PETROL JEOLOJİSİ

KONU:3

YERALTI ORTAMI

YERALTI ORTAMI

•BU BAHİSTE İNCELENECEK KONULAR

•YERALTI SUYU

•YERALTI SICAKLIĞI

•YERALTI BASINCI

YERALTI SULARI

Oluşumuna göre iki tip yeraltı suyu vardır:

1- Serbest su: Basınç farkına bağlı olarak hareket edebilen su

2- Hapsedilmiş su: Mineraller içerisinde (atomik şebeke içerisinde) ya da gözenekler içerisinde su filmi halinde bulunan su

YERALTISULARININ ANALİZİ1-SP LOGU İLE TUZLULUK TAYİNİ:Suyun rezistivitesi (RW) onun tuzluluk oranı ile doğrudan ilişkilidir. Yeraltı sularının tuzluluk oranı hidrokarbon kaynaklarına doğru artar, Bu nedenle yeraltı tuzluluk haritaları petrol aramada son derece önemlidir.

2-SU NUMUNESİ ÜZERİNDE TUZLULUK TAYİNİ: Sondaj esnasında yeraltından elde edilen numuneler sürekli olarak analiz edilerek tuzluluk oranı belirlenir.

YERALTI SULARININ KÖKENİ

YERALTISULARI KÖKEN AÇISINDAN DÖRDE AYRILIR

1-METEORİK SULAR: Yağmur sularının sızması ile oluşan yüzeye yakın, az tuzlu, asitik ve okside sulardır.

2-KONNAT (KALINTI) SULAR: Çökelme esnasında gözenekler içerisine hapsedilmiş, ancak zamanla konsantrasyonu ve kimyası değişmiş olan orijinal deniz suyudur.

3-JUVENİL SULAR: Magmatik sulardır.

4-KARIŞIK SULAR: Yukarıdaki tiplerin karışımıdır.

YERALTISULARININ KİMYASI

PETROL JEOLOJİSİ AÇISINDAN YERALTISULARININ

•Eh

•pH

•KONSANTRASYON

•BİLEŞİMİ

ÖNEMLİDİR

Eh•Suyun oksidasyon(yükseltgenme)-redüksiyon (indirgenme) potansiyelidir. Redoks potansiyeli adı ile de bilinir. İnert elektrodu ile ölçülür ve değeri volt ile ifade edilir.

•Yükseltgenme pozitif yükün artması, negatif yükün azalmasıdır.İndirgenme ise bunun aksidir. Örneğin

Zn0 + Cu+2 Zn+2 + Cu0

Reaksiyonunda bakır sülfat çözeltisinde çinkonun bakırın yerine geçmesi esnasında çinko yükseltgenmiş, bakır ise indirgenmiştir.

•Yağmur suyu, içerisinde oksijen, nitrojen ve CO2 bulunduğu için pozitif (yükseltgen) Eh değerine sahiptir ve oksitleyicidir, asitik özelliğe sahiptir.

•Petrolle birlikte görülen su ise negatif Eh değerine sahip (indirgen-redüktif) ve bazik özelliktedir.

pH

•Asitlik-baziklik dercesini gösterir.

•Hidrojen iyon aktivitesinin negatif logaritması olarak ifade edilir.

pH = -logH+

•pH < 7,5 ise deniz suyu asitiktir ve H2CO3 ve HCO3-

konsantrasyonu bakımından zengindir.

•pH > 7,5 ise deniz suyu baziktir ve HCO3- ve CO3

=

bakımından zengindir.

•Meteorik suların pH değeri içerdikleri hümik asit nedeniyle düşüktür. Kurak koşullarda pH değeri yükselir, Bunlar derinlere indikçe tuzları eritirler ve pH değeri artar.

•Petrol yataklarında bulunan sular genellikle alkalin ve redüktif özelliktedir.

ÇEŞİTLİ SULARIN pH ve Eh

DEĞERLERİ

KONSANTRASYON

•Su içerisinde erimiş toplam katı madde miktarı o suyun konsantrasyonunu gösterir.

•Konsantrasyon mg/litre ya da ppm olarak ifade edilir (ppm= parts per million)

•Ortalama bir deniz suyunun konsantrasyonu 35.000 ppm (% 3,5) dir. Yani deniz suyu 35.000 ppm erimiş mineral içerir ve bu genellikle tuzluluk olarak ifade edilir.

