Jeotermal Enerji Endüstrisinde Teknik ve Teknolojik Gelişmeler

JEOTERMAL ENERJİ ENDÜSTRİSİNDE TEKNİK VE TEKNOLOJİK GELİŞMELER
Umran SERPEN
İTÜ Petrol ve Doğal Gaz Müh. Böl.
ÖZET
Bu çalışmada dünyada jeotermal enerji endüstrisindeki gelişmeler bağlamında endüstrinin çeşitli
dallarında son yıllardaki yenilikler tanıtılmaktadır. Bu çerçevede, önce “süper-kritik” jeotermal sistemler
hakkında bilgi verilmekte ve bu tür sistemlerin keşfi için yapılan çalışmalar hakkında bilgi sunulmaktadır.
Daha sonra, artık “Enhanced Geothermal Systems” olarak anılan kuru sıcak kayalardan enerji elde
edilmesi için yapılan son çalışmalar anlatılmaktadır. Öte Yandan, son yıllarda jeotermal aramada çok
popüler olan ve arama maliyetlerini düşürmesi yanında, artık üretim için de kullanılmaya başlanan küçük
çaplı kuyulardaki gelişmeler tanıtılmaktadır. Son olarak da, jeotermal enerji için yapılan sondaj
çalışmalaındaki yenilikler ele alınmakta ve bu bağlamda PDC tip matkaplardaki gelişmelerle DWD (sondaj
sırasındaki teşhis) teknolojisi hakkında bilgi sunulmaktadır.
GİRİŞ
Jeotermal enerji, 1900’lü yılların başında elektrik enerjisi üretmek ve 1920’li yıllarda da İzlanda’da
doğrudan kullanım (konut ısıtması) gibi alanlarda kullanılmaya başlamış olmakla birlikte, kullanılan
teknoloji o zamanın yeraltısuyu teknolojisi ile yüzey donanımlarında kullanılan zamanın mekanik
teknolojisinden ibaretti. Ellili yılların ortasından itibaren hız almaya başlayan jeotermal endüstrisi, bir
yandan kendi teknolojisini geliştirmek için çabalarken, büyük ölçüde petrol endüstrisinden, bu alandaki
teknolojilerin adaptasyonu yoluyla, yararlanmıştır. Sıcak kuyuların delinip donatılması konusundaki
teknoloji, 1960’lı yılların başında buhar enjeksiyonu kuyuları için petrol endüstrisinde geliştirilmişti. Bu
nedenle, jeotermal kuyuların delinmesi için gerekli teknoloji konusunda bir eksiklik hissedilmemiştir. Daha
sonra 1970’li yıllarda, petrol ve doğal gaz kuyularının 5000-6000 m derinliklere ulaşması ve bu
derinliklerde karşılaşılan sıcaklıkların sığ jeotermal kuyularla aynı seviyede olması, sondaj sirkülasyon ve
çimentolama sıvılarının yanında enstrümentasyon elemanlarının bu sıcaklıklara uygun olarak geliştirilmesi,
hep jeotermal enerjinin yararına olmuştur. Bu arada, jeotermal rezervuarların geliştirilmesi ile teknikler de,
yeraltındaki akışkan akışı ile ilgilenen petrol endüstrisinden aktarılmıştır.
Kuyu testleri ve rezervuar modellemesi ile ilgili yapılan çalışmaların ve jeotermal endüstrisindeki
gelişmelerin tamamına yakını petrol endüstrisinden olmuştur. Son yıllarda çok popüler olan rezervuar
izlenmesi “reservoir monitoring” gibi çalışmalar ve rezervuar modellerine bağlanmaları, petroldeki 4
boyutlu sismik çalışmalarından esinlenerek gerçekleştirilmiştir. Öte yandan, doğrudan kullanımın önemli
bir teknolojisi olan merkezi ısıtma sistemleri, daha önceleri fosil yakıtlar için geliştirilmişti ve endüstri
bundan yararlanmıştır. Bu arada, fosil yakıtlarla işletilen ısıtma sistemlerindeki kazanın yerini, jeotermal
rezervuarın aldığı bir adaptasyon süreci yaşanmıştır. Neredeyse diğer tüm doğrudan kullanım alanları,
fosil yakıtlarla daha önceleri gerçekleştirilmekteydi.
