Estimation of formation temperatures from return line mud temperatures for several geothermal fields
Bir takım jeotermal sahaların geri dönüş hattındaki çamur sıcaklıklarından formasyon sıcaklığının tahmin edilmesi
- Tez No: 572677
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA HAKAN ÖZYURTKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Jeotermal sahalar için formasyon sıcaklığı bir anahtar veridir. Kuyunun üretkenliğini ve sürdürülebilirliğini belirler. Bir kuyudan elde edilen enerji formasyon sıcaklığına bağlıdır. Yüksek sıcaklık değerleri daha fazla enerji demektir. Formasyon sıcaklığı yer altı sıcak su kaynaklarından etkilenir. Genellikle, buhar jeotermal kuyulardan elektrik enerjisi üretebilmek için kullanılır. Elde edilen güç yüksek sıcaklıklar gözlemlenerek izlenebilir olan buhar enerjisine bağlıdır. Elektrik üretmek ve işletmek için çok fazla jeotermal saha mevcuttur. Jeotermal uygulamalar için formasyon sıcaklığının tahmin edilmesi ve belirlenmesi önemlidir. Net sıcaklık değerlerini belirleyen yeraltı sıcaklık ekipmanları yıllardır kullanılmaktadır. Ayrıca, kuyu ve formasyon sıcaklıkları arasındaki ilişkiyi tahmin etmek için bazı modeller vardır. Bu modeller ısı transfer mekanizmaları vasıtasıyla analitik olarak oluşturulurlar. Isı transferi formasyon ve kuyunun birbiriyle bağlantılı olduğu yerde yeraltı tabakalarında meydana gelir. O yerlerde ilişkiyi kurabilmek ana amaçtır. Aralarındaki ilişki ısı dengesine dayanır. Isı dengesi denklemi bu bağlantının ana ve basit formudur. O bölgelerde gereken ısı dengesi denklemlerini kurduktan sonra, diferansiyel denklemler kullanılarak analitik olarak sonuçlar elde edilir. Bu denklemleri kullanmak için, herhangi bir veri eksikliği durumunda mantıklı varsayımlarda bulunulabilir. Bu çalışmada kuyu sondajlarından formasyon sıcaklığı tahmin edilmiştir. Formasyon sıcaklık modelleri sondaj, kuyu ve formasyon parametreleri eklenerek kullanılmıştır. Modeller ısı iletimi ve taşınımı olan ısı transfer mekanizmaları ile oluşturulmuştur. Formasyon-anülüs ve anülüs-sondaj dizisi arasındaki ısı transferleri birleştirilerek ortalama ısı dengesi denklemi kurulmuştur. Bu denklemler düzenli doğrusal ısı transferi durumu altında çözümlenmiştir. Kararlı ısı transferi etrafı kuyu ile çevrilmiş formasyonlarda meydana gelir. Denklemleri çözmek için analitik yaklaşımlar kullanılmıştır. Anülüs-formasyon ve anülüs-sondaj dizisi arasındaki çözümlemeler için yaklaşımlar farklıdır. Bu çözümlemelere göre formasyon sıcaklıkları elde edilebilir ve karşılaştırılabilirler. Formasyon sıcaklıklarının belirlenmesindeki en önemli araç bölgelerin jeotermal gradyant dağılımlarını belirleyip, o bölgelerin sahip olabileceği yer altı sıcaklıklarının belirlenmesi gerekmektedir. Bu sıcaklıkları elde edebilmek için yapılacak olan aktivite sondaj operasyonlarıdır. Sondaj operasyonları sırasında, çamurun dönüş hattındaki sıcaklıklarından faydalanarak analitik yaklaşımlarda bulunarak hesaplamalar yapılır. Bu hesaplamalar esnasında soğutma kulesinin devreye alınma öncesi ve devreye alındıktan sonrası diye iki kısımda incelenmesi doğru çalışmanın yapılmasına olanak sağlayacaktır. Soğutma kulelerinin devreye girmesiyle çıkan çamur sıcaklığı düşmekte olup, çamurun içinde bulunan kimyasalların bozulmasının önüne geçilerek doğru sondaj çamurunun kullanılması mümkün olacaktır. Formasyon sıcaklıklarının tahminindeki bir diğer temel madde de ısının taşınım olayıdır. Isının taşınması, bir akışkan veya madde aracılığı ile gerçekleşir. Sondaj operasyonları esnasında bu taşınmayı gerçekleştiren ana element sondaj çamurudur. Sondaj çamurunun sirkülasyon sırasındaki dinamik hareketi vesilesiyle ısı taşınımı