•Havzalarda konsantrasyon haritaları yapılarak anomali bölgeleri saptanır. Tuzluluğun en fazla olduğu yerler meteorik sulardan en az etkilenmiş yerlerdir ve buraların petrol bulundurma şansı yüksektir.

BİLEŞİM

•METEORİK SULAR HCO3 ve sülfat iyonları açısından zengin, Ca+2 ve Mg+2 bakımından fakir sulardır.

•KALINTI SULAR Na, Cl ve K bakımından zengindir. SO3, Mg+2 ve Ca+2 bakımından deniz suyuna oranla fakir, meteorik suya oranla ise zengindir. Bunlar içerisinde eser miktarda da olsa erimiş halde hidrokarbon bulunur.

YERALTI SICAKLIĞI

•Sıcaklık yeraltında derine doğru artar. Petrol kuyularında kuyu tabanının sıcaklığı (BHT, Bottom Hole Temperature)sürekli olarak ölçülür. Bunlar derinliğe karşı izdüşürülerek jeotermal gradyan elde edilir.

•Her kuyu için jeotermal gradyan aynı değildir. Bu da sıcaklığın yeraltındaki düşey değişiminin kuyularda kesilen birimlerin termal geçirgenliği ile ilişkili olduğunu gösterir.

•Bir birim içerisindeki ısı akısı (heat flow) o bölgedeki termal gradyana ve birimin ısı iletkenliğine (thermal conductivity) bağlıdır.

Isı akısı = Jeotermal gradyan x Termal iletkenlik

Petrol sahalarında jeotermal gradyan ölçümleri yapılıp bunların dağılımını gösteren izoterm (eşsıcaklık) haritaları yapılır.

•İzotermler tuz domları üzerinde yüksek değerler verir. Çünkü evaporitlerin termal iletkenliği fazladır.

•Çamur diyapirleri çok gözenekli olduğu için düşük izoterm değerleri verirler.

•Isı akısı değerleri magma çıkışı nedeniyle okyanus ortası sırtlarda yüksek, yakınsayan levha sınırlarında düşük, riftlerde ise yüksektir.

•Isı akısının fazla olduğu yerlerde petrol oluşumu için gerekli sıcaklığa sığ derinliklerde ulaşılabilir. Isı akısı düşük yerlerde ise petrol oluşumu için daha fazla gömülme gereklidir.

YERALTI BASINCI

Birim alana uygulanan kuvvet olan ve kg/cm2 cinsinden ifade edilen yeraltı basıncının çeşitleri şunlardır:

1- LİTOSTATİK BASINÇ

2- SIVI BASINCI

•Hidrostatik basınç

•Hidrodinamik basınç

LİTOSTATİK BASINÇ

•Kayaların oluşturduğu basınçtır. Bu basınç yeraltına tane-tane dokanakları ile iletilir.

•Litostatik basınç derinliğe, gömülmenin miktarına, tane-tane dokanağı ile iletilen basıncın su basıncı ile desteklenip desteklenmediğine bağlı olarak değişir. Ortalama olarak yeraltında basınç 1psi/ft dir. (psi = per square inch)

SIVI BASINCI

Gözenekler içerisinde bulunan sıvı-akışkan basıncıdır. Terzaghi(1936) formülü

S = p + o

(S= gömülme basıncı, p= litostatik basınç, o= akışkan basıncı)

Sıvı basıncı hidrostatik ve hidrodinamik basınç olmak üzere ikiye ayrılır

HİDROSTATİK BASINÇ

•Birim taban alanı ve birim uzunluktaki bir su kolonunun oluşturduğu basınçtır.

•Taze su için 1 inç2 ve 1 footluk su kolonunda bu basınç 0,433 psi/ft; 55 000 ppm lik bir sıvı için ise 0,45 psi/ft olarak hesaplanmıştır. Bu değerlere hidrostatik gradyan adı verilir.

HİDRODİNAMİK BASINÇ

•Sıvı akışının neden olduğu basınçtır.

•Bir sondaj açıldığında formasyon içerisindeki akışkan kuyuya doğru akmaya başlar. Bu sıvının kuyuda yükselmesi sondaj çamuru tarafından önlenir. Formasyon sıvısının kuyu içerisinde serbest olarak yükselebileceği seviyeye potansiyometrik ya da piyezometrik seviye denir.

