FBE- Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/137

Gözat

Dizinde bir noktaya atla:

Petrol ve jeotermal sahalarında kalsiyum karbonat çökelmesinin modellenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1996) Uğur, Züleyha ; Satman, Abdurrahman ; 55610 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Mineral birikintileri rezervuarda, kuyuiçinde ve yüzey donanımlarında tıkanmaya ve üretimi engelleyici sonuçlara yol açarken, petrol ve jeotermal saha işlemlerinde teknik ve ekonomik yönden olumsuzluklara neden olmaktadır. Ülkemizde de Adıyaman bölgesindeki bazı petrol sahalarında ve Batı Anadolu bölgesindeki Kızıldere jeotermal sahasında kalsiyum karbonat çökelmesinin var olduğu bilinmektedir. Kalsiyum karbonat çökelmesi, CO2 içeren su çözeltilerindeki termodinamik dengenin bozulması sonucunda CaCÛ3 mineralinin katı madde olarak çökeltiden ayrılması ve çözeltinin yer aldığı ortam yüzeyine çökelmesi şeklinde açıklanabilir. Bu çalışmada, öncelikle kalsiyum karbonat çökeliminin oluştuğu su-C02 sisteminin tek fazlı ve ( sıvı ) iki fazlı (sıvı+gaz) durumunu da kapsayacak şekilde bir pVT (basınç-hacim-sıcaklık) modeli hazırlanmıştır. Bu model yardımıyla su-C02 sisteminin termodinamik davranışı belirlenebilmekte, tek fazlı ve iki fazlı sistemin kabarcık noktası basıncı, yoğunluk, entalpi, akmazlık ve sıkıştırılabilirlik gibi önemli termodinamik özellikleri basınç, sıcaklık ve CO2 derişimine bağlı olarak bulunabilmektedir. Kalsiyum karbonat çökelimine neden olan SU-CO2 sisteminin davranışı incelendikten ve modellendikten sonra, petrol ve jeotermal sahalarda kalsiyum karbonat çökelmesi konusu çalışıldı ve bu tür sahalarda CaCOa çökelmesini bulmaya yarayacak iki model geliştirildi. Petrol sahalarında çökelmeyi, tahminde kullanılan model geliştirilirken literatürde var olan ve çökelme eğilimini bulmaya yarayan Oddo-Tomson modeli dikatte alındı, ve bu model çökelme miktarını akış yolu üzerindeki koşullara bağlı olarak verecek şekilde geliştirildi. Ayrıca, akış sırasında oluşan çökelmeden dolayı akışkanın bileşimindeki değişikliği de göz önüne alacak şekilde model düzenlendi. Geliştirilen modelin doğruluğu literatürde verilen çalışmalarla karşılaştırılıp kanıtlandıktan sonra, Adıyaman bölgesindeki Karakuş sahasındaki koşullar incelendi, sahada farklı kuyulardan ve noktalardan alınan su örnekleri analiz edildi ve CaC03 çökelmesine neden olan parametreler ve ayrıca çökelmenin olabileceği koşullar model yardımıyla belirlendi. Model sonuçlarıyla saha sonuçlarının uyumluluğu gösterildi. Jeotermal sahalarda çökelmeyi tahminde kullanılan model geliştirilirken daha önce Satman tarafindan sunulan model, bu çalışmada verilen pVT modeli ile birleştirilerek geliştirildi. Modelle Kızıldere sahasındaki çökelme incelendi, özellikle üretim kuyuları içinde çökelen kalsiyum karbonat profilleri tartışılarak model ve gerçek saha sonuçlan arasındaki uyumluluk gösterildi ve çökelmeye etki eden parametreler belirtildi.
Kızıldere jeotermal rezervuarının teknik ve ekonomik değerlendirilmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2000) Serpen, Umran ; Gürkan, Argun ; 100755 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Kızıldere jeotermal sahası 1967 yılında keşfedilmiş ilk yüksek entalpili sistemimizdir. 1976 yılına dek derinlikleri 300-1200 m'ler arasında değişen 17 kuyu delinerek yapılan geliştirme çalışmalarından sonra, biraz gecikmeli olarak 1984 yılında 20.4 MWe kapasiteli bir santral kurulup, elektrik üretimine başlanmıştır. Santralın bir türlü tam kapasiteyle çalışamaması nedeniyle, 1986 yılında 3 kuyu daha delinmiş, ancak, güç üretimi yine de, net 7.5 MWe seviyesinde kalmıştır. Bu çalışmanın ilk aşamasında Kızıldere jeotermal sahasının teknik ve teknik olmayan sorunları kısaca incelenerek, özellikle teknik sorunlardan santralın tam kapasiteyle çalışması için, çökelme ve tekrar-basmanın dikkatle araştırılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Kızıldere santralının tam kapasiteyle çalışması, jeotermal rezervuarın bugüne değin yapılmayan daha sağlıklı ve detaylı bir değerlendirilmesini gerektirdiği için, önce başlangıçtan bu güne kadar gerçekleştirilen yerbilimi çalışmaları literatür ve MTA raporlarından araştırılmış ve bunlara kişisel bilgilerimiz de eklenerek değerlendirme yapılmıştır. Yapılan çeşitli yerbilimi çalışmaları Kızıldere'de jeotermal enerji varlığını kanıtlamış ve delinen kuyular ile sahanın yayılımı araştırılmıştır. Elde edilen bilgiler sığ, fakat, süreksizlik gösteren 195-200°C sıcaklıktaki kireçtaşları ile daha derin, kalın ve süreklilik gösteren ve 200-2 10°C sıcaklık taşıyan mermerleri hazne kayaç olarak işaret etmiştir. Kızıldere jeotermal rezervuarını değerlendirebilmek için rezervuar özelliklerinin daha iyi belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada bu amaçla, gözeneklilik ve geçirgenlik gibi kayaç özellikleri yanında, akışkan kimyası, içerdiği gazlar, sıcaklığı gibi akışkan özellikleri ve bunların pVT davranışları ile rezervuarın sıcaklık dağılımı, basıncı, geçirgen bölgeleri, faz değişimleri gibi fiziksel durumları da belirlenmiştir. Bu özellikleri tesbit edebilmek için kuyu loğları, kuyu testleri, basınç ve sıcaklık ölçmeleri yanında akışkanın kimyasal analizlerinden de faydalanılmıştır. Bu değerlendirmeler sonucunda elde edilen veri ve parametreler, daha sonraki Kızıldere jeotermal rezervuarınm kapasitesinin belirlenmesi, tekrar-basma ve çökelmenin değerlendirilmesi aşaması ile sıcak su ve derin termal rezervuar olarak ifade edilen jeotermal sistemin modelinin kurulmasında kullanılmışlardır. Kızıldere jeotermal sisteminin kapasitesinin belirlenebilmesi için rezervuar büyüklüğü ve dolayısıyla taşıdığı akışkan ve ısı miktarları önemli olduğundan, çeşitli yöntemler uygulanarak bu parameterler tesbit edilmeye çalışılmıştır. Kızıldere jeotermal sisteminin ısı dengesi kurulmuştur. Jeotermal sistem kapalı olmadığı ve dışardan belli bir ölçüde beslendiği için, beslenmenin miktarı ve bileşenleri belirlenmiştir. Bu aşamada zaman içinde rezervuarda oluşan değişimler jeokimyasal XV11 parametreler yoluyla incelenmiştir. Kızıldere rezervuarımn üretim performası da incelenerek yorumlanmıştır. Tüm bu çalışmalardan elde edilen bilgi ve verilerin kullanıldığı model çalışmalarından, değişik üretim politikalarına göre, jeotermal rezervuarımn uzun dönem performası tahmin edilmiştir. Son aşamada değişik yöntemler kullanılarak sahanın kapasitesi ve buna bağlı olarak ömrü belirlenmeye çalışılmıştır. Kızıldere jeotermal rezervuarından üretilen atık suyun durumu incelenerek, B. Menderes nehrine atılan jeotermal suyun her mevsim kirlilik yarattığı ve bu önemli havzada tarıma zararlı olacağı tesbit edilmiş ve çare olarak bu suyun rezervuara tekrar-basılması önerilmiştir. Bu bağlamda tekrar-basma işlemi Kızıldere için daha önceki çalışmalardan da faydalanılarak kuramsal olarak incelenmiştir. Kızıldere rezervuarında gerçekleştirilen tekrar-basma deneyleri ve tekrar-basma sırasında soğuk ve sıcak enjeksiyon nedeniyle oluşabilecek olası çökelme de dikkate alınarak alternatif tekrar-basma stratejileri oluşturulmuştur. Kızıldere rezervuarından akışkan üretimi sırasında oluşan çökelme, kimyasal ve ekonomik boyutlarıyla