ortaya çıkar. Bu taşınım da her bölge için farklı değerlendirilmiştir. Sondaj parametreleri, çamurun özellikleri, sirkülasyon parametreleri, sondaj dizisinin özellikleri ve litoloji bilgileri ısı taşınımı olayını etkilemektedir. Bu parametreler sonucunda akış rejimleri oluşmakta bu akış rejimlerine göre hesaplamalar yapılmaktadır. Her bölgenin sahip olabileceği potansiyel formasyon sıcaklıklarının belirlenmesiyle açığa çıkarılır. Bu potansiyellere göre yüksek sıcaklığa sahip formasyonlar elektrik enerjisi üretmek için; daha düşük sıcaklığa sahip olan formasyonlar ise geleneksel yatırımlar adına değerlendirilebilir. Enerji üretebilmek adına yüksek sıcaklığa sahip sahaların keşfi daha fazla önem arz etmektedir. Bu keşiflerin yapılabilmesi için öncelikle sondaj yapılmalı ardından kuyuların sıcaklıkları tespit edilmelidir. Bu sıcaklıklara göre enerji rezerv potansiyeli belirlenerek gerekli üretim sağlanır. Yüksek sıcaklıklarla karşılaşılan bazı sahalar bulunmaktadır. Bu bölgelerin bu denli yüksek sıcaklıklara sahip olmasının ana sebeplerinden biri yer altı jeolojisidir. Metamorfik veya volkanik kayaçların hedeflenen metrajlarda sondajının yapılması enerjiye ulaşmak adına atılan en önemli adımlardan birisidir. Şirketlerin birçok sondaj faaliyetleri bu sahalara yoğunlaşmış ve elektrik enerjisi üretebilmek adına kuyulardan olumlu sonuçlar alınmıştır. Bu denli yüksek potansiyel göz önüne alınırsa sondaj faaliyetlerinin arttırılıp ve bu bölgeler için yapılacak olan teorik çalışmalar doğru bir şekilde uygulanırsa, bunlar belki de yatırım sağlanması ve santrallerin kurulması kararına vesile olacaktır. Bu çalışmada ayrıca belirlenen derinlikteki anülüs ve sondaj dizisi içindeki çamur sıcaklıkları hesaplanmıştır. İstenilen derinlikteki anülüs veya sondaj dizisi içindeki çamur sıcaklıklarının hesaplanması o katmanın sıcaklığı ile ilgili bilgi vermesini sağlayacaktır. Eğer katmanda yüksek sıcaklık ile karşılaşılırsa ona göre çamura kimyasal takviyesi ile gerekli müdaheleler de bulunulabilir. Dizi içerisinin homojen bir yapıya sahip olacağı düşünülürse anülüsteki sıcaklık değişimleri formasyon ile ilgili daha net bilgiler verecektir. Belirlenen derinlikteki ve yüzeydeki çamur sıcaklık farkının kullanılması ile ısı kayıplarının da belirlenmesi kolaylaşacaktır. Ayrıca katmandaki anülüs ve dizi içerisi sıcaklık bilgisi, bir sonraki kısmın başlangıcında çimento operasyonu için önemli bir parametre olacaktır. Formasyon sıcaklıklarının belirlenmesi, asıl üretim kaynağı olan rezervuar zonunun sıcaklığı hakkında da bilgi verecek olup, kuyuların sıcaklık açısından yeterliliğine dair gerekli tahminlerin yürütülmesini sağlayacaktır. Jeotermal kaynaklarda rezervuar zonu metamorfik veya volkanik kayaçlardan oluştuğu için, sıcak su kaynağının varlığının bulunması sondaj faaliyetleri kapsamında belirlenmektedir. Bu çalışma için dört tane dik kuyu vardır. Ani çamur sıcaklığındaki artışlar, çamurun taşıdığı kesintilerdeki litolojilerin metamorfik veya volkanik kayaç yapısına sahip olması gibi bilgiler sayesinde rezervuar zonu belirlenip hedef noktadaki üretim kaynağına ulaşılır. Bu çalışmada üretim zonu metamorfik bir kayaç olan mermerdir. Ani sıcaklık artışlarının olduğu bölgelerin çamur geri dönüş hattındaki sıcaklıklarından jeotermal gradyant hakkında bilgi sahibi olunur. Bu çalışmada geri akış hattındaki sıcaklıklar yorumlanmıştır. Sıcak rezervdeki sıcaklıklar ve bir önceki kısım olan normal jeotermal gradyanta göre artışların gerçekleştiği katmanlardaki sıcaklık farkları yorumlanarak formasyon sıcaklıkları ile ilgili değerlendirmeler yapılır. Bu formasyon sıcaklıkları değerlendirmelerine göre, zonlar jeotermal enerji kaynağı olabilirler.
