Jeotermal sularla hazırlanmış çamurların sondaj performansına etkisi

Abstract

Jeotermal sondajlar genellikle bol kırık ve çatlaklı volkanik sahalardaki yüksek sıcaklık koşullarında yapılmaktadır. Çamur kaçaklarını ve bozulmalarını beraberinde getiren bu durum ise sürekli çamur yapımı gerektirdiğinden önemli miktarda da su ihtiyacı söz konusu olmaktadır. Çamur yapımında kullanılacak olan tatlı su fayda/maliyet açısından sondaj mahaline en yakın yerden temin edilmek istenir. Bu durumun her zaman mümkün olmadığı durumlarda ise sondaj mühendisleri jeotermal havzalarda yer alan diğer kuyu ve/veya yüzey kaynaklarından mineralli sıcak suları çamur yapımında kullanmaktadırlar. Literatürde tatlı sularla hazırlanmış sondaj çamurlarının reolojik özellikleri üzerine birçok çalışma mevcut olmasına rağmen, farklı mineral içerikli sıcak jeotermal kaynak suları ile hazırlanmış sondaj çamurlarının reolojik özellikleri ve sondaj performansı üzerine etkileri henüz incelenmemiştir. Bu çerçevede, bu çalışma ile literatürdeki boşluğu doldurmak hedeflenmiştir. Çalışma kapsamında öncelikle 1 adet saf su, 8 adet jeoermal kaynak suyu kullanılarak API standartlarına göre çamur numuneleri hazırlanmıştır. Daha sonra bu numunelerin hem ortam koşulları hem de sıcaklık artışına bağlı olarak viskozite, filtrasyon, jel mukavemeti, kek kalınlığı, pH ve çamur yoğunluğu ölçülmüştür. Bu çalışmada ayrıca, formüle edilen çamurların reolojik davranışlarının tahmininde kullanılacak reolojik model ortam koşullarında ve sıcaklık artışına bağlı olarak istatistiksel olarak değerlendirilmiş ve kesinti taşıma indeksleri ile etkin kuyu temizliği için gerekli minimum anülüs hızları yine ortam koşullarında ve sıcaklık artışına bağlı olarak hesaplanarak sondaj performansları değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmelerde mineralli jeotermal kaynak suları ile hazırlanmış çamurların saf su içerikli çamurlara göre viskozitesinin ve akma noktasının daha düşük olduğu, su kaybının ise daha yüksek olduğu görülmüştür. Diğer yandan numunelerin 6 farklı sıcaklık koşulunda (77, 122, 167, 212, 257 ve 302 (°F) kayma gerilmesiyle kayma hızı arasındaki ilişkiler (reogram) grafiklendiğinde, akışkanın nispeten düşük sıcaklıklarda (77-212 (°F) aralığı) kopma gerilmesinin aşılmasından sonra kayma gerilmesi ile kayma hızı arasındaki ilişki Bingham plastik ve power law modellerinin bir kombinazonu olan Herschel-Bulkley modeli ile ifade edilebilecek akış davranışını gösterdiği, daha yüksek sıcaklıklarda ise bazı su numuneleri için akışkanın kopma gerilmesiz non-Newtoniyen akışkan gibi davrandığı görülmüştür. Kesinti taşıma indeksleri açısından yapılan değerlendirmeye göre ise, jeotermal kaynak suları ile hazırlanmış saf su içerikli çamurlardan daha düşük taşıma kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Etkin kuyu temizliği açısından ise daha yüksek anülüs hızına ihtiyaç duyacağı bulunmuştur. Sonuç olarak jeortamal kaynak suları ile hazırlanan çamurların tatlı su kaynaklarına oranla daha düşük sondaj performansı sergileyeceği kanatine varılmıştır.

Geothermal drilling is usually carried out on the fractured and cracked volcanic areas having high temperature conditions. Because of this situation leading to lost of circulation and decomposition of mud requires a vast amount of water to prepare mud. Fresh water using to prepare mud is desired to be provide from the nearest location of drilling site in terms of benefit/cost. Otherwise, drilling engineers use geothermal spring water to prepare mud from the surface or well near the drilling location. Although there have been many studies about the drilling muds prepared with fresh waters, the geothermal spring waters and their effects on the drilling performance have not been investigated. To this end, first of all, 1 sample of distilled water and 8 sample of geothermal spring water were used to prepare mud samples according to API standards. Then, the viscosity, filtration, gel strength, cake thickness, pH and density of these samples were measured depending on ambient conditions and elevated temperature. In addition, the rheological model to be used in predicting the rheological behavior of the formulated muds was analyzed statistically and the cutting carrying indexes and the minimum anulus velocity required for effective well cleaning of samples were evaluated in terms of drilling performances at ambient conditions and elevated temperature. As a result, it was observed that the muds prepared with geothermal spring waters have lower viscosity and lower yield point and higher water loss than fresh water based muds. On the other hand, when the relationships between the shear rate and the shear rate of the samples are plotted for 6 different temperature conditions (77, 122, 167, 212, 257 and 302 (°F)), the relationship between shear stress and shear of the fluid is shown by the Herschel-Bulkley model which a combination of Bingham plastic and power law models at relatively low temperatures (77-212 (°F) range). However, some mud samples behaved as non-Newtonian fluid that is without yield point at higher temperatures. Also, it is seen that muds prepared with geothermal spring waters have lower carrying capacity than the muds containing fresh water in terms of cutting carrying indexes. Moreover, muds prepared with geothermal spring waters require higher velocity of annulus for effective well cleaning. Consequently, based on this study, it was concluded that the muds prepared with geothermal spring waters have a lower drilling performance compared to muds prepared fresh water sources.