Tracking pressure, hydraulic and thermal fronts in porous media
Gözenekli ortamda basınç hidrolik ve ısıl cephelerin takibi
- Tez No: 713914
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER İNANÇ TÜREYEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Gelişen teknolojinin sonucunda hayatımıza giren yeniliklerle beraber gündelik hayatta enerjiye olan bağımlılığımız sürekli olarak artmaktadır. Oluşan bu bağımlılık göz önüne alındığı zaman, enerji eksikliğinin hayatımızda oluşturacağı sorunları da düşündüğümüzde enerji üretimine verdiğimiz önemin yerinde olduğu görülmektedir. Bu enerji ihtiyacının giderilmesi için yaygın olarak kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Ancak, fosil yakıtlardan enerji üretildikten sonra oluşan karbondioksit gazının çevremize verdiği geri dönüştürülemez zararlardan dolayı yenilenebilir, sürdürülebilir ve çevre dostu alternatif enerji kaynaklarının popülerliği her geçen gün artmaktadır. Alternatif enerji kaynaklarına jeotermal enerji, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi örnek gösterilebilir. Jeotermal enerji yer altında bulunan ısı enerjisidir. İnsanoğlu yer altında bulunan bu enerjiyi yeryüzüne getirerek kullanmayı amaçlar. Yer altında bulunan ısı enerjisinin kaynağı Dünyamızın merkezinde gerçekleşen nükleer reaksiyonlardır. Daha sonra oluşan ısı enerjisi gözenekli ve çatlaklı kayaçlara transfer olarak yüzeye yaklaşır. Yüzeye yaklaşan bu ısının üretildikten sonra ki süreçte kullanım şekline göre jeotermal enerjinin kullanımı iki farklı şekilde olabilir. Üretilen ısı enerjisinin herhangi bir enerji kaynağına dönüştürülmeden kullanıldığı durumlara doğrudan kullanım yolları denir. Bunlara örnek olarak konut ısıtması, ısı pompası, seracılık, termal turizm örnek gösterilebilir. Üretilen ısı enerjisinin elektriğe dönüştürülerek kullanıldığı durumlaraysa dolaylı kullanım yolları denir. Bu enerji dönüşümü için jeotermal enerji santralleri kullanılır. Türkiye'de bulunan jeotermal rezervuarların konumuna bakıldığı zaman ülkenin batısında olduğu görülmektedir. Bu jeotermal rezervuarların kullanımı oldukça yaygındır. Rezervuarlar incelendiği zaman rezervuarda bulunan sıvının içersinde çözünmüş karbondioksit gözlemlenecektir. Gözlemlenen bu karbondioksitin temel kaynağı karbonatlı kayaçlardır. Karbondioksit jeotermal rezervuarlardan enerji üretiminde çok önemli bir rol oynamaktadır çünkü ayrışma basıncına doğrudan etki etmektedir. Çözünmüş karbondioksit miktarının daha fazla olduğu jeotermal rezervuarlarda ayrışma basıncı daha yüksek olmaktadır. Ayrıca unutulmamalıdır ki karbondioksitin kısmi basıncı buharın kısmi basıncından daha yüksektir. Bundan dolayı üretimle beraber kuyunun içinde oluşan serbest karbondioksit jeotermal rezervuarlarda basıncın daha az düşmesine sebep olur. Jeotermal rezervuarlardan optimum şekilde faydalanabilmek için jeotermal rezervuar mühendisliği önemli rol oynar. Jeotermal rezervuar mühendisleri oluşturdukları rezervuar modellerinin sonuçlarından sahanın modelde kullanılan şartlar altında nasıl davranacağıyla ilgili önemli bilgiler elde ederler. Ayrıca modellerin sonuçlarına bakarak çeşitli üretim stratejileri geliştirmekte mümkündür, böylelikle farklı senaryolar incelenerek üretim yapılan jeotermal rezervuar için en iyi üretim metodu seçilebilir. Bundan dolayı oluşturulan modelin ve modelde kullanılan varsayımların modellenen jeotermal rezervuarla benzer olması çok önemlidir. Örneğin, jeotermal rezervuarlarda simulasyonun tarihi incelenildiği zaman, başlangıçta rezervuarda bulunan suyun saf su olduğu varsayımı yapılırdı. Ancak yapılan bu varsayımla beraber rezervuarda çözünmüş olarak bulunan karbondioksitin etkisinin gözlenmesi mümkün değildir. Bu da yapılan simülasyondan elde edilen sonuuçların jeotermal rezervuarın üretim stratejisine yeteri kadar katkı sağlamaması anlamına gelir. Bu sebeplerden dolayı simulasyonda kullanılan modelin ve modellenen jeotermal rezervuarın örtüşmesi çok