incelenerek, sorunla birlikte yaşamanın en uygun yolunun mekanik yöntemler yerine inhibitor kullanımıyla olacağı kanısına varılmıştır. Ayrıca, derin termal rezervuardan yapılacak üretimde kalsit çökelmesinin oluşmayabileceğine işaret edilmiş ve bunun nedenleri üzerinde durulmuştur. Kızıldere jeotermal sahasında şimdiye dek uygulanan sondaj ve kuyu tamamlama yöntemleri, donanımları, malzemeleri ve pratiklerinin bir eleştirisi yapılarak, yeni keşfedilen derin termal rezervuardaki sıcaklığı da dikkate alan yöntem, donanım ve malzemelerin kullanılması gereğinden bahsedilmiştir. Bu bağlamda, çatlak geçirgen zonların tıkanmasını önlemek amacıyla, kullanılan klasik dolaşım sıvısı olan tatlısu- bentonit çamuru yerine laboratuvarımızda geliştirilen sepiolit ve diğer bazı killerden oluşan bir karışım önerilmiştir. Ayrıca, hızlı ve günümüzün bilgi birikimi, donanım ve teknolojisine sahip yeni bir sondaj yüklenicisinin yararlı olacağı ifade edilmiştir. Bunun yanında, kuyu canlandırma tekniği olarak kullanılan asitleme uygulamaları da incelenerek daha etken asitleme yöntemi konusunda önerilerde bulunulmuştur. Jeotermal enerji ekonomisi ve değerlendirme kriterleri konusunda genel bilgiler sunulmuştur. Kızıldere jeotermal kaynağının ekonomik değerlendirilmesi, klasik karlılık ölçütleri kullanımının yanında, hızlandırılmış proje değerlendirilmesi, risk analizi ve maliyet analizleri uygulanarak yapılmıştır. Kızıldere'de şimdiyedek yapılan yatırımları dikkate alan bir ekonomik analizde projenin bugün itibariyle kendini ödemiş görünmesine rağmen, devletin yatırımları sürüncemede bırakması, kurulu gücün yarısının üretilmesi vb. nedenlerle aslında zarar ettiği ortaya çıkmıştır. Atık sudan bir "binary" sistemle elektrik üretilmesi durumunda, bunun karlı ve yapılabilir bir hızlandırılmış proje olabileceği gösterilmiştir. Kızıldere jeotermal kaynağının elektrik enerjisi üretimiyle birlikte ısı üretiminin entegre bir şekilde kullanma olanakları için ekonomik analiz yapılmıştır. Bu bağlamda uzak ve yakın yerleşim bölgeleri ele alınarak, buralarda konut ısıtmasının ekonomisi incelenmiştir. Uzak olan Denizli kentinin ısıtılması projesi marjinal olarak nitelendirilirken, yakın bölgelerde ısıtmanın ekonomik olduğu, hatta yakın yerleşim yeri olan Sarayköy'ün soğuk tekrar-basma ile birlikte düşünüldüğünde, yapılabilir olduğu gözlenmiştir. Denizli kent ısıtmasının ekonomik olarak marjinal olması XV111 yanında, rezervuarda ciddi soğuma yaratacağı için, bu konuda Kızıldere atık suyunun kullanılmasının doğru olmadığı ifade edilmiştir. Öte yandan, gerçekleştirilen bir risk analizi sonunda, kuyular için en uygun üretim koruma borusu çapının 95/8" olduğu ortaya çıkmıştır. Yapılan bir maliyet analizinde de TPAO'nın deleceği kuyuların maliyetlerinin çok daha düşük olacağı gösterilmiştir. Kaynağın termodinamik olarak incelenmesinde kullanım veriminin %12, çevrim veriminin de %25 olduğu hesaplanmıştır. Santralın yapılan incelemesinde özellikle kondansörün optimize edilmediği ve CCh'in kondansörden alınması için fazla güç harcandığı tahmin edilmiştir. Aslında santralın bir "binary" sistem olarak kurulması durumunda % 50 daha fazla güç üretme imkanı olduğu belirtilmiştir. Sonuç olarak, Kızıldere jeotermal sisteminin bir derin termal ve bir de sığ sıcak su rezervuarından ibaret olduğu, derin rezervuarın devreye girmesiyle kurulu güç kapasitesiyle üretim yapılabileceği belirtilmiştir. Bunun yanında, rezervuar işletilmesi, sondaj ve kuyu tamamlama pratikleri konusunda da bazı öneriler sunulmuştur.
Application of fractals to reservoir characterization

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2000) Zeybek, Ayşe Dönmez ; Onur, Mustafa ; 100790 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Rezervuar tanımlaması, gerçekçi rezervuar performans tahminlerinin yapılmasında son derece önemli bir adımdır. Rezervuar tanımlaması, çeşitli rezervuar karakteristiklerinin (gözeneklilik, geçirgenlik, kalınlık, vb.) eldeki tüm verilerin kullanılarak (jeolojik, jeofizik, petrofizik, üretim verileri, vb.) tanımlanması olarak düşünülebilir. Bu amaca ulaşmak için izlenecek en uygun yol, eldeki tüm jeolojik, jeofizik, petrofizik, üretim verilerine koşullandırılan, rezervuar tanımlamalarım elde etmektir. Ancak, herbiri farklı kökene sahip tüm bu verilerin rezervuar tanımlamalarına etken bir şekilde nasıl entegre edilebileceği, rezervuar tanımlaması alanında çalışan her insanın kafesim kurcalayan önemli bir problemi oluşturmaktadır. Kriging veya ko-kriging gibi jeoistatiksel yöntemler, statik verilerin entegrasyonu için oldukça uygun olmalarına rağmen, kuyu testleri ve üretim verileri gibi, dinamik verilere uygulanmaları oldukça sınırlıdır. Dinamik veriler ile rezervuar değişkenleri arasındaki ilişkinin doğrusal olmayışı doğrudan dinamik verilere koşullama yapmayı zorlaştırmaktadır. Son yıllarda, Bayes yaklaşımına dayalı ters problem teorisinin sadece statik ve dinamik verilere koşullu rezervuar tammlamalan türetmek için değil, aynı zamanda performans tahminlerindeki belirsizliği değerlendirmek için de uygun bir yöntem olduğu literatürde gösterilmektedir. Şimdiye dek literatürde sunulan uygulamalar, kayaç özelliklerinin normal dağılımdan geldiği ve dağılımın ikinci dereceden durağan olduğu varsayımlarına dayanmaktadır. Bu çalışmanın amacı, ters problem teorisini fraktal dağıhmlardan gelen gözeneklilik ve geçirgenlik değerlerine uygulayarak, statik ve dinamik verilere koşullu heterojen gözeneklilik ve geçirgenlik sahalarım türetmektir. Son yıllarda yapılan çalışmalar, fGn ve fBm fraktal dağılımlarının gözeneklilik ve geçirgenlik gibi özelliklerin tanımlanmasında kullanılabileceğini göstermektedir. Literatürde, variogram ve statik verilere koşullu fraktal simülasyonlann elde edilmesi için kullanılabilecek bazı stokastik interpolasyon yöntemleri olmakla birlikte, kuyu basınç verilerine koşullu fraktal özelliklerin türetilmesine ait bir çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle bu çalışmanın amacı, variogram, statik ve dinamik verilere koşullu fraktal gözeneklilik ve geçirgenlik dağılımlarının ters problem teorisi kullanılarak türetilmesidir. Tez toplam 6 bölümden oluşmaktadır. Fraktal ve fraktal dağılımlara ait teori ikinci bölümde ayrıntılı olarak sunulmaktadır. Ayrıca, koşulsuz fraktal dağılımların oluşturulması için kullanılacak yöntemlerde bu bölümde verilmektedir. Bu çalışmada Bayes yaklaşımına dayalı ters problem teorisi kullanılacağından, bu xvı metoda ilişkin bilgi üçüncü bölümde sunulmaktadır. Ayrıca, ters problemin fraktal dağılımlara nasıl uygulanabileceği de bu bölüm içerisinde sunulmaktadır. Dördüncü bölümde, tek fazlı akış problemleri için, variogram, statik ve dinamik verilere koşullu fraktal gözeneklilik ve geçirgenlik sahalarının türetilmesine ait uygulamalar sunulmuştur. Beşinci bölümde ise, çatlak ağı fraktal bir yapı gösteren rezervuardaki taşınım olayı incelenmiş ve bu rezervuarlara ait basınç ve basınç türevi verileri ile lineer olmayan regresyon yöntemini kullanarak fraktal parametrelerinin tahmini ayrıntılı olarak incelenmiştir. Ayrıca, Kızıldere jeotermal rezervuarmda yapılan bir girişim testi fraktal rezervuar modeli kullanılarak analiz edilmiştir.
