JEOTERMAL SONDAJ Alperen Ali AYTEKİN

İ Ç İ NDEK İ LER 1.JEOTERMAL NEDİR? A.Jeotermal enerji nedir? B. Jeotermal enerji nerelerde kullanılır? 2. Jeotermal Sondajlar 3.Jeotermal Sondajların Sınıflandırılması A.Jeotermal Sondajların Programlanması B.Sondaj C.Borulama D.Çimentolama E.Kuyu Testleri 4. Jeotermal Sondajı farklılıkları 5. Jeotermal Ortamlarda Doğan Sorunlar ve Çözümleri 6.Kaynakça

1.Jeotermal nedir? Jeotermal kaynaklar; yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde biriken ısının oluşturduğu kimyasallar içeren sıcak su, buhar ve gazlardır, jeotermal kısaca yer ısısıdır. Jeotermal Sondaj ise; jeotermal kaynaklardan yararlanmak için yapılan sondaj türüdür. Jeotermal kaynaklar başlıca üç önemli bileşenden oluşur ki bunlar; Isı kaynağı, Isıyı yeraltından yüzeye taşıyan akışkan, Suyun dolaşımını sağlamaya yeterli kayaç geçirgenliğidir.

Jeotermal sahalarda sıcak kaya ve yüksek yeraltısuyu sıcaklığı jeotermal olmayan sahalarla kıyaslandığında; daha sığ yerlerde bulunur çünkü; magmanın kabuğa doğru yükselmesi nedeniyle ısıyı da taşıması, kabuğun inceldiği yerlerde yüksek sıcaklık farkından oluşan ısı akışı, yer altı suyunun birkaç kilometre derine inip ısındıktan sonra yüzeye doğru yükselmesidir.

Jeotermal enerji nerelerde kullanılır Elektrik Enerjisi Üretiminde Isıtma Sistemlerinde, Seraların ısıtılmasında, Ürün ve Gıdaların kurutulmasında, Kaplıca (turizm), Endüstriyel amaçlı kullanım, proses Isısı temini, kurutma gibi Kimyasal madde ve mineral üretimi, karbondioksit, gübre, lityum, ağır su, hidrojen vb.

2.Jeotermal sondaj Jeotermal sondajların 40 yıl civarında bir tarihi vardır ve petrol-doğalgaz sondaj tekniklerinin devamı şeklindedir. Jeotermal sondaj teknikleri, temelde petrol ve doğalgaz sondaj teknikleri ile aynıdır fakat edinilen tecrübeler sonucunda jeotermal sondajlar için bazı farklı uygulamalar geliştirilmiştir.

Jeotermal sondajlar şu şekilde sınıflandırılabilir; - Gradyan - Arama (/üretim) - Üretim - Geliştirme - Re-enjeksiyon - Gözlem kuyuları -Destekleyici çalışmalar - Kuyu logları, - Rezervuar testleri - Rezervuar izleme

Jeotermal sondajlar jeoloji, jeokimya, hidrojeokimya, jeofizik çalışmalar ve değerlendirmeleri yapıldıktan sonra belirlenen lokasyonlarda; elde edilen yorumların ve kavramsal modelin testi, rezervuar keşfi ve üretim amaçlı olarak yapılır. Gradyan sondajları; sahada yapılacak maliyeti yüksek derin arama kuyularının yerlerini daha sağlıklı belirlemede yardımcı olan, sahada sıcaklık dağılımının yoğunlaştığı seviyeleri belirleyen sondajlar olup, sahanın genel jeolojik yapısına ve hedefin boyutuna göre sayısı ve derinliği değişen sondajlardır.

