1. PETROL KAYNAKLARI
VE SINIFLANDIRILMASI
Petrol mühendisleri yeni kuyular açılırken sondaj
masraflarını, bunların diğer yeni veya mevcut rezervuarlarla bağlantılarını
incelerler. Bir kuyudan başlangıçta üretilen günlük petrol miktarı, zamanla
kuyu basıncının azalması, kuyuya su birikmesi ve diğer faktörler nedeniyle
azalır.
2000 yılında Society of Petroleum Engineers (SPE), World
Petroleum Congress (WPC), and American Association of Petroleum Geologists
(AAPG) arasında kabul edilen (ve gelecekte yeni geliştirilecek bilgilerle
revize edilmeye açık olan) hampetrol kaynaklarının tanımları Tablo-1’de
şematik olarak gösterilmiştir.
Tablo-1: Hampetrol
Kaynaklarının ve Rezervlerin
Sınıflandırma Sistemi
(EK-4. HAMPETROL
KAYNAKLARININ VE
REZERVLERİN SINIFLANDIRMA SİSTEMİ)
Hampetrol (veya hidrokarbon birikintileri) kaynaklarının
veya rezervlerin miktarlarıyla ilgili yapılan teknik ve ekonomik hesaplamalar
her zaman tahminidir ve belli bir belirsizlik söz konusudur; dolayısıyla
tanımlar yapılırken belirsizlik derecesi belirtilmelidir.
Belirsizlik dereceleri, artan belirsizliğe veya azalan
kesinliğe göre muhafazakar tahmin, gerçekçi tahmin ve iyimser tahmin sırasını
izler.
Kaynakların tanımlanmasında tahminler aşağıdaki kalıplarla
ifade edilir:
·
Muhafazakar (conservative) tahmin; düşük
dereceli tahmindir
·
Gerçekçi (realistic) tahmin; iyi dereceli tahmin
·
İyimser (optimistic) tahmin, yüksek dereceli
tahmindir
Rezervlerin tanımlanmasında ise tahminler aşağıdaki şekilde
yapılmaktadır:
·
Muhafazakar tahmin ‘İspatlanmış (Proved)’:
Gerçek üretim miktarı, en az %90 (veya daha fazla) olasılıkla tahmin edilen
ispatlanmış rezervlere uygundur
·
Gerçekçi tahmin ‘İspatlanmış + Olası (Proved +
Probable)’: Gerçek üretim miktarı, en az %50 (veya daha fazla) olasılıkla,
tahmin edilen ispatlanmış + olası rezervlere uygundur
·
İyimser tahmin ‘İspatlanmış + Olası + Mümkün
(Proved + Probable + Possible)’: Gerçek üretim miktarı, en az %10 (veya daha
fazla) olasılıkla, tahmin edilen ispatlanmış + olası + mümkün rezervlere uygundur
Rezervler, bilinen akümülasyonlardan kazanılabileceği
düşünülen hampetrolün (doğal gaz, petrol ve benzeri maddelerin) tahminin
yapıldığı tarihte kalan tahmini miktarlarıdır.
Rezerv miktarları çalışmalarında temel kriterler; sondaj,
jeolojik, jeofizik ve mühendislik analizleri ve verileri, uygulanan belirleme
teknolojileri ve makul ekonomik koşullardır.
2. PETROL ARAMA
Yeraltı özelliklerinin incelenmesi bilim ve sanatın özenle
biraraya getirilmesini gerektirir. Örneğin, yapısal jeoloji, yer altındaki
oluşumlarla ilgili bilgilere yeryüzünden toplanan verileri değerlendirerek
ulaşır. Jeologlar bu bilgileri, yeraltındaki kayaçları inceleyerek veya arazi
buna uygun değilse uydular ve radarlardan alınan resimleri inceleyerek elde
ederler. Petrol araştırmada arama yapılan bölge ve alanlara göre uygulanan çok
çeşitli temel ve yardımcı metotlar vardır; bunlardan bazıları veya tümü
kullanılarak sağlıklı bilgilere ulaşılması sağlanır.
Örneğin, uzaktan kumanda metotları (uydu aracılığıyla alınan
görüntülerin analizleri, havadan alınmış jeofizik ve havacılık fotoğraflarının
analizleri), yüzey jeolojik haritaları, yüzey jeokimyasal incelemeler (toprak,
kayaç parçaları veya drenaj sistemler), yüzey jeofiziksel incelemeler,
elektrokimyasal incelemeler, keşif ve hedef sondajları, örnek alma ve inceleme,
v.s., gibi. Farklı kaynaklardan toplanan
pek çok “ham veri” araştırmacılar tarafından bir model içinde düzenlenir, değerlendirir
ve sonuçlandırır.
1. Jeolojik
Araştırmalar
Jeolojik çalışmalar
jeoloji harita alımı, stratigrafi kesitlerinin ölçülmesi, yapısal ve tektonik
araştırmalar, fasiyes araştırmaları, porozite ve permeabilite tayini, organik
jeokimya, yeraltı haritalarının yapılması gibi saha ve laboratuar
araştırmalarını içerir.
Çalışmalara yer yüzeyinin yüzey yapısının incelenmesi ve
jeolojik yönden petrol depozitlerinin bulunma olasılığı olan alanların
saptanmasıyla başlanır. Bunun için çok çeşitli sahalarda çalışılır; örneğin,
yer altı kayaçlarından ve diğer oluşumlardan, su, gaz ve petrol kuyularından
örnekler alınır, akışkanların özellikler, kayaçların porozite ve geçirgenlik
dereceleri incelenir. Toplanan veriler diğer araştırma dallarının bilgileriyle
de desteklenerek belirlenen alanın yüzey ve yüzey altı özelliklerinin içeren
haritası çıkarılır ve ekstrapolasyon teknikleri kullanılarak en yüksek olası
rezerv bölgeleri belirlenir. Jeolojik değerlendirmeler aşağıdaki gibi şematize
edilebilir.
2. Jeofiziksel
Araştırmalar
Jeofizik çalışmaları arama, sondaj ve saha geliştirme araştırmalarını
içeren çeşitli araştırmaları kapsar; örneğin, gravitasyonal, magnetik ve sismik
incelemeler gibi. Toplanan tüm veriler birarada değerlendirilerek
sonuçlandırılır.
a. Gravimetreler
Yeryüzünün gravitasyonal alanlarındaki çok zayıf ve
anlaşılması güç değişiklikler de yeraltındaki yapılarla ilgili bilgiler verir.
Bu değişiklikleri ölçmek için jeofizikçiler gravitemetre denilen hassas
enstrümanlarla havadan keşifler yaparlar. Yer yüzeyinin gravitesi hemen hemen
sabit olasına rağmen yüzeye yakın yüksek yoğunluklu kayaçların bulunduğu
alanlarda biraz artar. Bu nedenle gravitasyonal kuvvet, antiklinal oluşumların
üstlerine gelen yerlerde yükselirken, tuz domu oluşumların bulunduğu alanlarda
ise düşer.
Farklı yer altı oluşumları ve kayaç tipleri, yeryüzünü saran
gravitasyonal alan üzerinde küçük fakat farklı etkiler yapar. Gravitasyonal
kuvvet ölçümünde kullanılan standart metot gravite nedeniyle oluşan ivmenin
ölçülmesidir. İvme, yere düşen bir maddenin birim zamandaki hızıdır (ivme=hız/zaman).
Yeryüzünün farklı yerlerinde ivme değerlerinin değişik olmasının nedenleri
arasında ölçümün yapıldığı yerin enlemi, yüksekliği, topoğrafik ve jeolojik
özellikleri sayılabilir.
İvme ölçümü gravimetre denilen cihazlarla yapılır (Şekil-1.a).