Düşey girişimli basınç testlerinin modellenmesi ve parametre tahmini

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004) Gök, İhsan Murat ; Onur, Mustafa ; 152291 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Geçirgenlik ve gözeneklilik gibi kayaç özelliklerindeki uzaysal heterojenliğin, rezervuarların üretim performansı üzerinde çok kuvvetli bir etkiye sahip olduğu çok uzun süreden beri bilinmektedir. Dolayısıyla bu tür kayaç özelliklerindeki heterojenliğin rezervuar içerisinde iyi tanımlanabilmesi, rezervuar üretim performansı tahminlerinin gerçekçi bir şekilde yapılması için ön koşul olmaktadır. Literatürdeki çalışmalardan, alışılagelmiş uzun zamanlı kuyu basınç testi verilerinden genelde yatay yöndeki kayaç özelliklerine ait heterojenliğin iyi çözümlenebileceği bilinmektedir. Ancak bu testlerden düşey yöndeki heterojenliğin, özellikle de tüm formasyon kalınlığı üretime açık tutularak yapılan testlerden, belirlenmesi mümkün olmamaktadır. Son yıllarda, çevre problemlerini (yüzeye üretim gibi) önlemede, testlerin daha kısa sürede yapılmasına ve kuyu boyunca farklı noktalarda düşey girişim testlerinin yapılmasına da olanak sağladığı avantajları nedeniyle, alışılagelmiş kuyu testlerine alternatif olarak önerilen ve petrol endüstrisinde yaygın uygulama alanı bulmuştur. Çok-problu veya paker-problu testlerden elde edilen farklı noktalardaki (uzaysal) basınç seti ölçümlerinin, hem düşey hem de yatay doğrultudaki kayaç heterojenliğine ait daha fazla bilgi ihtiva ettiği, bir başka deyişle, daha çok etkilendiği bilinmektedir. Ancak, bu tür testlerden, yatay ve düşey yönde uzaysal heterojenliğin ne ölçüde çözümlenebileceği üzerinde literatürde çalışmalar bulunmamaktadır. Dolayısıyla, bu çalışmada, bu tür düşey girişim testlerinden elde edilen basınç verilerinden heterojenliğin ne ölçüde çözülebileceği ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Bu çalışmada, heteroj enlik için iki farklı modelleme göz önünde bulundurulmuştur. Bu modellerden birinde, her tabakada farklı kayaç ve akışkan özelliklerine sahip zonlann oluştuğu, diğerinde ise, daha küçük ölçekte, yani grid blok ölçeğinde kayaç özelliklerinin jeo istatistiksel modellere uygun olarak değiştiği kabul edilmiştir. Düşey girişimli basınç testi verilerine koşullu geçirgenlik ve gözeneklilik dağılımları, son yıllarda yaygın kabul bulan Bayes olasılık teoremi üzerine kurulu ters problem yöntemi kullanarak kestirilmiştir. Bu ters problem yöntemi ile hem doğrudan ölçümler yolu ile elde edilen statik verilere (kuyu loğları ve karot analizlerinden elde edilen geçirgenlik ve gözeneklilik değerlerine ve bu özelliklerin jeo istatistikten belirlenen uzaysal korelasyonlarına) hem de dolaylı ölçümlerden kuyu basınç testi verilerine koşullu geçirgenlik ve gözeneklilik değerlerinin kestirimi olasıdır. Düşey girişim testlerinin modellenmesi, çalışmada geliştirilen üç boyutlu (3B) r-Q-z tek-fazlı sayısal bir akış simülatörü ile yapılmıştır. Bu çalışmada geliştirilen simülatörde hem blok merkezli hem de nokta merkezli grid sistemi göz önünde xıx bulundurulmuştur. Geliştirilen simulator, çeşitli uygulamalar için hem mevcut analitik çözümler ile hem de ECLIPSE 100 ticari simülatörü ile ayrıntılı olarak kıyaslamıştır. Yapılan uygulamaların tamamında bu çalışmadan elde edilen sonuçların, analitik çözümlerden ve ECLIPSE 100 ticari simülatöründen elde edilen sonuçlar İle uyumu oldukça iyidir. Bu sayısal simülatöre ters problem yöntemi üzerine kurulu doğrusal olmayan parametre talimin yöntemi entegre edilmiştir. Doğrusal olmayan parametre tahmini, gradyent temelli Levenberg-Marquardt algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Levenberg-Marquardt yönteminde gerekli olan duyarlılık kat sayılarının etkin bir şekilde hesaplanması için üç farklı yöntem (sonlu fark, gradyent simulator ve adjoint) çalışmada göz önünde bulundurulmuş ve bu yöntemlere ait duyarlılık katsayısı formülleri geliştirilmiştir. Duyarlılık katsayılarına ait bu denklemler (r-B-z) bir simulator için literatürde ilk defa bu çalışmada sunulmuştur. Bu yöntemlerden hangilerinin hangi durumlarda hesaplama zamanlan bakımından kullanılması gerektiği belirlenmiştir. Çeşitli homojen ve heterojen modellerde farklı düşey girişim testi konfigürasyonlan göz önünde bulundurularak, kuyu boyunca düşey yönde farklı noktalarda kaydedilmiş basınç verilerinin geçirgenliğe, gözenekliliğe, zar faktörüne, ilk basınçlara, vs. duyarlıkları hesaplanmış ve hangi tür basınç verilerinin bu parametrelere nasıl duyarlılık gösterdiği ayrıntılı olarak çalışılmıştır. Ayrıca, düşey girişim testlerinden elde edilen basınç verilerinin geçirgenlik ve gözeneklilik gibi kayaç özelliklerine formasyonun neresinde duyarlı olduğu anlaşılması için duyarlılığının alansal grafikleri çizilmiştir Duyarlılık katsayısı grafikleri üzerinde yapılan ayrıntılı inceleme ve değerlendirme sonrasında, ilk dikkati çeken husus, paker aralığındaki ölçülen basınç verilerinin yatay geçirgenliğe olan duyarlılığı paker aralığının içerisinde en fazla iken paker aralığının üstündeki ve altındaki bölgelerde duyarlığın neredeyse sıfıra yakın olmasıdır. Paker basıncının, düşey geçirgenliğe olan en fazla duyarlılığının ise çiftli paker aralığının üst ve alt sınırına yakın bölgelerde olduğu yapılan uygulamalardan görülmüştür. Paker basıncının gözenekliliğe olan duyarlılığı, erken zamanlarda çiftli paker aralığının tam karşısı ile sınırlı kalırken, zaman ilerledikçe duyarlılık hem yatay hem de düşey yönde genişleyerek hareket etmektedir. Gözlem probu basınç verileri kullanılarak, yatay ve düşey geçirgenliklerle olan duyarlılıkları incelenmiştir. Yapılan uygulamalardan, prob basıncının yatay geçirgenliğe en fazla duyarlılığı, probun bulunduğu grid ile pakenn üst sının arasındaki gridlere olduğu saptanmıştır. Benzer şekilde, prob basıncının düşey geçirgenliklere duyarlılığın en fazla olduğu yer probun bulunduğu grid ile pakenn üst sınırı arasındaki gridblok olduğu görülmüştür. Aynca, prob basıncının, probun bulunduğu grid ile tabanın üst sınırı arasındaki bölgelere bir miktar duyarlılık gösterdiği görülmüştür. Gözlem probu basıncının ise erken zamanlarda paker aralığının üst sının ile gözlem probu arasında kalan bölgelerde sınırlı kalırken, zaman ilerledikçe duyarlılık hem yatay hem de düşey yönde genişleyerek hareket etmektedir. Yukarıda da belirtildiği üzere bu çalışmada, her tabakanın farklı kayaç ve akışkan özelliklerine sahip birden fazla zondan oluştuğunu kabul eden heterojen model uygulamalarına yer verilmiş ve bu tür sistemlerden parametre tahmini üzerinde de durulmuştur. Bu tür modeller, genellikle sondaj akışkanın formasyona filtrasyonundan dolayı formasyonun yakın civannda mobilitesi ve storativitesi daha XX farklı kirlenmiş bölgelerin basınç testleri üzerinde etkisini çalışmak için kullanılabilinir. İster su bazlı ister petrol bazlı çamur kullanılmış olsun, bu zona filtre olan akışkanın akmazlığı ve sıkıştırılabilirliği formasyonun orjinal akışkanın akmazlığı ve sıkıştırılabilirliğinden ve hatta bu zondaki etken geçirgenlik formasyonunkinden farklı olacaktır. Bu problem, her tabakada farklı özelliklere sahip iki zondan oluştuğu düşünülerek modellenebilir ve parametre tahmini yapıla bilinir. Bu çalışmada böyle bir sistemde çok-problu bir düşey girişim testi tasarlanmış ve hangi basınç seti verilerinden kirlenmiş ve kirlenmemiş zonlara ait hangi parametrelerin güvenilir olarak bulunabileceği araştırılmıştır. Yapılan bu uygulama göstermişti!- ki, üretim probu veya onun tam karşısındaki yatay prob basınç verilerinin herhangi bir düşey gözlem probuna ait basınç seti ile birlikte kullanılmasıyla hem kirlenmiş hem de kirlenmemiş zona ait tüm parametreler saptanmasına yetecektir. Buna karşın, sadece düşey gözlem probu verilerinin kullanılması yalnız kirlenmemiş zona ait özelliklerin saptanmasına yardımcı olacaktır. Düşey girişimli basınç testlerinin, kayaç özelliklerindeki heteroj enliğin hem düşey hem de yatay yönde konumsal olarak güvenilir olarak çözümlemede ne ölçüde katkıda bulunacağı çalışmada ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, yukarıda belirtilen duyarlılık katsayılarının alansal grafikleri ile oldukça uyumludur. Ayrıca yapılan bu uygulamalardan, paker ve gözlem probu basınçlarının formasyonun farklı yerlerine duyarlılık gösterdiğinden dolayı, parametre tahmini sırasında hem paker hem de gözlem probu basınçlarının beraber kullanılmasıyla daha fazla bölgeye ait heterojenliğin çözülebileceği görülmüştür. Bu çalışmada geliştirilen yöntemi kullanılarak, sentetik olarak simülatörden türetilen çok-problu ve çiftli paker-problu düşey girişim testi basınç seti verileriyle, geçirgenlik ve gözeneklilik değerlerinin kestirimi üzerine yapılan dört uygulama ile bir çiftli paker-prob testine ait bir saha uygulaması sunulmaktadır.
