น้ำโคลน

น้ำโคลน

การตรวจสอบวัดคุณสมบัติน้ำโคลนในสนาม (Drilling Fluid Testing Procedures)ชนิด และส่วนประกอบของน้ำโคลน

            น้ำโคลนเริ่มมีบทบาทเข้ามาเกี่ยวข้องในการเจาะตั้งแต่ในช่วงต้นศตวรรษที่20เมื่อมีการพัฒนาการเจาะหลุมปิโตรเลียมจากแบบ “ กระแทก “ มาเป็นแบบ “ หมุน “ สิ่งที่เรียกว่าน้ำโคลน (Mud )ในการเจาะหลุมปิโตรเลียม โดยความเป็นจริงแล้วไม่มีส่วนที่คล้ายกับน้ำโคลนเลย อันที่จริงแล้วควรเรียกว่า“ของไหลช่วยในการเจาะ”( Drilling Fluid ) มากกว่า ชึ่งมันอาจเป็นส่วนผสมของ อากาศ ก๊าซธรรมชาติ น้ำ น้ำมันหรือของเหลวที่ผสมขึ้นเป็นการเฉพาะก็ได้

            ปัจจุบันน้ำโคลนอาจแบ่งออกได้เป็นประเภทใหญ่ๆ 3 ประเภท ตามลักษณะของตัวทำละลายหลักในน้ำโคลน คือ

1.Water Base Mud : มีน้ำเป็นตัวทำละลายหลัก

2.Oil Base Mud : มีน้ำ-น้ำมัน เป็นตัวทำละลายหลัก

3.Pneumatic: แบบนี้เป็นแบบพิเศษ เพราะใช้อากาศ ก๊าซธรรมชาติ  หรือโฟมเป็นตัวนำเศษดิน-หินขึ้นมายังปากหลุม

              การเลือกใช้น้ำโคลนประเภทใดก็ขึ้นกับจุดประสงค์เป้าหมายในการเจาะ ชนิดของหลุม พื้นที่และตำแหน่งที่ทำการเจาะ ลักษณะธรณีวิทยาในบริเวณที่ทำการเจาะ คุณสมบัติของชั้นหินที่จะใช้ผลิต การวางแผนลงท่อกรุ คุณภาพของน้ำ การกัดกร่อน และการพิจารณาถึงปัญหาที่จะกระทบสิ่งแวดล้อม สำหรับส่วนประกอบหลักๆของน้ำโคลนมี 4 อย่างดังต่อไปนี้

ตัวทำละลาย

              มักเป็นน้ำหรือน้ำมันส่วนใหญ่มักเป็นน้ำเนื่องจากหาได้ง่ายในธรรมชาติแต่บางทีก็ใช้น้ำมันเมื่อต้องการเจาะผ่านชั้นเกลือ

ผงโคลน

              เป็นตัวที่สามารถละลายในตัวทำละลายได้ดีและทำให้น้ำโคลนเกิดความหนืด(Viscosity)เพื่อใช้พยุงอนุภาคของแข็งให้แขวนลอยอยู่ได้ผงโคลนที่ใช้กับน้ำจืดได้ดีคือBentonite

ตัวเพิ่มน้ำหนัก

                เป็นสสารที่ไม่ทำปฏิกริยากับสารเคมีละทำให้น้ำโคลนมีน้ำหนักตามที่ต้องการโดยสามารถแขวนลอยอยู่ในของไหลได้ เช่น Barite

ตัวควบคุมคุณสมบัติน้ำโคลน

                      เป็นสารเคมีที่ใช้ผสมลงในน้ำโคลนเพื่อให้น้ำโคลนมีคุณสมบัติอยู่ในสภาพที่เหมาะต่อการใช้งาน

หน้าที่ของน้ำโคลน

                       แม้ว่าน้ำโคลนจะมีหลายประเภท แต่หน้าที่หลักของน้ำโคลนในการเจาะหลุมปิโตรเลียม คือ

1.เป็นตัวกลางนำเศษดิน-หิน( Cutting ) ที่ได้จากการเจาะขึ้นมายังปากหลุมเพื่อตรวจสอบ