Özet (Çeviri)
Formation temperature is a key information for geothermal fields. It determines producibility and sustainability of a well. Energy that is produced from well depends on formation temperature. Greater values of formation temperature mean more energy. Formation temperature is affected by underground hot water resources. Steam is generally used to produce electricity from geothermal wells. The power depends on energy of steam which can be tracked by observing higher temperature. There are many geothermal fields and operated to produce electricity. The estimation and detection of the formation temperature is crucial for geothermal applications. Downhole temperature tools which can detect exact temperature values have been using for many years. Also, there are many models to estimate relationship between wellbore and formation temperatures. These models are conducted analytically by heat transfer mechanisms. Heat transfer is occurred in underground layers where formation and wellbore are connected with each other. The main aim is to conduct relationship between these sections. That relationship is based on heat balance. Heat balance equation is the main and simple form of this relationship. After conducting of heat balance equations between those sections, solutions are obtained analytically using differential equations. To use these equations, some reasonable assumptions may be needed in case of any lack of data. In this study, formation temperature is estimated from drilling wells. Formation temperature models are used by adding drilling, wellbore and formation parameters. Models are conducted by heat transfer mechanisms which are heat convection and conduction systems. Overall heat balance equation is computed by combining heat transfer between formation-annulus and annulus-drill pipe. Those equations are solved under steady state linear heat transfer conditions. Transient heat transfer happens in the formation surrounding the borehole. To solve equations analytical approaches are used. The approaches which are annulus-formation and annulus-drill pipe are different. According to those solutions, formation temperatures can be obtained and compared. The most important reason of estimation of formation temperatures is to obtain geothermal gradients of that fields. Then, bottom hole temperatures need to be detected. To obtain those temperatures, wells can be drilled. Calculations are made using analytical approaches and return line mud temperatures during drilling. For those calculations, this study should be investigated in two sections which are before and after the cooling tower. While cooling tower is in progress, flowline temperatures decrease and decaying of chemicals can be prevented which are additive for drilling fluid. The other key factor in estimating the formation temperatures is heat transfer. Heat transfer is occurred by a fluid or by a material. During drilling, heat transfer is occurred through a drilling fluid. In dynamic conditions like fluid circulation, heat transfer exists. Heat transfers are evaluated separately for each field. Heat transfer is affected by drilling parameters, mud properties, circulation parameters, drill string properties and lithology properties. Those parameters determine flow regimes and related calculations. Potential of each fields can be detected by estimation of formation temperatures. According to those potentials, high temperature fields and low temperature fields can be evaluated to produce electricity or traditional investments. To produce electricity, exploration of the field is more important. To explore those fields, firstly drilling is needed, then temperatures of the wells can be detected. According to those temperatures, energy potential of the reserve can be determined. Then, production can be started. There are many fields experiencing high temperature zones. The major reason of these high temperatures is lithology. Drilling of the metamorphic or igneous rocks is important step to reach energy. To produce energy, companies are effective in those fields and they get valid result from those fields. If potential of those fields is considered and drilling activities are increased and theoretical can be run accurately, then, these may lead to decide to provide investment to install power plants. In this study, mud temperatures are also calculated regarding drill string and annular depths. Calculation of those temperatures provides information about temperature of zone of interest. If high temperature zone is encountered, drilling fluid can be treated by adding chemicals. When the homogeneity is considered in drill string, temperature variations of the annulus give an idea about formations. By using temperature difference between bottom hole and surface, heat losses can be estimated. Also, those temperature values at drill string and annulus can be important parameter for cementing operations at the beginning of the following sections. Estimation of formation temperatures provides information about main production zone temperature. So, the necessary predictions can be made like qualification of the well in terms of temperature. In geothermal fields, reserve zones can be metamorphic or igneous rocks. Hot zones are reached by drilling. For this study, there are four vertical wells. Sudden increasing of mud temperatures and lithology of the metamorphic or igneous rocks that is obtained from cuttings can show reserve zone. In this study, lithology is the marble which is the metamorphic rock for production zone. Also, geothermal gradient can be obtained from flowline temperatures that are indication of sudden temperature increasing. Flowline temperatures can be interpreted for four wells in this study. Formation temperatures can be evaluated by interpreting temperature differences between reserve zone and previous section. According to formation temperature values, the zones can be resource of geothermal energy.
Benzer Tezler
- Deprem etkisi altındaki gömülü sürekli boru hatları
Buried continuous pipelines under the effects of earthquake
ADİL YİĞİT
Doktora
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH GEDİKLİ
- Hibrit büyük patlama büyük çöküş-nelder mead algoritması kullanarak solar hücre parametre kestirimi
Solar parameter estimation by using hybrid big bang big crunch-nelder mead algorithm
ÖMER GÖNÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN KAAN EROL
- Özel bir sönümleyicinin farklı frekans bantlarında deneysel incelenmesi
Experimental evaluation of a special energy dissipater in various frequency ranges
AHMET GÜLLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
- Estimation of the formation temperature from the inlet and outlet mud temperatures while drilling geothermal formations
Jeotermal formasyon sondajları esnasındaki çamur giriş ve çıkış sıcaklıklarından formasyon sıcaklığının hesaplanması
SEMA TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT AKIN
- Parameter estimation using pressure and temperature transient data from wireline formation tester interval pressure transient tests (IPTT)
Telli formasyon testlerinden elde edilen aralıklı kararsız basınç ve sıcaklık verileri ile parametere tahmini
SEDAT ERKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İHSAN MURAT GÖK