önemlidir. Çalışmada geliştirilen sayısal model ile enjeksiyon sırasında hareket eden basınç, hidrolik ve ısıl cephelerin takibi yapılmıştır. Bu modellemede birkaç varsayım bulunmaktadır. Öncellikle, jeotermal rezervuarda akış tek boyutlu doğrusal akıştır. Ayrıca, kullanılan sayısal simülasyon kodu izotermal olmayan jeotermal sahalar için yazılmıştır. Bundan dolayı sıcaklık değişimiyle beraber jeotermal rezervuarda oluşacak değişimleri gözlemleyebilmek mümkündür. Modelde üç farklı denge söz konusudur: su için kütle dengesi, karbondioksit için kütle dengesi ve genel enerji dengesi. Modellemede karbondioksitin jeotermal rezervuarda difüzyon yoluyla yayılması ihmal edilmiştir. Bundan dolayı herhangi bir zaman diliminde simülasyon durdurulduğunda karbondioksit difüzyon yoluyla bir tanktan öteki tanka hareket edemeyecektir. Bu çalışmada analitik ve sayısal sonuçların karşılaştırılması yapılmıştır. Ayrıca yapılan modellemelerde rezervuarda bulunan ısıl ve hidrolik cephelerin farklı gözeneklilik ve geçirgenlik altında davranışını incelemek için duyarlılık analizi yapılmıştır. Yapılan modellemelerde ısıl ve hidrolik cephe için ulaşma zamanı tespit edilip bu zamanlar hakkında yorumlara yer verilmiştir. Ulaşma zamanı en sonda bulunan tanktaki sıcaklık ve kütlece karbondioksit miktarının %50 değiştiği zaman olarak tespit edilmiştir. Son olarak ısıl ve hidrolik cephelerin ulaşma zamanları için analitik yöntemler uygulanmış olup bu iki cephenin ulaşma zamanının oranının suyun içindeki enerjinin rezervuarda bulunan toplam enerji oranına yakın bir değer olduğu bulunmuştur. Yapılan bu çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçlar aşağıda sunulmaktadır: - Jeotermal rezervuarlarda basınç, hidrolik ve ısıl cepheler arasından en hızlı cephe basınç cephesidir. Isıl ve hidrolik cepheyi karşılaştıracak olursak, hidrolik cephe ısıl cepheye göre çok daha hızlı bir şekilde yayılır. Bunun temel sebebi ısıl cephenin yayılması için ısı transferinden dolayı daha fazla zamana ihtiyaç duyulmasıdır. - Gözeneklilik üstünde yapılan duyarlılık analizine bakacak olursak, daha düşük gözeneklilikte cepheler daha hızlı bir şekilde kararlı akış koşullarına ulaşmaktadır. Bu sonuç hidrolik cephe için son derece normaldir. Çünkü daha küçük sistemlerde kütlesel denge daha az suyun enjekte edilmesiyle değişebilir. Ayrıca hidrolik cephenin analitik denklemi de incelendiği zaman bu sonucun normal olduğu görülmektedir. - Isıl cepheye baktığımız zaman düşük gözenekli sistemlerde enjekte edilen sıvı ve jeotermal rezervuar arasında meydana gelen ısı transferi süresi daha kısa olur. Bu da ısıl cephelerin ulaşma zamanlarının daha düşük gözeneklilik değerlerinde daha düşük olmasını destekler. - Isıl ve hidrolik cephelerin ulaşma zamanı ve gözeneklilik arasında doğrusal bir ilişki bulunmuştur. - Transmisibilite üstünde yapılan duyarlılık çalışmasına bakacak olursak, hidrolik ve ısıl cepheler farklı geçirgenliğe sahip simülasyonlarda benzer davranışı göstermişlerdir. Daha düşük transmissibilite değerleri arasında hidrolik ve ısıl cephelerin ulaşma zamanları arasındaki fark daha fazladır. Transmisibilite değerleri büyüdükçe bu fark küçülmektedir. Ayrıca farklı transmisibilite değerlerinde hidrolik ve ısıl cephelerin ulaşma zamanları da çok yakın bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Geothermal energy is the heat energy stored in the subsurface. It is a clean, renewable, and sustainable energy source. Therefore, geothermal energy is a popular energy resource in the world. There are two types of utilization of geothermal energy which are direct use and indirect use. Geothermal energy is used directly for space heating, greenhouse heating, tourism, etc. However, heat energy is converted to another type of energy for indirect utilization. The main purpose of indirect utilization is electricity production. Geothermal power plants are used to convert heat energy to electricity. There are three types of geothermal power