Petrol Jeolojisi (JFM- 435) Petrol Rezervuarı Özellikleri Prof. Dr. Levent Gülen lgulen@sakarya.edu.tr Ofis: 1303 Tel: 0264 295-5711 Ders - 6

Hidrokarbonların (petrol+doğal gaz) oluşumu ve birikimi için beş şartın sağlanması gerekir. Bunlar: 1- Organik maddece zengin kaynak kayaların varlığı, 2- Organik maddeleri hidrokarbonlara dönüştürebilmek için gerekli olan sıcaklık ve zaman, 3- Oluşan hidrokarbonları içinde barındırabilecek ve kapanlara göçünü sağlayabilecek, uygun gözeneklilik (porozite) ve geçirgenlik (permeabilite) özelliklerine sahip rezervuar kayacı, 4- Rezervuar kayaçlarını sınırlayan, petrol ve doğal gazın sızmasını önleyebilecek düşük geçirgenlik özelliğine sahip kayaçlar (örneğin şeyl), 5- Rezervuar kayacında hidrokarbonların birikmesini ve kaçmamasını sağlayacak kapanlardır.

Teorik olarak herhangi bir kayaç petrol ve doğal gaz için rezervuar özelliklerine sahip olabilir. Ancak en yaygın rezervuar litolojileri karbonatlar (kireçtaşı+dolomit) ve kumtaşlarıdır. Bunun da nedeni kayaçların petrol ve doğal gaz rezervuarı olabilmeleri için iki önemli özelliğe sahip olmaları gerekir. 1- Gözeneklilik (porozite), 2- Geçirgenlik (permeabilite)

GÖZENEKLİLİK (porozite): Öncelikle kayaçların içlerinde petrol ve doğal gazı barındırabilmeleri için sünger gibi gözenekli bir yapıya sahip olmaları gerekir. Gözeneklilik (porozite) boşluk hacminin toplam kayaç hacmine oranının yüzdesi olarak tanımlanır ve Φ ile gösterilir.

Etkin Porozite açık ve yarı açık gözeneklerin oluşturduğu porozitedir. Toplam porozitenin etkin poroziteye oranı çok önemli olup, kayacın geçirgenliğini (permeabilite) belirler. Gözeneklerin büyüklüğü, geometrisi, bunları bağlayan kanalcıkların çapı bir rezervuarın üretim kapasitesini direk olarak etkileyen özelliklerdir.

Başlıca iki çeşit gözeneklilik tanımlanabilir. Birincil (Primary) gözeneklilik sedimanların çökelmelerinden sonra tanecikler arasında kalan boşluklardan oluşur. İkincil (secondary) gözeneklilik ise kayaçların oluşumundan sonra meydana gelen gözenekleri ifade eder. Bunlar genellikle karbonatların (kireçtaşı+dolomit) kimyasal çözünmesi sonucu oluşurlar. Ayrıca gözeneklilik “taneler içi” ve “taneler arası” olmak üzere iki guruba da ayrılabilir.

Kristaller arası gözeneklilikte oldukça önemlidir ve özellikle dolomitte gözlenir. Kalsit dolomitleşme süreci sonucunda dolomite dönüşebilir. Bu dolomitleşme sürecinde %13 hacim küçülmesi meydana gelir. Bu hacim küçülmesi nedeniyle dolomit kristalleri arasındaki boşluklar önemli bir gözeneklilik artışına neden olurlar.

Kayaçların değişik streslere maruz kalmaları sonucunda oluşan çatlak ve kırıklar gözenekliliğe neden olabildikleri gibi esas olarak bu çatlak ve kırık sistemleri geçirgenliği de önemli ölçüde artırırlar

Kayaçların gözenekliliği esas olarak üç yöntemle ölçülebilir. 1- Sondaj karotlarından direk ölçüm, 2- Kuyu loglarından endirek ölçüm, 3- Sismik verilerden endirek ölçüm.

GEÇİRGENLİK (permeabilite): Hidrokarbon rezervuarlarında aranan ikinci önemli özellik geçirgenlikdir. Kayaçlardaki gözeneklerin birbirleriyle bağlantılı olması geçirgenliği sağlar ve bu sayede hidrokarbonların rezervuar içinde akışı ve petrol kapanlarına göçü mümkün olur. Geçirgenlik (permeabilite) bir rezervuarın petrol üretim kapasitesi açısından da son derece önemli bir özelliktir. Geçirgenlik gözenekli bir materyalden akışkanların geçebilme, akabilme özelliği olarak tanımlanır. Bu konu bilimsel olarak ilk kez H. Darcy tarafından 1856 yılında araştırılmıştır. Darcy kanunu olarak bilinen akma hızı bu formülle ifade edilir. Burada: Q = akma hızı K = geçirgenlik (P1 – P2) = nümunedeki basınç düşmesi A = nümune kesit alanı L = nümune uzunluğu μ = akışkanın viskozitesidir.