Jeotermal enerji endüstrisinin kendisinin yarattığı teknolojilerde en önemli gelişmeler, yeraltındaki kaynak
geliştirme alanında olmuştur. Jeotermal enerji endüstrisi, yerbilimlerinde volkanoloji ve jeofizik dallarındaki
gelişmeleri iyi kullanarak, kendisine adapte etmiştir. Jeofizik biliminde rezistivite çalışmaları ile başlayan
gelişmeler, tellürik ve “controlled source audio mangnetotelluric”, CSAMT çalışmalarının geliştirilmesi ve
jeotermal alanlarda kullanılmasıyla son aşamasına erişmiştir. Jeotermal enerjinin kendisinin yarattığı
gelişimlerden önemli biri de elektrik santraları olmuştur. Görece düşük sıcaklıkları dolayısıyla, düşük
verimlilikli olan jeotermal santrallerdeki gelişmeler devam etmektedir. Şimdiyedek bu konuda
gerçekleştirilen en önemli gelişme ORC diye anılan “binary” santrallerdir. Bu arada organik olmayan bir
diğer “Rankin” çevrimi olan “Kalina cycle” uygulama alanında ilerlemeye çalışmaktadır.
SÜPER-KRİTİK JEOTERMAL SİSTEMLER
o
Kritik nokta üzerindeki sıcaklık ve basınçlar (374 C ve 221 bar) sadece tek fazlı süper kritik akışkan
mevcut olabilir. Larderello, San Vito (İtalya) ve Kakonda (Japonya) gibi sahalarda sondaj yapılan
sahalarda süper-kritik rejimlerle karşılaşılmasına rağmen, düşük geçirgenlik, kuyu stabilitesi ve asidik
volkanik gazların varlığı gibi sorunlar, ticari olarak bu rejimdeki sahaların işletilmesini engellemişlerdir.
o
Bazen, San Vito sahasında olduğu gibi, 420 C üzerindeki sıcaklık, işletmecileri vazgeçirmiş ve saha
kapatılmıştır.
o
Aslında, yakın geçmişte aranan süper-kritik jeotermal akışkanların sıcaklıkları 400-600 C, basınçları ise
500-600 bar civarındadır. Şekil 1, saf suyun basınç-entalpi diyagramını göstermektedir. Şekil 1’deki A
noktasında bulunan 500 bar basınçlı ve 2100 kJ/kg entalpiye sahip bir süper-kritik akışkanın, yapılacak
üretimle kuyu içinde yukarıya akışı sırasında, adyabatik soğuma ve basınç azalımı ile B noktasına
erişeceği ve su ile buhar olan iki faza ayrışarak E ve D noktalarına ulaşacağı varsayılmaktadır. D ve E
noktalarına erişen akışkandan klasik yollarla elektrik enerjisi üretilebilir. Yukarıya yükselen suyun kondüktif
soğumasıyla AE ve AL patikalarını takip eden süper-kritik akışkan, kaynayan veya kaynamayan sıcak
suya geçiş yapacak ve yüksek sıcaklıklı suyun hakim olduğu jeotermal rezervuarları oluşturacaktır. Benzer
olarak H-D patikasında hareket eden süper kritik akışkan D ve E noktalarında buhar ve suya ayrışacak ve
buharın hakim olduğu jeotermal rezervuarı temsil edecektir [1]. Sıcak suyun ayrıştırılmasıyla elde edilecek
elektrik enerjisi toplam kütle akışının %20’sinden yararlanacakken, doğrudan kızgın buhar eldesiyle hem
dönüşüm verimi artacağından, hem de tüm akışkan (buhar) kullanılacağından, daha fazla enerji üretmek
mümkün olacaktır.
Süper-kritik akışkanlardan daha fazla elektrik enerji elde edilmesi, Şekil 2’deki bu akışkanların F-G veya FJ patikalarını takip etmesiyle oluşacaktır [1]. Fournier (1999)’e göre [2], sıvı suyun mevcut olmaması
herhangi bir HCl ve SO2’nin çözülmesini engelleyerek, süper-kritik akışkanın reaksiyona girmesini
önleyecektir. Bu da çökelme ile ilgili sorunları ortadan kaldıracaktır.
