลุมไม่ให้เกิดการพลุ่งทะลักของของไหลขึ้นมาสู่พื้นผิวได้ด้วย วิธีการนี้เรียกว่า การควบคุมหลุมเจาะ โดยปกติ BOP จะรับแรงดันได้ไม่น้อยกว่า 5,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ( psi) แต่ BOP ขนาดใหญ่ที่ออกแบบเพื่อการเจาะหลุมที่ลึกเป็นพิเศษอาจทนแรงดันได้ถึง 15,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว อนึ่งก่อนทำการเจาะต่อไป หลังจากลงท่อกรุแล้ว จะต้องทำการทดสอบความแข็งแรงของชั้นหิน (Formation Integrity Test : FIT) โดยเจาะผ่านชั้นซีเมนต์ที่เหลืออยู่ลงไปจนถึงชั้นหินและเจาะไปประมาณ 5 เมตร หยุดเจาะ แล้วปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะจนถึงก้นหลุม จากนั้นเพิ่มความดันในหลุมเจาะ เพื่อตรวจสอบว่าที่ความดันระดับ ทำให้ชั้นหินเริ่มมีการแตก หรือเกิดรอยร้าว โดยสังเกตุจากน้ำโคลนที่ปั๊มลงไป เริ่มมีการสูญหาย (Loss Circulation) เพราะการไหลซึมเข้าไปในชั้นหินที่มีรอยแตก นำข้อมูลที่ได้คำนวณย้อนกลับเพื่อหาค่าน้ำหนักของน้ำโคลน (ปอนด์/แกลลอน) ค่าสูงสุดที่สามารถใช้ในการเจาะช่วงต่อไป โดยไม่ทำให้ชั้นหินเกิดรอยแตก การทดสอบนี้มีประโยชน์มากในการควบคุมหลุมเจาะให้อยู่ในสภาพสมดุล

     จากนั้นการเจาะก็จะดำเนินต่อไปจนถึงความลึกสุดท้าย (Total Depth :TD) ตามแผน บางครั้งมีความจำเป็นต้องเจาะหลุมเอียง หรือหลีกเลี่ยงอุปสรรคทางด้านธรณีวิทยา เช่น การเจาะเลี่ยงโดมเกลือ (เกลือจะทำให้ท่อกรุสึกกร่อนเร็วกว่าปกติ) ก็ต้องใช้เครื่องมือพิเศษ คือ Downhole Mud Motor ช่วยในการเปลี่ยนทิศทางหลุมเจาะโดยไม่ต้องถอนก้าน มีหลักในการทำงาน คือ หยุดหมุนก้านเจาะแล้วปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะเพื่อหมุน Turbine Motor ในก้านเจาะตอนล่างใกล้หัวเจาะ เพื่อบังคับให้หัวเจาะหมุนและเอียงไปในทิศทางที่ต้องการ สำหรับการเจาะหลุมเอียงนั้น สิ่งสำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง คือ การตรวจวัดเส้นทางและทิศทางการเอียงของหลุมเจาะ ในสมัยแรก ใช้วิธีการที่เรียกว่า Single Short Survey เครื่องมือประกอบด้วย กล้องถ่ายภาพ นาฬิกาจับเวลา และเข็มทิศมีลูกน้ำวัดระดับ บรรจุในก้านเจาะชนิดพิเศษที่ป้องกันสนามแม่เหล็ก (Nonmagnetic Drill Collar) ติดตั้งใกล้หัวเจาะ เมื่อหยุดเจาะก็บันทึกภาพที่ก้นหลุม จะได้ภาพเพื่อตรวจสอบทิศทางหลุม ต่อมามีการพัฒนาเครื่องมือนี้ให้ดีขึ้นเรียกว่า Multi Short Survey ซึ่งจะบันทึกภาพได้มากกว่า และสามารถตั้งเวลาบันทึกภาพได้เป็นระยะๆ ขณะที่ดึงเครื่องมือขึ้น เช่น บันทึกภาพทุก 1- 2 นาที ปัจจุบันมีการพัฒนาเครื่องมือที่เรียกว่า Measure While Drilling ( MWD ) เพื่อใช้แทนเครื่องมือสองแบบแรก MWD มีส่วนประกอบสำคัญ 3 ส่วน คือส่วนทำให้เกิดคลื่น Shock Wave และตรวจวัดคลื่นสัญญาณจากน้ำโคลนที่ไหลผ่าน ส่วนนี้จะอยู่ติดกับก้านเจาะส่วนล่างใกล้กับหัวเจาะ ส่วนที่ 2 คือส่วนที่แปลงสัญญาณที่ตรวจวัดได้แล้วส่งผ่านกลับขึ้นไปยังตัวรับสัญญาณที่อยู่บนพื้นผิว ส่วนที่ 3 คือส่วนที่แปลงสัญญาณที่ได้ออกมาเป็นค่าตัวเลขต่างๆ ของทิศทาง และความเอียงของหลุมเจาะ