Cihazda bir yaya bağlı olan bir kütle vardır; gravitenin artması veya eksilmesi
durumunda kütle, dolayısıyla yay aşağı veya yukarı doğru hareket eder, yayın
aldığı yol çok hassas bir skalada okunur; verilerde gerekli düzeltmeler
yapılır.
b. Magnetometreler
Yer altı oluşumlarının magnetik özellikleri ölçülerek
çeşitli jeolojik ve jeofizik bilgiler toplanır; kayaların mıknatıslanma özelliklerindeki farklılıklardan kaya türleri
saptanır. Magnetik alan şiddeti,
magnetometre denilen ve arz küresindeki çok küçük magnetik alan
değişikliklerini ölçebilen hassas cihazlarla ölçülür (Şekil-1.b). Bir bölgede magnetik alan şiddetindeki
farklılıklar yerin magnetik alanındaki değişimlerle o bölgedeki kayaların hacim
ve magnetik geçirgenliklerinin bir sonucudur. Magnetometrik verilerin
değerlendirilmesiyle yeraltındaki kayaç oluşumları ve tektonik tabakaların
hareketleriyle, petrol, doğal gaz ve diğer değerli minerallerin yerleri
saptanabilmektedir.
Magnetik araştırmalar
karadan, gemiden veya uçakla yapılabilir. Önceleri oldukça büyük ve
taşınması zor olan bu cihazlar belirli küçük alanlarda kullanılabilmekteydi.
Şekil-1: (a) Basit bir gravimetre, (b) basit
bir )magnetometre
1981 yılından bu yana magnetometre teknolojisiyle donatılmış
uydular aracılığıyla ölçümler bir kıtayı kapsayacak kadar geniş alanlarda
yapılabilmektedir.
Magnetik araştırmalar
petrol aramalarının ilk aşamalarında gerçekleştirilir; Havza temelinin
topografyasını belirlemede, fayları belirlemede, magmatik veya metamorfik
kayaların çökel kayalardan ayrılmasında, volkanik kayaları, dayk ve enjeksiyonları,
lav akıntılarını belirlemede kullanılır. Ölçülen magnetik alan şiddeti bileşeni
değerlerine göre gerekli düzeltmeler yapıldıktan sonra bu değerler bir harita
üzerine konarak münhanili bir harita yapılır. Magnetik alanın yatay ve
çoğunlukla da düşey bileşeni ölçülür.
c. Sismografik
Metotlar
Sismik metotlar petrol araştırmada kullanılan jeofizik
metotlardan en fazla kullanılanıdır; çünkü, yer altı tabakaları geometrisini en
doğru şekilde tanımlar. Tek dezavantajı diğer yöntemlere göre daha pahalı bir
inceleme yöntemi olmasıdır. Sismolojik inceleme yer altına gönderilen şok
dalgaların çeşitli kayaç tabakaları (antiklinal, fay, v.s.) tarafından geri
yansıtılmasına dayanır.
Sismik metot doğal ya da
suni olarak yaratılan titreşimlerin kayalar içerisinden geçerken uğradıkları
değişimlerin incelenmesi esasına dayanır. Şok dalgalar yaratılması için çeşitli
yöntemler kullanılır, örneğin, karada vibratörlü bir araçla zeminde
darbeler yaparak, veya küçük miktarlarda patlayıcı patlatarak, denizde
sıkıştırılmış hava tabancalarıyla, veya gemiden denize patlayıcı maddeler atarak.yaratılır (Şekil-2).
Şok dalgalar yüzey altında yol alır ve çeşitli kayaç
tabakaları tarafından yansıtılarak geri döndürülür. Kayaçların tipi ve
yoğunluklarına bağlı olarak yansımaların yol alma hızları değişik olur. Şok
dalgaların yansımaları çok hassas mikrofonlarla ölçülür; bunlar su üstünde
hidrofonlar ve karada sismometrelerdir. Geri yansıyan dalgalar jeofonlarda
toplanır ve bilgisayarlarla değerlendirilir. Yer bilimciler verilerden yer altı
kayaçlarının üç-boyutlu modellerini çıkarırlar.
Sismik metotlar kayaç tabakalarının sismik hızlarını ölçer;
yatay ve düşey yönlerde yapılan ölçümlerden tabakaların litoloji ve
geometrileri saptanır.
Bir sismik dalga, bir şok dalga (elastik dalga) veya
yeraltında yol alan vibrasyon gibi düşünülebilir. Dalganın yol alma hızı (veya
hızı) kayacın yoğunluğuna bağlıdır. Oluşan elastik dalgalar iki tiptir; P
dalgalar (primer veya “compressional” dalgalar) ve S dalgalar (shear dalgalar).
(Şekil-3).
Şekil-2: (a). Bir Sismometre. (b). Bir
vibratör aracından üretilen ses dalgaları ve sismik dalgalar (Institute of Petroleum
Şekil-3: P dalgalarının (A) ve S
dalgalarının (B) geçişi.
Sismik refleksiyon, petrol birikiminin (antiklinaller, tuz
domları, reefler ve faylar gibi) izlenebileceği çizelgelerin veya haritaların
hazırlanmasında kullanılır. Farklı kayaçlar şok dalgaları farklı hızlarda
geçirdiklerinden ortalama hız kayaç bileşimi hakkında önemli bilgiler verir.
Örnek olarak değişik bölgelerden toplanan veriler (alt ve üst değerler olarak)
Tablo-2‘da gösterilmiştir.
Sismik metotların iki temel türü vardır; sismik yansıma
(refleksiyon) ve sismik kırılmadır (refraksiyon). Sismik refleksiyon metodunda,
yer altı oluşumlarından (veya yapıların) yansıyan sismik dalgalar veya
pulsların yol alma zamanı ölçümleri kullanılır; elde edilen bilgiler arasında
malzemenin yoğunluğu ve yansıma yüzeyine olan derinliği bilgileri de bulunur.
Tablo-2: Bazı
Farklı Litolojik Örneklerde
Sismik Dalga Hızları
Kayaç tipi
|
Hız, km/s
|
Kayaç tipi
|
Hız, km/s
|
Granit
|
5.0-5.1
|
Kumtaşı
|
4.0-4.3
|
Bazalt
|
5.5-5.7
|
Shale
|
2.1-3.3
|
Kireçtaşı
|
5.9-6.0
|
Sismik refraksiyon esas olarak sismik hızın saptanmasında
kullanılır; sismik dalgaların yol alma süresinden şok merkezine olan mesafe ve
tabakanın yoğunluğu hesaplanır (Şekil-4).
Sismik Yansıma (Refleksiyon)
Yansıma Kanununa göre, bir yüzeye çarpana ışının normalle
yaptığı gelme açısı yansıma açısına eşittir. Yöntem, sismik dalgaların ulaşma
(varış) zamanının analizine dayanır; algılayıcının (sensör) hassas olarak ölçtüğü
dalganın ulaşma zamanından hiperbolik eşitlikle (Şekil-5) dalga hızı
hesaplanır. Dalga hızı kayacın yoğunluğuyla ilişkili olduğundan elde edilen
verilerden Kayaç Ünitesi !’in litolojik özellikleri saptanır.
Şekil-4: P ve S dalgaların hareketleri
Şekil-5: Bir sismik dalganın refleksiyonu
Sismik Kırılma (Refraksiyon)
Sismik refraksiyon
metodunda kullanılan cihazlar ve şok dalga kaynakları sismik yansıma yönteminde
kullanılanlarla aynıdır. Burada ölçülen şok dalgaların, yer altı oluşumlarından
(veya yapılardan) geçerken uğradıkları kırılmadır (Şekil-6). Kırılma, Snell
Kanunuyla tanımlanır; hız, gelme açısı ve yansıma açısı arasındaki bağıntıdan
hesaplanır. Bu yöntemle elde dilen sonuçlar refleksiyon metoduna kıyasla daha
az hassastır, fakat hız verileri, dolayısıyla litolojik bulgular daha güvenilirdir.