Lumped parameter models for low-temperature geothermal reservoirs

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004) Sarak, Hülya ; Satman, Abdurrahman ; 175802 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering
Türkiye Jeotermal Enerji Potansiyelinin Araştırılması

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-02-17) Başel, Emine Didem Korkmaz ; Satman, Abdurrahman ; Petrol ve Doğalgaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Bu çalışmada, öncelikle Türkiye nin 0-3 km derinlikteki jeotermal kaynak potansiyeli belirlenmiş ve daha sonra sırasıyla bilinen (tanımlanmış) 279 jeotermal oluşumun kapasite envanteri çıkarılmış ve mevcut sahaların kullanım (elektrik üretimi ve doğrudan) alanlarına göre potansiyelleri tahmin edilmiş, yeraltında 500 m ve 1000 m derinlikler için bölgesel ve genel sıcaklık dağılım haritaları oluşturulmuştur. Türkiye nin 0-3 km derinlik aralığı için yerkabuğunda depolanmış ısı içeriği (3.0 ± 1.0) x 1023 J olarak hesaplanmıştır. Bilinen 279 jeotermal oluşumun tanımlanmış (görünür) kapasitesi 20 oC referans sıcaklığı için 5550 MWt ve 15 oC referans sıcaklığı için 5944 MWt olarak bulunmuştur. 279 jeotermal oluşum içinde elektrik üretimine uygun jeotermal sahaların görünür kapasitesi sıcaklığı 150 oC’den büyük olan 11 saha için 2971 MWt ve sıcaklığı 100 oC’den büyük olan 18 saha için 3518 MWt’dir. Hacimsel yöntem kullanılarak yığınsal (birikimli) olasılık dağılımlarının çıkarıldığı toplam 122 jeotermal sahanın 15 oC referans sıcaklığı için tahmini üretilebilir ısıl güç potansiyel değeri (P10), en düşük 28.5 bin MWt olarak hesaplanmıştır. Değerlendirilmesi yapılan 122 jeotermal saha içinde sıcaklığı 100 oC’den yüksek elektrik üretimine uygun 25 saha mevcut olup, elektrik üretimine uygun 25 sahanın tahmini üretilebilir toplam elektrik güç potansiyel değeri (P10), en düşük 1055 MWe olarak bulunmuştur. Eğer sıcaklığı 100 oC’den yüksek olan 25 sahanın hem elektrik üretiminde ve hem de geri kalan ısının doğrudan kullanım şeklinde entegre kullanımı ve diğer tüm sahaların doğrudan kullanımı göz önüne alınırsa, P10 değerlerine karşılık gelen elektrik üretim potansiyeli ve doğrudan kullanım potansiyeli 1055 MWe ve 18 910 MWt’dir. Türkiye’nin bölgesel ve genel sıcaklık dağılımı haritaları 500 m ve 1000 m derinlikler için jeoistatistiksel yöntemler kullanılarak oluşturulmuştur.
Yüksek Basınçlı Ve Sıcak Kuyular İçin Geçirimsiz Çimento Harcı Tasarımı

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-06-04) Özyurtkan, Mustafa Hakan ; Altun, Gürşat ; 430483 ; Petrol ve Doğalgaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Bu çalışma, petrol, gaz ve jeotermal kuyularda kullanılan çimento harcı özelliklerinin ve özellikle geçirgenliğinin önlenmesi için yapılan deneysel çalışmaları kapsamaktadır. Çalışmanın odak noktası petrol ve doğal gaz sektöründe hala sıcak bir gündem olan çimento matriks geçirgenliğinin önlenmesi amacı ile uygun çimento kompozisyonu tasarımının yapılmasıdır. Çimento matriks geçirgenliğinin önlenmesi için kod adı ARI olan doğal bir madde ilk defa bu çalışmada çimento katkısı olarak kullanılmıştır. ARI maddesi ile hazırlanan G Sınıf çimento örnekleri üzerinde gaz geçirgenliği ve gaz göçü deneyleri gerçekleştirilmiştir. Matriks geçirgenliğinin ARI katkısının kullanılmasıyla önlenebildiği belirlenmiştir. Bununla birlikte, ARI maddesi ve yaygın olarak kullanılan diğer katkılar ile hazırlanan çimentoların farklı sıcaklık ve basınç koşullarında reoloji, su kaybı, kıvamlılık ve basınç dayanımı özellikleri de incelenmiştir. ARI maddesinin neden olduğu yüksek viskozite değerleri günümüzde sıkça kullanılan ticari katkılar ile kontrol altına alınabilmiştir. ARI maddesinin kıvamlılık deneylerinde donma zamanını hızlandırıcı bir etkisi olduğu ve, bu durum çimentonun donma zamanını ve bekleme süresini düşürerek sondaj maliyetlerini azaltabilir. ARI katkısıyla hazırlanan ve donması için küp kalıplara yerleştirilen çimento örneklerinin donma sürecinde çimento küpleri üzerlerinde biriken serbest suyun çok az olduğu veya küpler üzerinde hiç su oluşmadığı belirlenmiştir. Donmuş çimentonun hacminde büzülme nedeniyle bir azalımın oluşmadığı görülmüştür. Bu sonuç literatürde belirtilen hacim değişiminin önlenmesi kriterini sağlaması açısından çok önemlidir. ARI maddesinin çimentonun dayanım özelliğini geliştirerek, önemli miktarda arttırdığı görülmüştür. Katkılı çimento örnekleri için gaz geçirgenliği ve gaz göçü testlerinde, ARI maddesi içeren çimento örneklerinin, hem kısa dönem hem uzun dönem için gaza geçirgen olmayan bir matriks oluşturduğu belirlenmiştir.