     ในปัจจุบัน นอกจากการเจาะหลุมเอียงแล้ว ด้วยเทคนิคการเจาะที่ดีขึ้น สามารถเจาะหลุมในแนวราบได้ แต่ต้องอาศัยการออกแบบเครื่องมือและการวางแผนการเจาะเป็นพิเศษ ซึ่งปกติการเจาะหลุมในแนวราบนี้ เป็นการเจาะเพื่อการผลิต โดยต้องการให้ส่วนที่เจาะในแนวราบ (Horizontal Section) อยู่ในชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียม ทำให้มีพื้นที่รับการไหลของปิโตรเลียมได้มากขึ้น แต่มีข้อจำกัด คือ ค่าใช้จ่ายในการเจาะจะแพงกว่า มีความยุ่งยากและต้องใช้ความระมัดระวัง ความชำนาญ และการควบคุมทิศทางหลุมมากกว่าปกติ

     เมื่อเจาะถึงความลึกสุดท้ายตามแผนงานขั้นต่อไปคือ การประเมินคุณค่าทางกายภาพของชั้นหินด้วยวิธีการหยั่งธรณีหลุมเจาะ ( Wireline Logging) เพื่อให้รู้ว่ามีปิโตรเลียมสะสมอยู่หรือไม่ ที่ความลึกเท่าไร ปิโตรเลียมที่พบเป็นน้ำมันหรือก๊าซ และบางครั้งก็จะทำการเก็บตัวอย่างของไหลจากชั้นหินในหลุมเจาะ เพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมีและหาค่าความร้อน (Heating Value) ของปิโตรเลียม การวัดค่าต่างๆ นี้ส่วนใหญ่เป็นการวัดโดยอ้อม เช่น การหาค่าความพรุน (Porosity)ของชั้นหินด้วยเครื่องมือวัดนิวตรอน ปกติการหยั่งธรณีหลุมเจาะจะทำในช่วงที่ยังมิได้ลงท่อกรุ (Open Hole) มีวิธีการทำงาน คือ หย่อนเครื่องมือที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกลงไปในหลุมเจาะ

iconเครื่องมือประกอบด้วยตัววัดค่าต่างๆ อย่างน้อย 3 ชนิด คือ ชนิดวัดค่ารังสีแกมมา วัดค่านิวตรอน และวัดค่าความต้านทานไฟฟ้า

      - การวัดค่ารังสีแกมมาที่มีในชั้นหินตามธรรมชาติ ซึ่งขึ้นกับปริมาณของธาตุโปรตัสเซียม(K) ธอเลียม(Th) และยูเรเนียม(U) ในชั้นหินนั้นๆ การวัดค่ารังสีแกมมา เพื่อการตรวจสอบชนิดหิน หากมีค่ารังสีแกมมาต่ำ แสดงว่าเป็นหินทราย ถ้าค่าสูงแสดงว่าเป็นหินดินดานหรือหินโคลน

      - การวัดค่านิวตรอน เครื่องวัดจะปล่อยอนุภาคนิวตรอนเข้าไปในชั้นหิน และวัดปริมาณอนุภาคที่สะท้อนกลับ และอนุภาคบางส่วนที่ถูกดูดกลืนโดยธาตุไฮโดรเจน (H) ที่มีอยู่ในรูพรุนของชั้นหิน อาจอยู่ในรูปของน้ำ หรือปิโตรเลียม ทำให้ทราบความพรุนและความหนาแน่นของชั้นหินได้ ถ้าค่านิวตรอนสูงแสดงว่าชั้นหินมีความหนาแน่นต่ำและอาจมีรูพรุนมาก

      - ส่วนการวัดค่าความต้านทานไฟฟ้าของชั้นหิน เครื่องวัดจะปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในชั้นหิน ของไหลที่อยู่ในชั้นหินก็จะแสดงตัวเป็นตัวต้านหรือนำไฟฟ้า ถ้าอ่านค่าความต้านทานได้ต่ำ ส่วนใหญ่จะเป็นชั้นน้ำ(จากผลสำรวจในประเทศไทย ค่ามักต่ำกว่า 10 โอห์ม) ถ้าค่าความต้านทานสูง อาจจะเป็นชั้นก๊าซหรือน้ำมัน

     สำหรับค่าที่ได้จากการหยั่งธรณีหลุมเจาะนี้ส่วนใหญ่จะแสดงออกมาในรูปของเส้นกราฟ ต้องนำไปแปลความหมาย ปรับแก้ค่าให้ถูกต้อง และคำนวณหาสิ่งที่ต้องการ เช่น ชนิดของปิโตรเลียม ความพรุนของชั้นหิน ค่าความอิ่มตัวของน้ำ (Water Saturation)

     ปัจจุบันนี้เทคนิคการหยั่งธรณีหลุมเจาะได้รับการพัฒนาให้ก้าวหน้าขึ้นไปอีกขั้น ด้วยวิธีการที่เรียกว่า Logging While Drilling (LWD) คือ การติดตั้งเครื่องมือวัดเข้ากับก้านเจาะ ทำให้สามารถวัดค่าได้ทันทีขณะทำการเจาะหลุม จึงประหยัดเวลาทำงาน แต่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูง

ยังมีต่อ >>

สำรวจกรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