SONDAJ ÇAMURLARI

Baran Kaypakoğlu- Dokuz Eylül Üniversitesi Jeotermal Enerji Bölümü

İÇERİK

• Sondaj Çamuru nedir? • Özellikleri nelerdir?(reoloji, sıvı kaybı vs.)• Hangi maddeler hangi özellikleri kontrol etmek

için kullanılır?• Kil kimyası ve kullanılan suyun çamur

üzerindeki etkileri.

Sondaj Çamuru

• Sondaj çamuru bir rotary sondaj operasyonunda gereksinim duyulan değişik işlevlerin bir kısmını veya tamamını yerine getirmek amacıyla kullanılan bir sirkülasyon akışkanıdır.

• Rotary sondaj operasyonu, sirkülasyon akışkanı olmaksızın yapılamaz.

Sondaj Çamurunun Görevleri

• Formasyon basınçlarını kontrol etmek.• Kuyu dibini temizlemek.• Kuyuyu kesintilerden ve yıkıntılardan temizlemek.• Matkap ve sondaj dizisini soğutmak ve yağlamak.• Sirkülasyon kesildiğinde anülüsteki kesintileri

süspansiyonda tutmak.• Yüzey hidrolik gücünü matkaba taşımak.• Sondaj ve koruma borusu dizisi ağırlığının

taşınmasına yardımcı olmak.

Sondaj Çamurunun Özellikleri

• I. Çamur Yoğunluğu• Sondaj teknolojisinde genellikle çamur yoğunluğu

özgül ağırlık olarak tanımlanmakta ve çamur ağırlığı deyimi kullanılmaktadır. Çamur ağırlıgı genellikle lb/gal, lb/ft3, g/cm3 ve psi/1000 ft olarak rapor edilir.

• Çamurun hidrostatik basıncı(PH) çamur agırlıgı Pm degiştirilerek kontrol edilmektedir.

• P= basınç, ρ=yoğunluk, h: Derinlik(ft)

Çamur Yoğunluğu Nasıl Kontrol Edillir?

• Yoğunluğu arttırmak için:– Yoğunluk arttırıcı maddeler eklemek– Çözünebilir maddeler eklemek: NaCl( 10 lb/gal’a kadar

uygulanabilir)– Kolloid olmayan parçacık konsantrasyonu

• Yoğunluğu azaltmak için:– Formasyondan gelen katıların mekanik olarak ayrıştırılması– Katıların kimyasal yollarla ayrıştırılması– Daha az yoğunluklu sıvıları eklenmesi

Yoğunluk Arttırıcı Maddeler ve Özellikleri

• Barit(BaSO4): – Özgül Ağırlık: 4,2-4,6– 20 lb/gal çamur yoğunluğu elde edilebilir.

• Demir Oksit(Fe2O3):– Özgül ağırlık: 4,9-5,3– Sıvı kaybı ve kek kalınlığını arttırır

• Galena(kurşun sülfit-PbS):– Özgül Ağırlık: 6,8-6,9– 32 lb/gal gibi yüksek yoğunluk elde edilmesi gereken acil

durumlar harici pek kullanılmaz.

Sondaj Çamurunun Özellikleri

• II. Sıvı Kaybı• Çamurun hidrostatik basıncının formasyon

basıncından büyük olması durumunda, çamur geçirgen formasyonlarda sıvı kısmını formasyona verirken katı kısmı geçirgen formasyonun yüzeyinde birikerek çamur keki oluşturur ve olay filtrasyon olarak bilinir.

Sıvı Kaybı Kontrolü Sağlayan Maddeler ve Özellikleri

• Bentonit: Doğada bulunur; mükemmel parçacık boyutu dağılımı ve sıcaklık kararlılığı; bütün su bazlı çamurlara uygulanabilir.

• Nişasta: Mısır ve patatesten üretilir; ana kullanım alanı tuzlu çamurlarda 95 0C’den düşük sıcaklıklardır.

• Selülozlar: Polimerizasyon derecesine göre bağlı olarak farklı derecelerde bulunabilir; tuz ve sıcaklığa(150oC ‘ye kadar) dayanıklı.

• Sentetik Polimerler: Özellikle sodyum polyacrylate; mükemmel sıcaklık dayanıklılığı fakat Ca++ miktarı 100 ppm üstünde ise etkisiz.

• İncelticiler: Linyitler, lignosülfonatlar; kil parçacıklarını kolloidal boyuta düşürür; çoğu su-bazlı sisteme uygulanabilirler, sıcaklık dayanıklılığı seçime göre değişiklik gösterir.