Piyezometrik seviye = P/W - (D -E)P= Kuyu tabanı basıncı (psi)

W= Akışkanın ağırlığı (psi/ft)

D= Derinlik (ft)

E= Kelly bushing’in (Rotary tablasının ortasındaki delik) deniz seviyesinden yükseltisi (ft)

Potansiyometrik seviyeler çeşitli kuyularda ölçülerek bunların haritaları yapılır. Eğer potansiyometrik düzlem yataysa hidrodinamik basınç gelişmez, bölgede görülen basınç hidrostatik basınçtır. Eğer potansiyometrik düzlem eğimli ise bölgede hidrostatik ve hidrodinamik basınç etkilidir.

•Bir bölgede basınç gradyanı hidrostatik ise bu basınca normal basınç denir.

•Eğer basınç gradyanı hidrostatik basınçtan farklı ise buna anormal basınç denir.

•Anormal basınç gradyanı hidrostatik basınçtan az ise subnormal basınç, hidrostatik basınçtan fazla ise süpernormal basınç denir.

SÜPERNORMAL BASINÇ•Hidrostatik basınçtan daha büyük olan sıvı basıncıdır. Petrolün çıkartılması esnasında ve sondaj esnasında tehlikelidir, petrolün dağılımı bakımından önemlidir.

•Kapalı devre gözenekli akışkan ortamlarında gelişir. Buralarda sıvı basıncı permeabilite (geçirimlilik) bariyeri ile engellenir ve geçirimli tabakalar aracılığıyla yüzeye iletilemez.

•Geçirimlilik bariyeri evaporit ve şeyller gibi geçirimsiz litolojiler ya da faylar gibi yapısal unsurlar nedeniyle gelişir.

SÜPERNORMAL BASINCA NEDEN OLAN FAKTÖRLER

• Artezyen

•Yapısal nedenler

•Sıkışma

•Diyajenez

ARTEZYEN

Potansiyometrik düzey belli bir yöne eğimli ise bu yönde hidrostatik ve hidrodinamik basınç basınç beklenir. Topoğrafyanın potansiyometrik düzeyin altına düştüğü yerlerde artezyen gelişir.

YAPISAL NEDENLER

Süpernormal basınç çeşitli yapısal nedenlerle gelişebilir. Örneğin:

Eğer bir blok iki geçirimsiz fay arasında yükselirse ve sıvı bu sistemde blok içerisinde sıkışıp kalırsa

Geçirimli bir tabaka geçirimsiz iki tabaka arasında bulunuyorsa ve bunlar kıvrımlanırsa

KOMPAKSİYON (Sıkışma)

•Delta platformlarında kumtaşı ve şeyller ardalanırlar. Çökelme devam ettikçe şeyller sıkışır ve su aradaki geçirgen kumtaşları içerisinden kaçarak hidrostatik düzeyde kalmayı sağlar. •Prodelta kesiminde ise kumtaşları şeyller arasında mercekler halindedir. Gömülme nedeniyle basınç ve sıkışma arttıkça kumtaşları içerisinde hapsedilen su süpernormal basınca neden olur. •Bu basınç nedeniyle bazen prodelta içerisinde çamur diyapirleri gelişir.

DİYAJENEZ

•Diyajenez esnasında oluşan bazı mineralojik değişimler süpernormal basınca neden olurlar.

•Örneğin montmorillonitik killer sıkışınca hem gözenek hem de kristal sularını dışarı vererek kendi içlerinde fazla bir basıncın gelişmesine yolaçarlar.

•Jipsin anhidrite, volkanik küllerin kil minerallerine dönüşümü esnasında da bu tür olaylar gelişir.

SUBNORMAL BASINÇ

•Hidrostatik basınçtan az olan basınca verilen isimdir.

•Subnormal basınç su sirkülasyonunun bir permeabilite bariyeri ile engellenmesi sonucunda oluşur.

SUBNORMAL BASINCIN NEDENLERİ

•Su sirkülasyonu olmayan rezervuarlardan üretim sırasında su çekilirse subnormal basınç gelişir ve giderek düşer

•Gözenek hacminin kırık ve çatlak gelişmesi (ya da geliştirilmesi) nedeniyle artırılması halinde subnormal basınç gelişir

•Rezervuar sıcaklığı düşürülürse akışkan soğur, yoğunlasır ve basıncı azalır

I- Yeryüzü ile bağlantılı kapan, normal basınç

II ve III- Havza merkezindeki konnat su ile bağlantılı kapan, normal veya süpernormal basınç

IV- Bağlantısız kapan, başlangıçta subnormal veya süpernormal basınç, üretim yapıldığında subnormal basınç