Şekil-6: Sismik dalgaların refleksiyon ve
refraksiyonunun kıyaslanması
3. Yüzey Jeokimyasal
Metotlar
Jeolojik keşifler, genellikle jeolojik ve jeofizik datalarla
entegre edilerek en güvenilir bulgular elde edilir; bunlara yüzey ve yüzey altı
keşif metotlarının katkısı oldukça azdır. Tüm
yüzey jeokimyasal metotlar, derinlerde oluşan ve kapanlarda tutulan hidrokarbonların,
değişik fakat algılanabilir miktarlardaki sızıntılarının saptanmasına dayanır. Jeokimyasal
keşif teknikleri doğrudan veya dolaylı yollardan yapılabilir.
Doğrudan tekniklerde yüzeye yakın yerlerdeki ve sığ
sulardaki çökeltiler, toprak ve su çeşitleri analizlenir, hidrokarbon
bileşikleri içerip içermedikleri incelenir. Dolaylı jeokimyasal keşif
yöntemlerinde ise toprak, çökeltiler ve bitkilerde hidrokarbon sızıntıları
nedeniyle olabilecek farklılaşmalar saptanır. Petrol sızıntılarının belirtileri çeşitli şekillerde olabilir:
·
Çökeltiler, toprak, su ve hatta atmosferde
anormal seviyelerde hidrokarbon konsantrasyonu
·
Mikrobiyolojik anormallikler ve parafin
kirliliği
·
Anormal seviyelerde helyum ve radon gibi
hidrokarbon olmayan gazlar
·
Kalsit, pirit, uranyum, elementel sülfür ve bazı
magnetik demir oksitler ve sülfürler oluşumu gibi mineralojik değişiklikler
·
Kil mineralinin değişmesi
·
Radyasyon anormallikleri
·
Jeotermal ve hidrolojik anormallikler
·
Jeobotanik anormallikler
·
Kırmızı yatakların renginin solması
·
Toprak ve sedimentlerin akustik, elektrik ve
magnetik özelliklerinde değişiklikler
Bakteri ve diğer mikroplar göç eden hidrokarbonların
oksitlenmesinde önemli rol oynarlar. Petrol sızıntılarının doğrudan veya
dolaylı olarak ortaya çıkışını mikrobik maddelerin aktiviteleri sağlar; bunlar,
hidrokarbonlarla etkileşerek yüzey yakınında bir oksitlenme-indirgenme bölgesi
(zon) oluşmasına ve gelişmesine yol açar. Bu oluşumlar hidrokarbonlar etkisiyle
kimyasal ve mineralojik değişimlerin gerçekleşmesine yol açan temel
kaynaklarıdır.
Şekil-7: Microseepage Model
Yüzey (ve yüzeye yakın) elemanlarında hidrokarbon sızıntısıyla meydana gelen değişim veya başkalaşım mekanizmaları çok karmaşık olduğundan pekçok etkinin incelenmesini sağlayabilecek değişik jeokimyasal keşif teknikleri geliştirilmiştir.
Bunlardan bazıları yüzeyden alınan örneklerde hidrokarbon
analizlerine bazıları sızıntı-ilişkili mikrobiyal aktivite ölçümlerine ve
bazıları da sızıntıların neden olduğu ikincil etkilerin incelenmesine dayanır.
Şekil-7‘deki model, hidrokarbon sızıntını ve toprak ve çökeltilerde
hidrokarbon-dolayı etkileri gösteren genel bir modeldir.
4. Diğer Metotlar
a. Uzaktan Algılama
Yöntemleri
Petrol aramada bilhassa başlangıç aşamasında kullanılan ve
son derece ucuz ve verimli bir yöntem olan uzaktan algılama yöntemleri,
yeryüzünden birkaç metre yükseklikten başlayarak üst atmosfer yüksekliğine
kadar yapılabilir. Petrol aramacılığında görsel, radar ve multispektral
yöntemler kullanılmaktadır.
·
Görsel Metot: Belli hatlar boyunca ve
belli bir yükseklikten uçan özel donanımlı bir uçakla çalışma alanının hava
fotoğrafları çekilir. Bunlar üç boyutlu bir görüntü oluşturacak şekilde aşmalı
olarak çekildikleri için stereoskoplarla incelenir ve yorumlanarak çalışılan
bölgenin jeoloji haritası oluşturulur
·
Radar Metodu: Uçak veya bir uydudan
yeryüzüne mikrodalga radyasyonları gönderilip bunların yansımalarının
resmedilmesi esasına dayanır. Bu yöntemde bulut, sis vb. gibi atmosfer olayları
resim kalitesine etki etmez, gece ve gündüz kullanılabilir. Radar
görüntülerinin sıhhat ve detayı çekimi yapan uçağın altına yerleştirilen
antenin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir
·
Multispektral Metod: Bu yöntemde
yeryüzündeki termal radyasyon hassas aletlerle ve bilgisayar yardımı ile
sayısal olarak kaydedilir. Değerler diğer yöntemlerdeki gibi optik olarak
kaydedilmediği için bilgisayarlar yardımı ile işlenerek çeşitli şekillerde
değerlendirilebilir
b. Keşif Kuyuları
Jeolojik ve jeofizik ipuçları önemlidir ve ümit vericidir,
ancak bir hampetrol veya gaz bölgesinin varlığının kesin olarak saptanması için
bir keşif sondajı yapılması gerekir. Açılan delikten kayaç ve akışkan örnekleri
alınır, uygun ölçme aletleri sarkıtılarak kayaç tipleri ve bulunan sıvı ile
ilgili gerekli data toplanır. Keşif kuyusu açılması pahalı ve zaman harcayan
bir işlemdir; bu nedenle, diğer araştırma verilerinin bir alanda petrol
olasılığının yüksek olduğunu göstermesi halinde uygulanır. Keşif kuyularında
Logging yapılarak yüzey altı oluşumları hakkında temiz ve detaylı bilgiler
edinilir (Bak. Kuyu Logları).
c. Koku İzlemesi
Gözlem ve ses incelemelerinden dışında bir de koku izlemesi
yapılır; bu amaçla geliştirilmiş olan ve “burun (sniffer; koklayıcı) denilen
bir yüksek teknoloji ürünü yüzey altındaki birikintilerden sızan eser
miktarlardaki gaz hidrokarbonları algılar.
3. SONDAJ
Yeraltında tutulan hampetrolün en büyük kısmı pompalanarak
çıkarılmaktadır. Kuyu basıncının yeterli düzeyde tutulması için, aşağıdaki
kısımlarda görüleceği gibi, çeşitli yöntemler uygulanır. Borular ve valflerden
hazırlanan bir sistemle kuyu başlarındaki akış kontrol altında tutulur.
Dünya petrolünün yaklaşık üçte biri deniz kuyularından
sağlanır; North Sea, Persian Gulf ve Gulf of Mexico gibi. Deniz kuyularının açılmasında
çok yüksek sabit platformlar kullanılır. Yarı-suya batık yapılar veya
gemilerden de deniz kuyuları sondajı yapılabilir. Kuyunun başlangıcı, su yüzeyi
ile okyanus tabanı arasındaki yaklaşık bir mil veya daha fazla olan mesafeden
sonradır. Sondaj hızı 30-60 feet/saattir. Açılan en derin kuyu yedi mil
dolayındadır.
1. Sondaj Tipleri
Eski dönemlerde petrol
sızıntılardan elde edilir, sığ petrol için maden ocakları gibi ocaklar
açılırdı. 19. Yüzyılın sonuna kadar kablolu sondaj aletleri kullanıldı; bunlar
darbeli sondajların bir türüdür ve kablo ucuna bağlanan bir delici ucun belli
bir ivme ile kuyuya düşürülmesi esasına dayanır. Günümüzde petrol arama ve işletmede
rotary sondaj sistemleri kullanılmaktadır. Bunlar kara ve deniz petrol alanları için farklı sistemler halinde
dizayn edilmişlerdir.
Çok bilinen ve uygulanmakta olan sondaj tipleri,
konvensiyonal dikey sondaj ve yönlü veya eğimli (slant, horizontal) sondajdır.