Sondaj Çamurunun Özellikleri

• III. Reolojik ÖzelliklerReoloji: Maddenin deformasyonunu inceleyen bir bilim dalıdır.

Akıskanların reolojik olarak sınıflandırılması

• Viskozite: Bir sıvıya, akması için uygulanan kuvvet sonucu sıvının ürettiği iç sürtünmeyi açıklamak için kullanılan genel bir terimdir.

• Kayma Gerilmesi(τ): Sıvıdaki moleküller arası etkileşme sonucu oluşan bu iç sürtünme, kayma gerilmesi olarak bilinir. Birimi : kuvvet/100 ft2

• Kayma Gerinme Hızı(γ): Akışkana akması için uygulanan kuvvet sonucu oluşan etkiye kayma gerinme hızı denir. Komşu paralel sıvı tabakaları boyunca oluşan hız gradyanı olarak tanımlanır. Birimi: sec-1

• Newtoniyen Akışkanlar: Newtoniyen akışkanlarda kayma gerilmesi ile kayma gerinmesi arasında doğrusal bir ilişki olup akış eğrisi orijinden geçmektedir. Örnekler: Su, mazot, gliserin

• Newtoniyen Olmayan Akışkanlar: Bu tip akışkanlarda akış eğrisi doğrusal olmayabilir, orijinden geçmeyebilir veya her iki sapma birlikte olabilir. Newtoniyen olmayan akışkanlar, sıcaklık ve basıncın yanı sıra kayma gerinmesiyle de değişim gösteren ve görünür viskozite, μa olarak bilinen bir viskozite ile tanımlanır. Örnekler: Makine yağı, ketçap, sondaj çamuru.

Sondaj Çamurlarının Reolojisi

• Sondaj çamuru Newtoniyen olmayan bir akışkan olarak değerlendirilir.

• Reolojik davranışının zamana olan bağımlılığı nedeniyle aynı zamanda kararsız bir akışkan olarak tikzotropik davranış sergiler.

• Sondaj çamuru genel olarak bir kopma gerilmesine sahip ve doğrusal olmayan bir akış eğrisi ile karakterize edilir.

Sondaj Çamurlarının Reolojisi

1

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

App

aren

t Vis

cosi

ty, c

ps

Shear Rate, sec-1

1020

510

340

170

10,2

5,1

Kil Kimyası

Kil Kimyası

• Montmorillonit kilinin elektron mikroskobunda görüntüsü

Kil Hidrasyonu

Katyon Değiştirme Kapasitesi(CEC)

• Bir kilin katyon degistirme kapasitesi(CEC), o kilin bünyesinde değiştirilebilir katyon taşıma yeteneğinin ölçütüdür.

• Katyon degistirme kapasitesi nötr ortamda (pH=7) ölçülen değiştirilebilir katyon konsantrasyonunun meq/100 gr kil cinsinden ifadesidir.

• Bir katyonun bir baska katyonu degistirme gücü genellikle su sıraya göre belirlenir:

• Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+<Mg++<Ca++<Sr++<Ba++<H+.

Kil Taneciklerinin Bağlanma Biçimleri

Ca++ İyonu Etkisi

İncelticilerin Etkisi

• Kompleks fosfatlar, sodyum tannatlar, lignosülfonatlar gibi inceltici kimyasallar eklendiğinde:– Bu incelticiler tarafından ek olarak gelen negatif yükler ile

elektriksel itme kuvveti artar.– Mikrondan küçük parçacık sayısı artar.

NOT: Çalışmalar göstermiştir ki 1 µ ‘dan küçük parçacıklar sondaj hızını, 1 µ’ dan büyük parçacıklardan 12 kat daha fazla olumsuz etkilemektedirler.

Sonuç• Sondaj çamuru değişkenleri her zaman birbirleri ile ilişki

içindedirler, bir özellikteki değişim diğer bütün özellikleri etkiler.• Kil parçacıklarının tipi, miktarı ve kolloidal boyutları diğer bütün

değişkenleri etkileyen faktörlerdir. • Etkili bir optimizasyon için sırasıyla şu analizler yapılmalıdır:

– Çamurdaki karılar ve tipleri– Kuyu temizliği ve kararlılığı için çamurun akış özellikleri– Hidrolikler(matkap temizleme, kuyu temizleme, denge)– Sondaj hızı Sondaj sırasında gerekli optimizasyon teknikleri sürekli

uygulanmalıdır