Geçirgenlik (permeabilite) birimi Darcy’dir Geçirgenlik (permeabilite) birimi   Darcy’dir. Darcy şu şekilde tanımlanabilir : 1 centipoise viskoziteye sahip akışkanın, 1 atm/cm basınç düşmesiyle, 1 cm/s hızla akabildiği ortamın geçirgenliği 1 Darcy’dir. Birçok hidrokarbon rezervuarlarının geçirgenliği 1 Darcy’den çok daha küçük olduğu için milidarcy kullanılır. Genellikle hidrokarbon rezervuarlarının geçirgenliği 5-500 milidarcy arasındadır.

POROZİTE – PERMEABİLİTE - KAYAÇ DOKUSU İLİŞKİLERİ : Rezervuar kayacının dokusu o kayacın gözeneklilik ve geçirgenlik özellikleri ile yakından ilişkilidir. Sedimanların aşağıda verilen dokusal parametreleri kayacın porozite ve permeabilitesini önemli ölçüde etkileyebilir. 1- Tane şekli 2- Tane boyu 3- Boylanma 4- Tane dizilimi 5- Tane yönlenmesi

Tane Şekli : Yuvarlaklık ve küresellik tane şeklini belirleyen iki özelliktir. Yuvarlaklık bir tanenin ne derece köşeli olduğunu ifade eder. Küresellik ise bir tanenin ne derece küresel bir yapıya sahip olduğunun ölçüsüdür. Porozite küresellik arttıkça azalır. Çünkü küresel taneler daha sıkı bir tane dizilimi gösterirler.

Yuvarlaklık Derecesi

Tane Boyu : Tane boyunun özellikle permeabilite üzerinde etkisi fazladır. Küçülen tane boyu ile permeabilite azalır, çünkü boşluk çapı azalır ve kılcal basınç artar. Örneğin bir kumtaşı ve şeyl %10 poroziteye sahip iken, kumtaşı geçirgen bir rezervuar, şeyl ise geçirimsiz bir örtü kayacı özelliği gösterir. Aralarındaki en önemli fark tane boyudur. ÇAP (mm) İSİM   256 > Blok 64-256 Kaya 4-64 Çakıl 2-4 Granül 1/16 - 2 Kum 1/256 - 1/16 Silt < 1/256 Kil

Tane Boylanması : Porozite tane boylanması arttıkça artar. Çünkü tane boylanması azaldıkça iri tanelerin arasındaki boşluklar daha küçük taneler ile doldurulurlar. Yine aynı nedenle tane boylanması kötüleştikçe kayacın geçirgenliği de azalır.

Tane Boylanması  Kötü Boylanmış İyi Boylanmış

Tane Dizilimi : Sedimanların tane dizilimi de poroziteyi etkileyen faktörler arasındadır. Βir örnek verecek olursak eş büyüklükteki kürelerin kübik dizilimi maksimum poroziteye sahip iken (%48), bunların rombohedral dizilimi ise minimum poroziteye (%26) sahiptir.

Tane Yönlenmesi (Oryantasyonu) : Asında sedimanları oluşturan taneler doğada genellikle küresel bir şekle sahip değildir (oolitler haricinde). Örneğin kuvarz taneleri küresel olmayıp, daha çok silindirik bir yapıya sahiptir. Yine mikalar, kil mineralleri oldukca yassı bir şekle sahiptirler. Bu nedenle sediman tanelerinin yönlenme özellikleri porozite ve permeabilite açısından tane dizilimine oranla daha önemli bir faktör teşkil eder. Sedimanlar gerek çökelme sırasında, gerekse sıkılaşma sürecinde uzun eksenleri ve yassı yüzeyleri tabakalanmaya paralel olacak şekilde yönlenirler. Bu nedenle de genelde tabaka düzlemine dikey yöndeki geçirgenlik, yatay yöndeki geçirgenlikten çok daha azdır.

Porozite ve Permeabilite

Petrol Rezervi Hesaplaması : Bir petrol veya doğal gaz sahasında rezervin hesaplanması esas olarak Petrol Mühendislerinin görevidir. Ancak bu hesaplamalarda kullanılan veri girdileri Jeofizik Mühendisleri tarafından tayin edilirler. Yaklaşık Hacimsal Rezerv Hesabı : Jeofizik yöntemlerle saptanmış bir petrol kapanına sondaj bile yapılmadan önce yaklaşık bir rezerv hesabı yapılabilir. Üretilebilecek Petrol Rezervi (bbl) = V x F , burada : V = Hacim F = Birim hacim başına üretilebilecek petrol (bbl) bbl = Varil, Petrol endüstrisinde çok kullanılan bir birim olup, 159 litredir.

Hacim sismik verilerden elde edilen rezervuar geometrisine dayanarak aşağıdaki formüle göre hesaplanır. V = Hacim h = Kontur aralığı (Dilim yüksekliği) a0 = Petrol/Su kontak yüzeyi alanı a1 = Birinci kontur içinde kalan alan an = n inci kontur içinde kalan alan

Rezervuar Yatay Kesitleri

Petrol Üretimiyle Rezervuarın Değişimi

Su Basınçlı Petrol Üretimi

Su Basınçlı Petrol Üretim Grafiği

Gaz Basınçlı Petrol Üretimi

Gaz Basınçlı Petrol Üretim Grafiği

Çözünmüş Gaz Basınçlı Petrol Üretimi

Çözünmüş Gaz Basınçlı Petrol Üretim Grafiği

Petrol Pompası – At Başı (Nodding Donkey)