Ayrıca, Microhole
Drilling, Advanced
Cuttings Transport Facility, Gas Liquids Cylindrical
Cyclone, Fiber Optics,
Coiled-Tubing
gibi çeşitli sondaj tipleri üzerinde çalışılmaktadır. Bunlardan bazıları
uygulamaya alınmış, bazıları ise henüz araştırma ve geliştirme aşamasındadır.
a. Konvensiyonal (Dikey) Sondaj
Konvensiyonal kuyular, yüzeyden rezervuara (pay zone) kadar
dikey sondajla açılır. Bu yöntemler geleneksel olmakla beraber hala en çok
uygulanan sondaj tipleridir. Bunlar arasında döner darbeli sondaj (basit ve
ucuz, ekipmanın taşınabilir olması gibi avantajlara sahip eski bir sondaj
yöntemidir; pnömatik veya hidrolik olarak çalışan bir hammer kuvveti döner
sondaj ucuna iletir), darbeli sondaj (oldukça hızlı ve ucuzdur, 100 metre
dolayındaki derinlikler için çok elverişli bir sondaj yöntemidir), döner sondaj
sayılabilir.
Döner (rotary) sondaj, bazı kayaçların yapısal
elastiklikleri veya diğer özel fiziksel karakterleri nedeniyle darbeli
ekipmanlarla delinemediği, dolayısıyla gerekli örneklerin de alınamadığı
koşullarda tercih edilen bir sondaj yöntemidir.
Şekil-8: Bir sondaj donanımı (rig) ve yönlü ve
dikey sondaj şeması
20. Yüzyılın
ortalarından buyana petrol kuyularının açılmasında döner (rotary) sondaj)
tercih edilen bir sondaj yöntemi oldu. Rotary sondaj, bir borunun ucuna takılan bir matkabın boru ile birlikte
çevrilmesi esasına dayanır. Boru içerisinden kuyuya sondaj çamuru denilen özel
bir sıvı verilerek, kırıntıların yüzeye getirilmesi, matkabın soğutulması ve
kuyu basıncının kontrol edilmesi sağlanır.
Kuyu büyük matkapla
delinmeye başlanır, belli bir derinliğe gelinince kasa indirilerek bununla kuyu
cidarı arası çimentolanır. Daha küçük bir matkapla kuyu delinmeye devam edilir.
Rezervuardan zaman zaman karot denilen örnekler alınır.
b. Yönlü (directional)
(veya Eğimli) Sondaj
Bu tip sondaja, bazen eğimli (slant) sondaj da denir; bir
petrol keşif kuyusu ve üretim kuyusu açılırken, özellikle denizde açılan
kuyularda, dikey konumdan saptırılan sondaj tipidir. Bu tip sondajlar dikey
olarak ulaşılamayan yataklara uygulanır. Örneğin, sığ göller, koruma alanları,
demir yolları veya sondaj donanımının kurulamayacağı herhangi bir alanın
altındaki rezervuarlara ulaşmak uygulanan bir yöntemdir. Ayrıca uzun ve ince
rezervuarlar için de tercih edilir; bunlara dikey sondajla ulaşım verimli olmaz
(Şekil-8).
Eğimli sondaj, genellikle dikeyle 30-450 lik
kadar bir açıyla yapılır. Örneğin, bir gölün altında bulunan bir rezervuardan,
karadan yapılan eğimli sondajla petrol çıkarmak mümkündür. Böyle bir petrol
alanında tek bir blokta çok sayıda (4, 6, hatta 8) eğimli kuyu açılabilir.
Yönlü sondaj olarak çalışan, çeşitli sondaj teknolojileri
geliştirilmiştir; örneğin, yatay (horizontal) sondaj, çok-hedefli (multi-target) kuyu sondajı, yardımcı (relief) kuyu sondajı, çok katmanlı
(multilateral) kuyu sondajları gibi.
Yatay (Horizontal) Sondaj: 25 yıl kadar önce “döner
matkabın keşfinden beri endüstrideki en büyük değişikliği sağlayan” yöntem
olarak lanse edilen yatay sondaj, son 5 yıl içinde petrol endüstrisinde hızla
gelişti. Dikey sondajdan daha pahalı olan bu teknikle, verimliğin çok yüksek
olması nedeniyle, yılda 3000-4000 kuyu açılmaktadır.
Yatay sondajda bir petrol ve gaz kuyusundaki dikey şafta
ilaveten, başka türlü ulaşılamayan alanlara doğru bir veya daha fazla yatay
şaftlar da yerleştirilir. Teknik özellikle denizdeki sondajlarda önemlidir;
buralarda bir platform pek çok yatay şafta servis verebilir, verim artar.
Yatay kuyular üç sınıfa ayrılır; kısa (dikey kuyudan 20-40
feet mesafede), orta (dikey kuyudan 300-700 feet mesafede) veya uzun (dikey
kuyudan 1000-4500 feet mesafede) çaplı kuyulardır. Büyük çaplı olanlar
denizlerde açılan kuyulardır.
Eğimli sondaj yöntemlerinin uygulanması gereken özel
alanların (sığ göller, koruma alanları, demir yolları veya sondaj donanımının
kurulamayacağı yerler) altındaki yataklardan, bu alanlara herhangi bir hasar
vermeden kolaylıkla ulaşılır
Geleneksel doğrudan (dikey) sondaj ile modern yatay sondaj
arasındaki temel farklılıklar aşağıdaki gibi özetlenebilir.
·
Yatay sondaj tekniğiyle, dikey sondajla
ulaşılamayan ve değersiz kabul edilerek yararlanılamayan petrol damarlarına
girilerek elde edilen petrol verimini artırılır. Bir kuyudan geleneksel
yöntemlerle sürdürülebilen üretim ömrü, yatay sondajla %50 daha fazla
olabilmektedir
·
Doğrudan sondajda eğiminin dikey halden yatay
konuma geçirilmesi ancak 2000 feet kadar mesafeden sonra gerçekleşebilir; oysa
yatay sondajda sadece birkaç feetlik mesafede dikeyle 90 derecelik bir açı
sağlanabilir
·
Yatay sondajın maliyeti, geleneksel metotlara kıyasla %40-200 daha fazladır,
ancak üretimde elde edilen artış bu maliyet artışını karşılar
·
Tek bir sondaj platformundan 20 veya daha fazla
yatay veya eğimli kuyu açılabilir
2. Hazırlık Aşaması
a. Site Seçimi ve
Hazırlanması
Keşif alanlarının pek çoğu için site seçimindeki birincil
faktör dış dünyaya ulaşım ve boru hatlarına yakınlıktır; özellikle elverişsiz
hava koşullarında siteye ulaşımdaki zorlukların petrol ve gaz satışını olumsuz
yönde etkilemesi doğaldır.
Sondaj işlemine başlamadan önce seçilen sitede yapılması
gereken temel işler vardır; sondajın yapılacağı saha temizlenir, su sağlanır,
çevreyi koruyucu önlemler alınır, gerekli yollar ve binalar yapılır. Sonra,
çeşitli yaşama üniteleri ve nakliye araçlarıyla temel ve yardımcı ekipman
getirilir, hazırlanmış olar yerleşim planına uygun biçimde gerekli donanımların
montajı yapılır.
b. Sondaj Donanımı
(Drill Rig)
Kara ve deniz (offshore; kıyı-ötesi) sondajların pek çoğunda
rotary (döner) sondaj tekniği kullanılır. Tipik bir döner sondaj donanımı (rig)
aşağıdaki kısımları içerir.
Sondaj Kulesi; sondaj süresince tüm sistemleri tutan
uzun bir yapıdır.
Borular dizisi.
Matkap; sondaj borusunun en alt kısmına bağlanmış
delici bir uçtur. Sondaj borusu matkabı yüzey üzerindeki ekipmana bağlar,
içinden kuyu tabanına kadar inen sondaj çamuru pompalanır. Sondaj borusu çoğu
sistemlerde döner tabladaki döner hareketi matkaba iletir.