2.ทำความสะอาดก้นหลุมเมื่อหมุนเวียนน้ำโคลน

3.สามารถพยุงเศษดิน-หินให้แขวนลอยไม่ตกจมสู่ก้นหลุมเมื่อหยุดการหมุนเวียนน้ำโคลน

4.ควบคุมความดันภายในหลุมเจาะ

5.หล่อลื่นและระบายความร้อนของหัวเจาะ

6.เคลือบผนังหลุมป้องกันหลุมพังและกันไม่ให้ของไหลในชั้นหินไหลทะลักเข้ามาในหลุม

7.เพื่อความเหมาะสมในการหยั่งธรณีหลุมเจาะ

8.ช่วยพยุงก้านเจาะและท่อกรุ

9.เป็นตัวส่งผ่านกำลัง( Hydraulic Horsepower )ไปสู่หัวเจาะ

คุณสมบัติของน้ำโคลน

            จากหน้าที่ข้างต้นของน้ำโคลนทำให้ต้องมีการกำหนดคุณสมบัติของน้ำโคลนดังต่อไปนี้เพื่อให้น้ำโคลนช่วยในการเจาะได้ดีที่สุด

ความหนาแน่นหรือน้ำหนักของน้ำโคลน(Density or Mud Weight)

น้ำหนักของน้ำโคลนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญในการรักษาสภาพหลุมเจาะและควบคุมความดันก้นหลุม(bottom hole pressure ) แต่น้ำหนักของน้ำโคลนที่เพิ่มขึ้นจะเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ความเร็วในการเจาะลดลง และทำให้เกิดความเสียดทานมากขึ้น 

คุณสมบัติในการไหลของน้ำโคลน (Flow Property)

 ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น ความเร็ว และความหนืดของน้ำโคลน การไหลของน้ำโคลนในหลุมเจาะเป็นได้ทั้งแบบ Laminar Flow ซึ่งน้ำโคลนจะมีลักษณะการไหลเป็นชั้นคล้ายกับแผ่นกระดาษ และเมื่อความเร็วของน้ำโคลนเพิ่มสูงขึ้นถึงระดับหนึ่งก็จะเปลี่ยนเป็น Turbulent Flow (ค่า Reynolds Number มากกว่า 3,000) ซึ่งมีลักษณะการไหลที่หมุนวนและรุนแรงขึ้น เมื่อเกิดในส่วนที่เป็น open hole จะเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนของผนังหลุมทำให้หลุมไม่เรียบ

คุณสมบัติในการกรองของน้ำโคลน (Filtration Property)

 ต้องดีเพื่อให้เกิดแผ่นโคลน (Mud Cake) บางๆรอบผนังหลุมเจาะเป็นการป้องกันหลุมพัง และแผ่นโคลนนี้ต้องมีความไหลซึมต่ำ ( Low Permeability ) และเมื่อเกิดแผ่นโคลนขึ้นก็แสดงว่า น้ำโคลนมีการสูญเสียของเหลว(fluid loss)บางส่วนให้กับชั้นหิน อัตราการสูญเสียของเหลวจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณของแผ่นโคลนที่เกิดขึ้น

 ความหนืดของน้ำโคลน (Viscosity)

 ต้องสูงพอที่จะแขวนลอยอนุภาคของแข็งและสามารถพยุงเศษดินหินขึ้นสู่ปากหลุมได้ ความหนืดจะมีความสัมพันธ์กับความเร็วในการเจาะ โดยที่ความหนืดสูงจะเจาะได้ช้ากว่าความหนืดต่ำ

ความเป็นกรด-ด่าง (pH)

ต้องไม่เป็นกรด-ด่างที่จะไปกัดกร่อนเครื่องมือในการเจาะ

เจล.สเตร็งธ (Gel Strength)

 ต้องมี เจล.สเตร็งธ ที่ดีเพื่อแขวนลอยอนุภาคของแข็งได้ ในขณะที่หยุดการไหลเวียนของน้ำโคลน เพื่อเปลี่ยนหัวเจาะ