Schlumberger

วิวัฒนาการของการเจาะหลุมปิโตรเลียม

ในระยะเริ่มแรกการหาปิโตรเลียมยังเป็นลักษณะการสุ่ม โดยการสังเกตุจากบริเวณที่มีน้ำมันดิบไหลซึมขึ้นมาถึงผิวดินหรือในแอ่งน้ำที่มีฟองก๊าซผุดขึ้นมา มีวิธีการขุดหาแบบง่ายๆด้วยแรงคน กระทั่งในปี พ.ศ. 2402 Edwin L. Drake ผู้มีฉายาว่า " ท่านนายพัน " ได้เจาะหลุมเพื่อหาปิโตรเลียมที่ Oil Creek เมือง Titusville รัฐ Pennsylvania สหรัฐอเมริกา โดยใช้แท่นเจาะแบบ Cable Tools ซึ่งเป็น การเจาะแบบกระแทก (Percussion Drilling) โดยการใช้หัวเจาะที่ติดกับก้านเจาะกระแทกชั้นหินเพื่อให้เกิดหลุม ก้านเจาะจะเป็นตัวถ่วงให้ได้น้ำหนักตามที่ต้องการ ในการเจาะแบบนี้จำเป็นต้องทำให้ก้นหลุมแห้งหรือมีน้ำเพียงเล็กน้อย และเมื่อเจาะไปได้ 2-3 ฟุต ก็จะดึงหัวเจาะขึ้น แล้วสูบเอาเศษดินหินและน้ำที่ก้นหลุมออก จากนั้นก็ทำการกรุรอบหลุมด้วยไม้เพื่อป้องกันไม่ให้หลุมพัง (ต่อมาเมื่อเทคนิคการถลุงและหล่อโลหะดีขึ้นจึงได้กรุหลุมด้วยท่อกรุที่ทำจากโลหะแทน) การเจาะแบบนี้ ทำได้ช้ามาก หลุมไม่ลึก และเนื่องจากก้นหลุมเกือบไม่มีของเหลวอยู่ เมื่อเจาะถึงชั้นน้ำมันหรือก๊าซที่มีความดันสูง จะดันพุ่งออกมา ก่อให้เกิดอันตรายจากการระเบิดหรือไฟไหม้ได้ อย่างไรก็ตาม Edwin L. Drake ได้เจาะพบน้ำมันที่ความลึก 69.5 ฟุต และผลิตได้วันละ 20 บาร์เรล หลุมเจาะนี้เองที่วงการปิโตรเลียมถือว่าเป็นหลุมแรก และเป็นต้นแบบให้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการเจาะหลุมปิโตรเลียม และเป็นแรงบันดาลใจให้นักสำรวจและการขุดเจาะเริ่มเข้าสู่ยุค " ตื่นน้ำมัน "

ต่อมาอีกไม่นาน มนุษย์เริ่มนิยมใช้น้ำมันก๊าดที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบมากขึ้น โดยใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับตะเกียงและใช้น้ำมันหล่อลื่นสำหรับเครื่องจักรไอน้ำ น้ำมันเบนซินที่ได้จากการกลั่น มักถูกทิ้งไปโดยมิได้นำมาใช้ประโยชน์ หรือขายได้ราคาถูกมาก (2เซนต์/แกลลอน) ต่อมา การใช้น้ำมันก๊าดลดลง(เอดิสันประสบความสำเร็จในการประดิษฐ์หลอดไฟฟ้า)ทำให้อุตสาหกรรมการขุดเจาะปิโตรเลียมลดลงด้วย เมื่อ Henry Ford ประดิษฐ์รถยนต์รุ่น T-1 ซึ่งใช้น้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิงออกจำหน่ายและเป็นที่นิยมในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ทำให้อุตสาหกรรมการขุดเจาะปิโตรเลียมขยายตัวเติบโตอีกครั้ง