Sirkülasyon Sistemi: Sondaj çamurunu basınçla kelly,
döner platform ve sondaj borularına pompalayan, pompa, borular ve hortumlar,
çamur dönüş hattı, çalkalama ve eleme malzemeleri, taşıyıcı ve toplayıcı, çamur
karıştırma silosu gibi kısımlardan oluşur. Sondaj çamuru (veya sirkülasyon
akışkanı) karmaşık yapılı bir kimyasal karışımdır (çamur veya hava) ve sondaj önemli bir parçasıdır; sondaj
süresince izlenir ve özellikleri (viskozite, yoğunluk, vs., ) kontrol altında
tutulur. Sondaj çamurunun işlevleri, matkabı soğutur ve yağlar, sondaj
sırasında parçalanan kaya kırıntılarını toplayarak yüzeye taşır, formasyon
basıncına bir karşı basınç uygulayarak kuyuya zamanından önce akışkan (petrol
ve gaz) akışının engeller ve henüz kasalanmamış kuyunun çökmesini önler.
Şekil-9: Sondaj çamuru sirkülasyon sistemi
Döndürme ekipmanı: Bu sistemde sondaj borusunu tutan
ve döndüren büyük bir kol, dönme hareketini döner platforma ve sondaj borusuna
ileten 4-6 kenarlı çelik bir malzeme (kelly), döner platform, sondaj borusu,
kayaç delme işlemini yapan ve çeşitli şekiller alabilen elmas veya tungsten
karbürden sondaj ucu (matkap) bulunur.
3. Sondaj İşlemi
Sondaj donanımı kurulduktan sonra işleme bir başlangıç
deliği açılarak başlanır ve buradan, hampetrol kapanının bulunduğu varsayılan
seviyenin üzerinde bir derinliğe kadar bir yüzey deliği açılır; bu işlem beş
aşamada tamamlanır:
·
Deliğe delme ucu (matkap), halka (collar) ve
delme borusu konulur
·
Kelly ve döner platform bağlanarak delme
başlatılır
·
Sondaj ilerlerken boru ve matkabın dışından
sondaj çamuru sirküle edilir ve delikten çıkan kayaç parçaları yüzdürülerek
dışarı atılır
·
Delik derinleştikçe sondaj borularına yeni
bağlantı parçaları eklenir
·
Önceden saptanan derinliğe ulaşıldığında (bu,
birkaç yüz feetten 2000 feete kadar olabilir) sondaj borusu, halka ve matkap çıkarılır
Bu aşamada açılan deliğin kasalama ve betonlanmasına
başlanır. Kasa, sondaj boşluğu içine yerleştirilerek kuyunun çökmesini önleyen
ve sondaj çamurunun sirkülasyonunu sağlayan, kuyular arasında akışkan
transferini engelleyen büyük çaplı çelik veya beton bir borudur. İşlem, bu
amaçla kullanılan kasalama veya muhafaza borusunun (casing-pipe) deliğe merkezi
bir şekilde yerleştirilip, delikle boru arasında kalan boşluğa hazırlanan
çimento çamurunun pompalanarak doldurulmasıdır. Sonra çimentonun sertleşmesi
beklenir ve sertlik, düzgünlük ve sızdırmazlık gibi gerekli testler yapılır.
Sodaja bu şekilde kademe kademe devam edilir; delme,
kasalama, betonlama sonra tekrar delme. Sondaj çamuruyla dışarı atılan kayaç
parçalarında, rezervuar kayaçlarının petrol kumları görüldüğünde son derinliğe
ulaşılmıştır. Bu noktada sondaj cihazı çıkarılır ve buluntular üzerinde
incelemeler yapılır.
Modern kuyular açılırken sürekli bir işlem uygulanmaz; log
ve diğer testler için, ve ayrıca kasalama ve çimentolama işlemleri için sondaj
belirli aşamalarda durdurulur.
c. Kuyu Tamamlama
Bir kuyunun ticari miktarlarda petrol veya faz içerdiği
saptandıktan sonra sondaj donanımı kaldırılır, açılan kuyu boşluğuna, derinliğe
göre, uzun bir üretim kasa borusu sarkıtılarak tamamlama işlemine başlanır. Bu
aşamada gerekli kuyu incelemeleri ve testler yapılır (kuyu logları, karot
örnekler, drillstem testi gibi). Kuyu tamamlama işlemleri genellikle aşağıdaki
safhalardan oluşur.
·
Üretim kasa borusunun dışına çimento basılarak
kayaç duvarı ve boru arasındaki boşluk doldurularak sızdırmazlık sağlanır
·
Boru içine üretim derinliğine kadar, içinde
patlayıcı madde olan bir delgi tüfeği (perforating gun) sarkıtılır ve
patlatılarak kasada delikler açılır; böylece kayaçtaki petrolün kuyu boşluğuna akması
sağlanır
·
Bazan kuyuya petrol akışını artırmak için
kayacın geçirgenliğini artırıcı işlemler yapılır; en çok uygulananlar asit
enjeksiyonu ve kırma (fracture) işlemleridir. Rezervuar kayacı kireç taşıysa,
kuyuya ve deliklerin dışına asit pompalanır; asit, kireç taşındaki kanalları
çözerek petrolün kuyuya akmasını sağlar Rezervuar kayacı kum taşı ise, kum,
ceviz kabukları ve aluminyum pelletler içeren özel bir akışkan hazırlanır,
kuyuya ve deliklerin dışına pompalanır. Akışkanın basıncıyla kum taşlarında
küçük kırıklar oluşur ve petrol kuyuya
akmaya başlar; akışkandaki kum, ceviz kabukları ve aluminyum pelletler
oluşturulan kırıkların açık kalmasını sağlar
·
Kuyuya petrol akmaya başladığında sondaj
ekipmanı çıkarılır ve kuyudan petrol ve gazın çıkarılmasında kullanılacak olan
kuyuya kadar uzanan küçük-çaplı üretim borusu yerleştirilir. Borunun dışına,
kuyu seviyesine kadar, paker (bir sızdırmazlık aleti, bir ayarlayıcı ve
akışkanlar için bir giriş yolu olan düzenek) salınarak tüpün sızdırmazlığı
sağlanır (Şekil-10)
·
Son olarak üretim tüpünün üstüne Noel ağacı
(Christmas tree) denilen çok-valfli bir sistem takılır ve kasanın üzerine
betonlanır. Petrol ve gaz üretiminde Noel ağacı, kuyunun üstüne yerleştirilmiş
bir seri borular, bağlantı parçaları, pompalar ve valflerden oluşan ve kuyudan
çıkan petrol ve gazın akışını kontrol altında tutmak için kullanılan bir
pompalama sistemidir. Bazı gaz kuyuları, yer altından yüksek basınçla
kendiliğinden yüzeye çıktığından üretim için ayrıca bir pompalama sistemine
gerek olmaz. Bu gibi hallerde Noel ağacı, kuyudan gazın alınmasında gerekli
kontroller için kullanılır
Şekil-10: Tamamlanmış bir petrol kuyusu
d. Kuyu İnceleme ve
Formasyon Değerlendirme
Açılan bir kuyuda petrol çıkarsa ve kuyuda yeterli basınç
varsa petrol kendiliğinden yüzeye çıkar. Bu durumda kuyuya muhafaza borusu
döşenir, kuyu ağzına bir vana bağlanarak çıkan petrol tanklara alınır. Kuyudaki
rezervuar basıncı yeterli değilse kuyuya pompa (at başı sistemi) takılarak
petrol çekilir.
e. Kuyu Logları,
Drill Stem Test ve Karot (Core) Örnekler
Kuyu Logları
Loglar, yeraltı oluşumları hakkında bilgi toplamak amacıyla
sondaj boşluğu içinde yapılan bir dizi ölçümlerin sonuçlarıdır. Loglar, uzun
bir levha üzerindeki birkaç eğriden oluşur; bunlar, petrol, gaz ve suyun
bulunduğu yerlerle ilgili bilgilerin elde edilmesinde kullanılan, kuyu boşluğu
veya çevre oluşumları özelliklerini tanımlar. Kuyu incelemelerinde, çeşitli
loglardan yararlanılır.