Jeotermal sondaj Sondaj sırasında izlenecek adımlar beş ana başlık etrafında toplanırlar 1. JEOTERMAL SONDAJLARIN PROGRAMLANMASI 2. SONDAJ 3. BORULAMA 4. ÇİMENTOLAMA 5. KUYU TESTLERİ

3.1.JEOTERMAL SONDAJLARIN PROGRAMLANMASI Jeotermal amaçlı yapılmış olan jeolojik, jeokimyasal, hidrojeolojik ve jeofizik etütlerden elde edilen verilere göre; - kuyu derinliği - muhtemel litolojik log - muhtemel borulama planı hazırlanır.

Litolojik logda jeotermal anlamda önemli olan parametreler ve jeolojik seviyeler yeralır. Bunlar; - örtü kaya oluşturabilecek seviyeler - rezervuar seviyeleri - karşılaşılabilecek sıcaklık değerleri - karot alınacak muhtemel seviyeler - soğuk yeraltısuyu girişimi olabilecek seviyeler - kuyuda karşılaşılacak akışkanın muhtemel kimyası - ani geliş (blow-out) ihtimali olup olmadığı belirlenmeye çalışılır

- kuyu çapı ve derinlikleri - boru tipi, çapı ve yerleştirilme derinlikleri - çamur türü ve ilave malzemeleri (bentonit, barit, sondaj köpüğü vb.) miktarları - çimentolanacak seviyeler ve programı - çimento türü ve miktarı sondaj işleminden sorumlu yetkili tarafından belirlenir. Sondaj tekniği açısından ise; 1. yıkıntı ve akma 2. çamur kaçağı ve şişme 3. ani geliş (akışkan, gaz, buhar) yapabilecek ve sondaj problemlerine sebep olabilecek seviyeler belirlenmeye çalışılır

Kuyu delme işlemi sırasında jeotermal amaçlı olarak ilk yapılacak gözlem; - Başlangıç aşamasında şart olmamakla birlikte her metrede bir çamur(sondaj sirkülasyon sıvısı) giriş -çıkış sıcaklıklarının ölçümü - Her metrede bir çamurla gelen kayaç kırıntılarının incelenmesi Derinlik arttıkça kırıntı geliş süresindeki gecikmeler göz önüne alınarak kırıntının hangi derinliği temsil ettiğine dair düzeltme yapılması - Çamur tuzluluğundaki değişimler

- Çamurda renk değişimi - Çamurda viskozite değişimi - Çamurda gaz, kabarcık vb. oluşumların gözlenmesi ve kaydedilmesi - Karot alma gerekliliğinin tespiti - Gerekli görülen seviyelerde kuyu logu alımının sağlanması - Blow-out riski gözlemi (kontrolsüz sıvı akışı )

3.2.Sondaj 2.1. Döner Sondaj Yöntemi Formasyon ve basınç özellikleri dikkate alınarak, jeotermal amaçlı kuyularda şu döner sondaj yöntemleri kullanılmaktadır. - Düz çamur dolaşımlı sondaj - Üç konili matkap ve çift duvarlı tij ile ters dolaşımlı sondaj - Karotlu sondaj(gerekli olması durumunda) Jeotermal sahalarda test kuyuları ve sıcaklık gradyen ölçümü, litolojinin tam olarak saptanması gereken hallerde karotlu sondajlar yapılmaktadır. Üretim kuyularındaki uygulaması çok nadirdir.

3.2.Sondaj

3.2.Sondaj 2.2. Döner-Darbeli Sondaj Yöntemi - Kuyudibi çekici ile düz dolaşımlı sondaj(Havalı sondaj) - Kuyudibi çekici ve çift duvarlı tij ile ters dolaşımlı sondaj

3.3. BORULAMA Jeotermal sondaj kuyularında muhafaza boruları(casing); - Yüzey akiferlerini veya düşük sıcaklıklı akışkan taşıyan zonları kapatmak - Kuyuların zayıf ve çatlaklı seviyelerinin kapatılması - Sondaj sırasında istenilmeyen değişik basınçlardaki sıvıların kuyuya girişini önlemek - Kaçaklı zonlar geçilirken çamur kaçaklarını önlemek - Kuyu başı ekipmanlarını bağlamak - Formasyonlar arası akışkan geçişini önlemek

3.3. BORULAMA - Kuyu çapını korumak (üniform çapta kuyu) - Sondaj sırasında olabilecek ani gelişleri (blow- out olaylarını) önlemek ve kuyuda basınç kontrolünü sağlamak - Üretim sıvısını yüzeye alabilmek ve kuyu üretiminin sürekli olarak yapılmasını sağlamak gibi amaçlarla kuyulara indirilir.