Doğal olarak bu tür kaynakların derinliği de ekonomisi açısından ilgi çekmektedir. Şekil 1’de de görüleceği
gibi, hidrotermal sistemin soğuk su hidrostatik basıncı tarafından kontrol edildiği düşünüldüğünde, kritik
o
o
basınca yaklaşık 2.5 km’de erişilebileceği görülmektedir. Fridleifsson, (2001), 400 -600 C suların kaynama
olmadan doğrudan kara bacalardan okyanusa deniz tabanından boşaldığını belirtmiştir [1]. Şekil 1’deki
sağ ordinatta litosferik basınç gösterilmekte ve kritik basınca 1 km’den az seviyelerde ulaşılabileceği
görülmektedir.
Şekil 1. Saf suyun basınç-entalpi diyagramı [2].
Şekil 2a, kritik koşullara magmatik bir sokulum tarafından ısıtılan bir konveksiyon hücresi tarafından nasıl
ulaşılacağı şematik olarak gösterilmektedir. Burada tek bir basit konveksiyon hücresinin aşağıya doğru
soğuyan mağma gövdesine uzanan bir model gösterilmektedir. Bu modelde, yüzeyden A noktasına kadar
sıcaklık gradyenleri kaynama noktası eğrisi tarafından, A-B arasında taşınımla çalışan adyabatik
gradyenle kontrol edilmekte ve B-D arasındaki geçirgen olmayan zonda da konduksiyonun hakim olduğu
açıktır [2].
Şekil 2b ise, hidrostatik basınçlardaki kritik altı sığ kendini tıkayan bir hidrotermal sistemle ayrılan
hidrostatik ve litostatik akışkan basınçlarındaki konvektif süper-kritik sistemin kavramsal modeli
gösterilmektedir. Bazı durumlarda, yüksek sıcaklıklı sistemler soğuk su kolonlarından kendini tıkayan
zonlar vasıtasıyla izole olurlar ve süper-kritik sistemler görece sığ derinliklerde oluşurlar [2]. Modele göre
kendini tıkayan, hidrostatik basınçla kontrol edilen az tuzlu sığ taşınım sistemi daha derin, tuzlu ve
litostatik basınçlardaki taşınım sisteminden ayrılır.
Şekil 2a. Hidrotermal konveksiyon
Şekil 2b. Konvektif süper-kritik sistem [1].
Hücresi [1].
Süper-kritik jeotermal sistemleri araştırmak üzere Izlanda’da bir çalışma başlatılmış olup, 3500 m derinlikte
bir kuyu Reykjanes rift zonunda Nesjaveilir yöresinde delinmiştir. Bu kuyu (IDDP), 5500 m’ye
derinleştirilerek, o bölgede süper-kritik akışkanlar araştırılacaktır. Bu çalışma için, SAGA adlı bizim de
dahil olduğumuz bir bilimsel danışma kurulu kurulmuştur.
SAGA’nın önerisiyle dünya üzerinde olası süper-kritik jeotermal sistemler üzerinde bir çalışma yapılmakta
olup, bu çerçevede Türkiye’deki olası sistemler üzerinde bir çalışma yapılmıştır [3]. Bu çalışmada, bu tür
sistemlerin batıda Menderes Masif’inin B. Menderes ve Gediz grabenleri arasındaki kısmında, Orta
Anadolu’da Kapadokya yöresinde ve Doğu Anadolu’da Kuvaterner yaşlı volkanlarda olabileceği konusu
işaret edilmiştir. Potansiyel olarak da batıda bir-iki bin, Orta Anadolu’da birkaç yüz ve Doğu Anadolu’da da
birkaç on MW mertebeleri tahmin edilmiştir [3].