Kuyunun dibine sarkıtılan ölçme aletleri (elektrik ve gaz
sensörleri, v.s.,), yukarı doğru çekilirken dipten başlayarak yüzeye kadarki
yol boyunca istenen değerleri ölçer, kaydeder ve yukarıdaki elemanlarca datanın
izlenmesine olanak verir. Kuyu logları çeşitlidir; bazıları bir kuyudaki kayaçların
tanımlanmasında kullanılır, bazıları kuyudan çıkarılan petrol ve gazın
sıcaklıklarını ve akış hızlarını ölçer, üretim kasasını çevre kayaçlara
bağlayan çimentonun kalitesini saptar.
Örneğin, “Akış bölgesi log analizinde (kayaç tipi)”, sondaj
işleminin belirli aşamalarında kuyu deliğine bir loglama seti indirilerek kayaç
ve akışkanın çeşitli özellikleri ölçülür (Şekil-11). Buradan elde edilen
veriler, kayaç örnekleri ve akışkanın analiz sonuçlarıyla kalibre edilerek
kayaçların tipi ve akışkanın karakterini teşhiste kullanılır. Kayaçların
çevresindeki kalıntılarının tanımlanmasıyla bir rezervuar veya seal kayacın
kalitesi ile rezervuar kayacın porozite ve geçirgenliğini saptanabilir.
Akışkanla ilgili ölçümler de yatakta hidrokarbonların varlığı veya yokluğuyla
ilgili bilgiler verir.
Loglar çeşitli şekillerde gruplandırılabilir; aşağıda bazı
log tanımları ve işlevleri verilmiştir.
Şekil-11: Akış bölgesi log analizi (kayaç
tipi)
Elektrik Logları
Doğal Potansiyel
(Spontaneous Potential): En eski loglardan
biridir. Kuyu içerisinde sonda yukarıya doğru çekilirken sonda içerisindeki
elektrot ile yeryüzüne yerleştirilmiş elektrot arasındaki doğal elektrik akımı
kaydedilir. Kuyu içerisini doldurmuş olan sondaj çamuru geçirgen madde görevi
yapar; .akım sondaj çamuru ile formasyon suyu arasındaki tuzluluk farkına
dayanır. Na+ ve Cl- iyonları daha konsantre sıvıdan daha
seyreltik sıvıya doğru akar ve böylece bir elektrik akımına neden olur.
Formasyonun permeabilitesi ile ilgili olan bu elektrik potansiyeli mili volt
cinsinden ölçülür.
Direnç (Rezistivite) Logu: Formasyonların elektrik
akımına karşı göstermiş oldukları görünür direnci ölçme esasına dayanan bir
logdur. Direnci etkileyen faktörler, formasyon
direnci, direnci ölçülen birimlerin alt ve üstündeki birimlerin dirençleri,
formasyon kalınlığı, çamurun direnci, kuyu çapı, çamur istila zonunun direnci. Formasyonların
elektrik dirençlerini ölçmek için 3 ana yol vardır:
·
Normal log: Bu yöntemde kuyu dibine sarkıtılan
sonda ile yüzey elektrotları arasında bir elektrik potansiyeli ve bir akım
oluşturulur. Sonda üzerinde
genellikle bir çift elektrod vardır. Sonda yukarıya çekilirken bunlar formasyon
rezistivitesindeki değişimleri kaydeder
·
Yatay
(Later) Log: Bu sistemde formasyon içerisine yatay olarak akım verilir. Böylece
yanal olarak birimlerin içerisine daha fazla nüfuz sağlanarak daha doğru rezistivite
değerleri ölçülür
·
İndüksiyon
Logu: Bu sistem tatlı su çamurlarında veya petrollü çamur sisteminde
kullanılır. Sonda üzerinde yüksek frekanslı alternatif (değişken) akım veren
bir verici ve bir alıcı vardır. Alternatif akım manyetik bir alan oluşturur, bu
da formasyon içerisinde halka şeklinde Fourcault akımlarına neden olur. Oluşan
bu akım formasyonun rezistivitesine göre değişim gösterir ve alıcı tarafından kaydedilir.
Bu yöntemde formasyon ile sonda arasında bir iletkene yani çamura ihtiyaç yoktur
Radyoaktivite Logları
Gamma Işını Logu
Kayaların
radyoaktiviteleri arasındaki farklardan yararlanarak hazırlanan bir logdur.
Gamma logları kayalardaki radyoaktif maddelerin bozunması sonucu açığa çıkan
gamma ışınlarını API derecesi cinsinden ölçer. Kayalardaki en yaygın radyoaktif
element potasyumdur. Bu mineral en bol olarak illitler içerisinde, daha az
miktarda da feldspat, mika ve glokoni içerisinde bulunur. Zirkon, monazit ve
çeşitli fosfat mineralleri de radyoaktiviteye sahiptir. Organik maddeler
bünyelerinde uranyum ve toryum biriktirirler. Bu nedenle petrol anakayaları,
petrollü şeyller, sapropeller ve algli kömürler radyoaktiftir. Gamma logu kuyu
çapından etkilenen bir log olduğu için kuyu çapını ölçen kaliper logu ile
birlikte kullanılır. Gamma logunun kullanıldığı alanlar arasında kasalanmış
kuyular, litolojik ayırım, rezervuarların shale (şeyl) veya kil oranlarının
belirlenmesi, kuyu korelasyonu sayılabilir.
Nötron Logu
Bu log alımı esnasında
formasyon radyoaktif bir kaynak tarafından nötron bombardımanına tutulur. Bu
bombardıman sonucunda içerisindeki hidrojen miktarına bağlı olarak kayadan gama
ışınları çıkar ve bunlar sonda üzerindeki bir alıcı vasıtası ile kaydedilir.
Hidrojen, formasyon
içerisindeki minerallerde bulunmamasına karşılık bütün formasyon sıvılarında
(petrol, gaz, su) mevcuttur. Bu nedenle nötron bombardımanına kayanın vereceği
tepki doğrudan kayanın gözenekliliği ile ilgilidir.
Nötron logu da kuyu
çapından etkilendiği için kaliper logu ile birlikte değerlendirilir.
Yoğunluk Logu
Gamma ışınlarının
formasyon içerisine gönderilip geri dönen miktarın ölçülmesi esasına dayanan
bir radyoaktivite logudur. Gamma-gamma aleti yardımı ile ölçülür. Gamma
ışınlarının geri dönme miktarı formasyon içerisindeki atomların elektron
yoğunluğu ile, bu da formasyonun asıl yoğunluğu ile ilgilidir. Formasyon içerisinde
gaz bulunması yoğunluğu düşürür, yüksek porozite değeri verir.
Sonik (Akustik) Log
Formasyonun akustik
hızının ölçülmesi esasına dayanan bir logdur. Sismik dalga hızını derinlerde
tayine yarar. Kuyu içerisine sarkıtılan aletin bir ucundan bir ses dalgası
gönderilerek diğer ucundan dönüş zamanı ölçülür. Bu zaman kayanın gözenek
miktarı ile denetlenir. Mikrosaniye/foot cinsinden ölçülen sesin transit
zamanından bir formül yardımı ile kayanın porozitesi hesaplanır. Sonik log muhafazasız
kuyularda kullanılabilir.
Porozite Logları Kombinasyonu
Formasyonun porozitesini
belirlemeyi amaçlayan elektrik, radyoaktivite ve akustik loglar formasyon
porozitesinin yanısıra litoloji, kil ve gaz içeriğinden etkilenirler. Bu
nedenle tek başlarına kullanılmaktan çok birarada kullanıldıklarında daha doğru
sonuçlar verirler. Örneğin gaz zonlarında nötron logu çok düşük porozite değerleri
verirken yoğunluk logu çok yüksek porozite değeri vermektedir. Bu farklı
porozite değerleri birlikte değerlendirilerek bir avantaja dönüştürülebilir.