3.3. BORULAMA Değişik jeotermal sahalarda farklı fiziksel-kimyasal formasyon (rezervuar) şartları bulunması yanı sıra, boruların indirileceği derinlikler de farklı olacağından bu borular mikro yapıları, et kalınlıkları, diş ve manşon tipi olarak farklı tiplerde üretilirler. API (Amerikan Petrol Enstitüsü) tarafından standardize edilen borular tanınmaları için değişik kod numaraları ve üzerlerinde farklı renk bantları konularak kullanıma sunulurlar. Jeotermal sondaj kuyularına muhafaza borusu(casing) indirme derinlikleri genel ihtiyaçlar, yapılan pratik uygulamalar ve kuyu problemlerine bağlı olarak değişir.

3.4. ÇİMENTOLAMA Çimentolama işlemi; muhafaza borusu- kuyu duvarı ve kuyu kademelerinde kullanılan muhafaza borusu duvarlarının tamamen çimento şerbeti ile doldurulması işlemidir. Çimentolanan seviyeler, muhafaza borularının birbirleri ile ve kuyu duvarı (formasyon) ile bağ oluşturarak yük taşıma ve özel kuyu şartlarına karşı dayanım sağlama görevi görürler.

4. ÇİMENTOLAMA Sertleşmiş çimento sütunu, sıcak akışkan ve gazların sebep olabileceği korozyona karşı muhafaza borularını korur ve sıcak akışkanın muhafaza borusu dışından kontrolsüz akışını önler. Yapılan çimentolamada boşluk kalması durumunda, sıcaklık etkisi ile muhafaza borusunda oluşacak arızalar artacak ve önlenemeyen problemlere sebep olabilecektir.

4. ÇİMENTOLAMA Başarılı bir çimentolama işlemi planlama, işlemin yapılması, sonuç ve değerlendirme olmak üzere üç aşamadan oluşmaktadır. Aşamalar birbirlerine bağlı olup bir önceki çimentolamadan elde edilen sonuç ve değerlendirmeler bir sonraki çimentolamanın planlanmasında kullanılabilir.

3.5. KUYU TESTLERİ Jeotermal kuyularda rezervuar değerlendirmesi için yapılan kuyu testleri şunlardır; Sıcaklık Testi - Basınç Testleri - Üretim Testleri - Gaz Ölçümleri - Girişim Testleri - Re-Enjeksiyon Testi - İzleyici Testler

4.Jeotermal Sondajın Farklılıkları Kuyu dizaynı konusunda farklılıklar olabilir. Muhafaza borusu kimi sondajlarda soğuk su karışımını önlemek için kullanılır. Bu muhafaza için kullanılan borunun tipini seçerken sıcaklık ve korozyona dayanım çok büyük önem taşımaktadır. Kuyu başı ekipmanları tercihen kuyuya göre değişebilir. Kazılan kuyularda Blowout durumlarına karşı her kuyuda kesin emniyet için preventer, anüler vanalar ve drilling spool gibi yan çıkışlı vanalar önemle gerekmektedir.

4.Jeotermal Sondajı farklılıkları Kule seçiminde çevresel ve lokasyonal faktörlerin dikkate alınması gerekir. Çimentolama işleminde yer alan farklılıklar genel olarak Blowout riskine ilişkin alınmış önlemlerdir. Bu önlemleri almadan önce muhafaza borularının indirildiği derinlikler önemle tespit edilmelidir. Kuyu kontrolü de her kuyu için farklı bir prosese sahiptir. Kuyuların özelliklerine göre farklı önlemler alınabilir.