Tek-faz Su İçeren Jeotermal Rezervuarların Çeşitli Üretim/enjeksiyon Durumlarındaki Basınç Ve Sıcaklık Davranışları

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-11-18) Palabıyık, Yıldıray ; Onur, Mustafa ; 10020597 ; Petrol ve Doğalgaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Rezervuarların karakterizasyonu için, son zamanlarda sıcaklık verilerinin araştırılması birçok araştırmacının dikkatini çekmektedir. Basınç verilerine ek olarak sıcaklık ölçümleri rezervuar tanımlamasında katkı sağlamaktadır. Jeotermal rezervuar tanımlaması için sıcaklık ölçümlerinin kullanımı, bir jeotermal sistemin sıcaklık davranışını modelleyebilen ileri bir modelin kullanımını gerektirir. Bu çalışmada, tek-faz sıvı hakim jeotermal sistemlerin hem basınç hem de sıcaklık davranışlarını modelleyebilen izotermal olmayan bir rezervuar simülatörü sunulmaktadır. Model, rezervuar için kütle ve enerji denge denklemlerini birlikte çözme esasına dayanmaktadır. Üstelik, model kuyuda yapılacak sıcaklık simülasyonlarını gerçekleştirerek rezervuardan tabakalara olan ısı kayıplarını da modelleyebilmektedir. Bütün denklemler, doğrusalsızlığın üstesinden gelmek için iyi bilinen Newton yöntemi kullanılarak tamamen kapalı bir halde çözülmektedir. Model iki boyutlu (r-z) silindiriktir ve bu sebeple, kuyudibi basınç ve sıcaklık davranışlarının gerçekçi tanımlamalarını sağlamaktadır. Geliştirilen modeli kullanarak, basınç ve sıcaklık davranışları üzerine birçok formasyon ve kuyu özelliğinin duyarlılığı çalışılmaktadır. Bu çalışmada gerçekleştirilen sentetik örnekler kuyudibi sıcaklığının geçirgenlik, zar faktörü ve gözenekliliğe kayaç ve akışkan ısıl iletkenliği, kayaç ısı kapasitesi gibi diğer petrofiziksel parametrelere kıyasla önemli ölçüde duyarlılığı olduğunu göstermiştir. Bu sebeple, sıcaklık verisinin tarihsel çakıştırmasıyla bazı rezervuar parametrelerini tahmin etmenin mümkün olduğu sonucuna varılabilir.
Sondaj Kuyusu Hidroliğinin Sepiyolit Çamuru Isıl Reolojik Özellikleriyle Modellenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-01-27) Ettehadi, Ali ; Gürşat, Altun, ; 10099804 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Gün geçtikçe, sondaj teknolojisi ve yöntemlerindeki ilerlemeye rağmen, zorlu ortam koşullardan dolayı ortaya çıkan problemlerin anlaşılması ve çözümleri daha da karmaşık ve güç hale gelmektedir. Bu karmaşıklığı tetikleyerek daha da zor hale sürükleyen bazı faktörler dönüşü olmayan sonuçlara neden olabilmektedir. Bu durumlardan önemli olan bazıları derin sondaj operasyonlarında ortaya çıkan yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve derin denizaltı bölgelerinde arama ve hidrokarbon üretiminin maliyetini artıran kuyu stabilitesi problemleridir. Bundan dolayı, derinlikle formasyon basıncı ve formasyon çatlatma basınç değişimi hakkında doğru bilgilere sahip olmak, özellikle yukarıdaki söz konusu zorlu ortamlarda kuyu planlama açısından çok önemli ve kritik hale gelmektedir. Örneğin, formasyon basıncının ve formasyon çatlatma basıncının arasındaki farkın özellikle açık deniz sondajlarında artan su derinliğine bağlı olarak azalması beklenen bir durumdur ve kuyu stabilitesi sorunlarının artmasına ve kontrol edememesine neden olmaktadır. Bu durum, dizi manevrası sırasında veya matkap değişimi sırasında kuyu ve sondaj güvenliğini riske atmaktadır. Petrol ve doğal gaz endüstrisinde formasyon basıncı ve formasyon çatlatma basıncı arasındaki farkın yapay bir şekilde arttırılması için uzun zamandan beri araştırmalar yapılmaktadır. Günümüzde, bu problemin araştırılması bilim insanları için önemli konulardan biri olmakla birlikte, konuyla ilgili petrol ve doğal gaz endüstrisi tarafından kısmi olarak kabul edilen birkaç yöntem vardır. Bu yöntemlerden en yaygın olan ikili gradyen sondaj (Dual Gradient Drilling) tekniğidir. Bu yöntem anülüsteki basınç değişimini belirlemek ve izlemek için anülüsün seçilen bölümlerinde birden fazla basınç gradyeni oluşturulması olarak tanımlanmaktadırlar. Ancak, bu tekniklerin uygulaması örneğin dizi değişimi sırasında ağırlaştırılmış sondaj çamuru ve düşük yoğunluklu malzemeler arasında faz ayrışmasına (separation) ve tabakalaşmaya (stratification) yol açabilmektedir. Kabul edilmiş ve yaygın olarak kullanılan bir yöntem yoktur ve konu üzerinde bilimsel çalışmalar devam etmektedir. Sondaj mühendisliğinde iyi bilinen bir gerçek olarak ve API standardına göre, su bazlı çamurlar için, akma noktasının plastik viskoziteye oranının minimize edilmesi yukarıda bahsedilen problem için kısmi bir çözüm yolu olabilmektedir. Bu nedenle, sondaj çamuru özelliklerinin iyi bilinmesi sondaj operasyonu sırasında oluşan basınç değişikliklerini incelemek ve kontrol etmek açısından önemli bir parametredir. Günümüzde, ileri teknoloji ve iyi mühendislik yöntemleri esas olan zorlu sondaj ortamlarında, özellikle güvenli sondaj bölgesinin dar olduğu (formasyon basıncının formasyon çatlatma basıncına yakın olduğu bölgeler) derin deniz kuyularında, sondaj operasyonları devam etmektedir. Böylesi dar ve hassas aralıkta sondaj yapmak eşdeğer sirkülasyon yoğunluğunun doğru hesaplanmasını zorunlu kılmaktadır. Buna ek olarak, sondaj operasyonlarında tüketilen güç maliyeti yüksektir ve bunun en aza indirilmesi de gerekmektedir. Sondaj kuyusunun içinde oluşan basınç değişiklikleri hakkında olgusal ve daha sağlam bilgilere sahip olmak herhangi bir işleme başlamadan önce operatörlerin bir adım önde olmasını sağlayabilir. Kuyu içi akışkan hareketinden dolayı oluşan basınç dalgalanmaları ikiye ayrılmaktadır. Kuyu içindeki akışkanın sirkülasyonu nedeniyle hidrolik devrede ortaya çıkan sürtünme basınç değişimleri “Stand Pipe” basıncı olarak tanımlanmaktadır. Diğer yandan, dizi veya koruma borusu (casing) hareketinden dolayı oluşan basınç değişimlerine “surge” veya “swab (negatif surge)” basınçları denilmektedir. Manevra sırasında dizinin kuyu içine indirilmesinden doyalı oluşan basınç dalgalanması nedeniyle oluşan artışı surge basıncı adı verilmektedir. Buna karşılık, dizinin kuyudan yukarı doğru çekilmesinden dolayı oluşan basınç dalgalanması nedeniyle olan azalım swab basıncı olarak tanımlanmaktadır. Günümüzde enerji kaynaklarına olan talep artışı nedeniyle petrol, gaz ve jeotermal kaynak arayışları önemini daha da arttırarak korumaktadır. Bu talep artışını karşılamak amacıyla daha önce araştırma yapılmamış yeraltı derinliklerinde ve su derinliğinin 3000 m’yi geçtiğini açık denizlerde yeni kaynak araştırmaları devam etmektedir. Sondaj operasyonları sırasında özellikle sirkülasyon sisteminden kaynaklanan maliyetler önemli bir yer tutmaktadır. Sondaj çamurunun toplam kuyu maliyeti üzerindeki payı yaklaşık %5 olmasına rağmen, özellikleri kontrol edilmezse kuyunun terkine varan milyonlarca dolarlık kayıplara neden olabilmektedir. Bu nedenle, oluşan maliyetlerin sondaj sırasında en aza indirilmesi için sondaj akışkanı özellikleri ile ilgili ve akışkanın hareketinden dolayı oluşan sürtünme basınç kayıpları hakkında iyi bilgilenme gereksinimi kaçınılmaz bir gerçektir. Böylesi bir amaca ulaşmak için şirketlerin çabalarının büyük bir kısmı hidrolik çözümlerini optimize etmek için yoğunlaşması zorunlu hale gelmektedir. Dolayısıyla, sondaj sektöründe kuyu içi hidrolik tasarımı önemli bir yer tutmaktadır. Diğer bir ifade ile sondaj operasyonunun hemen hemen her aşaması bir akışkanın hareketini içermesi nedeniyle, sıvının basınç kayıpları ile ilişkili hidrolik optimizasyonunu iyi tasarlamak için akışkanın kuyu içinde davranışın ve özelliklerindeki değişimin araştırılması