SICAK KURU KAYAÇLAR VE SICAK ÇATLAKLI KAYAÇLAR (HDR/HFR/EGS)
Sıcak kuru kayalar jeotermal endüstrisinin gündemine 70’li yılların başında gelmiş ve hemen arkasından
New Mexico’da Fenton Hill denilen alanda bu konuda araştırmalar başlamıştır. EPRI’ye göre sıcak kuru
kayaların potansiyelinin hidrotermal kaynaklara göre 30-40 katıydı [4]. Fenton Hill’de granit içine 25003000 m derinliğinde üretim ve enjeksiyon kuyuları delindi, bu kuyular arasında çatlak zonlar hidrolik
çatlatma yöntemiyle yaratıldı. Yaklaşık 15 yıl süren bu çalışmalar ve 200 milyon $ yatırım yapıldıktan
sonra, ABD Enerji Bakanlığı projeden desteğini çekti. Bu tür projelere yeniden destek sağlamak için ilk
yapılan işlem, kuru sıcak kayalar teriminin yerini destekli jeotermal enerji üretimi “enchanced geothermal
systems”, EGS alması olmuştur.
EGS, 90’lı yıllarda Avrupa’da Strasburg yakınlarındaki Ren grabeninin kuzey eteğinde yaklaşık 2000 m
kalınlığında sedimanlarla örtülü, kristalen temeli oluşturan Soultz granit horstu içinde yer bulmuştur [5].
Bölgede daha önce delinmiş petrol kuyuları bulunmaktaydı. Kuyuların dibine jeofonlar yerleştirilerek, daha
o
sonraki hidrolik çatlatma işlemlerinin izlenmesinde kullanılmıştır. Sıcaklığın 200 C civarında olduğu,
yaklaşık 5000 m derinliğe, birbirlerinden uzaklığı yaklaşık 700 m olan 3 adet yönlü sondaj yapılarak, bunlar
arasında hidrolik iletkenlik yaratılmaya çalışılmıştır. İlk iki kuyu arasında bu canlandırma işlemi başarılı
olsa da, 3. kuyu ile diğerleri arasında istenilen iletkenlik yaratılamamış ve bu durum yapısal bir engelle
açıklanmaya çalışılmıştır. İlk iki kuyu arasındaki sirkülasyon testi sırasında su kaybı olduğunun farkına
varılmıştır. Su kaybı bu tür projelerde arzu edilmeyen bir olaydır. Yapılan iki hidrolik çatlatma işlemi
sırasında 35000 sismik kayıt alınmış ve bunların 10000’nin yeri belirlenmiştir. Mikrosismik hareketler
yanında, büyüklüğü üç ve üçün üzerinde sismik hareketler kaydedilmiş ve bu büyüklükteki sismisite
civarda yaşayan toplum üzerinde tedirginlik yaratmıştır [5].
Sıcak çatlak kayaçlar (HFR) kavramı ilk defa Fenton Hill’de ortaya atılmış ve Cornwall- İngiltere, Baselİsviçre ve Bad Urach-İsviçre’de bu konuda projeler geliştirilmiştir. Projelerin tamamına yakını, doğal
çatlakları olduğu bilinen granit kayaçlar üzerine bina edilmiştir. Doğal eklem veya çatlaklara sahip
granitlerde, çatlatma akışkanı yeterli basınçta injekte edildiği zaman, çatlak düzlemlerini kaydırıp
mikrosismik dalgalar yaydığı ve önemli geçirgenlik artışı sağladığı, ilk projelerden bilinmekteydi. Bu tüm
projelerde temel özellik, yüksek basınçlı enjeksiyonla çatlatma işlemi ve onun mikrosismik network ile
izlenmesiydi. Gelişen akışkan akışı, izlenen mikrosismik emisyonlarla belirlenmiştir. Bu tür ortamlarda ısı
değişimi, ısı iletimiyle olmaktaydı. Ancak, doğal çatlaklı granitik kayaçlarda (HFR) ek ısı, taşınımla
o
sirkülasyon sıvısına katılmaktadır. Avustralya’daki Cooper havzasında 250 C’ta bulunan çatlaklı granit,
böyle bir olanağa sahiptir [6] .