5. Jeotermal Ortamlarda Doğan Sorunlar ve Çözümleri 1. Magmatik, Volkanik ve Metamorfik Kayaçları Delen Sondaj Matkaplarında Karşılaşılan Sorunlar 2. Yüksek Sıcaklıktan Kaynaklanan Sorunlar ve Çözümler A. Jeotermal Kuyularda Çimentolama B. Jeotermal Kuyularda Koruma Borusu Tasarımı

5.1. Magmatik, Volkanik ve Metamorfik Kayaçları Delen Sondaj Matkaplarında Karşılaşılan Sorunlar Formasyonun aşındırıcı olması dolayısıyla matkap çapı azalması, · Aynı sebepten aşırı diş ve yatak aşınmaları, · Yüksek sıcaklık dolayısıyla lastik aksamların kısa zamanda bozularak işlevlerini kaybetmesi, Sıcaklığın 200°C üzerinde olması durumunda, karbon çeliklerinin akma mukavemetlerinde azalma dolayısıyla, matkap ömrünün kısalması. Bundan ötürü, tüm bu sorunları önlemek için, sert kayaçlarda yapılan jeotermal sondajlarda kendiliğinden yağlanabilen“insert” tip delici kullanılır

5.2. Yüksek Sıcaklıktan Kaynaklanan Sorunlar ve Çözümler A. Jeotermal Kuyularda Çimentolama Jeotermal kuyularda çimentonun en büyük sorunu yüksek sıcaklıklarda çimento mukavemetinin kaybolmasıdır. Bunu önlemek için çimentoya %35 oranında silika unu katılmaktadır. Bilinen çimento bileşimleri yüksek sıcaklıkta mineral dönüşümleri dolayısıyla, çimento özelliğini ve mukavemetlerini yitiriler. Çimentoya katılan silika unu, sıcaklığın yükselmesiyle çimento içinde varolan minerallerle tepkimeye girerek, Tobermorit, Truskotit ve Ksonolit gibi sıcaklığa dayanıklı yeni minerallerin oluşumunu sağlar. Böylece oluşan yeni bileşim, yüksek sıcaklıklı ortamlarda çimentonun bozulmasına engel olur.

5.2. Yüksek Sıcaklıktan Kaynaklanan Sorunlar ve Çözümler B. Jeotermal Kuyularda Koruma Borusu Tasarımı Bu tip kuyularda, normal koruma borusu tasarımı yapıldıktan sonra, aşağıdaki faktörler göz önüne alınarak yeni bir tasarım yapılır. Sıcaklık, Korozyon,Çökelme Eğilimli Akışkanlar Tasarımı etkileyen yukarıdaki faktörlerden en önemlileri sıcaklık ve korozyondur. Sıcaklık ısıl genleşmeye ve dolayısıyla gerilmelere sebep olur ve gerilme de aşağıdaki gibi hesapla nır: S = β * E * T β : Isıl genleşme katsayısı, 6.9 x 10 6 psi T: Sıcaklık farkı, 0 F E: Elastisite modülü, 30 x 10 6 psi

YARARLANILAN KAYNAKLAR Özdemir, A., 2007; Sondaj Tekniğine Giriş. Omay Matbaası. 74 s. Serpen, U., Control of Blown­Out Geothermal Well in Bursa­Çekirge. Proceedings of 13 th International Petroleum Congress and Exhibition of Turkey, June 4­6, 2001, pp. 523­530. Serpen, U., Jeotermal Enerji Ders Notları Serpen U., Jeotermal Sondaj Özellikleri. Ankomak Sondaj Sempozyumu, Ankara, Nisan 1990.