อย่างไรก็ตามพัฒนาการของการเจาะหลุมปิโตรเลียมในสมัยตอนต้น นับจากยุคของ Edwin L. Drake ยังคงเป็นไปอย่างเชื่องช้า ในปี พ.ศ. 2440 H.L.William ได้ทดลองตั้งเครื่องเจาะบนท่าเรือที่ยื่นออกไปในทะเลนับได้ว่าเป็นการเจาะในน้ำเป็นครั้งแรก ที่บริเวณ Summerland รัฐแคลิฟอร์เนีย และในปี พ.ศ. 2443 วิศวกรเหมืองแร่ ชาวออสเตรีย Anthony Lucus ได้นำระบบการเจาะแบบใหม่ที่เรียกว่า การเจาะแบบหมุน (Rotary Driling) มีระบบน้ำโคลน (Mud Circulation System) ในการเจาะบ่อน้ำมันที่ Spindeltop แถบ Gulf Coast Texas การเจาะแบบหมุนใช้ท่อกลวงที่เรียกว่า ก้านเจาะ (Drill Pipe) ขันเกลียวต่อกันเป็นท่อนยาว ส่วนปลายต่อกับหัวเจาะและแขวนห้อยไว้ด้วยเครื่องกว้านบนโครงสร้างหอคอย(Derrick) ก้านเจาะจะถูกทำให้หมุนด้วย จานขับก้านเจาะ(Rotary Table) ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ และบังคับให้กว้านทำงานไปพร้อมกัน น้ำหนักของก้านจะกดหัวเจาะที่หมุนไปรอบๆบดกัดชั้นหินลงไป ขณะทำการเจาะจะต้องควบคุมน้ำหนักกดที่หัวเจาะให้คงที่อยู่เสมอ นอกจากนี้มีการปั๊มน้ำโคลนลงไปตามก้านเจาะและให้ไหลเวียนกลับขึ้นมาถึงปากหลุม น้ำโคลนจะช่วยนำพาเศษดินหินจากก้นหลุมขึ้นมา ช่วยหล่อลื่นและลดความร้อนที่เกิดขึ้นในหลุมเจาะ ช่วยเคลือบผนังหลุมและป้องกันมิให้ของไหล(น้ำหรือปิโตรเลียม)จากชั้นหินทะลักเข้าสู่หลุมอันอาจทำให้ผนังหลุมพังทะลายหรือเกิดการระเบิด ในปี พ.ศ. 2446 เริ่มมีการใช้ซีเมนต์ในงานเจาะหลุมเพื่อยึดท่อกรุให้ติดกับผนังหลุมเจาะเป็นครั้งแรกที่แหล่ง Lampoc รัฐแคลิฟอร์เนีย เพื่อป้องกันมิให้น้ำที่อยู่ในชั้นหินตอนบนไหลเข้าไปปนกับน้ำมันที่อยู่ในชั้นหินตอนล่าง การพัฒนาการเจาะที่สำคัญมากอย่างหนึ่ง ในปี พ.ศ. 2452 เมื่อ Howard R. Hughes ได้ประดิษฐ์หัวเจาะชนิด Roller Cone Bit ใช้กับการเจาะแบบหมุนเพื่อทดแทนหัวเจาะแบบเดิม ทำให้สามารถเจาะหลุมได้เร็วยิ่งขึ้น หัวเจาะแบบนี้ยังคงเป็นที่นิยมแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็ตามแม้ว่าการเจาะหลุมในต้นศตวรรษที่ 20 จะพัฒนาก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับยุคศตวรรษที่ 19 แต่การเจาะหลุมให้ถึงความลึกที่ต้องการเพียงอย่างเดียวยังมิใช่สิ่งรับประกันความสำเร็จในการเจาะหลุมปิโตรเลียม วิทยาการใหม่ๆจึงถูกนำมาประยุกต์ช่วยในการเสาะหาปิโตรเลียมด้วย ในปี พ.ศ. 2469 ที่เมือง El Dorado รัฐ Akansas ได้มี การทดสอบอัตราการไหล (Drill Stem Test) เป็นครั้งแรก เพื่อช่วยในการวางแผนการผลิตได้อย่างถูกต้อง ในปีต่อมา ที่แหล่งน้ำมัน Pechelbornn ประเทศฝรั่งเศส วิศวกรสองพี่น้องตระกูล Schlumberger ได้ทดลองวัดคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของชั้นหินในหลุมเจาะเพื่อหาความลึกที่แน่นอนของชั้นหินที่ให้น้ำมันเป็นครั้งแรกของโลก และต่อมาได้มีการพัฒนาเทคนิคและวิธีการหยั่งธรณีหลุมเจาะ(Wireline Logging) ให้ได้ข้อมูลละเอียดและถูกต้องยิ่งขึ้น แต่เนื่องจากบางครั้งชั้นหินที่อุ้มปิโตรเลียมมีความสามารถในการให้ปิโตรเลียมไหลซึมได้ต่ำ จึงมีการพัฒนาเทคนิคการยิงทะลุผนังท่อกรุ (Perforation) ในปี พ.ศ. 2475 เพื่อให้ชั้นหินเกิดรอยแตกมากขึ้น ทำให้ปิโตรเลียมไหลเข้าหลุมเจาะได้ดียิ่งขึ้น ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ความต้องการใช้น้ำมันของโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว น้ำมันจากแหล่งบนบกเริ่มไม่เพียงพอและเทคโนโลยีการผลิตเครื่องยนต์ให้มีกำลังสูงขึ้น การผลิตและถลุงโลหะรวมไปถึงเทคนิคการก่อสร้างที่ดีขึ้น ทำให้มนุษย์เริ่มมองหาบริเวณที่ยังไม่เคยมีการสำรวจและขุดเจาะปิโตรเลียมมาก่อน คือบริเวณท้องทะเล ในปี พ.ศ. 2490 บริษัท Kerr McGee ได้ขุดเจาะหลุมปิโตรเลียมในทะเลที่ห่างจากชายฝั่งประมาณ 10.5 ไมล์ ในอ่าวเม็กซิโก ซึ่งน้ำทะเลลึกประมาณ 18 ฟุต ด้วยแท่นเจาะแบบเรือ Barge-tender และอาจนับได้ว่าเป็นหลุมแรกที่เจาะในทะเลที่แท้จริง นอกจากนี้ มีการนำวิทยาการ เทคนิคใหม่ มาปรับปรุงการเจาะตลอดเวลา เช่น เทคนิคการเจาะหลุมปิโตรเลียมในแนวราบ (Horizontal Well Drilling) ที่เริ่มใช้ในรัสเซีย และเทคนิคการตรวจวัดความเอียงของหลุมเจาะแบบใหม่ การนำวิธีการเจาะโดยใช้ Top Drive มาใช้หมุนก้านเจาะแทนที่ Rotary Table หรือการพัฒนาหัวเจาะแบบเพชรสังเคราะห์ (PDC ; Polycrystalline Dimond Bit) มาใช้ในการเจาะ และเทคนิคการเจาะหลุมแบบ Slim Hole Well (การเจาะหลุมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางที่เล็กกว่าเดิม) เทคนิคต่างๆดังกล่าว ช่วยให้การปฏิบัติงานเจาะเร็วขึ้น ทำให้ค่าใช้จ่ายลดลงมากกว่า 30%