เทคนิคการผลิตน้ำมันดิบ

อีกสาเหตุหนึ่งก็คือ ประเทศนอกกลุ่มโอเปคได้มีการพัฒนาเทคนิคและเทคโนโลยีในการสำรวจและผลิตปิโตรเลียมได้อย่างก้าวหน้ามาก จนสามารถผลิตน้ำมันดิบในแหล่งยากๆ ขึ้นมาได้ทำให้ส่วนแบ่งการตลาดของกลุ่มโอเปคได้รับผลกระทบอย่างมาก ในบทความนี้ผมจะเล่าถึงเทคนิคการผลิตดังกล่าว โดยจะกล่าวถึงเฉพาะเทคนิคการผลิตจากกระบวนการทางวิศวกรรม แหล่งปิโตรเลียมในระดับชั้นหินกักเก็บใต้ดิน จะยังไม่กล่าวถึงการพัฒนาเทคโนโลยีการเจาะหลุม อุปกรณ์การผลิตและเทคนิคการกระตุ้นการผลิต (เช่น fracking)

การผลิตน้ำมันดิบเพียงแค่เปิดวาล์วของหลุมผลิต ก็มีน้ำมันดิบไหลออกมาง่ายๆ ราวกับเปิดก๊อกน้ำนั้น แท้ที่จริงแล้วลึกลงไปใต้ดิน ได้มีการใช้เทคนิคความรู้ทางด้านวิศวกรรมปิโตรเลียม และการใช้อุปกรณ์เทคโนโลยีต่างๆ มากมาย เพื่อทำให้เราสามารถนำน้ำมันดิบจากใต้ดินออกมาใช้ประโยชน์ให้ได้มากที่สุด การผลิตน้ำมันดิบจากใต้ดินด้วยแรงดันตามธรรมชาตินั้น สามารถผลิตได้เพียงนิดเดียว โดยทั่วไปสามารถผลิตได้เพียงร้อยละ 5-15 ของน้ำมันดิบใต้ดินทั้งหมดเท่านั้น บางแหล่งก็ไม่สามารถผลิตได้ด้วยแรงดันตามธรรมชาติ จึงทำให้มีการพัฒนาเทคนิคการผลิตน้ำมันดิบ ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าการผลิตตามธรรมชาติเพียงลำพัง

โดยธรรมชาติน้ำมันดิบจะถูกกักเก็บสะสมตัวอยู่ตามรูพรุนของชั้นหิน หรือตามรอยแตกของชั้นหิน ในการผลิตน้ำมันดิบจากหินกักเก็บ จำเป็นต้องใช้พลังงานผลักดันน้ำมันดิบออกมา ก็คือความดันในชั้นหินกักเก็บนั่นเอง มีทั้งแบบพลังงานตามธรรมชาติ และพลังงานจากภายนอกที่มนุษย์ใส่ลงไป แต่อย่างไรก็ตาม ด้วยข้อจำกัดเรื่องคุณสมบัติของหินและของไหลตามธรรมชาติ เช่น แรงตึงผิว ความเปียก ความหนืด ฯลฯ จึงทำให้ยังมีน้ำมันดิบบางส่วนค้างอยู่ในรูพรุนของชั้นหินหลังจากสิ้นสุดการผลิตไปแล้ว

ช่วงการผลิตน้ำมันดิบสามารถแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนคือ การผลิตขั้นปฐมภูมิ (primary recovery) การผลิตขั้นทุติยภูมิ(secondary recovery) และการผลิตขั้นตติยภูมิ (tertiary recovery หรือ enhancedoil recovery) ซึ่งมีต้นทุนการผลิตที่สูงขึ้นตามลำดับ

ขั้นแรกการผลิตขั้นปฐมภูมิ เป็นการผลิตน้ำมันดิบจากพลังงานตามธรรมชาติ การที่น้ำมันดิบจะไหลออกจากชั้นหินได้ ต้องอาศัยการไหลจากความดันสูงไปสู่ความดันต่ำ ถ้าความดันของชั้นหินกักเก็บน้ำมันดิบสูงกว่าความดันก้นหลุมผลิต น้ำมันดิบก็สามารถไหลออกมาที่ก้นหลุมได้ โดยอาศัยกลไกแรงผลักดันตามธรรมชาติที่ช่วยในการผลิต (drive mechanism) เช่น แรงผลักดันจากการขยายตัวของน้ำมันดิบและก๊าซ ที่แยกตัวจากน้ำมันดิบ เนื่องจากความดันที่ลดลงจากการผลิต (depletion drive) แรงผลักดันจากการขยายตัวของชั้นก๊าซธรรมชาติเหนือชั้นน้ำมัน (gas cap drive) แรงผลักดันจากการขยายตัวของชั้นน้ำใต้ชั้นน้ำมัน (aquifer drive) แรงผลักดันจากแรงโน้มถ่วง (gravity drive) แรงผลักดันจากการอัดตัวของหิน (compaction drive) ฯลฯ