Fransa’nın Soultz bölgesinde HDR ve Cooper havzasında HFR projelerinde yaratılan büyüklüğü 3
civarındaki sismik hareketlerin incelenmesi sonucunda, bunların enjeksiyonun durmasından sonra
oluştuğu, birbirlerinden farklı oldukları ve Cooper havzasında sismik olayın muhtemelen hidrolik bir engelin
kırılması sonunda meydana geldiği kanısına varılmıştır. Ayrıca, Avustralya’daki Cooper havzasında olayın
plaka sınırındaki doğal bir depreme benzediği düşünülmektedir [7].
Öte yandan, CO2’in HDR projelerinde ısı taşıyan eleman olarak, suyun yerine kullanılması önerilmektedir.
o
Sıcaklığı 200 C ve birkaç yüz bar basınca sahip tipik bir EGS sistemi için yapılan çalışmada, CO2’in sıvıya
benzer yoğunluğu ve gaz gibi viskozitesi olan süper-kritik akışakan olduğu ve termofiziksel özelliklerinin
onu çekici bir ısı taşıyan akışkan haline getirdiği gözlenmiştir. Yapılan araştırmalar, EGS rezervuarından
ısı madenciliği için, CO2’in suya yakın veya ondan daha üstün bir akışkan olduğuna işaret etmektedirler.
CO2’in kullanılması durumunda potansiyel mineral dönüşümlerinin gözenekliliği artırıcı bir etkisi olacağı
düşünülmektedir [8].
Rezervuarda geçirgenliği geliştiren büyük sismik olayların çevre bakış açısından tehlikeli olduğu, ancak,
üretimi arttırırken büyük sismik hareketleri de önleyen bir rezervuar yönetimine gereksinim duyulduğu
düşünülmektedir. HDR/HFR sistemlerinin geliştirildiği zonların derinlikleri bugünkü ekonomik imkanlara
göre çok fazladır. Ayrıca, Soultz gibi yerlerde bulunan sıcaklıklar da çok yüksek değildir. Soultz da su
kaybının da gözlenmesi bu projeyi zor durumda bırakmıştır. Bu çerçevede düşünüldüğünde,
Avustralya’daki Cooper havzasında EGS geliştirmesi mümkün olabilir. Ancak, bugünkü teknolojiyle ve
mevcut yakıt fiyatlarıyla ekonomik olarak gerçekleştirilmesi zor görünmektedir. Ülkemize gelince, Orta
Anadolu Kapadokya yöresinde ve Doğu Anadolu’daki volkanların olduğu bölgede EGS sistemleri
bulunabilir. Ancak, ülkemiz bu sıralarda bu tür araştırma yapabilecek ekonomik imkanlara sahip değildir.
KÜÇÜK ÇAPLI KUYULAR
Petrol endüstrisinde “slim holes” olarak anılan küçük çaplı kuyular (<15 cm, 6 inç), jeotermal enerji
endüstrisinde de kullanılmaya başlamışlardır. Küçük çaplı kuyuların uygulamaya girmesinde en büyük
neden, ekonomik olmalarıdır. Çaplarının küçük olması dolayısıyla, daha az iş gücü, daha küçük sondaj
makinesi, daha küçük lokasyon, daha az akaryakıt ve sondaj sarf malzemelerinin kullanımının söz konusu
olması yanında, elmaslı sondaj makineleriyle yapılmaları durumunda, yeraltındaki yapı ve litoloji hakkında
maksimum bilgiyi sağlamaktadırlar. Jeotermal endüstrisi açısından bu kuyuların önemi, jeokimyasal
yöntemlerle tahmin edilen, sıcaklıkların varlıklarının en ekonomik yöntemle kanıtlanmasıdır [9].
Küçük çaplı jeotermal kuyular, jeotermal enerji endüstrisinin çok da yabancısı olmayıp, başlangıçta
jeotermal anomalilerin yerlerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilen gradyen sondajlarının inşasında
uygulama alanı bulmuşlardır. Bu tür kuyular, ülkemizde Kızıldere, Balçova vb. birçok jeotermal alanda
bahsedilen amaçla yapılmışlardır. Ancak, son zamanlarda sığ seviyelere delinen, bilinen maden
sondajlarının ve gradyen sondajlarının ötesinde, 3500 m’lere varan derinlikleriyle, derin kuyular haline
gelmişlerdir. Petrol sahalarında da ekonomik avantajları dolayısıyla, yakın zamanlarda popüler
olmuşlardır. Ülkemizde küçük çaplı kuyular, yakın geçmişte Zonguldak havzasında 2000 m derinliğe kadar
delinmiştir [10].
