Downhole pressure and temperature measurement tool: Design, prototyping, and validation for geothermal applications
Kuyu dibi basınç ve sıcaklık ölçüm cihazı: Tasarım, prototipleme ve doğrulama çalışmaları
- Tez No: 935268
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT PARLAKTUNA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Jeotermal enerji, sürdürülebilirliği ve çevresel faydaları nedeniyle kritik bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Jeotermal rezervuarlarda basınç ve sıcaklık ölçümlerinin doğruluğu, enerji üretiminin optimize edilmesi, akışkan dinamiklerinin izlenmesi ve uzun vadeli sistem verimliliğinin sağlanması açısından büyük önem taşımaktadır. Mevcut ticari kuyu dibi (downhole) ölçüm cihazları gelişmiş teknolojilere sahip olsa da, Türkiye'de henüz yerli olarak tasarlanıp imal edilmiş kuyu dibi ölçüm cihazı geliştirilmemiştir. Bu çalışma, yerli bir kuyu dibi ölçüm cihazının geliştirilme fizibilitesini araştırmakta ve operasyonel koşullar altında performansını değerlendirerek jeotermal rezervuarlarda güvenilirliğini ve ölçüm doğruluğunu ortaya koymayı amaçlamaktadır. Bu araştırma, kapsamlı bir literatür taraması ile temel tasarım parametrelerinin belirlenmesiyle başlayan yapılandırılmış bir metodoloji izlemektedir. Üç boyutlu mekanik tasarım, SolidWorks kullanılarak modellenmiş ve modellenen cihazın termal yapısal davranışı COMSOL Multiphysics ile analiz edilmiştir. Simülasyonlar, yüksek sıcaklık koşullarında ısı yalıtımı, mekanik bütünlük ve malzeme performansını değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Üretim aşamasının ardından, deneysel doğrulama laboratuvar testleri ile yapılmış ve gerçek dünya performansı, hesaplamalı tahminler ile karşılaştırılmıştır. Geliştirilen nihai prototip, 145°C ve 3000 psi basınç altında başarıyla çalışmış ve ±0.1°C ile ±0.1 bar doğrulukta ölçüm yapabilmiştir. Deneysel çalışmalar ve simülasyon sonuçları, cihazın düşük ve orta entalpili rezervuarlarda jeotermal uygulamalar için güvenilirliğini ortaya koymuştur. Ayrıca, paslanmaz çelik, Teflon ve PEEK gibi yüksek sıcaklık dayanımı yüksek malzemeler değerlendirilerek optimum malzeme seçimi gerçekleştirilmiştir. Deneysel veriler ile COMSOL simülasyon sonuçları arasındaki yüksek eşleşme oranı, geliştirilen ısıl modelin doğruluğunu ortaya koymuştur. İç sıcaklık tepkisinin zamana bağlı gecikmeli karakteristiği, simülasyon ile başarılı biçimde modellenmiş ve uygulanan yalıtım tasarımının etkinliği kanıtlanmıştır. Ölçüm cihazı ayrıca, kuyu iniş senaryoları altında simüle edilmiş ve 200°C sıcaklığa sahip ortamlarda 1100 metre derinliğe kadar ısıl kararlılığını ve ölçüm doğruluğunu koruyabildiği gösterilmiştir. Bu çalışma, Türkiye'nin jeotermal teknoloji alanındaki yerli gelişimini destekleyen öncü bir adım niteliğindedir. Gerçek zamanlı kuyu dibi ölçümler almak için maliyet etkin ve özelleştirilebilir bir çözüm sunmanın yanı sıra, CAD modelleme, simülasyonlar ve deneysel doğrulamayı entegre eden bütünleşik bir çerçeve ortaya koymaktadır. Bu araç için tasarlanan modüler elektronik kart, solenoid valf kontrolü gibi ek yeteneklere sahiptir ve bu sayede yalnızca basınç-sıcaklık ölçümü değil, aynı zamanda akışkan örnekleme fonksiyonlarını da içeren daha gelişmiş bir sistemin temelini oluşturabilir. Ayrıca, başlangıçta jeotermal uygulamalar için tasarlanmış olmasına rağmen, aracın boyutları ve basınca dayanıklılığı, petrol ve doğal gaz kuyularında da kullanım potansiyeli sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Geothermal energy is a crucial renewable energy source due to its sustainability and environmental benefits. Accurate pressure and temperature measurements in geothermal reservoirs are essential for optimizing energy production, monitoring fluid dynamics, and ensuring long-term system efficiency. While advanced downhole measurement tools are commercially available, Türkiye has not yet developed its system for reservoir monitoring. This study investigates the feasibility of developing a domestically produced downhole measurement tool and evaluates its performance under operational conditions to establish its reliability and accuracy in geothermal reservoirs. The research follows a structured methodology, beginning with an extensive literature review to define key design parameters. The tool was modeled using SolidWorks for 3D mechanical design, and its thermal and structural behavior was analyzed using COMSOL Multiphysics. Simulations were performed to evaluate heat insulation, mechanical integrity, and material performance under high-temperature conditions. After manufacturing, experimental validation was conducted through laboratory tests, comparing real-world performance with computational predictions. The final prototype successfully operated at 145°C and 3000 psi, achieving a measurement accuracy of ±0.1°C and ±0.1 bar. Simulation results and experimental data verified the tool's reliability for geothermal applications in low and medium enthalpy reservoirs. Additionally, material selection was optimized, and stainless steel, Teflon, and PEEK were evaluated for their high-temperature resistance. The comparison between the experimental data and COMSOL simulation results revealed strong agreement, validating the thermal model's accuracy. The tool's internal temperature response exhibited a characteristic thermal lag, effectively captured by the simulation, which confirmed the success of the insulation design. The tool was also simulated under wellbore descent conditions and demonstrated the capability to maintain thermal stability and measurement accuracy at depths up to 1100 meters in 200°C geothermal environments. This study presents a pioneering step in Türkiye's domestic geothermal technology development by providing a cost-effective and customizable solution for reservoir monitoring; it represents a foundational step in Türkiye's domestic development of geothermal measurement tools by integrating CAD modeling, computational simulations, and experimental validation into a unified framework. The modular electronic board designed for this tool includes additional capabilities, such as solenoid valve control, which can facilitate the development of a more advanced tool for pressure-temperature measurement and fluid sampling. Furthermore, while initially designed for geothermal applications, the tool's dimensions and pressure resistance allow for potential applications in petroleum and natural gas wells.
Benzer Tezler
- 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
- Geothermal resource assessment and reservoir modelingwith an application to Kavaklidere Geothermal Field, Turkey
Başlık çevirisi yok
AYŞEGÜL BALIKÇIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiUniversity of Southern CaliforniaPROF. FRED AMİNZADEH
- Wellbore modeling for predicting the flowing behavior of gas condensate during production
Gaz kondensat üretimi yapan kuyuların akış davranışlarını tahmin eden modelleme çalışması
GÜLCAN DERYA ADAGÜLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEVZİ GÜMRAH
- Performance prediction of gas storage in salt caverns
Başlık çevirisi yok
MURAT YAPICI
Yüksek Lisans
İngilizce
1990
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FEVZİ GÜMRAH
- Trakya havzası doğal gaz değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ABDURRAHMAN SATMAN