Dipmetre (Eğim) Logu
Kuyu içerisine sarkıtılan ‘dipmetre sondası’ denilen bir
aletle kuyuda kesilen birimlerin eğimleri ölçülür. Bu alet esas itibariyle bir
çok kollu bir rezistivite logudur ve içerisinde aletin yönünü tayin eden bir
pusula mevcuttur.
Bugün, kuyu içine indirilen kameralarla kasanın içi videoya
kaydedilebilmekte, kasa içine akan akışkanın özellikleri saptanabilmektedir. Logging aletleri arasında çap, mekanik
özellikler, sıcaklık. tuzluluk, perforasyon derinliği, izci, enjeksiyon,
indüksiyon,ve çamur logları sayılabilir. Bunlar dışında yüzey direnci,
elektriksel direnç, tesirle polarizasyon gibi bazı metotlar da vardır.
Sondaj-Gövde (Drill-Stem
Test, DST) testi
Tahmin edilen rezervuar kayacına ulaşıldığında deliğe özel
bir düzenek sarkıtılarak basınç ölçmeleri yapılır ve belirli aralıklarla
akışkan örnekleri alınır. Böylece kuyudaki akışkan ve akışkanın akış hızıyla
ilgili verilere ulaşılır. Sondaj gövdesi, işlemde kullanılan tüm parçalardan
oluşur; kelly, sondaj borusu, bağlantı malzemeleri, gibi. DST test sistemi, yer
üstünden kumanda edilebilen valflar ve çıkış boruları ile
basınç-kaydedicilerden oluşur (Şekil-12).
Karot (Core) Örnekler
Kayaçtan örnekler (karot) alınıp jeolojik analizler
yapılarak rezervuar kayacı özelliklerini taşıyıp taşımadığı incelenir;
porozitesi, geçirgenliği, litolojisi, akışkan içeriği, dip (dalma) açısı ve
jeolojik yaşı saptanır (Şekil-13). Karotlar, sondaj ile alınan ortalama 10 cm
çapında silindirik numunelerdir. Karot numunesi karot tomografisi cihazıyla
ve/veya taramalı elektron mikroskopla incelenerek yapısı ve petrolün içeren
kılcal kanallar izlenir; gözenek olarak adlandırılan bu kılcal kanallar kristal
taneciklerin arasında bulunur ve ortalama 1-10 mikron boyutundadır.
|
Şekil-12: Kuyu boşluğu drill stem (oluşum
akışkanı petrol, gaz, su için test elemanları) |
Şekil-13: Yağ lekeli ve deformasyon yapılı
karot örnekleri |
Şekil-14: Bir petrol kuyusu pompası
4. PETROLÜN ÇIKARILMASI
Tamamlama donanımı çıkarıldıktan sonra kuyunun başına bir
pompa yerleştirilir. Pompa sistemindeki elektrik motoru bir dişli kutusunu
çalıştırır ve bir kol vasıtasıyla perdahlanmış-çubuk aşağı yukarı hareket eder.
Çubuk, bir emme-çubuğuna, bu da bir pompaya bağlıdır. Sistemin pompaya verdiği
kuvvetle yaratılan emmeyle petrol kuyudan dışarı çekilir (Şekil-14).
Petrol çıkarma yöntemleri, birinci (primer) ve ikinci
(sekonder) veya EOR (enhanced oil recovery) üretim teknikleri olarak iki
sınıfta toplanabilir. Ayrıca bu iki sınıfa girmeyen bazı diğer üretim
türlerinden de bahsedilebilir.
1. Üretim Teknikleri
Bir kuyudan yapılan üretim genellikle üç grup altında
toplanır; birincil üretim, ikincil üretim ve üçüncül üretim.
·
Birincil üretimde kuyudaki petrolün örneğin, %A
kadarı elde edilir
·
İkincil üretimde kuyudaki petrolün %B’sinin daha
elde edilebilir
·
Üçüncül üretim teknikleriyle aynı kuyudan %C
kadar daha petrol elde edilmesi sağlanabilir
Sonuç olarak aynı kuyudan yapılan toplam üretim % (A+B+C)
dir. İkincil ve üçüncül üretim teknikleri ‘artırılmış petrol’ anlamına gelen
‘Enhanced Oil Recovery; EOR’ olarak tanımlanır.
a. Birinci Üretim
Birincil yöntemde petrol, kuyu açıldıktan sonra
rezervuardaki doğal koşullardan yararlanılarak çıkarılır; bunlar, petrol
içindeki çözünmüş gazların neden olduğu gaz iticiliği, rezervuarda bir gaz kep bulunması
halinde oluşan gaz şapkası iticiliği
veya su tabakası tarafından yapılan su iticiliğidir.
Çözünmüş Gaz İticiliği: Bu mekanizma başlangıçta herhangi bir gaz şapkasının olmadığı
rezervuarlarda gözlenir. Üretim başlayınca basınç düşer ve bunun sonucu olarak
başlangıçta petrol içerisinde çözünmüş olarak tutulan gazlar hemen
kabarcıklar haline dönüşmeye başlar. Kabarcıklar büyüdükçe meydana gelen basınç
petrolü açılan sondaj deliğinden dışarı yüzeye iter. Üretim ilerledikçe veya zaman geçtikçe rezervuarın tepesinde bir gaz
şapkası oluşur.
Şekil-15: Çözünmüş gaz iticiliği; a.
Üretimden önce petrol zonu, b. Üretim sırasında gaz şapkası oluşumu ve
gaz-petrol zonu
Gaz Şapkası (Kep) İticiliği: Bir petrol rezervuarında
sıvı petrol tabakasının üzerinde bir gaz tabaka (doğal gaz), yani bir “gaz
şapkası” varsa petrol ve gaz ayrı ayrı
zonlarda bulunurlar. Üretim yapıldıkça basınç düşeceğinden gaz genleşir
ve be genleşmeyle oluşan enerji petrolü sondaj borusundan dışarı ittirir. Ayrıca petrol içinde çözünmüş olan gaz bileşikler de
petrol fazını terk ederek gaz bölgesine geçerler. Dolayısıyla üstteki gaz
şapkası büyür ve genişler, petrol-gaz dokanağında bir gazlaşma geçiş zonu
oluşturulur. Hızlı üretim yapılırsa bu sistemde aşağı doğru bir gaz konileşmesi
gelişebilir. Bu tür petrol sahalarında üretilebilirlik faktörü % 20-50 dir
(Şekil-16).
Su İticiliği: Bazı rezervuarlarda su tabakası petrol
tabakasına basınç yapar durumdadır. Sondaj kuyusu açıldığında su tabakaları,
rezervuar kayaçlarının gözeneklerindeki petrolün basınçla dışarı atarak
gözeneklerde onun yerini alır. Petrol
üretildikçe su boşalan yeri doldurur ve sürekli olarak petrolün akışını sağlar.
ancak bazen su petrol ile girişim yapar veya konileşerek petrol gelişinin durmasına
neden olur. Girişimin nedeni rezervuardaki permeabilite düzensizliği, konileşmenin
nedeni ise hızlı üretimdir. Su gücü ile üretim yapılan kuyularda maksimum
üretilebilen petrol % 75’lere kadar çıkabilir (Şekil-17).
Şekil-16: Gaz fraksiyonların petrolden
ayrılarak (gazlaşma zonu) oluşan gaz-petrol dokunağının kuyu yakınındaki
görünümü
Şekil-17: Su gücü ile üretim mekanizması; A.