Küçük çaplı kuyular, ya standart çaplardan daha küçük çaplarda delinirler, ya elmaslı sondaj makineleriyle
karotlu olarak, ya da her iki yöntem kombine edilerek, delinirler. Her üç seçeneğin de sağladığı avantajlar
vardır. Genelde, bu tür sondajlar arama amacına yönelik delinirler. Ancak, son yıllarda jeotermal sahalarda
delinen bu tür kuyulardan formasyon değerlendirmesi, hatta küçük çapta üretim yapmak da mümkün
olmaktadır.
Arama ve rezervuar değerlendirmesiyle ilgili sondaj maliyetleri kanıtlanmış jeotermal rezervlerin
gelişmesini engelleyen önemli bir engel oluşturmaktadır. Bu rezervleri geliştirmek için jeotermal endüstrisi
arama ve rezervuar değerlendirmesi maliyetlerini düşürmek zorundadır. Tipik bir jeotermal arama kuyusu
5/8
standart çaplı (üretim kuyusu boyutlarında 9 ” üretim borusu ile) delinmekte ve eğer sıcak su ve/veya
buhar bulunursa, test edilmektedir. Bu kuyuların ülkemizdeki maliyetleri 500 bin $ ile 1 milyon $ arasında
olup, yurt dışındaki maliyetleri bunların iki katından fazla olabilmektedir. Standart üretim çapında kuyular
delmek, başlangıç aşamasında jeotermal projelere büyük finansal yükler getirmektedir. Geçmişte, elmaslı
matkaplarla karot alınarak delinen 3”-4” çaplı kuyular, sıcaklık gradyenini ölçmek ve lokasyon belirlemek
için kullanılmaktaydı. Son yıllarda küçük çaplı kuyularda test yöntemlerinin gelişmesi, bu teknolojinin
kullanılması konusunda teşvik yaratmıştır [11]. Tipik küçük çaplı kuyu planları Şekil 3’te verilmektedir.
55m
81/2” delik, 7”
20 lb/ft casing
160m
61/4” delik, 41/2”
11.5 lb/ft casing
7m
164m
91/2”delik 7” casing
838m
61/8”delik 4.5”casing
1560m
3.895”delik,
3.5 HQ
3.89” açık kuyu
1220m
3” açık kuyu
1634m
Şekil 3. Tipik küçük çaplı kuyu tamamlama planları [9].
Küçük çaplı jeotermal kuyuların birincil delinme amacı, ekonomik olmalarıdır. ABD’de termal anomalilerin
gözlendiği Davis Dome’da yapılan sondaj maliyetleri ise 225-268 $/m arasında değişmekte olup,
maliyetleri yüksek olan kuyulara liner indirilmiştir. Zonguldak’ta kazılan küçük çaplı kuyunun maliyeti ise 58
$/m’dir. Ancak, bu kuyunun bir jeotermal kuyu olarak delinmediğinin, dikkate alınması gerekir. Eğer öyle
olsaydı, bu metre maliyet iki katına kadar çıkabilirdi [12].
Eğer sıcaklık, derinlik ve sıvı seviyesi küçük çaplı kuyunun akışına izin veriyorsa, bu optimum bir durum
olup, küçük çaplı kuyu akış verileri kullanılarak, yalnız rezervuar geçirgenliği değil, tam çaplı bir kuyunun
da potansiyel üretimi de tahmin edilebilir. Eğer sıcaklık, derinlik ve sıvı seviyesi küçük çaplı kuyunun
akışına izin vermiyorsa, kuyu üretime sokulamaz ve o zaman geçirgenlik tahmini enjeksiyon testlerine
dayanılarak yapılır. Küçük çaplı kuyunun “transient” testlerinden (basınç yükselim, basınç azalım veya
enjeksiyon) hesaplanan geçirgenlik değerleri çapla ilgili olmayıp, rezervuara ait parametreler oldukları için
geçerlidir [11].