gerekmektedir. Manevra sırasında dizi hareketinden, sirkülasyon sırasında yüksek sirkülasyon debilerinde ve koruma borusunun kuyu içine indirilmesi sırasında oluşan sorunlar özellikle güvenli sondaj çamur yoğunluğu aralığının dar olduğu bölgelerde daha da önemli olmaktadır. Dizi veya koruma borusunun kuyuya yüksek hızla indirilmesi sırasında kuyu içinde yüksek “surge” basıncı oluşmaktadır. Bu basınç artışı, en kötü koşul olarak, formasyon çatlatma basınç limitini aşarak delinen formasyonda çatlak meydana getirilmesine ve kayıp sirkülasyon olarak adlandırılan yoğun çamur kaçaklarına yol açabilmektedir. Tersi durumda, “swab” basıncından dolayı kuyu içi basıncı formasyon basıncının oldukça altına düşerek formasyondaki bulunan akışkanın kuyu içine akmasına ve diğer bir ifade ile kuyunun canlanmasına (kick) sebep olmaktadır. Dolayısıyla, surge ve swab basınçlarının doğru bir şekilde tahmin edilmesi maksimum dizi hızını kuyu içi basıncının gözenek ve formasyon basınç limitleri arasında sağlanarak belirlenmesi açısından son derece önemli ve kritiktir. Ayrıca bu basınçların doğru bilinmesi dar anülüs açıklıkları içinde koruma borularının indirilmesi sırasında da aktif bir rol oynamaktadır. Diğer yandan, kuyu içi basınç dalgalanmasının değişimi doğrudan çamurun akma noktası ve jel kuvvetinden etkilenmesinden dolayı seçilen çamurun reolojik özellikleri iyi bir şekilde incelenip kontrol altına alınmalıdır. Yüksek sıcaklık ve yüksek tuzluluk gibi zorlu sondaj koşulları, çamurun reolojik özelliklerini etkilediği için çamur stabilitesini bu koşullarda korumak sondaj mühendisinin önemli sorumlulukları arasındadır. Yüksek sıcaklık çamur sisteminin flokülasyonuna yol açarak kabul edilmeyecek değerlerde akma noktası ve jel kuvvetlerine sebep olmaktadır. Bu nedenle, böyle bir çamurun kuyuda dolaşımı sirkülasyon ve manevra sırasında yüksek sürtünme basınç kayıplarına neden olarak kuyu stabilitesi sorunlarını, sondaj süresini ve maliyetini arttırmaktadır. Bentonit kilini içeren sondaj çamurları genellikle sahalarda ucuz olmaları nedeniyle tercih edilmektedir. Ancak, yaygın olarak kullanılan bentonit kili ile hazırlanan katkılı sondaj çamurları sıcaklığın 150oC ve tuzluluğun 35000 ppm’i geçtiği zorlu sondaj ortamlarında görev yapamaması nedeniyle varil maliyeti 100 ABD Dolarını geçen sentetik çamurların kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çamurlara alternatif olarak sepiyolit bazlı çamurların kullanılabilirliği daha önce gerçekleştirilen bir çalışmada ortaya konulmuştur, (A. E. Osgouei, 2010). Bu çalışma kapsamında formüle edilen sepiyolit bazlı sondaj çamurlarının su kaybı özelliğinin yüksek sıcaklık ve tuzluluk koşullarında kontrol altına alınabildiği deneysel olarak gösterilmiştir. Fakat sepiyolit çamurlarının sondaj akışkanı olarak görevlerini yerine getirebilmesi ve sektörde etkin kullanıma sunulması amacıyla sepiyolit çamurunun kuyu koşullarında (yüksek sıcaklık ve yüksek basınç) reolojik özelliklerinin incelenmesi gerekmektedir. Bilgisayar kontrollü “Rheometer Model 50 SL High Temperature” adlı yüksek sıcaklık reometresinin kullanılması ile sondaj akışkanının reolojik özelliklerinin kuyu şartlarında (in-situ) belirlenmesi bu doktora çalışmasının amaçlarından birisidir. Genel olarak yaygın ve klasik bir yöntem olan yaşlandırma hücresi kullanılarak çamurların reolojik özellikleri belirlenmektedir. Klasik yöntemde istenen sıcaklık altında yaşlandırma hücresinde (aging cell) şartlandırılmış örneklerin soğutulmalarından sonra viskometre kullanılarak reolojik özellikler belirlenmektedir. Literatürde her iki yöntem arasında çamur türüne bağlı olarak önemli farkların olabildiği ve reometre ile belirlenen reolojik özelliklerin sondaj kuyusu koşullarını daha doğru canlandırdığı bildirilmektedir. Bu çalışmanın diğer bir önemi ise her iki yöntem ile reolojik özellikler belirlenerek iki yöntem arasındaki farklılık sepiyolit çamurları üzerinde incelenmiştir. Ayrıca bu çalışma kapsamında sepiyolit çamurları için elde edilen deneysel sonuçlar kullanılarak örnek bir kuyuda oluşan sürtünme basınç kayıpları ve bu çamurların kesinti taşıma yeteneği ampirik yöntemin yanı sıra sayısal yöntem (CFD analizi) ile de hesaplanarak modellenmiştir. Dolayısıyla bu çalışma deneysel ve teorik olarak iki fazdan oluşmaktadır. Çalışmanın birinci fazında sepiyolit çamurlarının ısıl etki altında özellikleri kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Sepiyolit çamurlarının ısıl reolojik özellikleri yukarıda bahsedilen her iki yöntemle araştırılmıştır. Yaşlandırma (aging) deneyinden elde edilen sonuçlar (statik koşul) ile kuyu koşullarını simüle edebilen reometreden elde edilen sonuçlar (dinamik koşul) karşılaştırılmıştır. Ayrıca sepiyolit temelli sondaj akışkanının yüksek sıcaklık ve yüksek tuzluluk içeren ortamlarda etkin bir reoloji sağlayabildiği gösterilmiştir. Sondaj akışkanlarının sadece reolojik ve su kaybı özelliklerinin uygun olması sahada kullanılabilecekleri anlamına gelmez. Bu özelliklerin yanı sıra yağlama ve dizi sıkışmasına neden olmaması da istenen özellikler arasındadır. Bu çalışmada, sepiyolit çamurlarının yağlama özelliği ve dizi sıkışmasına neden olup olmayacakları da deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmanın ikinci fazında kuyu içinde dizi hareketinden dolayı oluşan basınç dalgalanmalarına doğru bir şekilde tahmin edebilme amacıyla bir yarı-analitik yöntem geliştirilmiş ve bu yöntemin doğruluğu literatürde bulunan deneysel veriler ve deneye dayalı iki ampirik yöntemle (Burkhardt ve Schuh model) teyit edilmiştir. Gerçek kuyu koşullarını canlandırabilen reometre ile elde edilen sonuçlar çalışmanın ikinci fazında kullanılarak ve örnek bir kuyu geometrisi için hidrolik hesaplamalar yapılarak, kuyu içi hidrostatik basıncın ve sürtünme basınç kayıplarının nasıl değişebileceği hem analitik (Bingham Plastic, Power law ve Yield Power Law modeller), hem de geliştirilen yarı-analitik yöntem ile ve ayrıca CFD analizi kullanılarak gösterilmiştir. Diğer taraftan, sepiyolit çamurlarının kesinti taşıma yeteneği iki farklı yöntem ile karşılaştırmalı olarak yapılmıştır. Bu yöntemlerden birisi ampirik yöntem (Moore korelasyonu) olup çamurların “kesinti taşıma indeksi” olarak adlandırılan terim ile ifade edilmektedir. Kesinti taşıma yeteneğini belirlemek için ikinci bir yöntem olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yaklaşımı kullanılmış ve hesaplamalar İTÜ bünyesinde akademik ve araştırma kullanımına açık olan Ansys Fluent yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Bu araştırma çalışması sepiyolit çamurunun zorlu sondaj ortamlarında etkin çamur olduğunu göstermek için gerekli tüm özelliklerini inceleme amacıyla yapılan kapsamlı bir deneysel çalışmadır. Bu çalışmanın sonuçlarına göre sepiyolit bazlı çamurun özellikle zorlu sondaj koşullarında başarılı bir laboratuvar performansı gösterdiği kanıtlanmıştır. Bulgular klasik viskometre kullanılarak elde edilen örneklerin reoloji ölçümlerinin gerçek sıcaklıktaki değerlerden farklı olduğunu göstermiştir. Reometre ve klasik viskometre kullanılarak belirlenen viskozitelerdeki farklılık genel olarak artan sıcaklık ile daha da artmaktadır. Bu nedenle, ısıl işlem yapıldıktan sonra oda sıcaklığına soğutularak klasik viskometre ile elde edilen viskozite değerlerine göre yapılan hidrolik optimizasyonda dikkate değer hatalara yol açabilecek, böylece kuyu sondaj programlarından sapmalara, kuyu stabilitesi ve kuyu kontrolü sorunlarına, sondaj zamanının ve maliyetinin artmasına sebep olabilecektir.