Petrol üretilmeden önce rezervuardaki suyun durumu; B. Üretim sırasında
rezervuardaki suyun azalan petrolün yerini alması; C. Rezervuarda geçirgenliğin değişmesiyle
düzensiz su işgali; D. Hızlı üretim nedeniyle suyun konikleşmesi
b. İkinci Üretim
Metotlar (Enhanced Oil Recovery; EOR
Birinci üretim teknikleriyle bir yataktaki petrolün en fazla
%75 i kazanılabilir, kalan kısmın da alınabilmesi için çeşitli araştırmalar
yapılmaktadır. Kalan petrol rezervuarın ulaşılamayan bölgelerindedir ve/veya
gözeneklerde kapiler basınç etkisiyle yerleşmişlerdir. Daha fazla petrol verimi
için bazı ek metotlar, EOR ‘Enhanced Oil Recovery’ teknikleri veya birinci
üretim tekniklerinin yerini alabilecek ikinci üretim teknikleri
geliştirilmiştir. Ek metotlar maliyeti artıran unsurlar olmasına karşın rezervuardan
alınan petrol miktarını artırması bakımından yaygın olarak kullanılan
yöntemlerdir ve bu metotlarla genellikle orijinal petrolün yaklaşık olarak %33
kadarı kazanılabilmektedir. EOR teknikleri özellikle eski kuyulardan petrol
üretiminde başarıyla kullanılmaktadır; bunlara ‘ikincil üretim kuyuları’ da
denilmektedir.
Üretim sırasında azalan rezervuar enerjisini artırmayı
amaçlayan EOR teknikleri arasında suyla yüzdürme, buharla yüzdürme, alevle
yüzdürme gaz, injeksiyonu, v.s., gibi çeşitli
yöntemler vardır. Günümüzde en çok uygulanan EOR yöntemleri su enjeksiyonu ve
buhar enjeksiyonudur.
Su İnjeksiyonu
Keşfi tamamlanmış bir petrol alanında rezervuarın
özelliklerine göre farklı mesafelerde kuyular açılır; almaşık kuyulara
(alternate wells) su pompalandığında tüm rezervuarın basıncı sabit kalır veya
biraz yükselir, dolayısıyla kuyulardan alınan petrol üretim hızı artar. Ayrıca
su, fiziksel olarak petrolü yukarı doğru iteceğinden petrol üretim verimi de
artar (~%30). Kil miktarı çok az ve düzenliliği çok yüksek olan bazı
rezervuarlarda suyla yüzdürme yöntemiyle rezervuardaki petrolün %60’dan
fazlasının elde edilmesi mümkündür.
Buhar İnjeksiyonu
Bazı hallerde petrol çok ağırdır ve yeterli derecede akışkan
değildir. Bu durumlarda rezervuara ikinci bir sondaj yapılarak buradan basınçla
buhar injekte edilir; buhar ısısını yağa transfer ederek yağın viskozitesi
düşürür, dolayısıyla akışkanlığını artırır. Böylece akışkan hale gelen ağır
petrol fraksiyonları az bir basınç uygulanmasıyla kuyudan yükselir (Şekil-18.a).
Şekil-18: Çift sondajlı bir kuyu; (a)
buharla yüzdürme, (b) Karbon dioksitle yüzdürme, (c)Kimyasal yüzdürme
Alevle Yüzdürme
Alevle yüzdürme tekniğinde rezervuara hava injekte edilerek
petrolün bir kısmı tutuşturulur. Alev, hava enjeksiyon kuyusundan üretim
kuyusuna doğru ilerlerken, önünde bulunan petrolü ısıtır ve akışkanlığını
artırır.
Gaz Enjeksiyonu
Bu yöntemde, rezervuardaki
by-pass bölgeler içinde gazla kanallar
açılarak buralarda bulunan petrolün akıtılması sağlanır. Bu iş için ekonomik
oluşuna göre CO2, N2, flue (yakıt) gaz ve doğal gaz
kullanılabilirse de en çok uygulaması olan gaz CO2’dir. Bu
teknikte rezervuara CO2 injekte edilir. Petrolle karıştırılan gaz,
petrolü rezervuarın gözeneklerinde tutan kuvvetleri zayıflatarak su gibi bir
akışkanla kolayca üretim kuyusuna akmasını sağlar (Şekil-18 b).
c. Diğer Üretim
Teknikleri
Rezervuarlardaki petrolden daha ekonomik ve daha verimli
azami ürün alınabilmesi için yapılan araştırmalar devam etmektedir. Geliştirilen
yeni teknolojiler arasında, yukarıda anlatılan yöntemlerden başka, kimyasal
yöntemler, mikrobiyal prosesler, Novel metotlar, bilgisayar simülasyonları
sayılabilir. Günümüzde de sürdürülen çeşitli projelerle ulaşılamayan petrol ve
gaz rezervlerine giriş teknikleri üzerindeki çalışmalara devam edilmektedir.
Kimyasal metotlar alkali-sörfaktan-polimerler (ASP)
üzerine odaklanmıştır. Bu yöntemlerden biri, rezervuara misel-polimerler
enjeksiyonuna dayanır; bu maddeler suyla hampetrol arasındaki yüzey gerilimi
düşürerek petrolün serbest kalmasını, dolayısıyla kazanımını sağlar. Bu yöntem
rezervuardan alınabilen petrole ilave bir %28 lik artış kazandırır. Kimyasal
metotların ancak ekonomik yönü henüz avantajlı değildir (Şekil-18 c).
Asitlendirme, asitle çözünebilir yapıda olan bir
oluşuma asit injeksiyonu işlemidir; örneğin, karbonat kayaçları gibi. Bu
işlemle mevcut boşluklar genişleyerek oluşumun geçirgenliği artar.
Şekil-19‘de asitlendirmeden önce (A) ve asitlendirmeden sonra (B) oluşumdaki
kanalların durumu görülmektedir. Meydana gelen kırıklardan üretim alanındaki
petrol kanallara girer.
Mikrobiyal prosesler, mikropların hidrokarbonları
fermente etmeleri ve yan ürün olarak petrol oluşumunu artırmayı amaçlar.
Proseste, rezervuar kayacındaki dar ve küçük kanallar tıkanarak petrolün geniş
gözenekli alanlara yönlendirilmesi sağlanır. Mikropların çoğalması ve
performanslarına yardımcı olmak için rezervuara şekerler, fosfatlar veya
nitratlar gibi yiyecekler injekte edilir. Mikropların ürettiği sörfaktanlar ve
karbon dioksit petrolün yer değiştirmesine yardımcı olur. Mikrobiyal
proseslerde fazla enerji harcanmaz ve hampetrolün fiyatı diğer yöntemlerde
olduğu karar etkilenmez.
Şekil-19: Asitlendirmeden önce (a), ve sonra (b) oluşumdaki kanalların durumu
Yeni metotlar rezervuar kayacının elektrikle
ısıtılması, mikrodalgalarla ısıtılması ve sismik dalga stimulasyonudur
(tahrik). Bilgisayarla rezervuarın simülasyonu (benzeri) yapılarak ne
tür proseslerin uygulanabileceği belirlenir. Geliştirilen donanım ve
programlarla çok hızlı veri toplamak mümkündür.
2. Saha Prosesleri
Kuyudan çıkarılan hampetrol, gaz ürünler, çeşitli sıvı
fraksiyonlar ve su içeren bir karışımdır. Bu karışıma, petrol sondaj sahası
içinde bazı ayırma işlemleri uygulanarak hampetrol, gaz ve rezervuarda doğal
olarak bulunan zararlı bazı kirlilikler (H2S gibi) ayrılır. Bu
prosesler dehidrasyon (su giderme), sweetening (H2S) uzaklaştırma ve
stabilizasyon (çözünmüş hafif gaz bileşenlerinin ayrılması) işlemleridir. Elde
edilen gaz ve petrol (veya hampetrol de denir) depolanır, boru hattıyla veya
tankerlerle taşınarak rafinerilere gönderilir.
Dünya petrol rezervlerinin çoğu pazar yerinden çok
uzaktadır. Petrolün çıkarıldığı alanlardan rafinerilere taşınması en ekonomik
olarak deniz ve demiryolu tankerleri ve boru hatlarıyla yapılır.
(EK-5. PETROL DAĞITIM ZİNCİRİ)
(EK-6: DOĞAL YAPIYI GELİŞTİRME)
(EK-7. RAFİNERİDEN BİZE)