Küçük çaplı kuyuların delinmesinin başlangıcı, bunun aramaya yönelik bir yöntem olmasına rağmen, bu
kuyuların ulusal şebekeler dışında kalan yerlerde küçük ölçekli jeotermal santraların çalıştırılmasında
önemli bir potansiyeli olduğu saptanmıştır. Yapılan yoğun çalışmalar [12], rezervuar derinliği ve sıcaklığına
bağlı olarak 4” çaplı kuyuların dahi birkaç yüz kW, 6” çaplı bir kuyunun ise bir megawatt üzerinde güç
üretebileceğini göstermiştir.
JEOTERMAL SONDAJLARDAKİ GELİŞMELER
PDC Matkaplar
Dünyada yılda yaklaşık 5 milyon metre sondaj sert ve aşındırıcı kayaçlarda yapılmaktadır. Jeotermal
sondajların yapıldığı jeolojik ortamlarda da delinen kayaçların büyük bir bölümü sert kayaçlardan
oluşmaktadır. Konvansiyonel “polycrystalline diamond compact”, PDC matkaplar yumuşak ve orta sertlikte
formasyonları delmek için tasarlanmışlardır. Sert kayaç uygulamalarında aşırı sürtünmenin ürettiği yüksek
o
sıcaklıklarda (özellikle >300 C), PDC kesici uçlar hızla yıpranmaktadır. Bundan başka, PDC kesiciler
o
700 C üzerinde yapısal bütünlüklerini kaybetmektedirler. Bu durumu ortadan kaldırmak için, ısıl olarak
stabil olan, “thermally stable ploycrystalline”, TSP elmas kesiciler geliştirilmiştir [13]. Gelişmiş TSP elmas
o
o
kesicilerinde 300 C üzerinde yıpranma daha az olmakta ve kesiciler 1200 C’a kadar çalışabilmektedirler.
Geçmişte, TSP elmas kesicilerin tungsten karbit altyapıya bağlanma kuvvetleri yeterli olmadığı için, darbe
mukavemetleri yetersiz kalıyordu. Yeni metalurjik tekniklerle bu sorun aşılmıştır. Öte yandan, Sandia
Laboratuvarlarında yapılan çalışmalarda matkap-formasyon ara-yüzeyindeki yük büyüklüğünü azaltmak
için, kırıntıların yüksek basınçlı jetlerle temizlenmesi hedeflenmiştir. Çamur jetleri iki mekanizma ile delici
uçların kayaca daha etken bir şekilde girmesini sağlamaktadırlar: (1) jetler matkap-formasyon ara-yüzeyini
temiz tutarak kayaçta penetrasyon gerilmesini arttırmakta, (2) kesici uç tarafından yaratılan çatlaklara
giren sıvı, hidrolik çatlatma etkisiyle onları büyütmektedir. Yapılan test sondajlarında bu jetlerle ilerleme
hızında %30 artış kaydedilmiştir [14].
Sondaj Sırasında Ölçümle Teşhis (DWD)
Sondaj sırasında ölçüm, MWD son 25 yıldır başarıyla petrol ve doğal gaz kuyularının delinmesi sırasında
kullanılmakta ve yeraltı verilerini yüzeye aktarmaktaydı. Bu teknolojinin jeotermal kuyuların delinmesinde
kullanılması için, başlangıçtaki engel, diğer bir deyişle, yüksek sıcaklık konusunda zaman içinde önemli
ilerlemeler kaydedilmiş ve bu teknoloji, özellikle yönlü jeotermal kuyularda kullanılmaya başlanmıştır.
MWD’de kuyudibi verileri çamur akımı içinde basınç “pulse”ları şeklinde yüzeye yollanmaktadır.