plants which are dry steam power plants, flash steam power plants, and binary power plants. For sustainable management of a geothermal resource, future performance predictions must be made. This requires good reservoir engineering practices and good reservoir characterization. One of the ways of characterizing the reservoir is by way of using tracers. Generally, tracers are made up of material that does not exist in the geothermal reservoir. Almost all of the geothermal fields in Turkey contain some amount of carbon dioxide. The carbon dioxide is usually dissolved in the geothermal water in various mass fractions. Depending on the amount, carbon dioxide can have a significant effect on production performance. Because of reinjection operations (where water with either little or no carbon dioxide is reinjected), the amount of carbon dioxide in the reservoir decreases. Depending on the reinjection amount, the produced carbon dioxide from wells also decreases once reinjected water reaches the production wells. This provides the opportunity to treat the carbon dioxide data as tracer data. Analyzing the decline of carbon dioxide at the production wells would provide a better characterization of the reservoir. Hence a model is necessary to model the decline of the carbon dioxide level. When reinjection operations are carried out, usually there are three fronts involved: the pressure front, hydraulic front, and thermal front. In this study, a model is developed to analyze how the fronts propagate in the reservoir. In the mathematical model, mass balance on the water, mass balance on carbon dioxide, and overall energy balance are applied to model pressure, temperature, and mass fraction of carbon dioxide in the geothermal reservoir. The model developed is a numerical model where the reservoir is split into grid blocks and mass and energy equations are solved simultaneously. To track pressure, thermal, and hydraulic fronts, the geothermal reservoir is divided into 175 homogenous grid blocks. These grid blocks are hydraulically connected with each other. In this study, the effects of injection operation and some petrophysical properties on the displaced pressure, thermal, and hydraulic fronts are studied. It is important to note that there are several assumptions. First, the geothermal reservoir is assumed to be a liquid dominated geothermal reservoir. Second, it is assumed that there is a 1D linear flow. Furthermore, it is important to note that injection is operated with a constant mass flow rate. Finally, the impact of carbon dioxide diffusion is ignored. Analytical equations of the breakthrough time of both thermal and hydraulic fronts are provided. Comparison of numerical and analytical solutions of these fronts are also provided.
Benzer Tezler
- Dolusavak plaka boşlukları boyunca akım ve türbülans karakteristiği
Flow and turbulent characteristic over spillways slab gaps
MUHAMMED FATİH ÖZÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
- Validation of the first Turkish axial-flow left-ventricular assist device using particle image velocimetry (PIV)
İlk Türk eksenel-akışlı sol-ventrikül destek pompasının (SVDP) parçacık hızı görüntüleme (PHG) tekniğiyle validasyonu
SINA DADGAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
BiyomühendislikBahçeşehir ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. SARPER ÖZHARAR
Prof. Dr. MESUT EROL SEZER
- Transmisyon kavramalarınının modellenmesi ve kontrolü
Modeling and control of transmission clutches
SEYİT ALİ YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Otomotiv MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUZAFFER METİN
- Katı atıkların depolanmasında karşılaşılan geoteknik problemler
Geotechnical problems encountered in disposal of wastes
AHMET KUTAY
- Kablosuz ve akülü mobil lift tasarımı
Design of wireless and battery powered mobil lift
YUSUF TİTİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN ALTINKAYNAK