การผลิตขั้นทุติยภูมิ เป็นขั้นตอนการรักษาความดันของชั้นหินกักเก็บ โดยพลังงานจากภายนอกด้วยการอัดน้ำหรือก๊าซลงไปในใช้หินกักเก็บใต้ดิน เพื่อไปแทนที่ปริมาตรน้ำมันดิบที่ผลิตออกไป รวมถึงวิธีการอัดน้ำ (waterflood) เป็นวิธีที่ได้รับความนิยมกันอย่างแพร่หลายทั่วโลก แหล่งน้ำมันดิบบางแหล่งในประเทศไทย เช่น แหล่งน้ำมันสิริกิติ์ แหล่งน้ำมันอู่ทอง ใช้วิธีการอัดน้ำเพื่อไปกวาดน้ำมันดิบที่เหลือค้างในรูพรุนจากการผลิตขั้นปฐมภูมิ เมื่อรวมการผลิตทั้งขั้นปฐมภูมิและทุติยภูมิ โดยเฉลี่ยจะสามารถผลิตน้ำมันดิบได้ประมาณร้อยละ 35-45 ของน้ำมันดิบใต้ดินทั้งหมด

การผลิตขั้นตติยภูมิ เป็นการผลิตที่ใช้ทั้งความรู้ เทคนิค เทคโนโลยี และพลังงานจากภายนอกต่างๆ ช่วยผลิตนอกเหนือจากสองขั้นข้างต้น โดยมีกระบวนการหลักๆ 3 กระบวนการ ได้แก่ การใช้ความร้อน การใช้สารเคมี และการรวมเป็นเนื้อเดียวกัน (miscible) ซึ่งอาจจะสามารถผลิตน้ำมันดิบได้ถึงร้อยละ 60-80 นอกจากนี้ยังมีวิธีอื่นๆ เช่น ใช้จุลินทรีย์หรือไฟฟ้าอีกด้วย

การใช้ความร้อนเป็นวิธีที่นิยมใช้กับแหล่งน้ำมันดิบหนักพิเศษ และแหล่งทรายน้ำมันที่น้ำมันดิบมีความหนืดสูงมากจนมีสถานะกึ่งของแข็ง ความร้อนจะช่วยลดความหนืดของน้ำมันดิบลง จนทำให้น้ำมันดิบในแหล่งดังกล่าวเหลว และสามารถไหลได้เหมือนน้ำมันดิบเบา วิธีการที่นิยมใช้ก็คือ อัดน้ำร้อนหรืออัดไอน้ำความดันสูงที่อุณหภูมิ 200-300 องศาเซลเซียส ลงไปในชั้นหินกักเก็บในแหล่งน้ำมันดิบดังกล่าว

การใช้สารเคมีก็เป็นอีกวิธีที่นิยมใช้กันทั่วไป เป็นการใส่สารเคมีปริมาณหนึ่งผสมกับน้ำที่ใช้อัดลงไปในกระบวนการอัดน้ำหรืออัดก๊าซ เพื่อช่วยให้มีประสิทธิภาพในการผลิตมากขึ้น เช่น การอัดพอลิเมอร์ (polymer flood) เพิ่มความหนืดของน้ำที่เราอัดลงไป แทนที่น้ำมันดิบในชั้นหินกักเก็บ ทำให้สามารถกวาดน้ำมันดิบได้ดีขึ้น หรือการอัดสารลดแรงตึงผิว (surfactant flood) เพื่อลดแรงตึงผิวระหว่างของไหลที่อัดลงไปกับน้ำมันดิบในหินกักเก็บทำให้มีน้ำมันดิบเหลือค้างในชั้นหินกักเก็บน้อยลง และเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความเปียกของหินอีกด้วย คล้ายๆ เอาสบู่ล้างสิ่งสกปรกและคราบมันบนร่างกายเรานั่นเอง

อีกวิธีก็คือการรวมเป็นเนื้อเดียวกัน (miscible flood) เช่น การอัดก๊าซหรือของไหลด้วยสัดส่วนและความดันที่เหมาะสม ต่อการรวมเป็นเนื้อเดียวกันกับน้ำมันดิบ สามารถลดหรือกำจัดแรงตึงผิวระหว่างก๊าซหรือของไหล ที่อัดลงไปกับน้ำมันดิบในชั้นหินรวมเป็นเนื้อเดียวกันได้ คล้ายๆ กระบวนการใช้สารลดแรงตึงผิวทำให้สามารถลดปริมาณน้ำมันดิบที่เหลือค้างในชั้นหินกักเก็บ และผลิตน้ำมันดิบออกมาได้มากขึ้น จะแตกต่างกับขั้นทุติยภูมิที่ของไหลที่อัดลงไปไม่ได้รวมเป็นเนื้อเดียวกันกับน้ำมันดิบ

การพัฒนาเทคนิคและเทคโนโลยีต่างๆ เพื่อช่วยในการผลิต โดยใส่พลังงานจากภายนอก และปรับคุณสมบัติของหินและของไหล ให้มีประสิทธิภาพการผลิตมากยิ่งขึ้น จะทำให้อายุการผลิตของแหล่งน้ำมันยืดยาวมากขึ้น กว่าการผลิตจากพลังงานตามธรรมชาติเพียงอย่างเดียว แต่อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการผลิตก็สูงขึ้นไปด้วย หากความต้องการการใช้น้ำมันยังคงเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ก็มีความจำเป็นที่มีการพัฒนาเทคนิคเหล่านี้ขึ้นไปอีก เพื่อหาทางลดต้นทุนและสามารถผลิตน้ำมันออกมาให้มากที่สุดอย่างมีประสิทธิภาพ และเพียงพอต่อความต้องการของโลกได้อย่างคุ้มค่าครับ

 ---------------

สิริวัต วิทูรกิจวานิช

วิศวกรปิโตรเลียม