Sondaj sırasında ölçümle teşhis, DWD 2000 yılından beri ABD Sandia Labortuvarlarında geliştirilmekte
olan bir teknolojidir. DWD yüksek hızda gerçek zaman verisiniyukarıya yollamakta ve yüzeyde yapılan
ölçümlerle birleştirip, analiz etmekte ve sondöre tavsiyede bulunmaktadır. Kuyu dibindeki matkap
yakınındaki sensör kuyu dibi basıncı, sıcaklığı, titreşimi ve torku hakkında bilgi vermektedir. Duruma göre,
sondör olayları kontrol edecek düzeltme işlemlerini uygulayabilmektedir. DWD’nin önceden haber verme
yeteneği dolayısıyla, sondaj makinasında delme yapılmadığı zaman azaltılmaktadır [15].
KAYNAKLAR
[1]
Fridleifsson G.O., 2001. Iceland’s IDDP Program Will Investigate Technologies for Production of
Supercritical Geothermal Fluid for Electric Power Generation. Geothermal Bulletin, v. 30, No. 4, JulyAugust, pp. 155-158.
[2]
Fournier R.O., 1999. Hydrothermal Processes Related to Moment of Fluid from Plastic into Brittle
Rock in Magmatic-Epithermal Environment. Economic Geology, v. 94, No. 8, pp. 193-1211.
[3]
Öngür T. ve Serpen U., 2005. Preliminary Assessment of Deep UGR Potential for Turkey, a Report
nd
to SAGA, Nov. 22 , Istanbul.
rd
[4]
Othmer K., 1980. Geothermal Energy, Encylopedia of Chemical Technology, Vol. 11, 3 Ed.
[5]
Baria R., Jung R., Nicholls J., Michelet S., Sanjuan B., Soma N., Asanuma H., Dyer B. and Garnish
J., 2006. Creation of an HDR Reservoir at 5000m Depth at the European HDR Project, Proceedings,
Thirty-First Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California,
st
January 30-February 1 .
[6]
Wyborn D., Graaf L., Davidson S. and Hann S., 2005. Development of Australia’s First Fractured
Rocks (HFR) Underground Heat Exchanger, Proceedings World Geothermal Congress 2005 Antalya,
Turkey, 24-29 April.
[7]
Asanuma H., Nozaki H., Uhara T., Niitsuma H., Baria R. and Wyborn D., 2006. Spatial and
Temporal Distribution of Larger Seismic Events at European and Australian HDR Sites, Proceedings,
Thirty-First Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California,
st
January 30-February 1 .
[8]
Pruess K. and Azaroual M., 2006, On the Feasibility of Using Supercritical CO2 as Heat
Transmission Fluid in an Engineered Hot Dry Rock Geothermal System, Proceedings, Thirty-First
Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, January 30st
February 1 .
[9]
Serpen, U., 2005. Jeotermal Enerji Alanında Küçük Çaplı Kuyular, Tesisat Kongresi, Jeotermal
Enerji Semineri 2005 Kitabı, Kasım, İzmir, s. 69-76.
[10]
Akün M.E. ve Gülgör A., 1996. Zonguldak Taşkömürü Havzasında Derin Sondaj Çalışmaları,
Türkiye 11. Petrol Kongresi, Ankara, 15-17 Nisan, Ankara.
[11]
Finger J., Jacobson R., Hickox C., Combs J., Polk G., and Goranson C., 1999. Slimhole Handbook,
Sandia Report No. SAND99-1976, Sandia National Lab., Albuquerque.
[12]
Pritchett J.W., 1998. Theoretical Aspects of Geothermal Off-Grid Power Development Using Slim
Holes, Proceedings of the Sandia/Geothermal Resources Council Workshop on Geothermal Off-Grid
Power, Reno, NV.
[13]
Bennett, K., Gwilliam, W., Gahan, B., Radke, B., 2001. Fracture Resistant TSP Diamond Cutters for
Drill Bits, Geothermal Technologies, Vol. 6, Issue 2, July/August, pp. 3-5.
[14]
Raymond, D. and Prairie, M., 2001. Mudjet-Augmented Diamond Bit Demonstrates Drilling Rate
Improvements in Hard-Rock Formations. Geothermal Technologies, Vol. 6, Issue 1, March/April, pp.3-5.
[15]
Finger J., 2002. Field Tests for Diagnostics-While-Drilling, Geothermal Bulletin, Vol.31, No.6,
December.