Karbondioksit İçeren Rezervuarların Yeni Bir Boyutsuz Parametre (tank) Modeli İle Modellenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-08-18) Hoşgör, Fatma Bahar ; İnanç, Türeyen, Ömer ; 10122364 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering

Türkiye’nin enerji ve elektrik ihtiyacı nüfus artışı ve sanayileşme hızıyla orantılı olarak artmaktadır. Enerji ihtiyacının büyük bir kısmı yurtdışından ithal edilen fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının giderek azalması ve yakıldığında havaya verdiği yüksek orandaki karbondioksit nedeniyle kirlilik yaratması gibi nedenler alternatif enerji kaynakları arayışını arttırmıştır. Jeotermal enerji düşük karbondioksit emisyon oranı ile hava kirliliği yaratmaması, tükenmeyen, yenilenebilen ve ucuz bir enerji kaynağı olması nedeniyle önemli bir alternatif enerji kaynağıdır. Ülkemiz jeotermal kaynak zenginliği açısından dünya çapında en ön sıralarda yer almaktadır. Enerjide genel olarak dışa bağlı olduğumuz için yerli enerji kaynaklarının kullanımı daha büyük önem arz etmektedir. Ülkemizin giderek artan enerji ihtiyacının bir kısmının yerli kaynağımız olan jeotermal enerji ile karşılanması enerji bağımlılığımızı azaltıp ülke ekonomisine önemli bir katkı sağlayacaktır. Bu nedenle jeotermal enerjinin en verimli ve en doğru şekilde kullanılması açısından bu konu ile ilgili çalışmalar hız kazanmalıdır. Türkiye’de özellikle son on yıl içinde jeotermal enerjinin kullanımında büyük gelişmeler sağlanmıştır. Jeotermal enerji sıcaklığına bağlı olarak başta elektrik üretimi olmak üzere konut ısıtması, sera ısıtması, termal turizm-tedavi ve endüstri gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Türkiye’nin mevcut elektrik kurulu kapasitesi Haziran 2016 itibariyle 695 MWe olarak ve doğrudan kullanım kapasitesi ise 3676 MWh olarak verilmektedir. 2005 yılında jeotermal elektrik kurulu kapasitesinin 17.8 MWe olduğu değerlendirilirse ülkemizde jeotermal enerji kullanımının ne derecede geliştiği görülmektedir. 2014 yılında 38 sahayı kapsayarak yapılan bir çalışma sonucunda elektrik potansiyelinin istatistiksel p10 değerinin 1673 MWe, p90 değerinin ise 3140 MWe olduğu görülmüştür. Yine aynı çalışma, ısıl potansiyel için p10 değerini 5600 MWt ve p90 değerini ise 11400 MWt olarak vermektedir. Mevcut kullanım ve potansiyel dikkate alındığında jeotermal enerjinin kullanımının ülkemizde önümüzdeki yıllarda gelişmeye açık olduğu görülmektedir. Jeotermal enerji kaynağının kullanımının en etkin şekilde yapılabilmesinde rezervuar mühendisliğinin önemi oldukça fazladır. Rezervuar mühendisliği hesaplamalarının gerçekleştirilebilmesi için jeotermal rezervuar modelinin geliştirilebilmesinde yapılan varsayımların gerçeği mümkün mertebe temsil etmesi gerekmektedir. Literatürede ilk jeotermal rezervuar modellerinde rezervuar akışkanı modellenirken saf su varsayımı yapılmıştır. Fakat tüm dünyada birçok jeotermal rezervuarda su içinde çözünmüş olarak CO2, N2, NH3, H2 ve H2S gibi yoğuşmayan gazlar bulunabilmektedir ve miktaları kütlece %10 mertebelerine varabilmektedirler. Bu gazlardan hem miktar hem de etki olarak en belirgin olan yoğuşmayan gaz karbondioksittir. Ülkemizde de hemen hemen tüm jeotermal rezervuarlarda rezervuar suyunun içinde çözünmüş olarak karbondioksit bulunmaktadır. Türkiye’de enerji üretimi bakımından en büyük kapasiteye sahip olan Kızıldere, Germencik, Salavatlı ve Afyon Ömer-Gecek gibi jeotermal rezervuarları incelendiğinde çoğunun karbondioksit içerdiği gözlemlenmektedir. Örneğin, Kızıldere sahasında rezervuar suyu ortalama kütlece % 1.5 oranında karbondioksit ihtiva etmektedir. Bu oran derinlere inildikçe % 3 mertebelerine varabilmektedir. Ömer-Gecek ve Germencik sahaları da % 0.4 ve % 2.1 oranında çözünmüş karbondioksit içermektedir. Rezervuar suyunda çözünmüş karbondioksit içeren bu sahaların modellemeleri yapılırken karbondioksit etkisinin gözardı edilmesi hatalı sonuçlara sebep olur. Karbondioksit varlığı rezervuarın termodinamik koşulları ve faz bileşimlerini etkilemektedir. Karbondioksitin su üstündeki en büyük etkisi ayrışma basıncını arttırmasıdır. Bu etki belirli bir sıcaklıkta sıvı fazından gaz fazına geçişin daha yüksek basınçlarda gerçekleşmesini sağlar. Üretimle basınç düşerken daha yüksek basınçta gazlaşma oluştuğundan ve iki fazlı akışkanın yüksek sıkıştırılabilirlik özelliğinden dolayı, rezervuar basıncı korunmuş olur. Yani, üretim sırasında karbondioksitin kısmi basıncı rezervuar basıncının düşümüne olumlu olarak katkıda bulunarak basınç düşümünü azaltır. Çok küçük karbondioksit miktarları bile rezervuar basınç davranışını önemli ölçüde etkilemekte ve ayrışma basıncını önemli ölçüde değiştirebilmektedir. Karbondioksitin bir diğer etkisi de bir jeotermal sahada üretim başladığında suyun termodinamik davranışını değiştirmesidir. Karbonsioksitin akışın taşınım ve termodinamik karakteristiği üzerinde etkisi vardır. Rezervuarda özellikle basınç-sıcaklık dağılımını ve faz kompoziyonunu etkiler ve iki fazlı bölgeyi genişleterek gaz doymuşluğunu arttırır. Bu çalışmada, karbondioksit içeren jeotermal sahaların akışkan ve ısı üretimi davranışını incelemek ve tahmin etmek amacı ile izotermal olmayan akışı göz önünde bulunduran yeni bir lumped parametre modeli geliştirilmiştir. Literatürde geliştirilmiş izotermal olmayan lumped parametre modelleri genellikle rezervuarların sadece su içerdiğini varsaymaktadır. Ülkemizde bulunan jeotermal sahaların çoğu karbondioksit içerdiği için, bu rezervuarlar değerlendirilirken akışın taşınım ve termodinamik karakteristiği üzerinde etkili olan karbondioksit de modellemede yer almıştır. Modelleme yöntemi olarak, kullanımının basitliği ve büyük bilgisayar kapasitelerine gereksinim duymaması nedeni ile boyutsuz parametre modeli seçilmiştir. Bu yöntem, rezervuara giren ve rezervuardan çıkan kütleler gözetilerek ve akışkan/kayaç özellikleri kullanılarak, zamana veya rezervuardan yapılan üretime göre ortalama rezervuar basıncı ve sıcaklığının davranışını belirlemeyi amaçlayan bir modelleme şeklidir. Bu tür modeller özellikle sayısal model oluşturmaya yetecek verilerin henüz elde edilmediği rezervuarın erken zamanlarında sayısal modellere iyi bir alternatif oluşturmaktadırlar. Oluşturulan modelde, jeotermal sistemin her bir birleşeni kayaç ve akışkandan oluşan bir tank olarak tanımlanmıştır. Tanklar, bir rezervuarı, akiferi, ısı kaynağını veya doğal boşaltım gerçekleşebilecek bir bloğu temsil etmektedir. Rezervuar veya akiferi temsil etmek için modelleme çalışmasına bağlı olarak bir ya da birden fazla tank kullanılabilinmektedir. Burada, herhangi bir tankın başka bir tank ile keyfi sayıda bağlantı yaptığı düşünülmüştür. Tanklar arasındaki sıvı kütlesinin akış hızı için Schithuis yaklaşımı kullanılmıştır. Buna göre, beslenmenin tanklar ile beslenme kaynağı arasındaki basınç farkı ile orantılı olduğu varsayılmıştır. İzotermal olmayan ve karbondioksit içeren sistemler incelendiği için kütle korunumu ve enerji korunumu denklemleri buna uygun olarak geliştirilmiştir. Bu şekilde, ortalama rezervuar basıncı ve sıcaklığı ile beraber karbondioksit miktarı da incelenebilmektedir. Modelde kullanılan denklemler, su için kütle korunumu denklemi, tüm sistem için enerji korunumu denklemi ve karbondioksit için kütle korunumu denklemleridir. Elde edilen diferansiyel denklem takımları sayısal yöntemlerle çözülmüştür. Sayısal çözüm sırasında doğrusal olmayan davranışa sahip denklemleri çözebilmek için, Newton-Raphson tekniği kullanılmıştır. Jeotermal sistem tek veya çoklu tanklar olarak ele alınarak iki adet kütle ve bir adet enerji denklemi her bir tank için beraber çözülmüş bu sayede üretim, doğal beslenme ve re-enjeksiyon sebebi ile rezervuarda oluşacak basınç değişimlerinin yanı sıra sıcaklık ve karbondioksit miktarındaki değişimler de incelenmiştir. Model denklemleri ayrıca ısı iletimi etkisini de içerecek şekilde formüle edilerek iletim yolu ile oluşacak ısı akışının rezervuar performansına etkisinin de gözlemlenmesine olanak sağlanmıştır. Bunlara ek olarak, su-karbondioksit sisteminin davranışını modelleyen bir termodinamik paket oluşturularak geliştirilen modele entegre edilmiştir. Yapılan modelleme ile karbondioksit miktarındaki azalış ve artış takip edilebilmektedir. Model literatürde bulunan diğer boyutsuz (lumped) parametre modellerinden farklı olarak karbondioksitin etkilerini rezervuar performansı üstünde yansıtabilmektedir. Bu yönü ile çalışmada geliştirilen model orijinaldir. Ayrıca model birden fazla tank için geçerli olmakla birlikte her türlü konfigürasyon için kullanılabilmektedir. Oluşturulan tank modelin sonuçları, jeotermal sahaların incelenmesinde yaygın olarak kullanılan sayısal rezervuar simülatörü PETRASİM sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Ayrıca, literatürde verilen bazı önemli jeotermal sahalara ait basınç ve sıcaklık verileri ile kıyaslamalar yapılmıştır. Farklı sentetik senaryolar üzerinde çalışılarak sonuçlar değerlendirilmiş ve geliştirilen model kullanılarak duyarlılık analizleri yapılmıştır. Son olarak geliştirilen model, Türkiye’nin önemli bir jeotermal sahası olan Germencik sahasına uygulanarak bu saha için ileriye yönelik performans tahminleri yapılmıştır. Buna göre bu çalışmadan aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir: • Enjeksiyon sebebi ile rezervuarda oluşan basınç ve sıcaklık değişimleri ile karbondioksit miktarındaki değişim gözlemlenmiştir. • Duyarlılık analizleri yapılarak, çözünmüş karbondioksit oranının, üretim hızının, reenjeksiyon miktarının jeotermal rezervuarın basınç, sıcaklık ve gaz doymuşluğu üzerindeki etkileri incelenmiştir. • Bu modelleme çalışması ile, karbondioksit içeren jeotermal sistemlerin davranışı kapsamlı olarak incelenebilir ve jeotermal sistemin gelecekteki performansı sürdürülebilirlik açısından değerlendirilerek en uygun işletme stratejileri belirlenebilir. Jeotermal rezervuarlarda basıncın düşmesi ile birlikte ayrışma basıncına ulaşıldığında gaz fazı oluşmaktadır. Üretimin sabit kütlesel debide devam etmesi durumunda basınç davranışı gaz fazının açığa çıkması ile birlikte değişmektedir. Buna göre gaz fazı açığa çıktığında basıncın üretim ile birlikte azalım davranışı değişmektedir. Gaz fazı açığa çıkmadan önce suyun genleşmesinden ve doğal beslenmeden sağlanan üretim gaz fazının açığa çıkması ile birlikte bu üretim mekanizmalarına gazın genleşmesi de eklenmektedir. Gaz fazının açığa çıkmasından sonra basıncın azalımı azalmaktadır. Bunun nedeni ise gazın sıkıştırılabilirlik değerinin suyun ya da kayacın sıkıştırılabilirlik değerlerine göre çok daha yüksek olmasındandır. Böylece gaz daha fazla genleşmekte ve daha fazla basınç desteği sağlamaktadır. Jeotermal sahalarda su içinde çözünmüş karbondioksit miktarı üretim ile birlikte düşmektedir. Bu düşüşün birkaç nedeni bulunmaktadır. Bunlardan ilki üretim ile birlikte gerçekleştirilen enjeksiyon işlemidir. Enjeksiyon suyunda karbondioksit bulunmaması durumunda rezervuar içindeki karbondioksiti seyrelterek azalmasına neden olacaktır. Diğer bir azalım nedeni ise beslenme kaynağından kaynaklanabilmektedir. Eğer beslenme kaynağından gelen su içinde karbondioksit bulunmuyorsa o zaman aynı şekilde bu rezervuar içinde bulunan karbondioksiti seyreltecektir. Son olarak rezervuar içinde gaz fazının açığa çıkması durumunda su içindeki karbondioksitin gaz fazına geçmesi ile birlikte su içindeki karbondioksit oranlarında azalmalar meydana gelmektedir. Rezervuar içinde gaz fazı oluşması durumunda gaz kompozisyonunun iki bileşeni mevcuttur; karbondioksit ve su buharı. Gaz ilk oluştuğunda gaz kompozisyonu ağırlıklı olarak karbondioksitten oluşmaktadır. Başlangıç karbondioksit oranı ne kadar fazla ise gaz fazı içindeki karbondioksit oranı artmaktadır. Üretim ile birlikte basıncın da düşmesiyle gaz doymuşluğu arttıkça gaz kompozisyonunda su buharı miktarı artmaya başlar. Bu üretimin devam etmesi durumunda gaz içindeki karbondioksit oranının çok küçük mertebelere kadar düşmesine neden olabilir. Jeotermal suyun geri basılması jeotermal sahalar için büyük önem taşımaktadır. Geri basma oranlarına bağlı olarak basınç ayrışma basıncının altına düşebilir veya düşmeyebilir. Geliştirilen boyutsuz parametre modelinden ayrı olarak, sıvı etken jeotermal sahaların karbondioksit içeriğini tanımlayan yeni bir analitik yaklaşım türetilmiştir. Sadece karbondioksitin kütle denklemine odaklanan ve tanklar arası akışkan geçişi, beslenme, üretim ve reenjeksiyonda karbondioksitin kütlesel oranındaki değişiminni inceleyen bu yaklaşım sabit karbondioksit reenjeksiyonu ve kütlesel oran olarak değişken karbondioksit reenjeksiyonu durumları için geliştirilmiştir. Değişken re-enjeksiyon durumunda, karbondioksit reenjeksiyonunun rezervuardaki karbondioksit miktarı ile doğrusal olarak değiştiği düşünülmüştür. Değişken miktarlı karbondioksit reenjeksiyonunun tanımlanması, üretilen karbondioksitin olduğu gibi rezervuara geri basılması veya belirli bir oranda azaltılarak geri basılması durumlarının modellenmesine olanak vermektedir. Türetilen analitik denklemlerin kullanımı kolaydır ve karbondioksit miktarının zamanla nasıl değiştiği ve hangi parametrelerin en çok etkilediği gibi konularda fikir sahibi olunmasını sağlar. Reenjekte edilen suda karbondioksit oranı arttıkça rezervuardaki karbondioksit seviyesinin korunması sağlanır. Reenjeksiyon debisi düşük ise, akiferden beslenmenin rezervuardaki karbondioksit miktarı üzerindeki etkisi daha fazladır.

Gözat

Çıkarma tarihi ile FBE- Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri