PETROL JEOLOJİSİ
Doç. Dr. Okan Tüysüz İTÜ Avrasya Yerbilimleri Enstitüsü 1998
PETROL JEOLOJİSİ DERSİ KONULARI 1-Petrolün tanımı, dünü, bugünü ve yarını 2-Petrolün fiziksel ve kimyasal özellikleri 3- Petrolün kökeni, oluşumu ve göçü 4-Yeraltı ortamının fiziksel ve kimyasal koşulları 5-Petrol hazneleri 6-Petrol kapanları 7-Çökel havzalar 8-Petrol arama yöntemleri DERSE AİT KAYNAKLAR Selley, R.C., 1985, Elements of Petroleum Pe troleum Geology. Freeman and Co.,449. (Hamdi Bozbağ kütüphanesinde kopyası mevcuttur) AAPG (American Association of Petroleum Geology) dergileri http://www.aapg.org http://www.tpao.gov.tr •
• • •
GİRİŞ PETROL Petra=taş Oleum=yağ Petrol doğada bulunan kompleks bir hidrokarbon karışımıdır Doğal gaz ve petrol birlikte hidrokarbon adı ile de bilinir. Hidrokarbon katı, sıvı ya da plastik halde bulunabilir. Yeraltında gaz halinde iken yüzeye çıktığında soğuyup sıvı haline gelen petrole kondaseyt (condensate) denir. Sıvı hidrokarbona ham petrol denir. Plastik hidrokarbon asfalt ve ilişkili maddeleri içerir. Petrol uzun jeolojik süreçlerde karmaşık fiziksel ve kimyasal işlevler sonucunda oluşmuştur. Petrolün aranması, bulunması, işletilmesi ve kullanıma hazırlanması için bu işlevlerin iyi bilinmesi gerekir. Bu da farklı uzmanlık alanlarını gerektirir.
• • • • • •
PETROLUN TARİHÇESİ Heredot m.ö. 450 de Tunus’da ve Yunan adalarında petrol sızıntılarından bahseder. Bu ilk dönemlerde petrol hastalıklarda ilaç olarak, su yalıtım malzemesi olarak, savaşlarda yakıcı madde olarak kullanılmıştır. 19. Yüzyıl ortalarına kadar petrol üretimi ilkel yöntemlerle sürdürülmüş, asfalt, ham petrol ve yağ olarak üretilip kullanılmıştır 1745’de Fransa’da Pechelbronn’daki petrollü kumlarda ilk petrol kuyusu açılmıştır. Kral XV. Louis tarafından m. De la sorbonnıere isimli şahsa lisans verilmiş, bu şahıs dünyanın ilk petrol rafinerisini de kurmuştur. 1847’de iskoçya’da james young tarafından petrollü şeyller işletilmiştir 1857’de abd’de albay drake tarafından pennsylvanıa’da ilk petrol üretim kuyusu açılmıştır. Bu dönemde kablolu sondaj makinaları icat edilmiş sondaj cihazları bundan sonra giderek daha da geliştirilmeye başlanmıştır. I.dünya savaşı sonrası dünyada petrolün önemi giderek artmış, otomobil ve diğer motorlu vasıtaların yaygın kullanılmaya başlaması ile petrole ihtiyaç giderek artmıştır Dünyadaki dev petrol şirketleri kurulmuştur. Bunlardan en önemlileri seven sısters (7 kızkardeşler) adı ile bilinen 7 dev şirkettir. Bunlar bugün de dünya petrol piyasasını idare eden Brıtısh petroleum Shell Mobıl Exxon Gulf Texaco Chevron’dur. 1960’da OPEC (Organization of Petroleum Pe troleum Exporting Countries) kuruldu Körfez krizi ile dünya yeni petrol kaynakları aramaya yöneldi Eski sovyetler birliğinin dağılması ile hazar çevresi petrol provensleri dünya piyasasına açık hale geldi Hazar çevresi petrol kaynakları bugün üzerinde en çok araştırma yapılan yerlerin başında gelmektedir ve dev petrol şirketleri burada faaliyet göstermektedir
Petrol, 20. Yüzyılda olduğu gibi 21. Yüzyılda da stratejik önemini sürdürecek, dünya politikasının belirlenmesinde ana etkenlerden biri olacaktır.
TÜRKİYEDE PETROL ARAŞTIRMALARI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
İlk İlk pet petro roll hik hikay ayesi esi Evliy Evliyaa Çel Çelebi ebi tara tarafı fınd ndan an 18. 18. Yüz Yüzyı yıld ldaa kal kaleme eme alın alınmı mışt ştır ır.. İkl İkl bul bulgu gula larr 19. 19. Yüzy Yüzyıl ılın ın sonu sonuna na doğr doğruu Tra Traky kyaa yar yarım ımad adas asın ında da yapı yapılm lmış ıştı tır. r. 1935 de MTA MTA’’nın nın kur kuruulması ile ba başla şlamıştır. İlk İlk üret üretiim kuy kuyusu usu 1940 1940 da Rama amanda nda açı açılmış lmışttır. 1954 1954 de MTA MTA petr petrol ol faal faaliy iyet etle leri rini ni TPAO TPAO’y ’yaa devr devret etmi mişt ştir ir.. TPAO TPAO çeşi çeşitl tlii yaba yabanc ncıı ülke ülkele lerl rlee orta ortakk anla anlaşm şmal alar ar yap yapar arak ak faal faaliy iyet etin inii sürd sürdür ürme mekt kted edir ir.. Tür Türkiye kiye petro etroll açı açısın sından dan niçi niçinn şans şanssı sızd zdır ır?? ??
TPAO
TURKIYE PETROLLERI ANONIM ORTAKLIGI (Turkish Petroleum C orp.) orp.)
PETROLEUM ACTIVITIES IN TURKEY 199 3
199 4
199 5
199 6
199 7
65.67
37.70
95.67
58. 37
45.26
2.27
0.67
37.70
97.94
59. 04
45.26
105.3 3
46.97
85.73
70. 50
55.33
DIGER/O THE RS
3.33
1.43
1.73
0.90
4.00
TOPLAM/T OTAL
108.6 6
48.40
87.46
71. 40
59.33
TPAO
90,70 8 76,70 6 55,55 3
60,18 7
84,91 8
TPAO+DIGER/TPAO+OT HERS
20,064 ,064 11,154 ,154
3,05 ,054
8,13 ,134
8,96 ,968
DIGER/O THE RS
22,37 0 22,06 0
9,235
12,02 3
18,23 4
GEOLOGICAL SURVEYS(CREW/MONTH) TPAO DIGER/O THE RS
1.63
TOPLAM/T OTAL
67.30
-
-
GEOPHYSICAL GEOPHYSICAL SURVEYS(CREW/MONTH) TPAO
SONDAJ(METRE ) DRILLING(METE RS)
TOPLAM/T OTAL
133,1 42 109,92 67,842 67,842 80,3 0,344 44 112 112,120 ,120 0
SONDAJ(KUY SONDAJ(KUY U ADEDI) DRILLING(NUMBER OF WELLS) TPAO
48
39
25
38
41
PETROL JEOLOJİSİ KONU-1
PETROLÜN FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERİ
PETROLÜN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ YOĞUNLUK HACİM VİSKOZİTE KIRILMA İNDİSİ FLÜORESANS RENK VE KOKU KALORİFİK DEĞER PARLAMA NOKTASI
• • • • • • • •
YOĞUNLUK • Bir maddenin YOĞUNLUĞU, belli hacimdeki maddenin ağırlığının aynı hacimdeki suya olan oranıdır. • Petrolün yoğunluğu 60 0F (15,50C) sıcaklık ve 1 atmosfer basınç altındaki a ltındaki petrolün yoğunluğu ile ifade edilir. • Ham petrolün yoğunluğu onun kimyasal bileşimini yansıtır. Petrol içerisindeki hidrokarbon yüzdesi, gaz miktarı, rezin ve asfalt gibi ağır hidrokarbonların oranı, oranı, sülfür oranı, sıcaklık gibi faktörler petrolün yoğunluğunu yoğunluğunu etkiler. • Petrolün fiyatı yoğunluğuna göre değişmektedir
PETROLÜN YOĞUNLUĞU Petrolün yoğunluğu 0,6-1.00 gr/cm 3 arasında değişir. Yoğunluk Amerika’da API, Avrupa’da ise Baume derecesi ile ifade edilir.
• •
141,5
API=
131,5 ÖZGÜ ÖZGÜR R AĞIR AĞIRLI LIK K (60 )
140
BAUME=
130 ÖZGÜ ÖZGÜR R AĞIR AĞIRLI LIK K (60 (60 )
Dünya petrolleri 27 0-350 API gravitesindedir. Kaliforniya’daki 5 0-70 API petrol sudan ağırdır. En yüksek 57 0 API petrol bulunmuştur •
YOĞUNLUK ve ÖZGÜL AĞIRLIĞA GÖRE PETROL
P Ö
Z G Ü L 0 , 7 - 0 , 0 , 8 - 0 , 0 , 9 - 1 ,
A
P
E
T
I D 7 0 4 5 2 5 -
E 4 5 2 5 1 0
R
P
E
T R O L Ç o k h a f H a f if p A ğ ı r p e
PETROLÜN HACMİ • •
• •
Sıvı petrolün hacmi 60 0F de ve 1 atmosfer a tmosfer basınçta ölçülür ve varil cinsinden ifade edilir. 1 varil=159 litredir. Doğal gazın hacmi aynı koşullarda ft 3 veya m3 cinsinden ifade edilir. Hacmi denetleyen faktörler sıcaklık, basınç ve petrolün içerisinde çözünmüş olan maddelerdir. Rezervuardaki petrol hacmi, petrolün tankda dinlendirilmesi ile % 6-8 oranında azalır.
PETROLÜN VİSKOZİTESİ Viskozite bir sıvı veya gazın akmaya karşı direncini ifade eder. Yani akışkanlığın tersidir. Petrolün viskozitesi petrolün bileşimine bağlıdır. Yoğunluk Yoğunluk ve ağır bileşen miktarı arttıkça viskozite de artar. Sıcaklık ve gaz miktarı arttıkça viskozite düşer. Viskozite birimi Poiz’dir. Bir sıvı 1 cm 2 kesitindeki bir tüp içerisinde 1 dyn basınç altında 1 saniyede 1 cm ilerliyebiliyorsa viskozitesi 1 Poiz’dir. Poiz’in yüzde birine Santipoiz denir. Yüksek viskoziteli petrolün taşınması ve üretilmesinde güçlükler vardır
•
•
•
PETROLÜN KIRILMA İNDİSİ Kırılma indisi petrolün kimyasal bileşimine bağlı bir özelliktir. Petrolün yoğunluğuna göre 1,39 ile 1,49 arasında değişir, hafif petrollerin kırılma indisi de küçüktür. •
PETROLÜN FLÜORESANS ÖZELLİĞİ Petrol ultraviyole ışık altında sarı-yeşil-mavi renklerde flüoresans gösterir. Bu özellik eser miktardaki petrolün kolayca belirlenmesini sağlar.
PETROLÜN RENK ve KOKUSU Petrolün rengi yansıyan ışıkta yeşilimsi, içinden geçen (kırılan) ışıkta ise açık sarı, kırmızı ve bazen de siyahtır. Özgül ağırlık arttıkça renk de koyulaşır. Hafif hidrokarbonlu petroller hoş kokulu; doymamış hidrokarbon, kükürt ve nitrojen içeren petroller ise kötü kokuludur.
PETROLÜN KALORİ DEĞERİ Petrolün kalori değeri özgül ağırlığı ile ters orantılıdır. Özgül ağırlığı 0,9 olan 17 API petrolün kalori değeri 10500 kal/g iken özgül ağırlığı 0,7 olan 70 API petrolün kalori değeri 11700 kal/g dir. PETROLÜN PARLAMA NOKTASI Petrol üzerine alev tutulduğunda petrol buharının ilk ateşlenme anı petrolün parlama noktasıdır. Bu nokta petrolün bileşimine göre değişir. Parlama noktası çeşitli ısı derecelerinde distile edilebilen ürün oranlarının belirlenmesinde kullanılır. PETROLÜN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Petrol bir hidrokarbon bileşimidir. Petrol açısından en önemli hidrokarbonlar • • • •
Parafin veya metan serisi (CnH2n+2) Olefin (Naften) serisi serisi (C nH2n) Aromat (CnH2n-6) serisi (Aromatikler) Asetilen serisi (CnH2n-2)
PARAFİN SERİSİ (CnH2n+2) Bütün hidrokarbon atomları birbirleri ile tek bağlarla bağlanmışlardır. Hidrojen atomları doymuş olduğundan parafin serisine doymuş hidrokarbon grubu da denilir. 5 Karbona kadar olanlar doğal gaz 5-17 Karbonlu olanlar sıvı (benzin, gazyağı, mazot) 17-22 Karbonlu olanlar yarı katı (makina yağları, jölemsi petrol ürünleri) 23 ve daha fazla Karbonlu Ka rbonlu olanlar katıdır (parafin, asfalt, zift) •
• • • •
OLEFİN (NAFTEN) SERİSİ (CnH2n) Parafinlere göre iki hidrojen atomu eksiktir. Bu nedenle herhangi iki Karbon atomu birbirlerine çift bağla bağlanmışlardır. Hidrojen eksikliği ve çift bağı bulunduğu için doymamış hidrokarbon grubuna dahildirler. Doymamış oldukları için kolayca kimyasal reaksiyonlara girerler, bu nedenle de petrol içerisinde seyrek bulunurlar. •
• •
AROMATLAR SERİSİ (CnH2n-6) • • •
Doymamış hidrokarbon grubuna dahildir. Çok ağır kokuları vardır Bazen renksiz ve uçucu sıvı halinde ha linde bulunurlar
ASETİLEN SERİSİ (C2H2n-2) •
Doymamış hidrokarbon grubuna dahildir.
•
Doğada az bulunurlar.
•
Petrol içerisinde sadece yüksek karbonlu olanları bulunur.
DOĞADA PETROLLE BİRLİKTE DOĞAL GAZ DA BULUNUR Bunlar •
Serbest gaz halinde
•
Petrolde çözünmüş halde
•
Suda çözünmüş halde
•
Sıvılaşmış gaz halinde
Bulunabilir DOĞAL GAZLAR Doğal gazlar hidrokarbon gazları ve nonhidrokarbon gazları olmak üzere ikiye ayrılır. Ayrıca içerdikleri buhar miktarına göre yaş ve kuru gaz olmak üzere de sınıflanırlar.
GAZLAR Helyum Asil gazlar Argon NONHİDROKARBON • • Kripton • Radon • Nitrojen • Karbondioksit • Hidrojen sülfür • Hidrojen •
• •
HİDROKAR BON BON
• •
Metan Etan Propan Bütan
İNORGANİK KÖKENLİ
KARIŞIK KÖKENLİ
GENELLİKLE ORGANİK KÖKENLİ
NON-HİDROKARBON GAZLAR HELYUM • • •
Doğal gazlar içerisinde aksesuar olarak bulunur. Eser miktarda Argon ve Radon’a da rastlanır. Amerika Texas, Polonya, Avustralya ve Kanada ’da helyumca zengin doğal gazlar bulunmuştur. Helyum Uranyum, Toryum, Radyum gibi radyoaktif elementlerin bozunması sonucunda oluşur
NON-HİDROKARBON GAZLAR
NİTROJEN •
Hem asil gazlarla hem de d e hidrokarbon gazları ile birlikte bulunabilir.
•
Volkanizma ile ya da nitratın bakteriyel bozunması sonucunda oluşur.
•
Bitümlü karbonatların termal metamorfizması sonucu da nitrojen ve karbondioksit oluşmaktadır.
NON-HİDROKARBON GAZLAR HİDROJEN Yeraltı koşullarında ender olarak bulunur. Ancak Kansas’ta bulunmuştur. Burada hidrojen organik maddelerin termal matürasyonu sonucu oluşmuştur.
NON-HİDROKARBON GAZLAR KARBONDİOKSİT Yeraltında en yaygın gazlardan birisidir. Bilhassa volkanik aktivite olan yerlerde yaygındır. Hem inorganik hem de organik olarak işlevler sonucunda oluşur. Volkanik intrüsiflerin karbonatları metamorfize etmesi ile, meteorik suların karbonat ve dolomitleri etkilemesi ile, Kerojen’in matürasyonu ile ya da organik maddelerin oksidasyonu ile oluşabilmektedir.
NON-HİDROKARBON GAZLAR HİDROJEN SÜLFÜR Yeraltında serbest veya petrol içerisinde erimiş halde bulunur. Zehirli, kötü kokulu ve çok a şındırıcıdır. Bu nedenle üretim tesislerinde istenmez. Bu gazı içeren petrol veya doğal gaza acı hidrokarbon denir.
HİDROKARBON GAZLARI METAN •
Parafin serisinin ilk üyesi olan metan bataklık gazı adı ile de bilinir. Renksiz, yanıcı, parlayıcıdır.
•
Normal sıcaklık ve basınç altında organik maddelerin bozunması ile oluşur. Derinlerde ise fazla sıcaklık altında bakteriyel işlevlerin azalmasına paralel olarak metan üretimi de durur.
•
Çok derin rezervuarlarda ise organik maddenin matürasyonu ile metan oluşabilir.
•
DİĞER HİDROKARBON GAZLARI
•
Etan, Propan ve Bütan gibi diğer hidrokarbon gazları biyojenik işlevler sonucunda değil, organik maddenin matürasyonu ile oluşurlar. •
Yeraltı çalışmalarında zengin petrol yataklarının habercisidirler.
DOĞADA PETROLLE BİRLİKTE BULUNAN DİĞER ORGANİK BİLEŞİKLER • • • • • •
ALKOLLER ORGANİK ASİTLER YAĞLAR KARBONHİDRATLAR PROTEİNLER DİĞER ORGANİK MADDELER
ALKOLLER Hidrokarbonların H atomlarının yerine OH grubunun bağlanması şeklinde bir atom yapısı mevcuttur. Doğada en bol bulunan türü GLİSERİN ALKOL (Gliserol) dür. • •
ORGANİK ASİTLER •
Hidrokarbonların bir H atomunun yerine karboksil (-COOH) grubunun bağlanması şeklinde bir atom yapısına
sahiptir. •
Karboksil grubundaki H atomu iyonlaşabildiğinden toprak minerallerinin ayrışmasına yolaçar.
YAĞLAR Jeolojik açıdan en önemli yağlar esterlerdir. Bunlar organik veya inorganik bir asitin alkolle reaksiyonu sonucunda oluşurlar. Yağlara ve uzun zincirli esterlere lipidler denir. •
•
KARBONHİDRATLAR C, H ve O atomlarından a tomlarından oluşurlar. Bir moleküldeki H sayısı O sayısının iki katıdır. En basit karbonhidrat glikozdur. Birkaç glikoz molekülünün birleşmesi ile şekerler, birçok glikoz molekülünün birleşmesi ile nişastalar, birkaçbin glikoz molekülünün birleşmesi ile de selülozlar oluşur. • • •
PROTEİNLER • •
Daima C, H, O ve N, bazen P, S içerirler. Karmaşık bir atom yapıları vardır. Aminoasitlerin canlılar tarafından birleştirilmesi ile oluşurlar.
DİĞER ORGANİK MADDELER Organik maddeler içerisinde eser miktarda bulunan Pb, Mg, Fe, V, Mo, Ni gibi elementler metal organik bileşikler halinde bazen de Çelat denilen karmaşık bir yapı içerisinde yeralırlar. •
•
Porfirin ve Klorofil petrol içerisinde yeralan önemli çelatlardır.
PETROL İLE İLGİLİ BAZI KİMYASAL REAKSİYONLAR •
FOTOSENTEZ
•
AEROBİK BOZUNMA
•
ANAEROBİK BOZUNMA
•
HİDROJENASYON
•
POLİMERİZASYON
•
DEPOLİMERİZASYON
•
İZOMERİZASYON
•
ALKİLASYON
FOTOSENTEZ (ÖZÜMLEME) Yeşil bitkilerin güneş enerjisi ve klorofil katalizörlüğü ile H 2O ve CO2 i birleştirerek karbonhidratlara dönüştürmesidir.
6CO2 + 6H2O = C6H1206 + 6O2
AEROBİK (oksijenli) BOZUNMA Fotosentez olayının tersidir. Karbonhidratların su ve karbondioksite dönüşümünü sağlar. ANAEROBİK (oksijensiz) BOZUNMA Organik maddelerin oksijensiz bir ortamda yanmaları sonucunda madde içerisindeki oksijen CO şeklinde atılırken kalan C ve H karbonhidratlara ve organik bileşimlere dönüşür. HİDROJENASYON Doymamış hidrokarbonların H2 ilave edilmesi ile doymuş hidrokarbonlara dönüştürülmesidir. POLİMERİZASYON •
Küçük moleküllerin birleştirilmesi ile büyük moleküllerin oluşturulmasıdır.
•
Glikozların birleşerek nişasta ve selüloz, aminoasitlerin birleşerek protein meydana getirmesi polimerizasyondur. •
Polimerizasyon esnasında daima hidrojen açığa çıkar
DEPOLİMERİZASYON •
Polimerizasyonun tersidir.
•
Ortam hidrojen açısından zengin ise depolimerizasyon ürünleri doymuş hidrokarbonlar, ortam hidrojensiz ise depolimerizasyon ürünleri doymamış hidrokarbonlardır.
İZOMERİZASYON Bir organik bileşimden izomerlerin üretilmesidir. ALKİLASYON Basit hidrokarbonlardan bir H kaybı ile oluşan gruba alkil, alkil köklerinin diğer organik bileşimlere eklenmesine de alkilasyon denir.
PETROLÜN SINIFLANMASI Petrolün sınıflaması farklı meslek grupları tarafından farklı kriterlere göre yapılır. Başlıca kriterler petrolün fiziksel özellikleri, kimyasal özellikleri, moleküler yapısı ve yaşıdır. Aşağıda birkaç örnek verilmiştir.
PETROL JEOLOJİSİ KONU-2 PETROLÜN KÖKENİ, OLUŞUMU ve GÖÇMESİ
PETROLÜN KÖKENİ İNORGANİK KÖKEN TEORİSİ ORGANİK KÖKEN TEORİSİ PETROL HAKKINDAKİ JEOLOJİK GERÇEKLER Petrol genellikle çökel kayalar içerisinde bulunur. En petrollü kayalar sığ denizel çökellerdir Petrolü içerisinde bulunduran çökel kayalar geçirimsiz kayalarla örtülmüş ya da çevrelenmişlerdir.
• • •
• •
PETROL HAKKINDAKİ KİMYASAL GERÇEKLER •
Yaşlı doğal ham petrol ile bugün sığ derinliklerde oluşmakta olan petrol arasında karbon z incirleri açısından farklılıklar vardır •
Yaşlı ham petrolün %50 den fazlası hafif hidrokarbonlardır (Hafif petrol yüksek API, düşük yoğunluklu petroldür). Modern petrolde bu durum ender olarak görülür. •
Genç petrolün optik özelliklerinden bazıları biyosentetik olarak oluşturulan petrolün özelliklerine benzemektedir. •
Genç petrollerde bulunan bazı kompleks moleküller bugün modern organik maddeler içerisinde de oluşmaktadır.
PETROL ORGANİK Mİ İNORGANİK Mİ? İNORGANİK KÖKEN TEORİLERİ İlk olarak Berthelot (1866) tarafından ortaya atılan ve Mendele’ev (1877 ve 1902) tarafından desteklenen bir teoriye göre petrol inorganik kökenlidir. Laboratuarda metan, asetilen ve benzol gibi maddeleri elde eden kimyagerler doğadaki petrolün de yeraltında kimyasal reaksiyonlar ve volkanik olaylarla oluştuğunu ileri sürmüşlerdir. 20. Yüzyılın başında bazı bilim adamları petrolün magmatik kökenli olduğunu ileri sürdüler. Mendele’ev mantodaki Demir Karbid’in yeraltına sızan sularla temasa g eçerek metan ve hidrokarbonları oluşturduğunu ileri sürmüştür. Bu görüş hala bazı araştırmacılar tarafından savunulmaktadır. savunulmaktadır. Bu görüş doğru ise petrolün volkanik kayalarla ilişkili olması gerekecektir. Rusya’da alkali intrüsif kayalar içerisinde, Norveç’te dolerit daykları içerisinde,Ege’de volkanikler içinde, bazı magmatik ve metamorfik kayaların boşlukları içerisinde petrole rastlanmış olmakla birlikte bu durum petrolün magmatik kökenli olduğu şeklinde yorumlanamaz. Peyve (1956) ve Subbottin (1966) büyük ve derin faylardan çıkan hidrokarbon gazlarına dayanarak bu gazların mantodan çıkıp kabuk içerisinde depolandıklarını ve sıvı petrole dönüştüklerini ileri sürmüşlerdir. Bu durumda son derece derin sondajlar açarak sonsuz petrol kaynaklarına ulaşmak mümkün olacaktır. Ancak petrolün büyük ölçüde çökel havzalarda bulunması bu görüşe aykırıdır. Bu örnekleri arttırmak mümkündür. Ancak bugün petrolün organik maddelerin olgunlaşması (matürasyonu) ile oluştuğu genel olarak kabul edilmektedir. •
•
• •
•
•
•
•
İNORGANİK KÖKEN TEORİSİNİ ÇÜRÜTEN VERİLER
Petrol içerisindeki porfirin, piridin ve klorofil gibi maddeleri inorganik yolla elde etmek imkansızdır. Petrolde bulunan çok karbonlu hidrokarbonların metanın polimerizasyonu yolu ile doğal olarak nasıl oluşabileceği açıklanamamaktadır. Petrolde bulunan polarize ışığı saptırma özelliği kuvars ve zinober dışında hiçbir inorganik maddede yoktur. Aksine bu sadece organik maddelere has bir özelliktir. Petrol yataklarının çoğu magmatik faaliyet alanlarından uzakta ve çökel kayalar içerisinde bulunmaktadır. Yerkabuğunun derinliklerine doğru petrol artmamakta, aksine petrol genç örtü kayaları içerisinde daha yaygın olarak bulunmaktadır. •
•
• •
SONUÇ PETROLÜN KÖKENİ İNORGANİK DEĞİLDİR ORGANİK KÖKEN TEORİLERİ Bazı kimyagerler laboratuarda organik maddeleri ısıtarak ve damıtarak petrol benzeri hidrokarbonlar elde etmişler ve buna dayanarak petrolün organik kökenli olduğunu ileri sürmüşlerdir. Organik köken teorisine göre petrol karasal veya denizel bitkilerden ya da hayvanlardan oluşmaktadır.
•
•
BİTKİSEL KÖKEN •
KARASAL BİTKİLER Kömürden petrol elde edilmesi ve bataklıklardaki metan gazı nedeniyle petrolün karasal bitki kökenli olabileceği ileri sürülmüştür. Ancak petrol sahalarında genellikle kömür olmaması, kireçtaşlarında karasal bitkilerden türemiş petrol bulunmaması, linyitten türeyen zift ile petrol arasında kimyasal farklılıkların olması petrolün oluşumunda karasal bitkilerin etkisi olmadığını göstermektedir. • DENİZEL BİTKİLER Denizel bitkiler ile denizel çökeller arasında kökensel bir ilişki kurulabilir. Bunların en önemlileri yosun ve diyatomlardır. HAYVANSAL KÖKEN Balık ve diğer hayvanların distilasyonu sonucu petrol ile aynı kimyasal özellikler bulunmuştur. Bazı araştırıcılar petrolün hem hayvansal hem de bitkisel kökenli (Biyomas kökenli) olduğunu olduğunu kabul etmektedirler. • •
ORGANİK KÖKEN TEORİSİNİ DESTEKLEYEN VERİLER Organik kökenli bir madde olan porfirin petrol içerisinde yaygın olarak bulunmaktadır. Petrolün flüoresans özelliği organik kökeni işaret etmektedir. Bu özellik petrol içerisindeki organik kökenli kolesterol maddesinden kaynaklanmaktadır. Ham petrol içerisinde bol miktarda mikroorganik madde vardır Yosun küllerinin I, Br, P ve Amonyum tuzu miktarları ile ham petrolün eser elementleri arasında benzerlikler vardır. Meksika körfezindeki modern çökellerde çökellerle yaşıt petrol oluşumları saptanmıştır. • •
• •
•
SONUÇ PETROLÜN KÖKENİ ORGANİKTİR
YERYÜZÜNDE MODERN ORGANİK İŞLEVLER Yeryüzündeki toplam C miktarı 2,65*1020 gramdır. Bunun %82 si kayaçlar içerisinde %18 i ise organik karbon olarak kömür, petrol ve doğal gaz içerisindedir. Fotosentez yolu ile inorganik karbon hidrokarbonlara dönüştürülmektedir. 6CO2 + 12 H2O = C6H12O6 + 6H20 + 6O2 Formülünde fotosentez ile açığa çıkan glikoz çok daha kompleks karbon bileşiklerinin başlangıç noktasıdır. Bu kompleks bileşimlerden biri olan polisakkaridler bitkilerde ve bunları yiyen hayvanların bünyelerinde olur. Bu hayvanların ölümü halinde organik madde okside olur, CO 2 ve suya dönüşür.
•
• •
DOĞADAKİ KARBON DÖNGÜSÜ
DENİZ ve OKYANUSLARDA ORGANİK ÜRETİM ve İŞLEVLER • • • • •
Karalarda olduğu gibi denizlerde de organik maddeler esas olarak fotosentez ile oluşturulurlar. Denizlerde fotosentez yapan bitkiler fitoplanktonlar ve bentonik alglerdir. Bunların üretkenlikleri fiziksel ve kimyasal parame trelere bağlıdır. Fiziksel parametrelerin en önemlileri ışık ve sıcaklıktır. Kimyasal parametrelerin en önemlileri sudaki fosfat ve nitrat miktarıdır.
ORGANİK MADDENİN KORUNMASI Organik maddenin korunmasına en uygun ortamlar içerisinde hızlı çökelim olan ve anaerobik (oksijensiz) taban koşullarına sahip ortamlardır. Su içerisinde stratifikasyon (tabakalanma) olan yerler de organik madde korunması aç ısından önemlidir.
ORGANİK MADDENİN EN İYİ KORUNDUĞU ORTAMLAR
•
Göller
•
Engelli havzalar
•
Kıta sahanlıkları
•
Okyanus havzaları
TATLI SU GÖLLERİ •
Tabakalı bir su yapısı vardır. Üstte sıcak, altta ise soğuk ve yoğun su vardır. Hayat üs tte yoğundur.
•
Fotosentez ve oksitlenme etkindir. Alttaki oksijen kullanım sonucu biter ve sıcaklık farkından dolayı su sirkülasyonu kesilir. Alt kısımda karanlık nedeniyle fotosentez olmaz.
•
Doğu Afrika göllerinde güzel örnekleri vardır.
ENGELLİ HAVZALAR •
Kurak iklimlerde bu tür havzalarda tuzluluk farkı nedeniyle bir su tabakalaşması olur.
•
Taze deniz suyu havzaya girdikten sonra buharlaşma yolu ile ağırlaşıp dibe çöker. Bu ağır su engel nedeniyle açık denize gidemez.Böylece üstte daima normal tuzlu su, altta ise çok tuzlu su bulunur.
•
Karadeniz bu tür havzaya iyi bir örnektir.
KITA SAHANLIĞI • •
Organik üretim yüzeyde fazladır. 200-1500 metre derinlikte oksijen miktarı azalır, buna bağlı olarak üretim de düşer.
OKYANUS HAVZALARI Günümüz okyanus havzalarında anoksik bir ortam yoktur. Ancak geçmişteki havzalarda de rinlik, derin okyanus akıntılarının neden olduğu tabakalaşma ve global anoksik olaylar bu bölgelerde de organik maddenin korunmasına neden olmuş olabilirler. KARALARDA ORGANİK ÜRETİM VE KORUNMA Karalarda organik üretim ve korunma su ortamından çok fa rklıdır. Karalarda oksijen miktarı sabittir. Önemli değişkenler su ve büyüme süresi (sıcaklık ve günışığı süresinin bir fonksiyonudur) dir. Bu nedenle kutuplarda organik üretimi çok azdır. Karalarda organik madde üretimi ve korunması açısından en önemli bölgeler sıcaklığı 15 0C yi geçmeyen bataklıklardır. •
•
PETROLÜN OLUŞUMUNDA DOĞAL KOŞULLAR Petrol genellikle denizel, seyrek olarak da karasal çökeller içerisinde bulunur. Bütün petrollerin kimyasal yapısı küçük farklılıklar dışında aynıdır. Petrol Prekambriyen’den Pleistosen’e kadar her yaşta kaya içerisinde bulunabilir. Yani petrol oluştuktan sonra milyonlarca yıl korunabilir. Petrol içerisinde porfirin maddesinin bulunması oluşum ve göç esnasında sıcaklığın 200 0C yi geçmediğini gösterir. Kapanlardaki sıcaklık da 100 0C yi geçmemektedir. Porfirin maddesinin varlığı organik maddenin oksijensiz bir ortamda kaldığını belirtmektedir. Petrol kapanlarında basıncın 1 ile 700 atm arasında değişmesi petrolün fiziksel ve kimyasal özelliklerinin basınç değişimlerine duyarlı olmadığını göstermektedir. • •
•
•
• •
• •
Petrol, içerisinde bulunduğu ortamda oluşabildiği gibi çok uzaklardan göç edip gelmiş olabilir. Petrolün oluşumu için 15.000, bir kapanda toplanması için ise en az 1.000.000 yıl gereklidir.
KEROJENİN OLUŞUMU Denizel canlılar öldükten sonra büyük bir kısmı diğer canlılara yem olur ya da dibe çökerek bakterilerin etkisinde kalır. Dipte sular oksijence zengin ise organik maddeler oksitlenip su ile karbondioksite dönüşür ve kaynak kaya oluşturmazlar. Bozunmadan su dibine ulaşan ve üzerleri çökellerle örtülen organik maddeler ise gömülmeye başlar. Organik madde gömülme ile giderek artan basınç ve sıcaklık etkisi altına girer ve 3 önemli safha geçirir: DİYAJENEZ KATAJENEZ METAJENEZ • • •
DİYAJENEZ •
Yüzey koşullarına yakın sıcaklık ve basınç koşullarında ve sığ derinliklerde meydana gelir. Biyojenik bozunma ve abiyojenik reaksiyonları içerir. •
Bu olaylar sonucunda organik maddeden metan, karbondioksit ve su aç ığa çıkartılarak organik madde KEROJEN adı verilen kompleks bir hidrokarbona dönüştürülür.
•
Diyajenez, organik madde içerisindeki oksijenin eksiltilmesi veya yokedilmesidir. Bu esnada hidrojen-karbon oranı ise önemli bir değişime uğramamaktadır.
KATAJENEZ • • •
Gömülme devam ettikçe daha derinde, daha fazla sıcaklık ve basınç altında katajenez gelişir. Katajenez esnasında kerojenden önce petrol, daha sonra doğal gaz ayrılır. Bu olay ile kerojendeki Hidrojen/Karbon oranı düşerken Oksijen/Karbon oranında önemli bir değişme olmaz.
METAJENEZ •
Metamorfizma koşullarına yakın sıcaklık ve basınç koşullarında gelişir.
•
Kerojenden son hidrokarbonlar da atılır ki bu genellikle metandır.
•
Hidrojen/Karbon oranı giderek azalır ve sonuçta sadece Karbon kalır ve bu da Grafit oluşturur.
ORGANİK MADDENİN DİYAJENEZİ Su ortamında çökel-su sınırında pH ve Eh koşulları bakterilerin önemli rol oynadıkları kimyasal reaksiyonlarla belirlenir. Eğer normal havalanan bir ortam sözkonusu ise su sirkülasyonu nedeniyle oksijenli ve oksijeni tüketilmiş sular sürekli olarak birbirlerine karışırlar. Tabakalı bir yapıya sahip sularda ise bu tür bir karışma olmaz. Bu durumda oksijenli (+Eh) zon, oksijensiz indirgeme (redüksiyon) zonunun (-Eh) üzerinde yeralır. •
•
•
Redüksiyon zonunda anaerobik bakteriler ( Desulfovibrio) sülfat iyonlarından oksijeni uzaklaştırır ve serbest sülfür (kükürt) oluştururlar. Oksijenli (yükseltgen) zondaki bazı bakteriler ( Thiobacillus)sülfürü yeniden okside ederler.
•
KİMYASAL REAKSİYONLARA BİRKAÇ ÖRNEK SO4 S + 2O2 reaksiyonu bulunulan ortama ve bakteri cinsine göre değişir. İndirgen ortamda kükürt Fe (OH2) ile birleşerek piriti oluşturur. Fe (OH2) +2S FeS2 + H2O Ortamda sülfat iyonları organik madde ile reaksiyona girerek hidrojen sülfür de oluşturabilir SO4 + 2CH2O 2HCO3 + H2S Diyajenez esnasında gelişen biyolojik bozunmanın ilk evresi oksidasyondur. Oksidasyon sonucu su, karbondioksit, nitrat ve fosfat oluşur. Basitleştirilmiş bir reaksiyon şöyle gelişir:
(CH2O)106 (NH3)16 H3PO4 + 138 O2
106 CO2 + 16 NHO3 + H3PO4 +122 H2O
İkinci evrede nitrat indirgenir
(CH2O)106 (NH3)16 H3PO4 + 94.4 NHO3
106 CO2 + 55.2 N2 +177.2 H2O +H3PO4
Bu işlevi sülfatın indirgenmesi takip eder ve bunun sonucunda hidrojen sülfür ve amonyak meydana ge lir
(CH2O)106 (NH3)16 H3PO4 + 52 SO4-2
106 HCO3- + 53 H2S + 16 NH3 +H3PO4
Tüm bu reaksiyonlar son derece basitleştirilmiştir. Organik madde protein, karbonhidrat, lipid ve ligninden oluşmaktadır. Bu sıralamada protein en dengesiz, lignin ise en dengeli ve duraylı bileşendir. Diyajenez esnasında bunlar mikropların enzimleri ile başka maddelere dönüştürülürler. Örneğin Karbonhidratlar (selüloz) bozunarak metan ve karbondioksite dönüşür.
(C6H1005)n
CO2 + CH4
Benzer şekillerde diğer organik maddelerin bozunması ile de metan üre tilir. Benzer reaksiyonlarla proteinlerden aminoasit ve peptidler, lipidlerden gliserol ve diğer yağlı asitler, ligninden ise fenol ve aromatik asitler üretilir. • Yukarıda belirtilen değişiklikler çökel birikiminin birkaç metrelik üst kesiminde meydana gelir. Ancak üstte çökel birikip gömülme arttıkça fiziksel ve kimyasal ortam koşulları da değişmeye başlar. • Derinlik arttıkça sıkılaşma (kompaksiyon) da artar. 300 m derinlikte killerin porozitesi %80 den %30-40 a düşer. İçerisindeki gözenek suyu ve biyojenik su atılır. Bu sular içerisinde karbondioksit, metan, hidrojensülfür ve diğer bozunmuş organik madde artıkları (Hümik Asit) vardır. • Bunların yanısıra inorganik reaksiyonlar sonucunda pirit, siderit vb gibi diyajenetik mineraller gelişir. Karbonat çimentolanması gözlenir. Derinlik daha da arttıkça sıcaklık önem kazanır. Biyojenik reaksiyonlar durur, inorganik reaksiyonlar hızlanır. Bu reaksiyonlarla kalan su, karbondioksit ve metan da atılarak sonuçta KEROJEN oluşturulur.
KEROJEN
KEROJEN, çökel kayalar içerisinde bulunan, su ve alkali solventler içerisinde ergimeyen organik bileşiklere verilen bir isimdir. Doğadaki en yaygın organik madde şeklidir. Kimyasal açıdan ise kerojen çok atomlu bağlarla birbirine bağlanmış kondanse benzen halkalarından oluşan makro-moleküler bir komplekstir.
KEROJENİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Kerojen çökeller içerisinde saçılmış halde bulunan organik bir maddedir. Petrol çözücülerde ç özülmemesi ile bitümden ayırt edilir. Kimyasal özellikleri ve içerdikleri organik madde çeşidi bakımından 3 tip kerojen vardır: •
•
1.
TİP KEROJEN Alg kökenlidir. Hidrojen miktarı oksijene oranla en zengin olan kerojendir (H/O =1,2-1,7) Egemen bileşeni lipiddir. 2. TİP KEROJEN • Liptinik kerojen adı ile de bilinir • H/C oranı fazladır Organik madde cinsi alg, zooplankton ve fitoplanktondur 3. TİP KEROJEN • Hümik kerojen adı ile de bilinir • H/C oranı düşüktür • Gelişmiş ağaçsı bitkilerin ligninlerinden oluşur • Diyajenezin ileri aşamalarında kömür oluştururlar • Gazlar da bunlardan oluşabilir • • •
KEROJENİN OLGUNLAŞMASI • • • •
Kerojen katajenez sırasında olgunlaşarak petrol oluşturur. Olgunlaşma derecesine bağlı olarak önce ham petrol(60-120 0C) daha sonra da gaz (120-225 0C) oluşur. Kerojen aşırı olgunlaşırsa (225 0C nin üstünde) bu defa hiçbiri oluşmaz, kerojen grafite döner. Olgunlaşmayı kontrol eden faktörler sıcaklık, zaman ve basınçtır.
OLGUNLAŞMA (MATURASYON) NASIL ÖLÇÜLÜR ? Petrol aramalarında olgunlaşmanın bilinmesi son derece önemlidir. Bunun için petrolün pe trolün içerisinde bulunduğu çökellerin geçmişte maruz kaldığı sıcaklığın bilinmesi lazımdır. Jeolojik geçmişteki sıcaklığı ölçmek için çeşitli paleotermometreler vardır. PALEOTERMOMETRELER
1-KİMYASAL PALEOTERMOMETRELER PALEOTERMOMETRELER A-ORGANİK PALEOTERMOMETRELER PALEOTERMOMETRELER -Karbon oranı -Elektron dönme rezonansı -Piroliz B- İNORGANİK PALEOTERMOMETRELER -Kil minerallerinin diyajenezi -Sıvı inklüzyonları
2- BİYOLOJİK PALEOTERMOMETRELER PALEOTERMOMETRELER -Polen renkleri -Vitrinit refleksiyonu
KARBON ORANI YÖNTEMİ Organik madde olgunlaştıkça organik karbon CO 2 şeklinde kaybolur. Yani kerojen olgunlaştıkça gidici organik karbon miktarı azalır, kalıcı sabit karbon miktarı göreceli olarak artar. Bu me todda toplam organik karbon miktarı (CT) ile kalıntı (rezidüel) karbon (C R ) oranı karşılaştırılarak olgunlaşma miktarı belirlenir. Kalıntı karbon 900 0C ısıtılan (piroliz) kerojenden arta kalan karbondur. •
•
ELEKTRON DÖNME REZONANSI (ESR) YÖNTEMİ Kerojenin atomik fraksiyonları serbest elektron içerirler. Bu elektronların sayısı ve dağılımı benzen halkalarının sayısı ve dağılımı ile ilgilidir. Bu elektron karakteristikleri kerojenin olgunluğuna bağlı olarak değişir. Bu yöntemde kerojendeki elektronların sayısı, dalga boyları vb. Özellikleri ölçülerek olgunluk hakkında bilgi edinilir. PİROLİZ YÖNTEMİ Anakaya yada kerojenin ısıtılması esasına dayanır.Isınma sonucu çıkan hidrokarbon gazlarının miktarı ölçülür. 200-300 0C de numune içerisindeki serbest hidrokarbonlar gaz haline gelir (S 1). Isınma arttıkça kerojenden hidrokarbonlar atılır (S 2). Piroliz esnasında dışarı atılan CO 2 ve H2O ise S3 olarak adlandırılır. Bu üç değer hesaplanarak formüller yardımı ile kerojenin olgunlaşması bulunur. •
KİL MİNERALLERİNİN DİYAJENEZİ YÖNTEMİ Yeni çökelen killer kaynak alanına bağlı olarak smektit (montmorillonit), illit ve kaolin b ulundurabilir. Gömülme ile bu mineraller sularını atar ve mineralojik değişime uğrarlar. Örneğin petrol oluşumu sıcaklığında (80-120 0C) smektit illite dönüşür. Sıcaklık petrol üretimi için en üst limite geldiğinde kaolin ve illit mikaya dönüşür. Eğer ortamda ferromagnezyen mineraller zengin ise bu killer klorite dönüşür. Böylece bu kil m inerallerinin türüne bakılarak numunenin olgunlaşması hakkında bilgi edinilir. •
•
SIVI İNKLÜZYONLARI YÖNTEMİ Olgunlaşma tayini için pek elverişli olmayan bu yöntem daha çok yüksek sıcaklıklar için kullanılır. Kayaların çatlak ve boşlukları içerisinde hapsedilmiş kalsit ve kuvars inklüzyonlarını inceleyerek paleosıcaklığı bulmayı amaçlayan bir yöntemdir. POLEN RENKLERİ YÖNTEMİ Anakaya içerisindeki organik maddenin rengini incelemeye dayanan bir yöntemdir. Spor ve polenler canlı iken renksizdirler. Isıtıldıkça sarı, turuncu, kahverengi ve siyaha dönüşürler.
Su rengi--------olgun değil Sarı, turuncu---petrol üretmiştir kahverengi-----kondanseyt kahverengi-----kondanseyt üretmiştir
siyah------------kuru siyah------------kuru gaz üretmiştir
VİTRİNİT REFLEKSİYONU YÖNTEMİ •
Kömürleşme derecesi arttıkça parlaklık da artar. Optik olarak ölçülebilen bu parlaklık sıcaklık ve basıncın bir fonksiyonudur. •
Numuneden kerojen ayıklanır, parlatılır ve parlaklık derecesi ölçülür (R 0). Ölçülen değerler derinliğin bir fonksiyonu olarak çizilir, bir formülle hidrokarbon üretimi ölçülür. Ham petrol 0,6
PETROLÜN GÖÇMESİ MİGRASYON
PETROLÜN GÖÇTÜĞÜNE DAİR VERİLER Petrolün içerisinde bulunduğu kayalar gözenekli ve geçirimlidir. Organik madde bu tür kayalar içerisinde kolayca okside olacağına göre petrol bunlar içerisinde oluşmuş olamaz. Petrol ve doğalgaz çoğu zaman ikincil gözenekler içerisinde bulunur. O halde petrol buraya bunların oluşumundan sonra gelmiş olmalıdır. Petrolün kapanların en yüksek yerlerinde bulunması hareketli olduğunu gösterir. Petrol, gaz ve su kapanda belli bir dizilim gösterir ki bu onların hareket ettiklerinin işaretidir.
MİGRASYON - BİRİNCİL MİGRASYON Petrolün anakayadan hazne kayaya göçmesidir. 2-İKİNCİL MİGRASYON Petrolün hazne kaya içerisindeki hareketidir. MİGRASYON KONUSUNDA BİLİNMEYENLER • • • • •
Migrasyon ne zaman meydana gelir? Migrasyon sırasında ana kayada ne tür fizizksel koşullar mevcuttur? Migrasyon esnasında ana kayanın kimyasal bileşimi nasıldır? Migrasyon esnasında hidrokarbonun cinsi nedir? Petrol ve doğal gaz ayrı ayrı mı yoksa bir ergiyik içerisinde birlikte mi göçer?
Petrol Petrol oluşab oluşabilm ilmesi esi için için gerekl gereklii sıcakl sıcaklığa ığa anakay anakayanı anınn tüm porozi porozitev tevee permea permeabil bilite itesin sinin in gömülm gömülmee ile ile yokedilmesinden sonra ulaşılabilmektedir. öyle ise petrolün göçmesi sıkışma nedeniyle gelişmemektedir. Yandaki diyagram bu ilişkiyi göstermektedir
MİGRASYON TEORİLERİ Petrolün anakayadan protopetrol olarak atılması Petrolün anakayadan petrol olarak atılması -Erimiş halde -Su içerisinde -Kolloidal organik asit ortamında su içerisinde -Gazlı ergiyikler içerisinde • •
•
Su içerisinde petrol damlaları halinde
•
Sürekli akışkan fazında
PROTOPETROL OLARAK GÖÇ
•
Bu teoriye göre petrol veya hidrokarbonlar daha tam oluşmadan ve suda eriyebilecek bir madde iken (protopetrol-keton, asit, ester, vb.) taşınmışlardır.
•
Keton, asit ve esterler anakayada çok az bulunurlar. Eğer bunlar suda eriyor ise sonradan hidrokarbon oluşturmaları güçtür. PETROL OLARAK GÖÇ •
Su içinde erimiş halde göç -Sıcak petrol teorisi
Yukardaki eğri 750C nin altında petrolün eriyebilirliğinin çok az olduğunu ve 150 0C ye kadar da eriyebilirliği e riyebilirliğinn hızlı 0 artmadığını göstermektedir. Paleosıcaklık analizlerine göre petrol optimum olarak 120 C de oluşmakta, bu sıcaklıkta eriyebilirlik 10-20 ppm kadar olmaktadır. Bu durum petrolün sıcaklığının artması ile eriyebilirliğinin de arttığını göstermektedir. Eriyebilirliği hidrokarbon hidrokarbon numaralarına bağlı olarak incelediğimizde karbon sayısı azaldıkça azaldıkça erimenin arttığını görürüz. Aşağıdaki diyagramda görüldüğü gibi parafin gazları (C1-C5) için eriyebilirlik çok fazladır. Bu durum petrolün ilk migrasyona gaz halinde başlamış olabileceğini belirtmektedir.
SONUÇ Petrol göçe sıcakken ya da gaz halinde başlar PETROL JEOLOJİSİ KONU:3
YERALTI ORTAMI
YERALTI ORTAMI • • • •
BU BAHİSTE İNCELENECEK KONULAR YERALTI SUYU YERALTI SICAKLIĞI YERALTI BASINCI
YERALTI SULARI Oluşumuna göre iki tip yeraltı suyu vardır: 1- Serbest su: Basınç farkına bağlı olarak hareket edebilen su 2- Hapsedilmiş su: Mineraller içerisinde (atomik şebeke içerisinde) ya da gözenekler içerisinde su filmi halinde bulunan su
YERALTISULARININ ANALİZİ 1-SP LOGU İLE TUZLULUK TAYİNİ:Suyun rezistivitesi (RW) onun tuzluluk oranı ile doğrudan ilişkilidir. ilişkilidir. Yeraltı sularının tuzluluk oranı hidrokarbon kaynaklarına doğru artar, Bu nedenle yeraltı tuzluluk haritaları petrol aramada son derece önemlidir. 2-SU NUMUNESİ ÜZERİNDE TUZLULUK TAYİNİ: Sondaj esnasında yeraltından elde edilen numuneler sürekli olarak analiz edilerek tuzluluk oranı belirlenir.
YERALTI SULARININ KÖKENİ
YERALTISULARI KÖKEN AÇISINDAN DÖRDE AYRILIR
1-METEORİK SULAR: Yağmur sularının sızması ile oluşan yüzeye yakın, az tuzlu, asitik ve okside sulardır. 2-KONNAT (KALINTI) SULAR: Çökelme esnasında gözenekler içerisine hapsedilmiş, ancak z amanla konsantrasyonu ve kimyası değişmiş olan orijinal deniz suyudur. 3-JUVENİL SULAR: Magmatik sulardır. 4-KARIŞIK SULAR: Yukarıdaki tiplerin karışımıdır. YERALTISULARININ KİMYASI PETROL JEOLOJİSİ AÇISINDAN YERALTISULARININ •
Eh
•
pH
•
KONSANTRASYON
•
BİLEŞİMİ
•
ÖNEMLİDİR
•
Eh Suyun oksidasyon(yükseltgenme)-redüksiyon (indirgenme) potansiyelidir. Redoks potansiyeli adı ile de bilinir. İnert elektrodu ile ölçülür ve değeri volt ile ifade edilir. •
•
0
+2
Zn + Cu
Yükseltgenme pozitif yükün artması, negatif yükün azalmasıdır.İndirgenme ise bunun aksidir. Örneğin Zn+2 + Cu0
Reaksiyonunda bakır sülfat çözeltisinde çinkonun bakırın yerine geçmesi esnasında çinko yükseltgenmiş, bakır ise indirgenmiştir. Yağmur suyu, içerisinde oksijen, nitrojen ve CO2 bulunduğu için pozitif (yükseltgen) Eh değerine sahiptir ve oksitleyicidir, asitik özelliğe sahiptir. Petrolle birlikte görülen su ise negatif Eh değerine değerine sahip (indirgen-redüktif) ve bazik özelliktedir. •
•
•
PH •
Asitlik-baziklik dercesini gösterir.
•
Hidrojen iyon aktivitesinin negatif logaritması olarak ifade edilir. pH = -log H+
•
pH < 7,5 ise deniz suyu asitiktir ve H 2CO3 ve HCO3- konsantrasyonu bakımından zengindir.
•
pH > 7,5 ise deniz suyu baziktir ve HCO 3- ve CO3= bakımından zengindir.
•
Meteorik suların pH değeri içerdikleri hümik asit nedeniyle düşüktür. Kurak koşullarda pH değeri yükselir, Bunlar derinlere indikçe tuzları eritirler ve pH değeri artar.
•
Petrol yataklarında bulunan sular genellikle alkalin a lkalin ve redüktif özelliktedir.
ÇEŞİTLİ SULARIN pH ve Eh DEĞERLERİ
KONSANTRASYON
Su içerisinde erimiş toplam katı madde miktarı o suyun konsantrasyonunu gösterir. Konsantrasyon mg/litre ya da ppm olarak ifade edilir (ppm= parts per million) Ortalama bir deniz suyunun konsantrasyonu konsantrasyonu 35.000 ppm (% 3,5) dir. dir. Yani deniz suyu suyu 35.000 ppm erimiş mineral içerir ve bu genellikle tuzluluk olarak ifade edilir. Havzalarda konsantrasyon haritaları yapılarak anomali bölgeleri saptanır. Tuzluluğun en fazla olduğu yerler meteorik sulardan en az etkilenmiş yerlerdir ve buraların petrol bulundurma şansı yüksektir.
• • •
•
BİLEŞİM
METEORİK SULAR HCO3 ve sülfat iyonları açısından zengin, Ca +2 ve Mg+2 bakımından fakir sulardır. KALINTI SULAR Na, Cl ve K bakımından zengindir. SO 3, Mg+2 ve Ca+2 bakımından ise deniz suyuna oranla fakir, •
meteorik suya oranla ise zengindir. Bunlar içerisinde eser m iktarda da olsa erimiş halde hidrokarbon bulunur. YERALTI SICAKLIĞI Sıcaklık yeraltında derine doğru artar. Petrol kuyularında kuyu tabanının sıcaklığı (BHT, Bottom Hole Temperature)sürekli olarak ölçülür. Bunlar derinliğe karşı izdüşürülerek jeotermal gradyan elde edilir.
•
Her kuyu için jeotermal gradyan aynı değildir. Bu da gösterir ki sıcaklığın yeraltındaki düşey değişimi kuyularda kesilen birimlerin termal geçirgenliği ile ilişkilidir. Bir birim içerisindeki ısı akısı (heat flow) o bölgedeki termal gradyana ve birimin ısı iletkenliğine (thermal conductivity) bağlıdır. Isı akısı = Jeotermal gradyan x Termal Te rmal iletkenlik Petrol sahalarında jeotermal gradyan ölçümleri yapılıp bunların dağılımını gösteren izoterm (eşsıcaklık) haritaları yapılır. •
•
• •
•
İzotermler tuz domları üzerinde yüksek değerler verir. Çünkü evaporitlerin termal iletkenliği fazladır.
•
Çamur diyapirleri çok gözenekli olduğu için düşük izoterm değerleri verirler.
•
Isı akısı değerleri magma çıkışı nedeniyle okyanus ortası sırtlarda yüksek, yakınsayan levha sınırlarında düşük, riftlerde ise yüksektir.
•
Isı akısının fazla olduğu yerlerde petrol oluşumu için gerekli sıcaklığa sığ derinliklerde ulaşılabilir. Isı akısı düşük yerlerde ise petrol oluşumu için daha fazla gömülme gereklidir.
YERALTI BASINCI Birim alana uygulanan kuvvet olan ve kg/cm 2 cinsinden ifade edilen yeraltı basıncının çeşitleri şunlardır: 1- LİTOSTATİK BASINÇ 2- SIVI BASINCI •
Hidrostatik basınç
•
Hidrodinamik basınç
LİTOSTATİK BASINÇ Kayaların oluşturduğu basınçtır. Bu basınç yeraltına tane-tane dokanakları ile iletilir. Litostatik basınç derinliğe, gömülmenin miktarına, tane-tane dokanağı ile iletilen basıncın su basıncı ile desteklenip desteklenmediğine bağlı olarak değişir. Ortalama olarak yeraltında basınç 1psi/ft dir. (psi = per square inch)
• •
SIVI BASINCI Gözenekler içerisinde bulunan sıvı-akışkan basıncıdır. Terzaghi(1936) formülü S=p+o (S= gömülme basıncı, p= litostatik basınç, o= akışkan basıncı) Sıvı basıncı hidrostatik ve hidrodinamik basınç olmak üzere ikiye ayrılır
HİDROSTATİK BASINÇ
Birim taban alanı ve birim uzunluktaki bir su kolonunun oluşturduğu basınçtır. Taze su için 1 inç2 ve 1 footluk su kolonunda bu basınç 0,433; 55 000 ppm lik bir sıvı için ise 0,45 psi/ft olarak hesaplanmıştır. Bu değerlere hidrostatik gradyan adı verilir.
• •
HİDRODİNAMİK BASINÇ •
Sıvı akışının neden olduğu basınçtır.
•
Bir sondaj açıldığında formasyon içerisindeki akışkan kuyuya doğru akmaya başlar. Bu sıvının kuyuda yükselmesi sondaj çamuru tarafından önlenir. Formasyon sıvısının kuyu içerisinde serbest olarak yükselebileceği seviyeye potansiyometrik ya da piyezometrik seviye denir. Piyezometrik seviye = P/W - (D -E) P= Kuyu tabanı basıncı (psi) W= Akışkanın ağırlığı (psi/ft) D= Derinlik (ft) E= Kelly bushing’in (Rotary tablasının ortasındaki delik) deniz seviyesinden yükseltisi (ft) Potansiyometrik seviyeler çeşitli kuyularda ölçülerek bunların haritaları yapılır. E ğer potansiyometrik düzlem yataysa hidrodinamik basınç gelişmez, bölgede görülen basınç hidrostatik basınçtır. Eğer potansiyometrik düzlem eğimli ise bölgede hidrostatik ve hidrodinamik basınç etkilidir.
Bir bölgede basınç gradyanı hidrostatik ise bu basınca normal basınç denir. Eğer basınç gradyanı hidrostatik basınçtan farklı ise buna anormal basınç denir. Anormal basınç gradyanı hidrostatik basınçtan az ise subnormal basınç, hidrostatik basınçtan fazla ise süpernormal basınç denir. • • •
SÜPERNORMAL BASINÇ Hidrostatik basınçtan daha büyük olan sıvı basıncıdır. Petrolün çıkartılması esnasında ve sondaj esnasında tehlikelidir, petrolün dağılımı bakımından önemlidir.
•
Kapalı devre gözenekli akışkan ortamlarında gelişir. Buralarda sıvı basıncı permeabilite (geçirimlilik) bariyeri ile engellenir ve geçirimli tabakalar aracılığıyla yüzeye iletilemez. Geçirimlilik bariyeri evaporit ve şeyller gibi geçirimsiz litolojiler ya da faylar gibi yapısal unsurlar nedeniyle gelişir. •
•
• • • • •
SÜPERNORMAL BASINCA NEDEN OLAN FAKTÖRLER Artezyen Yapısal nedenler Sıkışma Diyajenez
ARTEZYEN Potansiyometrik düzey belli bir yöne eğimli ise bu yönde hidrostatik ve hidrodinamik basınç basınç beklenir. Topoğrafyanın potansiyometrik düzeyin altına düştüğü yerlerde artezyen gelişir. YAPISAL NEDENLER Süpernormal basınç çeşitli yapısal nedenlerle gelişebilir. Örneğin: Eğer bir blok iki geçirimsiz fay arasında yükselirse ve sıvı bu sistemde blok içerisinde sıkışıp kalırsa Geçirimli bir tabaka geçirimsiz iki tabaka arasında bulunuyorsa ve bunlar kıvrımlanırsa
KOMPAKSİYON (Sıkışma)
Delta platformlarında kumtaşı ve şeyller ardalanırlar. Çökelme devam e ttikçe şeyller sıkışır ve su aradaki geçirgen kumtaşları içerisinden kaçarak hidrostatik düzeyde kalmayı sağlar. Prodelta kesiminde ise kumtaşları şeyller arasında mercekler ha lindedir. Gömülme nedeniyle basınç ve sıkışma arttıkça kumtaşları içerisinde hapsedilen su süpernormal basınca neden olur. Bu basınç nedeniyle bazen prodelta içerisinde çamur diyapirleri gelişir. DİYAJENEZ •
•
•
•
Diyajenez esnasında oluşan bazı mineralojik değişimler süpernormal basınca neden olurlar.
•
Örneğin montmorillonitik killer killer sıkışınca hem gözenek hem de kristal sularını dışarı vererek kendi içlerinde fazla bir basıncın gelişmesine yolaçarlar.
•
Jipsin anhidrite, volkanik küllerin kil minerallerine dönüşümü esnasında da bu tür olaylar gelişir.
SUBNORMAL BASINÇ • •
Hidrostatik basınçtan az olan basınca verilen isimdir. Subnormal basınç su sirkülasyonunun bir permeabilite bariyeri ile engellenmesi sonucunda oluşur.
SUBNORMAL BASINCIN NEDENLERİ •
Su sirkülasyonu olmayan rezervuarlardan üretim sırasında su çekilirse subnormal basınç gelişir ve giderek
düşer Gözenek hacminin kırık ve çatlak gelişmesi (ya da geliştirilmesi) nedeniyle artırılması halinde subnormal basınç gelişir Rezervuar sıcaklığı düşürülürse akışkan soğur, yoğunlasır ve basıncı azalır •
•
I- Yeryüzü ile bağlantılı kapan, normal basınç II ve III- Havza merkezindeki konnat su ile bağlantılı kapan, normal veya süpernormal basınç IV- Bağlantısız kapan, başlangıçta subnormal veya süpernormal basınç, üretim yapıldığında subnormal basınç
PETROL JEOLOJİSİ KONU: 4 HİDROKARBON AKIŞI, İKİNCİL GÖÇ, KAPANLANMA ve SIZMA
İKİNCİL GÖÇ (Sekonder migrasyon)
Petrolün hazne kaya içerisindeki hareketine ikincil göç adı verilir. İkincil göçü oluşturan güç ve mekanizma lar fiziksel ve kimyasal dinamiklerdir. FİZİKSEL DİNAMİKLER •
Hidrokarbon y
•
üksek basınç zonundan alçak basınç zonuna doğru hareket eder. Bu hareketi sağlayan kuvvet yüzdürme kuvveti ve hidrodinamizmdir.
•
Petrol akiferden bağımsız hareket edebilir. Petrol, özgül ağırlığı sudan az olduğundan ıslatılmış taşıyıcı akifer içerisinden kolayca akabilir.
•
Hidrodinamik koşullar akiferdeki göçü petrolün lehine ya da aleyhine etkileyebilir. Bazı hallerde su petrol ve gazı eriyik halde de taşıyabilir.
•
İkincil göç rezervuarın petrofiziksel karakteristiklerine, permeabilitesine, enjeksiyon basıncına ve kapilarite basıncına bağlıdır. •
Bir petrol damlacığının gözenekten geçmesi kendi çapı ile gözenek ç apının büyüklüğüne bağlıdır. Petrol gözenek çapından büyükse deforme olmak zorundadır.Yüzey gerilme kuvveti böyle bir harekete ve deformasyona karşı koyar. •
Karşı yüzey gerilme kuvveti ince taneli kayalarda daha etkindir. O halde kapilarite kuvveti genellikle petrolü hareket ettiren yüzdürme kuvveti ve hidrodinamizme karşıdır.
Göç, havzanın yapısına ve özelliklerine bağlıdır. Taşıyıcı tabakanın eğimi, sürekliliği, fay ve çatlaklar göçü etkileyen başlıca faktörlerdir. Eğim ve dalımlardaki farklılık, çökme ve yükselmeye bağlı basınç farklılıkları ve tektonik gerilme ve basınçlar ikincil göçün yönünü etkilerler. •
•
KİMYASAL DİNAMİKLER Porozitesi az ve geçirgen olmayan kayalar içerisinde petrol ağırlaşır, sülfür, aromatik ve iz elementler açısından zenginleşir, konsantre olur. Bazı hallerde petrol ikincil migrasyon esnasında uçucu ve hafif e lementlerce zenginleşir. Bu değişimlerin nedeni hafif veya ağır bileşenlerin petrol-su veya petrol-mineral yüzeylerinde absorbe edilerek tutulmasıdır. •
•
GÖÇ ve KAPANLANMA ŞEKİLLERİ HAVZA İÇERİSİNDE GÖÇ Havza içerisinde göçü denetleyen faktörler • • •
Sedimanter ve paleocoğrafik kriterler Yapısal kriterler Hidrojeolojidir.
SEDİMANTER ve PALEOCOĞRAFİK KRİTERLER
• önler. • • •
Transgresif seriler Transgresif seriler üste doğru tane boyundaki incelme nedeniyle petrolün üste doğru göçünü ve petrol kaçağını Kırıntılı bir temel üstüne aşma (overlap) ile gelen istiflerde göç, kaçma ve sızma fazlalaşır. Evaporitlerle biten istiflerde sızma engellenir. Regresif seriler genellikle sızıntılara neden olurlar.
YAPISAL KRİTERLER • •
Havzayı sınırlayan büyük faylar göç için önemli bariyerler oluşturabilirler. Gerilme rejimi altındaki havzalarda gelişen açık çatlak ve kırıklar göç için önemli yollar oluştururlar.
HİDROJEOLOJİK KRİTERLER
Genç çökeller, havzalar veya çökmekte olan havzalarda santrifüj tipi hidrojeolojik gradyan vardır. Bu nedenle en fazla su basıncı havza ortasında yani derinlerde bulunur. Yapısal olarak deforme olan, kıvrılan ve yükselen havza larda ise su hareketi merkeze doğrudur. Yani hidrolik gradyan sentripetaldir ve merkezi alanlarda su basıncı düşüktür. Petrol göçü ve yığışımı fazla basınçtan düşük basınca doğru olduğuna göre her iki halde farklı göç şekilleri gelişecektir. •
•
•
YATAY GÖÇ (Lateral Migrasyon) Migrasyon)
•
Yatay göç devamlı ve geçirgen seviyelerde taşıyıcı kaya ile örtü kaya dokanağı boyunca meydana gelir ve 10 ile 100 km arasında bir mesafede gerçekleşir.
•
Yatay göç sızma ve tar ta r kumlarının da oluşum nedenidir.
NW Michigan’da Siluriyen resiflerinin kesit ve haritası Petrol yatay göç ile hareket ederken önce en yakındaki kapanı doldurur. Bu kapanlar genellikle taşma noktasından fazla dolacağından petrol daha üstlerdeki kapanlara doğru gider. Böylece derin yerlerde sadece gaz, kenar zonlarda petrol, en kenarda ise su birikir.
PETROL KAPANDA DA TEKRAR GÖÇE UĞRAYABİLİR 1- Kapana yeni petrol gelmesi ikinci bir göçe neden olur 2- Petrol kapanlarının deformasyona uğraması yeni bir göçe neden olur 3- Yükselme ve aşınma sonucunda tabaka basıncı azalırsa gaz şapkası hacmi hacm i artar ve sonuçta petrol kaçabilir.
DÜŞEY GÖÇ Gözenek içerisindeki hidrokarbon basıncı kendisini gözenek içerisinde tutmak isteyen basınç ve örtü tabaka içerisinde oluşan basınçtan daha fazla olduğu zaman düşey göç görülür.
•
•
Düşey göç tektonik hareketler sonucu akışkan basıncının artması ile mümkün olur.
AŞAĞI DOĞRU GÖÇ Bilhassa transgresif istiflerde görülen bu göç ile alttaki daha iyi nitelikli nitelikli rezervuar kayalar ve stratigrafik kapanlar doldurulur. Bu durum özellikle kapanın hemen üzerine gelen birimin aynı zama nda ana kaya nitelikli olması halinde daha yaygındır. Bu üst birim aynı zamanda örtü kayayı da oluşturuyorsa düşey göç daha da yaygındır. •
•
YUKARI DOĞRU GÖÇ •
Örtü içerisindeki çatlak ve boşluklardan petrolün yukarı doğru göçmesidir.
•
Faylar geçirimli olduğu zaman göç yolları, geçirimsiz ve dolu olduklarında ise permeabilite bariyeri oluştururlar. •
Eğer çatlak ve fay yoksa örtü kayanın zayıf zonlarından yukarı doğru göç gelişir. Bu zonlardaki akışkan basıncı kapanın enjeksiyon basıncından daha fazladır. Hidrokarbon hafif ise düşey göç daha kolay olur. Genellikle düşey ve yatay göç birarada gelişir. İlk önce yatay, daha sonra düşey göç gerçekleşir. Bunun sonucunda farklı düzeylerde kapanlanma veya sızıntılar oluşur. • •
PETROL SIZINTISI • •
Sızıntı eğer kuyuda görülüyorsa bu orada göç olduğunu ve geçmekte olan bir petrolü ifade eder. Sızıntı yüzeyde görülüyorsa o bölgede kapanlanma koşullarının iyi olmadığını belirtir.
KAPANLANMA Petrolün göç ederek hareket edemeyecek şekilde sıkıştığı yerlere kapan denir. Kapalı bir sistem petrol biriktirir. Alt kısmı konkav bir örtü kolayca bariyer oluşturur ve petrolün akıntı yönünde daha ileri gitmesini önler. Böylece sistemin en üst kısmında petrol birikerek bir havuz meydana getirir. Kapanın alt kısmı genellikle düzlemseldir ve petrol-su dokanağı ile sınırlanır. Kapanlar geometrik ve dinamik olmak üzere iki tiptir.
•
• •
GEOMETRİK KAPANLAR
- Kıvrımlanma ile - Fasiyes değişimleri ile - Faylanma ile Bunların birleşimi ile gelişen birleşik kapanlardır. •
TEORİK ve PRATİK KAPANIM •
Teorik kapanım kapandaki yapısal bilgilere göre kapan içerisinde ne kadar petrol bulunduğunu hesaplamakla
bulunur. •
Pratik kapanım ise alttaki su tablası ile örtü kaya a rasında ne kadar gözenek boşluğunun bulunduğunun hesabıdır.
PETROL JEOLOJİSİ KONU 5
HAZNE KAYA (REZERVUAR)
REZERVUAR •
Petrolün içerisinde yerleşmiş olduğu kayaya hazne kaya ya da rezervuar denir. Prensip olarak gözenek, boşluk ve çatlak içeren her kaya rezervuar olabilir. Ancak pratikte rezervuar genellikle kumtaşı ve kireçtaşlarıdır. •
Bir rezervuarın petrol jeolojisi açısından en önemli özelliği porozite (gözeneklilik) ve permeabilitesi (geçirimlilik) dir.
POROZİTE Bir kayacın toplam boşluk hacminin toplam katı hacmine oranına porozite denir. Petrol jeolojisinde porozite % cinsinden tanımlanır.
Boşluk hacmi
Porozite (%)=
x 100
Toplam kayaç hacmi GÖZENEK MORFOLOJİSİ Porozite, efektif ve efektif olmayan porozite olmak üzere ikiye ayrılır. Petrol açısından efektif porozite önemlidir.
POROZİTE SINIFLAMASI
Oluşum zamanı
Tip
Birincil veya çökelme İntergranüler ile yaşıt İntragranüler İnterkristalin Fenestral Vug Moldik İkincil ya da çökelme Çatlak sonrası
Köken Çökelme Çimentolanma Erime Tektonik (sıkışma, dehidratasyon, diyajenez)
İntergranüler ve intragranüler porozite sıkışma (kompaksiyon) ve çimentolanma ile kolayca tahrip edilir. Bu durum bilhassa kil ve karbonatlarda yaygındır. Moldik porozite belirli tanelerin erimesi ile oluşan porozitedir. Vug porozitenin belli bir şekli yoktur. Kayanın kendisinin erimesi ile oluşur. Boyut olarak moldik poroziteden daha büyüktür. Vug porozite çok daha büyürse mağara-boşluk oluşur. Fenestral porozite çökelme sırasında oluşan boşluklardır. Örneğin laminaların dehidratasyon sonucunda büzüşmesi ve çatlaması ile oluşur. Bu nedenle birincil porozite olarak da değerlendirilmektedir. İnterkristalin porozite kristalli kayalarda kristal aralarında gelişir ve daha çok dolomitlerde görülür. •
• •
•
•
Çatlaklar kıvrımlara (A), faylara (B) ve diskordanslara (C) bağlı olarak gelişirler. Çatlak porozitesi petrol açısından en önemli porozitedir.
•
POROZİTENİN ÖLÇÜLMESİ
Porozite a- Doğrudan karot üzerinde b- Jeofizik kuyu logları ile c- Sismik bilgilerle ölçülür. Karot üzerinde laboratuarda yapılan porozite ölçümlerinde iki metod kullanılır. Bunlar Washburn-Bunting metodu ve Boyles Kanunu metodudur.
WASHBURN-BUNTING METODU 1922 de Washburn ve Bunting tarafından ortaya konan bir metoddur. Bu metodda numunenin havası bir vakum sistemi ile alınır. Alınan havanın hacmi belirlenir. Numune bir sıvı içerisine batırılarak hacmi belirlenir.
Porozite (%)=
Numunenin toplam
Çekilen hava hacmi
X 100
BOYLES KANUNU METODU Basınç x Hacim = Sabit prensibine dayanan bir ölçme yöntemidir. Numune Ruska porozimetresi denilen bir alet içerisine (basınçlı bir kap) konularak basınç uygulanır. Basınç belli bir miktar düşürülür ve kap içerisindeki gazın hacim artışı ölçülür. Buradan porozite hesaplanır.
PERMEABİLİTE Bir rezervuar kaya için porozitenin yanısıra permeabilite (geçirimlilik) de son derece önemli bir özelliktir. Darcy formülüne göre Q= K (P1µ -PL2) A Q = akış oranı K = permeabilite P1 - P2 = numune boyunca basınç farkı A = numunenin enine kesit alanı L = Numune boyu µ = Akışkanın viskozitesi
Permeabilite Permeabilite birimi Darcy’dir. 1 cm/sn hızla 1 atm/cm basınç farkı altında geçen 1 santipoiz (cP) viskozitedeki akışkan miktarı 1 Da rcy’dir. Rezervuarların çoğunda permeabilite 1 Darcy’den az olduğu için milidarcy (md) kullanılır. Ortalama rezervuar permeabilitesi 5 ile 500 md arasında değişir. • •
•
Darcy kanununun geçerli olması için formasyon içerisindeki sıvı ile kaya arasında k imyasal bir reaksiyon olmaması, akışkanın tek bir fazda olması gerekir ki bu doğada çoğu zaman gerçekleşmez. Yani olaylar çok daha kompleks olarak gelişmektedir. Permeabilite ikiye ayrılır: 1- Spesifik permeabilite: Kayanın bütün gözenekleri akışkan ile doygun (satüre) ise 2- Efektif permeabilite : Kayanın gözenekleri % 100 tek bir akışkan ile doldurulmamış ise sözkonusu olan permeabilitedir. Efektif permeabilitenin spesifik permeabiliteye oranı
rölatif permeabilite adı ile bilinir.
POROZİTE-PERMEABİLİTE-DOKU İLİŞKİSİ Sıkılaşmamış bir çökelde dokusal parametreler porozite ve permeabiliteyi belirler. Bu parametreler şunlardır: • • • • • • • •
Tane şekli Yuvarlaklık Küresellik Tane boyu Boylanma İstiflenme Paketlenme Tane düzenlenimi
TANE ŞEKLİ Bir kırıntılı kayada taneler ne kadar küresel ise porozite o kadar azalır. Çünkü küresel taneler daha sıkı paketlenirler.
TANE BOYU Teorik olarak tane boyu ile porozite arasında bir ilgi olmamasına rağmen pratikte pratikte iri taneli çökeller ince taneli olanlara oranla daha gözeneklidir. Tane boyu küçüldükçe permeabilite de azalır. Çünkü boşluklar arsındaki boğazlar daralır ve buna bağlı olarak kapiler basınç artar. Bu da permeabilitenin azalmasına yol aç ar.
•
•
BOYLANMA Boylanma iyi ise porozite ve permeabilite artar, boylanma kötü ise porozite ve permeabilite azalır.
PAKETLENME Porozite ve permeabilite kübik paketlenmede daha fazla, romboidal paketlenmede ise daha azdır. Ancak pake tlenme türü zamanla sıkışmaya bağlı olarak değişebilir. Kübik paketlenme Romboidal paketlenme
Porozite % 46
Porozite % 26
TANE YÖNELİMİ Tane yönelimi poroziteden ziyade permeabilite ile ilgilidir. Çökellerde genellikle çubuksu ya da düzlemsel taneler
tabakalaşmaya paralel bir yönelim gösterirler. Bu nedenle rezervuarlarda düşey permeabilite yatay permeabiliteye nazaran daha düşüktür.
DİYAJENEZİN REZERVUARLAR ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ Çökeller gömülmenin başlaması ile birlikte çok sayıda değişikliklere uğrarlar. Bu değişikliklerin büyük bir kısmı permeabilite ve porozitenin azalmasına yolaçar.
DİYAJENEZİN KUMTAŞI REZERVUARLARINA ETKİSİ
Kumtaşlarının diyajenetik evrimi
Diyajenezin kumtaşı rezervuarlarına etkisi gömülme, çimentolanma ve erime yolu ile olur.
KUMTAŞI REZERVUARLARINDA POROZİTE GRADYANI Modern kumlarda porozite % 40-50, permeabilite ise onlarca Darcy civarındadır. Buna karşılık kumtaşı rezervuarlarında ortalama olarak %10-20 porozite, milidarcy milidarcy mertebesinde permeabilite görülür. Bu da gösterir ki diyajenez porozite ve permeabiliteyi azaltmaktadır. aza ltmaktadır.
•
•
Eğer bir bölgede birincil porozite ve porozite gradyanı bilinirse verilen bir derinlikte porozite değeri hesaplanabilir. D Ø = ØP - GD ØD = belirli derinlikteki porozite ØP = yüzeydeki birincil porozite G = Porozite gradyanı (% Ø/km) D = Gömülme derinliği POROZİTE GRADYANINA ETKİ EDEN BAŞLICA FAKTÖRLER
Mineralojik bileşim: Mineralojik olarak olgun kumtaşları birincil poroziteyi daha iyi korurlar. Doku: İyi boylanmış kumlar kötü boylanmış b oylanmış ve killi kumtaşlarına göre birincil poroziteyi daha iyi korurlar. Jeotermal rejim: Kimyasal reaksiyonlar sıcaklıkla paralel olarak arttığından düşük jeotermal gradyan porozitenin korunmasını sağlar Basınç rejimi: Anormal basınç kompaksiyonu engellediği için porozitenin korunmasını sağlar. • • •
•
POROZİTENİN ÇİMENTOLANMA İLE AZALMASI •
Belli ölçüde çimentolanma petrol üretimi için yararlıdır. Çünkü az da olsa çimentolanma yoksa üretim esnasında petrol ile birlikte kum gelir ki bu hem rezervuarın tahrip edilmesine hem de üretim sisteminin bozulmasına neden olur. •
Çimentolanma fazla ise bu rezervuarın porozitesinin azalmasına neden olur.
KUMTAŞLARINDA GÖRÜLEN ÇİMENTO TÜRLERİ : KUVARS Yaygın bir çimento olan kuvars genel olarak kırıntı kuvars taneleri üzerinde optik olarak devamlı bir şe kilde büyür. Ortamda artan pH ile silikanın eriyebilirliği de arttığından gözenekler boyunca asitik sıvıların hareket ettiği yerlerde silis çimento gelişmez. KUMTAŞLARINDA GÖRÜLEN ÇİMENTO TÜRLERİ : KALSİT Genellikle kalsit kristalleri halinde bulunur. Bu kristaller gözenekten gözeneğe doğru büyüdükleri için kalsit kristalleri kum tanelerini içine alan poikilitik p oikilitik bir doku sergilerler. Kalsitin eriyebilirliği silisin tersinedir tersinedir ve artan pH ile azalır. Bu nedenle kalsit çimento, gözeneklerde alkali sıvıların dolaşmasının bir sonucudur.
•
•
KUMTAŞLARINDA GÖRÜLEN ÇİMENTO TÜRLERİ : KİL Kil kumtaşları içerisinde matriks olarak ya da çimento olarak bulunabilir. Porozite ve permea biliteyi azaltıcı etkisi vardır. Kaolinitik, illitik ve montmorillonitik killerin rezervuar üzerine etkileri farklıdır.
ERİME İLE POROZİTENİN ARTIRILMASI Karbonat tanelerinin ve feldspat gibi g ibi duraysız minerallerin erimesi ile rezervuarın porozitesi artırılabilir. Karbonat erimesine asitik (meteorik) sular ya da ana kayanın olgunlaşması sırasında derinlerde dışarı atılan sular neden olur. • •
DİYAJENEZİN KARBONAT REZERVUARLARI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ Kumtaşı rezervuarlarının aksine kireçtaşı rezervuarlarında diyajenez çok önemli bir rol oynar. Kireçtaşı ve dolomitler çökelme esnasında oldukça oldukça gözeneklidir. Ancak diyajenez sonucunda sonucunda bu nitelik kaybolur. Dokusal olarak kireçtaşları resif, karbonat kumu ve karbonat çamurundan oluşurlar.
•
•
RESİFLERİN DİYAJENEZİ ve PETROFİZİĞİ Resifler katılaşmamış bir çökelin taşlaşması yolu ile oluşmadıkları için diğer kaya gruplarından farklı özellikleri vardır. Bunlar bulundukları yerde kaya olarak oluşurlar ve sıkışmaya uğramazlar. Güncel resiflerde porozite % 60-80 civarındadır. Resiflerin porozitesini koruması statik bir akışkan ortamında kalmaları ile mümkündür. Yani oluşumlarının hemen ardından üzerleri geçirimsiz bir çamurla örtülmelidir.Aksi halde çimentolanma poroziteyi yokeder. Resif meteorik suların etkisi altında kalırsa erime nedeniyle porozitesi artabilir.
•
• •
•
KARBONAT KUMLARININ DİYAJENEZİ ve PETROFİZİĞİ Karbonat kumları resiflerden farklı olarak gömülme ile kompaksiyona uğrayıp porozite ve permeabilitelerini kaybederler. Bunlar içerisindeki alkali sıvılar çimentolanmaya, asit sıvılar ise gözenek oluşumuna neden olurlar. Eğer alkali sıvı akımı olmayacak şekilde gömülürlerse birincil gözeneklilik korunur. Ya da petrol yerleşmesi erken çimentolanmadan sonra olursa gözenekler korunmuş olurlar. Erken çimentolanmaya uğramamış karbonat kumlarının iyi bir rezervuar olma şansları a zdır, çünkü kompaksiyon bunların gözeneklerini atırır. •
•
•
Karbonat kumlarının diyajenetik evrimi
KARBONAT ÇAMURUNUN DİYAJENEZİ ve PETROFİZİĞİ Güncel karbonat çamurları genellikle aragonitten oluşur. Aragonit ise duraysız olduğu için yeraltı koşullarında kalsite dönüşür. Bu dönüşüm sonucunda toplam katı hacminde % 8 lik bir artış olur ki bu da porozitenin azalması demektir. Kompaksiyon ile porozite daha da azaltılır. Bu nedenle yaşlı karbonat ç amurları sıkı ve gözeneksizdir. Ancak dolomitleşme varsa gözenekli hale gelirler. •
•
DOLOMİT REZERVUARLARI •
Ca Mg (CO3)2 formülü ile gösterilen dolomitler birincil ya da ikincil olurlar.
•
Birincil dolomitler genellikle tabakalı ve yatay devamlıdırlar. Sabka ortamında oluşurlar. Kriptokristalen dokulu ve tebeşirimsidirler. Poroziteli ancak düşük permeabilitelidirler.
•
İkincil dolomitler tabakalaşmayı keser, düzensiz bir geometri gösterirler. Diskordansların altında, fay ve kırıkların yakınında gelişirler. gelişirler. Kristalin Kristalin dokuludurlar. dokuludurlar. İnterkristalin poroziteleri % 30 u geçebilir. Permeabiliteleri yüksektir. Dolomit kalsitin yerini alınca kayanın katı hacmi % 13 azalır ki bu da gözeneğin artması demektir.
İkincil dolomitleşmenin diskordans ve faylarla ilişkisi ÇATLAK REZERVUARLARI Dünyada üretilen petrolün % 90 ı kumtaşı ve kireçtaşı rezervuarlarında bulunur. Ancak kalan % 10 luk kısım tektonik etkilerle porozite ve permeabilite kazanan diğer kayalarda (örneğin şeyl, magma tik ya da metamorfik kayalar gibi) bulunur. Bu şekilde gelişmiş olan rezervuarlara atipik çatlak rezervuarları denir. Çatlak yoğunluğu (FII) =
Øt = Toplam porozite Øm = Çatlakla ilgisi olmayan porozite
Øt - Øm 1- Øm
REZERVUAR SÜREKLİLİĞİ Rezervuarların çoğu sürekli ve sabit özellikler göstermezler. Rezervuarın litolojik sürekliliği, permeabilite ve porozitesinin sürekliliği ve dağılımı rezervuardan üretilecek üretilecek petrol miktarının tahmini açısından son derece önemlidir. Bu özellikler gözetilerek rezervuarlarda toplam ve net verim zonları ayrılır. •
• • •
Toplam verim zonu petrol-su dokanağından itibaren rezervuarın tüm kalınlığını içine alan zondur. Net verim zonu ise petrolün bizzat üretildiği zonların toplam kalınlığıdır. Rezervuarlarda yanal ve düşey süreklilikten sözedilir.
YANAL SÜREKLİLİK Yanal sürekliliğine göre kumtaşı rezervuarları iki grupta toplanır: 1- Düzlemsel kumtaşı rezervuarları: Her boyutta süreklidirler. Uzunluk/genişlik oranı 1 dir. Bu tür rezervuarlar türbidit yelpazelerinde, alüvyal yelpazelerde, yan yana eklenmiş kanal ortamlarında gelişirler. 2- Prizmatik (uzunlamasına) kumtaşı rezervuarları rezervuarları: Uzunluk/genişlik oranları 3/1 den daha fazladır. Bu tür rezervuarlar bariyer (set) adalarında, delta kanallarında, gelgit kanallarında, eoliyen kumullarında gelişirler.
Kum kütlelerinin geometrik sınıflaması
DÜŞEY SÜREKLİLİK Kumtaşı rezervuarları rezervuarları A- Düşey olarak istiflenmiş, B- Yatay olarak istiflenmiş, C- İzole şekillerde olurlar.
ÜRETİM SIRASINDA REZERVUARLARDAN SONDAJ KUYUSUNA PETROL AKIŞININ NEDEN LERİ Petrolün üretilebilmesi için petrolün sondaj kuyusuna akması gerekir. Bunu sağlaya üç mekanizma vardır. 1- Su gücü 2- Gaz şapkası gücü 3- Erimiş gaz gücü
SU GÜCÜ Akifer içerisindeki su petrolün akış ve üretimini sağlar. Petrol üretildikçe su boşalan yeri doldurur ve sürekli olarak petrolün akışına neden olur. Ancak bazen su petrol ile girişim yapar veya konileşerek petrol geliminin durmasına neden olur.
•
•
•
Girişimin nedeni rezervuardaki permeabilite düzensizliği, konileşmenin nedeni ise hızlı üretimdir.
•
Su gücü ile üretim yapılan kuyularda maksimum üretilebilen petrol % 60 tır.
Su gücü ile üretim mekanizması: Petrol üretildikçe su tarafından itilmektedir.
Su gücü ile üretim mekanizması
GAZ ŞAPKASI GÜCÜ
• Petrol rezervuarlarında petrol ve gaz ayrı ayrı zonlarda bulunurlar. Üretim yapıldıkça basınç düşeceği için petrol içerisindeki erimiş gaz açığa çıkar ve üstteki üs tteki gaz şapkası içerisine dahil olur. Bu suretle üretim ilerledikçe üstteki gaz şapkası büyür ve genişler. Petrol-gaz dokanağında bir gazlaşma geçiş zonu oluşturulur. Hızlı üretim yapılırsa bu sistemde aşağı doğru bir gaz konileşmesi g elişebilir. Bu tür petrol sahalarında üretilebilirlik faktörü % 20-50 dir. • •
ERİMİŞ GAZ GÜCÜ Bu mekanizma başlangıçta herhangibir gaz şapkasının olmadığı rezervuarlarda gözlenir. Üretim başlayınca basınç düşer ve bunun sonucu olarak başlangıçta petrol içerisinde erimiş durumda olan gaz petrolden ayrılır. Bu gaz petrol üzerine basınç uygulayarak onun kuyuya akmasını sağlar. • •
Üretim ilerledikçe veya zaman geçtikçe rezervuarın tepesinde bir gaz şapkası oluşur. Bu kritik gaz saturasyonu rezervuar için tehlikelidir ve zamanla gazın ters konileşmesine neden olabilir. Bu durumu önlemek için üretim yavaşlatılmalı ve elde edilen gaz yeniden rezervuara basılmalıdır.
•
Erimiş gaz gücü ile üretim
YAPAY ÜRETİM TEKNİKLERİ Doğal güç bakımından zayıf olan rezervuarlara yapay güç uygulanır. Eğer petrol yeryüzüne gelmiyorsa kuyu dibi pompaları ya da at kafası pompaları kullanılır. Yapay üretimi zenginleştirme tekniklerinde önemli olan rezervuarın basıncını sürekli kılmak ya da bunu artırmaktır. Bunun için rezervuara 1-Gaz enjekte edilir. Bu doğal gaz veya CO2, N gibi yapay gazlar olabilir. 2- Deniz suyu veya formasyon suyu enjekte edilir. 3- Bazı özel deterjanlar kuyuya enjekte edilebilir.
PETROL JEOLOJİSİ KONU 6: KAPAN
KAPAN Petrolün göçerek son olarak yerleştiği yere kapan denir. En basit kapan aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bir antiklinaldir.
KAPANLA İLGİLİ TERİMLER
• • • • • •
Taşma noktası (spill point): Kapan içerisinde petrolün bulunabileceği en alt nokta Kapanım (closure): Taşma düzlemi ile tepe noktası arasındaki düşey mesafe Rezerv (pay): Kapan içerisinde üretim yapılan rezervuar Toplam rezerv (gross pay): Rezervuarın tepe noktasından petrol-su dokanağına kadar olan rezerv Net rezerv: Petrolün üretildiği seviyelerin toplam kalınlığı Petrol-su dokanağı (OWC): Petrolün üretilebileceği en derin düzey
PETROL-SU DOKANAĞI ve ÖZELLİKLERİ • • • • • • • •
Petrol-su ve gaz-su dokanakları permeabilitesi yüksek rezervuarlarda keskin, permeabilitesi düşük ve yüksek kapilarite basıncına sahip rezervuarlarda ise geçişli olarak gelişir. Akışkan dokanakları genellikle düzlemsel ve yatay, ancak baz en de eğimlidir. Petrol-su dokanağının eğimli olmasının çeşitli nedenleri vardır.
•
•
EĞİMLİ PETROL-SU DOKANAĞININ NEDENLERİ Hidrodinamik akıntı petrol-su dokanağının tilt olmasına (bir yöne doğru eğim kazanmasına) neden olabilir. Kapana hidrokarbon yerleştikten sonra kapan tilt olur, ancak petrol-su dokanağı sabit kalır. Dokanağın yeniden yatay hale gelmesine dokanak altında oluşmuş bir çimentolanma veya herhangi bir permeabilite bariyeri engel olur.
Litolojik değişime bağlı olarak eğimli petrol-su dokanağı oluşabilir. Bu genellikle alttaki birimin geçirimsiz bir temel kaya olduğu durumlarda gerçekleşir.
PETROL HAVUZU Bir kapanda birden fazla petrol alınan düzey bulunabilir. Bunların her biri ayrı birikimdir ve herbirinin petrol-su dokanağı ayrıdır.
KAPANLARIN SINIFLAMASI I- YAPISAL KAPANLAR •
Kıvrım kapanları Kompresyonel kapanlar Kompaksiyonel kapanlar Fay kapanları II- DİYAPİRİK KAPANLAR Tuz domları Çamur domları III- STRATİGRAFİK KAPANLAR IV- HİDRODİNAMİK KAPANLAR V- BİRLEŞİK KAPANLAR • • •
• •
KOMPRESYONEL KAPANLAR: ANTİKLİNALLER Genellikle dağ kuşakları içinde veya yakınında bulunurlar. En iyi örnekleri İran’daki Zagros kuşağında bulunur. Bu kuşağın devamı da Güneydoğu Toroslar’da yeralır. İran’da petrol üreten birim Alt Miyosen yaşlı Asmari kireçtaşıdır. Bu kireçtaşları çok yaygın çatlak porozitesi içerir. Bu kapan kuşağı petrol açısından çok zengindir. İran’daki 16 kapanda 500 milyon varil rezerv vardır. MescidI Süleyman sahasında tek bir kuyu 50 milyon varil ham petrol vermiştir. Bazı antiklinaller 60 km uzunluk, 10-15 km genişliğe sahiptir. •
•
•
KOMPAKSİYONEL KOMPAKSİYONEL ANTİKLİNALLER
Düzensiz taban topoğrafyasına bağlı olarak gelişen ve daha sonra kompaksiyonun (sıkılaşma) da yardımı ile gelişen yalancı antiklinallerdir. Taban topoğrafyası tektonik veya erozyona bağlı olarak düzensizlik kazanabilir.
NORMAL FAYLARLA İLGİLİ KAPANLAR
Tüm faylar kapan oluşturmaz. Fayın kapan oluşturması için geçirimsiz bir süreksizlik oluşturması gerekir. Fayın atımı rezervuar kalınlığından az ise kapan oluşturması güçtür. Kırılgan birimler içerisinde gelişen faylar kapan oluşturmayabilir. Plastik litolojilerde görülen faylar geçirimsiz olabilirler. Taşlaşmamış kum ve şeyller içerisinde gelişen ge lişen faylar geçirimsizdir. • • •
•
Lousiana’daki West Lake Ferret petrol sahası normal faylanmaya rağmen petrolün hareket etmediği, aksine fayın geçirimsizlik geçirimsizlik sağladığı bir örnektir.
KUZEY DENİZİ ÖRNEĞİ
Kuzey Denizinde Piper sahası, bazı faylar (A) geçirimsiz, bazı faylar (B ve C) ise geçirimlidir. B ve C de petrol, petrol-su dokanağının üstünde yeralmaktadır.
TABAKA ve FAY EĞİMİNE BAĞLI OLARAK FAY KAPANLARI Varsayımlar: Kumtaşı-şeyl karşı karşıya ise geçirimsizlik, kumtaşı-kumtaşı ile karşı karşıya ise geçirimlilik mevcuttur
DOĞRULTU ATIMLI FAY KAPANLARI harita
kesit
DİYAPİRİK KAPANLAR Üzerine gelen çökellerden daha az yoğunluğa sahip çökellerin, yoğunluk farkı nedeniyle yukarıya doğru yükselmesiyle oluşan kapanlardır. Evaporit, tuz ve killer bu tür kapanlar oluştururlar. Tuzların yoğunluğu 2.03 g/cm3 tür. Yeni çökelmiş kil ve kumların yoğunluğu ise tuzdan daha azdır. Ancak bunlar gömülme ile daha fazla yoğunluk kazanırlar. 800-1200 metreden daha fazla gömülmeleri durumunda tuzlar diyapirik harekete başlar, baz en yeryüzüne ulaşıp büyük erime çukurlukları oluştururlar. •
•
•
Diyapirik kapanların en iyi örnekleri Meksika körfezi çevresinde, İran ve Kuzey Denizi çevresinde görülür. Bu tür diyapirlerde çok değişik kapan çeşitleri çe şitleri gelişebilir. Bazı örnekler aşağıdaki şek ilde verilmiştir.
A- Dom kapanı, B ve C- Fay kapanı, D ve F- Kama kapanı, E- Antiklinal kapanı
STRATİGRAFİK KAPANLAR Litolojik değişim ve diskordanslar nedeniyle oluşan kapanlardır. Yeraltında belirlenmeleri güçtür, fasiyes haritaları yardımıyla belirlenebilirler. Başlıcaları şunlardır: şunlardır: 1- Litolojik değişimle ilgili stratigrafik kapanlar Çökelme kökenli Kama tipi kapanlar Kanal kapanları Set adası kapanları Resif kapanları Diyajenetik kökenli 2- Diskordansla ilgili stratigrafik kapanlar Diskordans üstü (Supradiskordans) kapanlar Aşmalı (düzlemsel geometrili) kapanlar Kanal veya gömülü vadi kapanları Diskordans altı (Subdiskordans) kapanlar •
• • • • •
• • • •
ÇÖKELME KÖKENLİ KAPANLAR : KAMA TİPİ
Yanal yönde litoloji değişimi ile gelişen kapanlardır. Amerika Wyoming’de bu tür kapanlardan 200 milyon varil petrol alınmıştır. ÇÖKELME KÖKENLİ KAPANLAR : KANAL TİPİ Oklahoma’da Booch deltasının haritası Şeyl, çamurtaşı gibi geçirimsiz birimler içerisine yerleşmiş alüvyal ya da delta kanalları bu tip kapanları oluşturur. Amerikada Kayalık dağların doğu yamaçlarında, Alberta-Montana arasında güzel örnekleri vardır.
ÇÖKELME KÖKENLİ KAPANLAR : SET ADASI TİPİ Denizel veya lagüner şeyller içerisinde gelişen iyi boylanmalı set adası kumları bu tip kapanları oluştururlar. New Mexico’daki Bisti petrol sahasındaki set adası kumları 65 km boyunda 7 km genişliğinde bir kapan şeklindedir. ÇÖKELME KÖKENLİ KAPANLAR : RESİF TİPİ Resif kayaları rezervuar, resif önü ve arkasındaki şeyller ise ana kaya oluştururlar. Transgresyonla üzeri örtülürse resifler iyi bir kapan olabilir. Hem birincil gözenek hem de diyajenez sonucu gelişmiş zengin ikincil gözeneğe sahiptirler. Bu tipe iyi örnekler Libya-Sirte havzasında, Basra körfezinde ve Trakya havzasında bulunur.
DİYAJENETİK KÖKENLİ KAPANLAR Bu tür kapanlar porozite ve permeabilitedeki değişimler nedeniyle gelişirler. Diyajenez esnasında erime poroziteyi artırırken çimentolanma azaltır. Bunun yanısıra petrolün yüzeye yakın yerlerde bakteriyel olarak ayrışması ve tarlaşması (katı zifte dönüşme) sonucunda da diyajenetik kapanlar oluşur. •
•
DİYAJENETİK KÖKENLİ KAPANLAR
DİSKORDANS ÜSTÜ KAPANLAR: DÜZLEMSEL GEOMETRİLİ KAPAN Özellikle topografik olarak yontulmuş, peneplenleşmiş diskordans düzlemleri üstünde başlayan istiflerin tabanında alüvyal ya da sığ denizel taban kırıntılıları bulunur. Diskordansın altındaki birim geçirimsiz ise ve taban kırıntılıları geçirimsiz birimlerle örtülürse düzlemsel geometrili, aşmalı kapanlar oluşur. DİSKORDANS ÜSTÜ KAPANLAR: KANAL veya GÖMÜLÜ VADİ KAPANLARI Diskordans düzlemi düzensiz ise bu düzensizlikler akarsu çökelleri veya sığ denizel kumlarla dolar ve üzeri geçirimsiz çökellerle dolarsa bu tip kapanlar gelişir. Adana havzası bu tipe iyi bir örnektir.
DİSKORDANS ALTI KAPANLAR
Diskordansların altındaki kayalar karbonat ise bunlar aşınma döneminde karstlaşır ve ikincil porozite açısından
zenginleşirler. Diskordansın üstündeki birimler geçirimsiz ise bu tip kapanlar gelişir. Güneydoğu Anadoluda Mardin kireçtaşı bu tipte kapanlara sahiptir.
STRATİGRAFİK KAPANLARIN FASİYES ve ÇÖKELME ORTAMI İLE İLİŞKİSİ Bilhassa kumtaşı rezervuarlarında oluşan stratigrafik kapanlar çökelme ortamı ve fasiyeslerle ilişkili olarak gelişirler. Bu ortamların bilinmesi kapanın geometrisi, boyut ve yayılımı hakkında bilgi sağlar.
KAPAN TİPİ
ORTAM Karasal
Eoliyen Eoliyen
Mercek, kama Kanal
Flüviyal
Gömülü vadi
Set adası Kıyı boyu seti
Kıyı
Delta
Derin denizel
Prizmatik Kanal Delta ağzı seti Taşkın kanalı Diyapir Büyüme fayları Denizaltı yelpazeleri Denizaltı kanalı
HİDRODİNAMİK KAPANLAR Göçmekte olan petrolün hidrodinamik olarak engellenmesi ile oluşan kapanlardır. Bir rezervuar içerisinde akan su yukarı doğru çıkmakta olan hidrokarbon ile karşılaştığında, eğer su kuvveti hidrokarbonu yüzdürmeye sebep olan kuvvetten fazla ise petrolün yukarıya doğru olan hareketi durur ve burada petrol birikir.
BİRLEŞİK KAPANLAR Stratigrafik ve tektonik kapanların karışımı ile gelişen kapanlardır. Çok değişik şekillerde olabilir. Dünyadaki çoğu kapanlar bu tiptedir.
KAPAN GELİŞME ZAMANI Kapan migrasyondan önce oluşmuşsa içerisinde petrolü tutar aksi halde kapan boştur. Ancak bazı hallerde migrasyondan sonra oluşabilecek deformasyonlar petrolün yeniden migrasyonuna ve yeni oluşan kapanlarda birikimine neden olurlar.
• •
DÜNYADA YAYGIN KAPAN TİPLERİ Dünyadaki kapan tipleri istatistiksel oalrak aşağıdaki ç izelgede verilmiştir. Ancak stratigrafik kapanların bulunma zorlukları ve henüz tespit edilmedikleri de bu çizelgenin değerlendirilmesi esnasında gözardı edilmemelidir.
PETROL JEOLOJİSİ KONU 7
PETROL ARAMA YÖNTEMLERİ
PETROL ARAMA YÖNTEMLERİ Petrol aramak son derece zor, zahmetli ve masraflı bir iştir. Yatırımların karşılanmama riski çok yüksektir. Petrol arama çok disiplinli bir çalışmayı gerektirir. Ancak arama ve saha geliştirme aşamasında en fazla görev jeolog ve jeofizikçilere düşmektedir. Bugün petrol şirketlerinde en ç ok tercih edilen kişiler yarı jeofizikçi-yarı jeolog olan kişilerdir. Jeolojik çalışmalar jeoloji harita alımı, stratigrafi kesitlerinin ölçülmesi, yapısal ve tektonik araştırmalar, fasiyes araştırmaları, porozite ve permeabilite tayini, organik jeokimya, yeraltı haritalarının yapılması gibi saha ve laboratuar araştırmalarını içerir. Magnetik, gravite ve sismik gibi jeofizik araştırmalar ise arama, sondaj ve saha geliştirme esnasında kullanılırlar. •
•
•
PETROL ARAMADA JEOFİZİK YÖNTEMLER Petrol aramacılığında kullanılan çok sayıda jeofizik yöntem olmakla birlikte bunlardan üç tanesi son derece önemlidir: 1-MAGNETİK 2-GRAVİTE 3-SİSMİK
MAGNETİK METOD
•
Kayalar içerisindeki mineraller yerin mıknatıslanma kuvvetine bağlı olarak manyetik özellikler kazanırlar.
•
Manyetik metodun amacı kayaların kaya ların mıknatıslanma özelliklerindeki farklılıklara dayanarak farklı kayaların belirlenmesidir.
•
•
Petrol aramalarında magnetik araştırmalarla belirli bir sahadaki magnetik alanın şiddeti ölçülür.
Bir bölgede magnetik alan şiddetindeki farklılıklar yerin magnetik alanındaki değişimler ile o bölgede bulunan kayaların hacim ve magnetik süseptibilite (geçirgenlik) lerinin bir sonucudur.
•
Bölgedeki yer magnetik alanı belli ise oradaki kayaların magnetik şiddeti doğrudan ölçülebilir.
•
Magnetik araştırmalar karadan, gemiden veya uçakla yapılabilir. Magnetik alan şiddeti magnetometre ile
ölçülür.
•
Magnetik araştırmalar petrol aramalarının ilk aşamalarında gerçekleştirilir. Havza temelinin topoğrafyasını belirlemede Fayları belirlemede Magmatik veya metamorfik kayaların çökel kayalardan ayrılmasında Volkanik kayaları, dayk ve enjeksiyonları, lav akıntılarını belirlemede kullanılır. Dünyamız büyük bir mıknatıstır ve kendine özgü bir magnetik alanı vardır. Bir mıknatısın kutupları arasındaki kuvvet • • • •
A . M1 . M2
F=
r2 Formülü ile ifade edilir. Burada F = İki kutup arasındaki kuvvet (Magnetik alan şiddeti) A = Sabit M1 ve M2 = Kutup şiddetleri r = Kutuplar arasındaki mesafedir. 1 Gamma = 10-5 Oersted’dir.
•
Magnetik alan şiddeti birimi Gamma veya Oersted’dir.
•
1 Oersted birim magnetik kutuba bir din’lik kuvvet tatbik eden alan şiddetidir.
Dünyanın magnetik alanı zaman içerisinde değişiklikler gösterir. Bu değişimler anlık, günlük veya yüzlerce yıllık olabilir. Güneşten kaynaklanan manyetik fırtınalar sonucu gelişen günlük değişimler önemlidir ve magnetik prospeksiyonlarda bu değişimler düzeltilerek etkileri giderilmelidir. •
Bu düzeltmeler sonucunda o bölgedeki magnetik fırtınalardan doğan anomaliler giderilerek jeolojik nedeni olan anomaliler bulunmaya çalışılır.
•
Ölçülen magnetik alan şiddeti bileşeni değerlerine göre gerekli düzeltmeler yapıldıktan sonra bu değerler bir harita üzerine konarak münhanili bir harita yapılır. Magnetik alanın yatay ve çoğunlukla da düşey bileşeni ölçülür.
•
Petrol aramaları ile ilgili magnetik çalışmalarda elde edilen anomaliler genellikle arama yapılan havzanın temel kayalarını oluşturan ferromagnezyen mineraller açısından zengin magmatik veya metamorfik kayalardan ileri gelir. Çünkü çökel kayaların magnetik süseptibiliteleri süseptibiliteleri ve süseptibilite farkları genellikle genellikle küçüktür. Bu nedenle çökel kayalar magnetik anomali haritalarında bariz bir anomali vermezler.
•
Kuzey Anadolu’nun manyetik haritası PETROL ARAMADA JEOFİZİK JEOFİZİK YÖNTEMLER GRAVİTE METODU METODU Dünyamız tam ve homojen bir küre olsaydı yeryüzündeki her kütleye eşit bir çekim uygulanacaktı. Ancak dünyanın şekli ve yapısındaki farklılıklar nedeniyle farklı bölgelerde farklı ivme değerleri ölçülmektedir. Gravite metodunun amacı bu farklı ivme değerlerinin belirlenmesi ve buna neden olan unsurların belirlenmesidir. İvme değerlerindeki farklılığın başlıca nedenleri şunlardır:
•
•
•
Dünyanın dönmesi
•
Bulunulan enlem
•
Yükseklik
•
Topoğrafya
•
Jeolojik özellikler
• Gravite metodunda gravimetreler yardımı ile araştırılan bölgede yerçekimi ivmesindeki değişimler ölçülür. İvme birimi gal (Galieo) dır. 1 miligal 1/1000 gal’dir. • Gravimetre ölçümleri iki nokta arasında deniz seviyesine göre iki nokta a rasındaki fark elde edilecek şekilde yapılır. Daha sonra diğer faktörlerin bu değişime etkileri ortadan kaldırılarak gravite anomalisine neden olan jeolojik faktörler yorumlanmaya çalışılır. • Eğer bir kaya kütlesinin yoğunluğu çevreye nazaran büyükse pozitif, küçükse negatif anomalilere neden olur. • Gravite haritaları çökel havzalarının genel mimarisini anlamada kullanılırlar. Düşük yoğunluklu yoğunluklu çökellerle dolu olan çökel havzaları nega tif anomalilerle belirgindir. Yüksek yoğunluklu temel kayalarının oluşturduğu yükselimler, sırtlar vb. ise pozitif anomalilerle belirgindir. be lirgindir. • Gravite metodu ile bilhassa çevreye nazaran düşük yoğunluklu tuz domları ve yüksek yoğunluklu resifler iyi belirlenebilir.
Farklı jeolojik ortamların gravite ve manyetik kesitlerdeki görünümü
Kuzey Anadolu’nun gravite haritası
PETROL ARAMADA JEOFİZİK YÖNTEMLER SİSMİK METOD Sismik metod doğal ya da suni olarak yaratılan titreşimlerin (deprem dalgası) kayalar içerisinden geçerken uğradıkları değişimlerin incelenmesi esasına dayanır. Deprem dalgaları esas itibariyle ikiye ayrılır: 1- Cisim Dalgaları •
•
• P dalgaları • S dalgaları 2-Yüzey Dalgaları • Rayleigh dalgaları • Love dalgaları CİSİM DALGALARI : P DALGALARI Hızları en fazla olan ve kayıt merkezine ilk gelen dalgalardır. Titreşim hareketleri yayılma doğrultusundadır. Bu nedenle boyuna dalgalar olarak da bilinirler. İçinden geçtikleri cisimlerin zerrelerini birbirine yaklaştırır ve uzaklaştırılar. Bu nedenle kompresyon veya dilatasyon dalgaları adı ile de anılırlar. Sıvı ve gaz gibi rijid olmayan maddeler içerisinden de geçerler. Sismik araştırmalar genellikle P dalgaları yardımı ile yapılır
• • •
• •
CİSİM DALGALARI : S DALGALARI Kayıt merkezine ikinci olarak gelen dalgalardır. Hızları P dalgalarına göre daha düşüktür. Titreşim hareketleri yayılma doğrultusuna dik düzlem üzerinde aşağıya ve yukarıya doğrudur. Bu nedenle enine dalgalar adıyla da bilinirler. Sıvı ve gaz gibi rijid olmayan birimler içerisinden geçmezler. • • •
•
YÜZEY DALGALARI •
Cisim dalgalarına göre hızları az, periyodları büyük ve boyları daha uzun dalgalardır.
•
Kayıt merkezine en son gelen dalgalardır.
•
Yeryüzünde veya yeryüzüne yakın yayılırlar.
Rayleigh dalgaları yerin serbest yüzeyinin oluşturduğu dalgalar, Love dalgaları ise elastik dalga hızları farklı tabakaların bulunduğu ortamlarda oluşan yüzey dalgalarıdır.
•
S, P ve Yüzey dalgalarının etkileri etkileri
Bir P dalgası oluştuktan sonra yerkabuğu içerisinde ilerlerken hızları farklı olan tabakalarla karşılaştığında bu dalga enerjisinin bir kısmı yansır, bir kısmı da arakesit yüzeyinde kırılarak alttaki tabaka içerisinde yoluna devam e der. Sismik prospeksiyonun esası yeryüzünde veya yeryüzüne yakın yerlerde sismik bir titreşim yaratarak bu hareket sonucunda oluşacak dalgaların yeraltındaki tabakalardan geçip yansıma ve kırılmasından sonra geri dönen dalgaların geliş zamanlarını ve amplitüdlerini ölçmeye dayanır. Sismik prospeksiyonda refraksiyon (kırılma)dan çok refleksiyon (yansıma) dalgaları incelenir.
•
•
Eğer kayaların akustik hızları biliniyorsa refleksiyona neden olan arakesit düzlemlerinin derinlikleri de rinlikleri hesaplanabilir:
vt D=
2
D = derinlik v= akustik hız t = gidiş-dönüş zamanı
v nin değeri kayaların elastisitesine ve yoğunluğuna bağlıdır. Çökeller kompaksiyona uğradıkça yoğunluk ve akustik hızları artar. SİSMİK VERİLERİN TOPLANMASI •
Sismik prospeksiyonda ya yeryüzünde patlayıcı kullanılarak ya da bir ağırlık düşürülmek suretiyle sismik dalga oluşturulur.
•
Bu dalgaların yeraltından yansıyıp yeryüzüne yeryüzüne dönüş zamanı belirli şekilde düzenlenmiş jeofonlar aracılığıyla alınarak kayıt merkezine gönderilir ve burada kaydedilir.
•
Atış noktası ile jeofonlar arasındaki uzaklık yeraltında inilmek istenen derinliğe bağlı olarak değişir.
•
Deniz sismiğinde bu iş için düzenlenmiş özel gemiler kullanılır.
SİSMİK VERİLERİN İŞLENMESİ ve YORUMU
• Jeofonlar ve bunlara bağlı kayıt cihazları tarafından kaydedilen sismik veriler bilgisayar programları yardımıyla işlenerek çeşitli yan etkilerden arındırılır, kalitesi a rtırılır ve kesitler halinde çizilirler. • Elde edilen kesitler mevcut yüzey ve kuyu jeolojisi verilerinin de yardımı ile jeolog ve jeofizikçiler tarafından yorumlanır.
Yorumlanmış sismik kesit
PETROL ARAMADA DİĞER YÖNTEMLER UZAKTAN ALGILAMA Petrol aramada bilhassa başlangıç aşamasında kullanılan ve son derece ucuz ve verimli bir yöntem olan uzaktan algılama birkaç metre yüksekten üst atmosfer yüksekliğine kadar yapılabilir. Petrol aramacılığında görsel, radar ve m ultispektral yöntemler kullanılmaktadır.
UZAKTAN ALGILAMA: GÖRSEL YÖNTEM Belli hatlar boyunca ve belli bir yükseklikten uçan özel donanımlı bir uçakla çalışma alanının hava fotoğrafları çekilir. Bunlar üç boyutlu bir görüntü oluşturacak şekilde aşmalı olarak çekildikleri için stereoskoplarla incelenir ve yorumlanarak çalışılan bölgenin jeoloji haritası oluşturulur.
Stereografik fotoğraf çiftive jeolojik yorumu
UZAKTAN ALGILAMA: RADAR YÖNTEMİ Uçak veya bir uydudan yeryüzüne mikrodalga radyasyonları gönderilip bunların yansımalarının resmedilmesi esasına dayanır. Bu yöntemde bulut, sis vb. gibi atmosfer olayları resim kalitesine etki etmez, gece ve gündüz kullanılabilir. Radar görüntülerinin sıhhat ve detayı çekimi yapan uçağın altına yerleştirilen antenin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.
UZAKTAN ALGILAMA: MULTİSPEKTRAL YÖNTEM Bu yöntemde yeryüzündeki termal radyasyon hassas aletlerle ve bilgisayar yardımı ile sayısal olarak kaydedilir. Değerler diğer yöntemlerdeki gibi optik olarak kaydedilmediği için bilgisayarlar yardımı ile işlenerek çeşitli şekillerde değerlendirilebilir.
SONDAJ AŞAMASI Eski dönemlerde petrol sızıntılardan elde edilir, sığ petrol için maden ocakları gibi ocaklar a çılırdı. 19. Yüzyılın sonuna kadar kablolu sondaj aletleri kullanıldı. Bunlar darbeli sondajların bir türüdür ve kablo ucuna bağlanan bir delici ucun belli bir ivme ile kuyuya düşürülmesi esasına dayanırdı. Günümüzde petrol arama ve işletmede rotary sondaj sistemleri kullanılmaktadır. Bunlar kara ve kıyı ötesi petrol alanları için farklı sistemler halinde dizayn edilmişlerdir. • •
•
Kablolu sondaj ROTARY SONDAJ Bir borunun ucuna takılan bir matkabın boru ile birlikte çevirilmesi esasına dayanır. Boru içerisinden kuyuya sondaj çamuru denilen özel bir sıvı verilerek, kırıntıların yüzeye getirilmesi, matkabın soğutulması ve kuyu basıncının kontrol edilmesi sağlanır. Kuyu büyük matkapla delinmeye başlanır, belli bir derinliğe gelinince muhafaza borusu indirilerek bununla kuyu cidarı arası çimentolanır. Daha küçük bir matkapla kuyu delinmeye devam edilir. Rezervuardan zaman zaman karot alınır, bu iş için karotiyerler kullanılır.
• •
•
•
Rotary sondaj
Kuyuda kullanılan matkap ve casing çapları SONDAJ ESNASINDA JEOLOGUN GÖREVLERİ • • • •
•
Kesilen formasyonun özellikleri hakkında sondaj mühendisine bilgi vermek Yeraltındaki akışkanlar ve basınç koşulları hakkında bilgi vermek Muhafaza borusu döşenecek ve karot alınacak a lınacak yerleri belirlemek Kuyu loglarının nerede ve ne zaman alınacağını a lınacağını belirlemek, bunların sonuçlarını yorumlamak Kuyudaki petrol emarelerini değerlendirmek
KUYUDA PETROL ÇIKARSA
Delinen bir kuyuda petrol çıkarsa ve kuyuda yeterli basınç varsa petrol kendiliğinden yüzeye çıkar. Bu durumda kuyuya muhafaza borusu döşenir, kuyu ağzına bir vana bağlanarak çıkan petrol tanklara alınır.
KUYUDA YETERLİ BASINÇ YOKSA Kuyudaki rezervuar basıncı yeterli değilse kuyuya pompa (at kafası sistemi) takılarak petrol çekilir.
FORMASYON DEĞERLENDİRME •
Sondajlardan edinilen bilgiler bir sahanın araştırılması ve geliştirilmesi açısından son derece önemlidir.
Kuyulardan gelen kırıntılar sürekli olarak incelenir ve gerekli yerlerden karot alınır. Karot alımı son derece pahalı olduğu için mecbur olunmadıkça bu yola gidilmez. •
•
Kesilen formasyonların değerlendirilmesi sondaj esnasında sürekli olarak ölçülen kuyu logları yardımı ile
yapılır. •
Petrol sondajları esnasında alınan başlıca loglar elektrik, radyoaktivite ve sonik loglardır.
Bu loglarla formasyonun litolojisi, porozitesi, permeabilitesi, basıncı, sıcaklığı, bulundurduğu akışkanın cinsi vb. özellikleri belirlenir. •
Log cihazlarının yüklendiği kamyon KUYU LOGU ALIMI •
Kuyularda log alımı kuyu muhafaza işleminden önce yapılır.
•
Silindir biçimli sonda cihazları kablo ile kuyu içerisine sarkıtılır ve istenen derinliklerde gerekli ölçümler kaydedilir. •
Log alımı ve yorumu özel bir ihtisas dalıdır ve b unun için log analizcileri yetişmiştir.
ELEKTRİK LOGLARI: SP LOGU
• SP (Spontaneous Potential, doğal potansiyel) logu en eski loglardan biridir. Kuyu içerisinde sonda yukarıya doğru çekilirken sonda içerisindeki elektrod ile yeryüzüne yerleştirilmiş elektrod arasındaki doğal elektrik akımı kaydedilir.
ELEKTRİK LOGLARI: SP LOGU • Kuyu içerisini doldurmuş olan sondaj çamuru geçirgen madde görevi yapar. SP ye neden olan akım sondaj çamuru ile formasyon suyu arasındaki tuzluluk farkına dayanır. Na + ve Cl- iyonları daha konsantre sıvıdan daha seyreltik sıvıya doğru akar ve böylece bir elektrik akımına neden olur. Formasyonun permeabilitesi ile ilgili olan bu elektrik potansiyeli milivolt cinsinden ölçülür.
SP ölçümü esnasında kayıt aleti şeyl çizgisi denilen bir baz çizgisinden sağa veya sola doğru hareket ederek bir eğri çizer. Şeyl çizgisinden sola olan sapmalar negatif (normal) sapma, sağa doğru olanlar ise pozitif (ters) sapmalardır. Normal sapma formasyonun gözenekli kumtaşı veya kireçtaşı olduğunu, ters sapma ise formasyon suyunun sondaj çamurundan daha tatlı olduğunu gösterir. Eğer sapma yoksa veya zayıfsa bu da formasyonun geçirimsiz olduğunu ya da formasyon suyu ile sondaj çamurunun aynı tuzlulukta olduğunu işaret eder. •
•
•
•
Sapmanın büyüklüğü formasyonun permeabilitesi ve formasyon suyu ile sondaj çamuru arasındaki tuzluluk farkı ile doğru orantılıdır. •
SP eğrisinin şekil ve büyüklüğünü etkileyen başlıca faktörler şunlardır:
•
Tabaka kalınlığı
•
Alt ve üstteki tabakanın rezistivitesi
•
Kuyu çapı
•
Çamurun geçirgen tabakaya nüfuz derinliği Geçirgen tabakalar içerisindeki ince tabakalar ve kil miktarı
•
ELEKTRİK LOGLARI: REZİSTİVİTE LOGU Formasyonların elektrik akımına karşı göstermiş oldukları oldukları görünür direnci (rezistivite) (rezistivite) ölçme esasına dayanan bir logdur. Rezistiviteyi etkileyen faktörler şunlardır: • • • • • •
Formasyon rezistivitesi Rezistivitesi ölçülen birimlerin alt ve üstündeki birimlerin rezistivitesi Formasyon kalınlığı Çamurun rezistivitesi Kuyu çapı Çamur istila zonunun rezistivitesi
ELEKTRİK LOGLARI: REZİSTİVİTE LOGU Formasyonların elektrik rezistivitesini ölçmek için 3 ana yol vardır:
Normal log
Laterolog
İndüksiyon logu
NORMAL LOG Bu yöntemde kuyu dibine sarkıtılan sonda ile yüzey elektrodları arasında bir elektrik potansiyeli ve bir akım oluşturulur. Sonda üzerinde genellikle bir çift ç ift elektrod vardır. Sonda yukarıya çekilirken bunlar formasyon rezistivitesindeki değişimleri kaydeder. Akımın verildiği elektrod ile kayıt yapan elektrod arasındaki mesafe 16 inç (kısa normal), 64 inç (uzun normal) ya da 8 ft 8 inç (uzun lateral) seçilebilir. Bu mesafe verilen akımın kuyudan formasyon içerisine ne kadar nüfuz ettiği ile ilişkilidir.
LATEROLOG Bu sistemde formasyon içerisine yatay olarak akım verilir. Böylece yanal olarak birimlerin içerisine daha fazla nüfuz sağlanarak daha doğru rezistivite değerleri ölçülür. Akım elektrodunun üzerinde ve altında iki tane koruyucu elektrod vardır. Bunlar akım elektrodundan verilen akımın yukarı veya aşağıya geçmesine engel olur ve yanal hareketi sağlarlar. Sonda hareket ettirildikçe rezistivite değerleri okunur.
İNDÜKSİYON LOGU Bu sistem tatlı su çamurlarında veya petrollü çamur sisteminde kullanılır. Sonda üzerinde yüksek frekanslı alternatif (değişken) akım veren bir verici ve bir alıcı vardır. Alternatif akım manyetik bir alan oluşturur, bu da formasyon içerisinde halka şeklinde Fourcault akımlarına neden olur. Oluşan bu akım formasyonun rezistivitesine göre değişim gösterir ve alıcı tarafından kaydedilir. Bu yöntemde formasyon ile sonda arasında bir iletkene yani çamura ihtiyaç yoktur.
REZİSTİVİTE LOGU YORUMU Katı kayalar, içerisinde tatlı su, petrol veya gaz bulunduran poroz kayalarda olduğu gibi yüksek elektrik rezistivitesine sahiptir. •
•
Şeyl ve tuzlu su içeren gözenekli kayalar kaya lar ise çok düşük rezistiviteye sahiptir.
SONDAJ ÇAMURUNUN REZİSTİVİTEYE ETKİSİ
Sondaj çamurunun görevlerinden biri geçirgen formasyonlardan kuyu içerisine akışkan girmesine engel olmaktır. Kuyu içerisindeki çamur kuyu çeperlerine yapışarak çamur pastası (mud cake) denilen bir sıva oluşturur. Çamur formasyon içerisine de girerek formasyon içerisindeki orijinal sıvı veya gazı öteler. Bu nedenle çamurun nüfuz ettiği zonun rezistivitesi ile çamurun ulaşamadığı yerin rezistivitesi farklıdır. Bazen de bu ikisi arasında bir geç iş zonu oluşur. Çamur tarafından istila edilen zonun rezistivitesi Rxo ile gösterilir ve bu mikrorezistivite logu ile ölçülür.
Rezistivite ve SP logu birlikte alındığında petrollü zonların tespit edilmesi daha kolay olur.
RADYOAKTİVİTE LOGLARI: GAMMA-RAY LOG Kayaların radyoaktiviteleri arasındaki farklardan yararlanarak haz ırlanan bir logdur. Gamma logları kayalardaki radyoaktif maddelerin bozunması sonucu açığa ç ıkan gamma ışınlarını API derecesi cinsinden ölçer. Kayalardaki en yaygın radyoaktif element potasyumdur. Bu mineral en bol olarak illitler içerisinde, daha az miktarda da feldspat, mika ve glokoni içerisinde bulunur. Zirkon, monazit ve çe şitli fosfat mineralleri de radyoaktiviteye sahiptir. • •
•
•
Organik maddeler bünyelerinde uranyum ve toryum biriktirirler. Bu nedenle petrol anakayaları, petrollü şeyller, sapropeller ve algli kömürler radyoaktiftir.
• • • • • •
Gamma logu kuyu çapından etkilenen bir log olduğu için kuyu çapını ölçen kaliper logu ile birlikte kullanılır. Gamma logu muhafaza borusu döşenmiş kuyularda da kullanılabilir. Gamma logunun kullanıldığı alanlar Litolojik ayırım Rezervuarların şeyl veya kil oranlarının belirlenmesi Kuyu korelasyonu
NÖTRON LOGU Bu log alımı esnasında formasyon radyoaktif bir kaynak tarafından nötron bombardımanına tutulur. Bu bombardıman sonucunda içerisindeki hidrojen miktarına bağlı olarak kayadan gama ışınları çıkar ve bunlar sonda üzerindeki bir alıcı vasıtası ile kaydedilir. •
Hidrojen, formasyon içerisindeki minerallerde bulunmamasına karşılık bütün formasyon sıvılarında (petrol, gaz, su) mevcuttur. Bu nedenle nötron bombardınmanına kayanın vereceği tepki doğrudan kayanın gözenekliliği ile ilgilidir. •
•
Nötron logu da kuyu çapından etkilendiği için kaliper logu ile birlikte değerlendirilir.
•
Nötron logu kireçtaşı (LPU) veya kumtaşı porozite birimi (SPU) olarak ölçülür.
YOĞUNLUK LOGU Gamma ışınlarının formasyon içerisine gönderilip geri dönen miktarın ölçülmesi esasına dayanan bir radyoaktivite logudur. Gamma-gamma aleti yardımı ile ölçülür. Gamma ışınlarının geri dönme miktarı formasyon içerisindeki atomların elektron yoğunluğu ile, bu da formasyonun asıl yoğunluğu ile ilgilidir. Formasyon içerisinde gaz bulunması yoğunluğu düşürür, yüksek porozite değeri verir.
•
•
•
SONİK veya AKUSTİK LOG •
Formasyonun akustik hızının ölçülmesi esasına dayanan bir logdur. Sismik dalga hızını derinlerde tayine yarar. Kuyu içerisine sarkıtılan aletin bir ucundan bir ses dalgası gönderilerek diğer ucundan dönüş zam anı ölçülür. Bu zaman kayanın gözenek miktarı ile denetlenir. Mikrosaniye/foot cinsinden ölçülen sesin transit zamanından bir formül yardımı ile kayanın porozitesi hesaplanır.
•
Sonik log muhafazasız kuyularda kullanılabilir.
POROZİTE LOGLARI KOMBİNASYONU •
Formasyonun porozitesini belirlemeyi amaçlayan elektrik, ra dyoaktivite ve akustik loglar formasyon porozitesinin yanısıra litoloji, litoloji, kil ve gaz içeriğinden etkilenirler. Bu nedenle tek başlarına kullanılmaktan çok birarada kullanıldıklarında kullanıldıklarında daha doğru sonuçlar verirler. •
Örneğin gaz zonlarında nötron logu çok düşük porozite değerleri verirken yoğunluk logu çok yüksek porozite değeri vermektedir. Bu farklı porozite değerleri birlikte değerlendirilerek bir avantaja dönüştürülebilir.
DİPMETRE (EĞİM) LOGU Kuyu içerisine sarkıtılan Dipmetre sondası denilen bir aletle kuyuda kesilen birimlerin eğimleri ölçülür. Bu alet ease itibariyle bir çok kollu bir rezistivite logudur ve içerisinde aletin yönünü tayin eden bir pusula mevcuttur.
PETROL JEOLOJİSİ
KONU 8 PETROL JEOLOGUNUN GÖREVLERİ
PETROL JEOLOGUNUN GÖREVLERİ Petrolün arama, açınlama (exploration) ve işletmesi esnasında jeolog, jeofizikçi, petrol mühendisi ve kimya mühendislerinin ortaklaşa çalışması gerekir. Jeologlar bu aşamaların hepsinde farklı görevler üstlenirler. Bugün dünyadaki petrol şirketleri alacakları elemanlardan kendi mesleği ile ilgili farklı görevleri üstlenebilmenin yanısıra diğer meslek grupları ile de ortak çalışabilecek kadar bilgi sahibi olmalarını istemektedirler. Açınlama jeologları petrolün keşfinden sorumludurlar. Başlıca çalışma konuları stratigrafi, yapısal jeoloji ve sedimenter petrolojidir. Açınlama jeofizikçileri ile birlikte çalışırlar. Geliştirme veya üretim jeologları bulunan sahaların geliştirilmesinden, üretimden, rezervuarın korunmasından sorumludurlar. Petrol sahası içerisinde çalışırlar.
•
•
•
Kuyu jeologları kuyuların açılması esnasında görev yaparlar ve rezervuar jeologları ile birlikte çalışırlar. Araştırma jeologları petrolün oluşumu, göçü ve birikimindeki jeolojik faktörleri araştırırlar. Paleontolog ve Palinologlar petrollü kayaların yaşı, stratigrafisi ve ortamı konusunda çalışırlar. Organik jeokimyacılar ana kayanın ve petrolün özelliklerini araştırırlar. Formasyon geliştirme jeologları kuyuların ve rezervuarın karakteristiklerini kuyu logları yardımı ile araştırırlar. Landmen (Petrolmen) diplomat, diplomat, avukat, satıcı, ekonomist ekonomist karışımı • • • • •
•
YENİ BİR BÖLGEDE PETROL ARAMA EVRELERİ
A-
ARAŞTIRMA AŞAMASI
1. Adım: Adım: Çökel Çökel havzal havzaları arınn beli belirl rlenm enmesi esi (Harit (Harita, a, rapor rapor ve hava hava foto fotoğra ğrafla fları, rı, eski eski incel incelemel emeler er vd. nin değerlendirilmesi) 2. Adım: Adım: Havza Havza türünü türününn beli belirle rlenme nmesi si (Kıvrı (Kıvrımlı mlı bir dağ kuşağı kuşağı önünde önünde mi, horsthorst-gra graben ben ve faylar faylardan dan etkile etkilenmi nmişş mi, ne tür bir deformasyon stili var) 3. Adım: Stratigrafinin belirlenmesi (Çökel istiflerin stratigrafisi, kalınlığı, yayılımı, havza simetrisi) 4. Adım: Yüzeydeki hidrokarbon bulgularının belirlenmesi (Petrol sızıntıları, Çamur volkanları, Yanmış killer, Topraktaki sülfür) 5. Adım: Paleontolojik/palinolojik verilerin toplanması (Kayaların yaşı, çökelme ortamı) 6. Adım: Yapısal özelliklerin belirlenmesi (Yapı stili, yapıların gelişme zamanı) 7. Adım: Lojistik ve maddi koşulların belirlenmesi (Petrolün ulaşılabilirliği, maliyet, vergi ve kanunlar)
B-
TANIMLAMA AŞAMASI
1. Adım: Stratigrafik gidişlerin yerselleştirilmesi, Play’lerin belirlenmesi (Detay hava fotoğrafı ve jeolojik haritalama çalışmaları) 2. Adım: Bölgesel stratigrafinin belirlenmesi (Gravite ve manyetik ölçmeler, tanıma sismik kesitleri, diskordansların ve temelin belirlenmesi)
3. Adım: Yapısal stilin belirlenmesi (Sıkışmalı ve gerilmeli yapılar, yapısal gidişler) 4. Adım: Olasılı ana kaya ve rezervuarın rez ervuarın belirlenmesi 5. Adım: Test kuyularının açılması ve buradan elde edilecek örneklerin organik jeokimyasının belirlenmesi
C-
EKONOMİK AŞAMA
Sondaj açılabilecek yapıların belirlenmesi, hedefin belirlenmesi, araştırma kuyularının açılması
D-
KONSOLİDASYON AŞAMASI
Daha önceki çalışmaların aşağıdaki kriterlere göre final değerlendirme aşamasıdır: Havzanın adı, yeri ve tipi Havza sınırlarının özellikleri Havzanın oluşmaya başlama ve bitiş zamanı Havza oluşumu esnasındaki deformasyonlar, önemli diskordanslar Temelin yaşı ve yapısı Çökel kayaların havza ortasındaki ve havza içerisindeki içe risindeki kalınlıkları Çökellerin tahmini hacmi Maksimum çökelme derinliği ve bu derinliği yansıtan formasyonlar Jeotermal gradyan Ana kaya (lar) ve olgunlaşma derecesi Rezervuar kaya(lar) ve derinliği Kapan(lar), tipleri ve oluşum zamanı Hidrodinamik karakteristikler Petrollü sahaların muhtemel dağılımı Diğer gözlemler, referanslar • • • • • • • • • • • • • • •
KEŞFEDİLMİŞ BİR SAHADA JEOLOGUN YAPACAĞI İŞLER Bir bölgenin petrollü olduğu belirlendikten belirlendikten sonra açınlama ve geliştirme işleri birarada yürütülür. Bu aşamada jeologun 3 önemli görevi vardır: 1- İçerisinde petrol ve gaz bulunduran sahaların sınırlarını belirlemek 2- Petrol ve gazı oluşturan ve bulunduran koşulları belirlemek (ana kaya, g öç yolları, yapısal stil, fasiyes değişiklikleri vb.) 3- O sahadan yeni veriler elde etmek e tmek ve onları geliştirmek için gerekli çalışmaları organize etmek Jeofizik yöntemleri ve uygulanacağı yerleri belirlemek Gerekli harita ve kesitleri hazırlamak Kuyu yerlerini belirlemek, kuyu loglarını değerlendirmek ve kuyu korelasyonlarını yapmak • • •
KUYU AÇILIRKEN JEOLOGUN YAPACAĞI İŞLER Kuyu jeologu için 2 konu son derece önemlidir: 1- Kuyu yerinden kaldırılmadan önce kuyudan elde edilebilecek tüm veriler sağlanmalıdır. 2- Kuyunun kesmiş olduğu her prospektif üretim zonuna gerçek bir üretim zonu olma şansı verilmeli, bunlar mutlaka yeterince test edilmelidir. Bir kuyudaki gözenekli seviyeler hidrokarbon testi yapılmadan geçilmemelidir. Sondaj başlamadan önce kuyu jeologu prospektif zonların hangi derinlikte olabileceğini belirlemeli, bunlardan log, karot almalı, test etmeli, diğer enteresan sev iyeleri dikkatle takip ederek gerekli numuneleri aldırmalıdır.
•
•
Bir kuyu jeologunun rutin işleri ise şunlardır:
1-Kuyu loglarının alınması, incelenmesi ve yorumlanması 2- Kırıntıların incelenmesi, gerekli olanların ilgili uzmanlara gönderilmesi ve sonuçlarının takip edilmesi 3- Kuyudaki logların, litoloji tanımlamalarının ve diğer bilgilerin sürekli bir kesit haline getirilmesi 4- Kantitatif tayin gereken bir zona girildiğinde karot aldırılması 5- Kuyu çamurunun ve bundaki değişimin nedenlerinin takip edilmesi 6- Formasyon testlerinin yaptırılması 7- Kuyunun nerede muhafazaya alınacağının belirlenmesi BÜTÜN BÜYÜK YAPILAR SONDALANDIKTAN SONRA JEOLOGUN YAPACAĞI İŞLER Bir petrol sahasında açılan her kuyu çok değerli veriler sağlar. Açınlama jeologu bu veriler ışığında sahayı geliştirmeye uğraşır. Her bir stratigrafik seviyenin 3 boyuttaki geometrisinin ve fasiyes değişiminin ortaya konması, bilinen ve muhtemel fayların geometrisi ve etkileri, e tkileri, süreksizliklerin nitelikleri ve petrol sistemine olan e tkileri gibi hususların ortaya konması ile o güne kadar bilinmeyen petrol yatakları bulunabilir. Bu aşamada jeologun yapması gereken işler ve cevaplaması gereken başlıca sorular şunlardır: •
•
•
Gözenekli stratigrafik seviyeler için tüm log ve karotlar gözden geçirilmeli, test edilmemiş olanlar test edilmelidir Bilinen tüm petrol havuzlarının sınırları kuşkuya meydan verilmeyecek biçimde belirlenmiş midir? Bazı havuzların devamını bulmak mümkün olabilir mi? Üretim derinliği yeterli sıhhatte belirlenmiş midir? Daha derinde yeni petrol havuzlarının bulunması mümkün olabilir mi? Farklı havuzlar olarak bilinen yataklar gerçekte ayrı mıdır yoksa bunlar bağlantılı olabilir mi? Eğer petrol farklı fay bloklarında yeralıyorsa her fay blokundaki potansiyel rezervuarlar test edilmiş midir? •
•
•
• •
Eğer havza sismik verilerle belirlenmesi mümkün olmayan kapanlar içeriyorsa bunların henüz sondaj açılmamış alanlarda devamını bulmak mümkün müdür? •
•
Sismik veya jeolojik kesitlerde belirlenen sıfır çizgileri doğru olarak yerleştirilebilmiş midir? Bunlar henüz sondalanmamış alanlarda kama şekilli kapanlar oluşturabilir mi?
•
Diskordansların altındaki yapıların haritaları yeterince doğru yapılabilmiş midir? Yeni verilerle yeni diskordans altı kapanlar bulmak mümkün olabilir mi?
•
Diskordansla ilgili her kapanın özellikleri kuşku bırakmayacak şekilde bilinmekte midir?
•
Eğer kalın evaporit seviyeleri gibi daha alttaki birimlerin özelliklerini gizleyen düzeyler varsa bunların altını hedefleyen sondajlarla yeni petrol yataklarının bulunması mümkün olabilir mi?
• •
Tüm bilinen eğim değişimleri mantıklı bir şekilde açıklanabilmiş midir?
Bilinen bir petrol havuzu kırık porozite ve permeabilitesi ile ilişkili ise yeni kırık zonlarının bulunması mümkün müdür?
PETROL JEOLOJİSİ KONU 9 PETROL JEOLOJİSİNDE KULLANILAN HARİTA ve KESİTLER
Petrol jeolojisinde kullanılan haritaların hemen hemen tamamı yeraltı haritalarıdır ve kuyu verileri, jeofizik veriler gibi az sayıdaki verilerle üretilirler. Bu nedenle bu haritalarda yorum, veriye oranla daha ağırlıktadır. Haritadaki yorumların gerçeğe yaklaşma oranı haritayı yapanın bilgi ve tecrübesi ile doğru orantılıdır. Yeraltı haritaları genellikle münhanili haritalardır ve yapımı büyük ölçüde yoruma dayalıdır. Bir bölge münhanilenirken münhanilenen yüzeyin özellikleri bilinirse harita daha s ıhhatli olacaktır.
AYNI VERİ İLE ANCAK FARKLI YORUMLARLA ÇİZİLMİŞ MÜNHANİLİ HARİTALAR
YERALTI HARİTA ve KESİTLERİ Yeraltı haritaları belli yüzeylerin ya da kaya birimlerinin şeklini veya bazı karakteristik özelliklerini göstermek için yapılırlar. Başlıca tipleri şunlardır: Yapı haritaları Enine kesitler İzopak haritaları Fasiyes haritaları Paleojeoloji, diskordans altı ve üstü haritaları Dahili özellik haritaları Hidrodinamik haritalar • • • • • • •
YAPI HARİTALARI •
Jeolojik bir düzlemin deniz seviyesine göre konumunu (yüksekliğini ya da derinliğini) gösteren haritalardır.
•
Haritası yapılan jeolojik düzlem bir formasyon sınırı, sınırı, bir diskordans yüzeyi, bir fay bazen de bir zaman düzlemi olabilir. •
Eğer zaman düzlemi haritalanacaksa elde çok iyi bir zaman kontrolunun (karakteristik fosiller gibi) bulunması
gerekir. •
Bazı yapı haritaları, bölgesel eğimin kaldırılması ile hazırlanırlar. Önce temel ya da haritalanacak yüzeyin altında üniform bir seviye seçilerek bunun eğimi, haritası yapılacak düzeyin eğiminden çıkartılır. Böylece haritalanan yüzeyin birincil özellikleri anlaşılır.
YAPI HARİTASI ÖRNEĞİ
ENİNE KESİTLER Petrol jeologları genelde 3 tür jeoloji enine kesiti kullanırlar: 1- Korelasyon enine kesitleri: Kuyular arasında stratigrafik korelasyon yapmaya yarayan kesitlerdir. 2- Yapısal enine kesitler: Kaya birimlerinin kesit hatları boyunca deniz seviyesine göre konumunu belirtmeye yarayan klasik jeoloji enine kesitleridir. 3- Panel diyagramlar: Çok sayıda enine kesitin bir coğrafi harita üzerine monte e dilerek birbirne bağlanması ile çizilen ve bir bölgenin özelliklerini 3 boyutta göstermeye yarayan bir enine kesit türüdür. KORELASYON KESİTİ
YAPISAL ENİNE KESİT
PANEL DİYAGRAM
İZOPAK HARİTALARI Eşkalınlık haritaları adı ile de bilinen izopak haritaları iki referans düzlemi arasındaki gerçek kalınlığı gösterirler. Haritalanan birim bir formasyon, belli bir zaman diliminde çökelen birim(ler), iki diskordans arasında yeralan birim(ler), ya da ekonomik bir birim olabilir. İzopak haritaları genellikle haritalanan birimin üst yüzeyinin düz bir düzlem olduğu varsayımı ile yorumlanırlar. Bundan dolayı kalınlık değişimleri birimin tabanındaki topoğrafyayı yansıtırlar. Bu yorumdaki yanılmaları önlemek için izopak haritaları yapı ve fasiyes haritaları ile birlikte kullanılırlar. •
•
•
•
İZOPAK HARİTASI ÖRNEĞİ
FASİYES HARİTALARI •
Fasiyes, yaşıt bir çökel topluluğun üç boyuttaki karakteristiklerini anlatmak için kullanılan bir deyimdir. Fasiyes kavramı litoloji, tabakalanma, ayırtman birincil yapılar, fosiller gibi çeşitli karakteristikleri içerir.
•
Bir kaya birimi için yapılacak lito ve biyofasiyes haritaları ile o kaya biriminin belli bir zaman dilimindeki değişimleri, çökeldiği ortamın fiziksel ve kimyasal koşulları gibi petrol jeolojisi açısından son derece önemli veriler elde edilebilir. Petrol jeolojisinde daha çok litofasiyes haritaları kullanılır.
LİTOFASİYES HARİTALARI Yaşıt çökeller içerisinde yeralan farklı litolojik toplulukları göstermede kullanılan bir fasiyes haritasıdır. İki tipi vardır: 1-İzolit haritaları: Tek bir litolojinin (örneğin kumtaşı) net kalınlığını gösteren haritalardır. Bir diğer türü ise litolojik yüzde haritasıdır. litolojilere oranını gösteren haritalardır. Genellikle üçgen 2- Oran haritaları: Seçilen bir bileşenin kalınlığının diğer litolojilere diyagramlar kullanılarak hazırlanırlar.
İZOLİT HARİTASI ÖRNEĞİ
ORAN HARİTASI ÖRNEĞİ
FASİYES ÜÇGENLERİ
PALEOJEOLOJİ HARİTALARI •
Paleojeoloji haritası bir bölgenin geçmişte belli bir zamandaki jeolojisini gösteren bir haritadır.
•
Örneğin bir bölgenin Üst Kretase jeoloji haritası o bölgenin o dönemdeki d önemdeki yüzey topoğrafyasını, jeolojisini, kayaların dağılımını, yapısını vb gösterecektir.
•
Bu tanımdan da görüleceği gibi bir paleojeoloji haritası eldeki veriler ışığında ancak hayali olarak çizilebilir. Bu nedenle de gözleme değil, büyük ölçüde yoruma dayalı bir haritadır. PALEOJEOLOJİ HARİTASI ÖRNEĞİ
DİSKORDANS ALTI ve ÜSTÜ HARİTALARI Subcrop haritaları adı ile d e bilinen bu haritalar diskordans düzlemlerinin altındaki jeolojiyi gösteren bir tür paleojeoloji haritalarıdır. Diskordans altı kapanlar petrol jeolojisinde önemli b ir yer tuttuğu için bu tür kapanların araştırılmasında diskordans altı haritalarının önemi büyüktür. Diskordans üstü haritaları kurtbakımı haritaları olarak da bilinir. Bunlar diskordans yüzeyini örten birimlerin dağılımını gösteririler. Diskordans üstü ve altı haritaları birimlerin sıfır çizgilerinin erozyonla mı yoksa çökelme ile mi ilişkili olduğunu anlamakta kullanılırlar. kullanılırlar. Böylece kama biçimli kapanların araştırılmasına yardımcı olurlar. •
•
•
•
DAHİLİ ÖZELLİK HARİTALARI Bu haritalar seçilen bir stratigrafi biriminin porozite, tane boyu, matriks oranı gibi tanımlanabilir iç özelliklerinin dağılımını göstermekte kullanılırlar.Başlıcaları şunlardır: Eşporozite haritaları :Rezervuar kayanın porozite dağılımını gösteren haritalardır. Eşhacim haritaları: Porozite ve izopak haritalarının birleştirilmesi yolu ile yapılan ve rezervuarın sıvı potansiyelini gösteren haritalardır. Eşkonsantrasyon veya eştuzluluk haritaları: Formasyon s uyunun mineral muhtevasını gösteren haritalardır Eşpotansiyel haritaları: Kuyuların belli bir zamandaki verimlerini gösteren haritalardır. Eşbasınç haritaları: Kuyularda yapılan basınç ölçümlerinin formasyon içerisindeki dağılımını gösteren haritalardır. •
• •
• • •
HİDRODİNAMİK HARİTALAR Yeraltısularının hareketi petrolün göçmesinde ve birikmesinde en önemli faktördür. Hidrodinamik haritalar sıvı hareketinin yönünü göstermek amacıyla yapılan haritalardır.
PETROL JEOLOJİSİ KONU 10 SEDİMENTER HAVZALAR
Çevresine nazaran daha fazla çökel biriken alanlara genel olarak sedimenter havza denir. Kesin bir ayırt olmamasına rağmen genel olarak havza denilebilmesi için o alanın 100 km uzunluk ve 10 km genişliğe, 1 km veya daha fazla çökel dolguya sahip olması gerekir. Dünyadaki petrolün hemen hemen tamamı tamamı sedimenter havzalar içerisinde bulunduğuna bulunduğuna göre havzaların tanınması petrol aramacılığı açısından hayati öneme sahiptir. Havza oluşumunun en önemli nedeni düşey tektoniktir. Düşey tektoniğe ise yatay tektonik neden olur.
•
•
•
HAVZA OLUŞUMUNUN NEDENLERİ Bir yerde havza oluşumunun üç ana nedeni vardır: 1- Kabuk kalınlığının değişmesi 2- Litosferin termal genleşme veya büzülmesi 3- Yerel tektonik veya sedimenter yük nedeniyle litosferin bükülmesi KABUK KALINLIĞINDAKİ DEĞİŞİM Kabuk kalınlığında değişim görülen başlıca alanlar şunlardır: •
Uzaklaşan levha sınırları
•
Yakınlaşan levha sınırları
•
Kıta-kıta çarpışma kuşakları
TERMAL GENLEŞME-BÜZÜLME Termal etkilerin görüldüğü başlıca alanlar şunlardır: Rift bölgelerinde termal yükselme, aşınma ve havza oluşumu Okyanus ortası sırtlarda termal yükselme ve sırtlardan uzaklaştıkça çökme Magmatik yay bölgelerinde termal yükselme • •
LİTOSFERİN YÜKLE BÜKÜLMESİ Litosfer, üzerine gelen sedimentlerin oluşturduğu yük nedeniyle ya da tektonik etkilerle (örneğin ofiyolit üzerlemesi ya da nap yerleşmesi gibi) aşağıya doğru bükülerek çökel havza ge lişimine neden olabilir.
HAVZALARIN SINIFLANMASI Havzaların oluşumu büyük ölçüde levha hareketleri ile denetlenir. denetlenir. Bu bakımdan bellibaşlı 4 havza tipi ayırtlanabilir: 1- Duraylı alan havzaları (Kratonik havzalar) 2- Rift tipi havzalar 3- Pasif kıta kenarı havzaları 4- Mobil havzalar (Orojenik kuşak havzaları) Dünyadaki petrollü havzaların % 75 i orojenik kuşaklarda bulunmaktadır.
Başlıca havza oluşum modelleri
Başlıca havza tipleri KRATONİK HAVZALAR Levha içlerinde duraylı alanlarda gelişen çökel havzalardır. En önemli örnekleri Paris havzası, Sahara havzası ve Batı Libyadır. Litosferin termal büzüşmesi, altta yoğun bir temel kayanın bulunması ya da temeldeki eski fayların aktifleşmesi sonucunda oluşurlar.
• • •
KRATONİK HAVZALAR: BAŞLICA ÖZELLİKLERİ Uzun bir jeolojik dönemde yavaş çökme (sübsidans) ile oluşurlar. Belirsiz ve önemsiz yapısal deformasyona sahiptirler, bu yapıların en önemlileri ise temeldeki horst ve graben yapılarıdır. Genellikle ince ve homojen neritik sedimentasyon gösterirler, derin denizel çökeller ise çoğun bulunmaz. Başlıca çökelleri siyah şeyller, karbonatlar ve evaporitlerdir. Jeotermal gradyan düşüktür. Hidrostatik rejim egemendir. • •
•
• •
•
Yaygın rezervuar kaya içerirler
•
Anakaya açısından fazla zengin değillerdir. Daha ç ok denizel karbonatça zengin havzalarda anakaya gelişimi
vardır. •
Granitik ve eski kabuk üzerinde geliştiklerinden ısı akısı düşüktür. Bu nedenle matürasyon sorunu olabilir.
•
Yapısal duraylılık nedeniyle yapısal kapan gelişimi sınırlıdır. Stratigrafik kapanlar ise yaygındır.
RİFT HAVZALARI Litosferin termal domlaşması ve bunu izleyen bir normal faylanma evresi ile açılan havzalardır. Kratonik sahalarda oluşmaya başlarlar. Dinyeper-Donetz-Pripyat havzası, Kuzey Denizinde Viking Grabeni, Libya’da Sirte havzası, Ren Grabeni başlıca örnekleridir. • • •
RİFT HAVZALARI: BAŞLICA ÖZELLİKLERİ Çizgisel bir domlaşma evresi ile başlarlar Bölgesel gerilme rejimi altında önemli düşey hareketler gösterirler, listrik normal faylanma, horst-graben yapıları en önemli yapısal unsurlardır. Genellikle yarı graben şeklinde görülürler. Hızlı bir çökelme, buna bağlı olarak önemli kompaksiyon (sıkılaşma) görülür. Şeyl diyapirleri yaygındır. Buna rağmen çökme hızı genellikle çökelme hızından fazladır. Bu nedenle aç havzalardır. Çökelmeye genellikle bazaltik volkanizma eşlik eder bu nedenle nedenle yüksek ısı akısına sahiptirler. sahiptirler. Kalın ve transgresif istiflere sahiptirler. Başlangıç aşamalarında gölsel anakaya oluşumu izlenir. Permiyen ve Tersiyerde yaygındırlar.
• •
•
• • •
ALAKOJENLER: BAŞLICA ÖZELLİKLERİ •
Alakojenler(yenik riftler) petrol potansiyeli açısından kratonik havzalardan daha önemlidir.
•
Kratonik havzalara oranla daha fazla denizel çökel içerdikleri için anakaya potansiyelleri daha fazladır.
•
Isı akısı yüksek olduğu için matürasyon koşulları iyidir
•
Duraysız bölgelerde oluştukları için yapısal kapan gelişmi fazladır.
RİFT HAVZALARI: BAŞLICA ÖZELLİKLERİ Rift su üstünde iken gelişen kırıntılılar rezervuar açısından iyi bir potansiyel oluştururlar. Riftin kopma aşamasında gelişen evaporitler kırıntılıları üzerler. Bunların üzerinde ise organik madde açısından zengin çamurlar depolanır. Bunlar ana kaya oluşturabilir. Riftin ileri evrelerinde bu çamurlar üzerinde karbonat şelfleri ve ve kırıntılılar kırıntılılar gelişir ki bunlar önemli rezervuar kaya potansiyeline sahiptir. Tuz domu, kıvrım ve fay kapanları açısından a çısından zengindirler.
• •
•
•
ÖDEV DİKKAT: SINAV SORULARINIZDAN BİRİDİR ALAKOJEN (Aulacogene) okyanus aşamasına ulaşamamış riftlere verilen isimdir. Alakojen oluşumunu, alakojenlerin alakojenlerin güncel örneklerini, levha tektoniği içerisindeki içerisindeki yerini ve petrol jeolojisi açısından önemini araştırınız. RİFT OLUŞUMUNUN NEDENLERİ Litosferik gerilme Sıcak astenosferin yükselmesi (Rift bölgelerinde yüksek sıcaklık üst manto veya alt kabuğun yoğunluğunun azalmasına neden olur. Bu da bölgeyi yükseltir)
• •
PASİF KITA KENARI HAVZALARI
Pasif kıta kenarlarının çökme nedenleri: • • • • • • •
Üzerindeki kalın istif nedeniyle bükülme Tektonik yükleme nedeniyle çökme Daha önceden ısınmış litosferin soğuması ve buna bağlı yoğunluk artışı Pasif kıta kenarlarında ultrabazik intrüzyon ve diyapirlerin varlığı ve burada yoğunluk artışı ile çökme Bazikleşme: Kıtasal kabuğa okyanusal malzeme ge limi Sünek nitelikli alt kabuğun okyanusa doğru akması Konveksiyon akımları sonucunda manto yükselmesi
PASİF KITA KENARI HAVZALARI: BAŞLICA ÖZELLİKLERİ Perikratonik bir coğrafi pozisyona, asimetrik bir profile sahiptirler. Atlantik ve Hint Okyanusu çevresinde çev resinde yaygındırlar. İki önemli sedimenter evre gösterirler. İlk evre riftleşme (syn-rift), diğeri ise rift sonrası (post-rift) evredir. Riftleşme evresinde normal faylanma kontrolünde çeşitli sedimentasyon görülür. Bunların başlıcaları gölsel ve akarsu nitelikli şeyl ve kırıntılılardır. kırıntılılardır. Kopma (drifting) evresinde genellikle evaporitler ve bunlarla birlikteki siyah şeyller ve marnlar gelişir. Bunlar organik madde açısından zengindir. Post-rift evresinde okyanusa doğru incelen prizmatik şekilli derin denizel çökeller gelişir. • • • •
•
•
OROJENİK KUŞAK HAVZALARI Yay önü (Fore-arc), yay içi (Intra-arc), yay ardı (Back-arc), yay gerisi (Retro-arc) ve önülke (Foreland) havzaları olmak üzere levha kenarındaki coğrafi pozisyonuna göre isim alan ve özellikleri değişen havzalardır.
•
Dalma-batma zonları ile ilgili havza gelişimi ve türleri
ÖDEV DİKKAT: SINAV SORULARINIZDAN BİRİDİR OROJENİK KUŞAK HAVZALARINI LEVHA TEKTONİĞİ AÇISINDAN ARAŞTIRINIZ. • • • •
Nerede gelişirler ? Ne tür çökeller içerirler ? Petrol jeolojisi açısından önemleri nedir ? Dünyada nerelerde örnekleri vardır ?
SEDİMENTER HAVZA JEODİNAMİĞİ Sedimenter havza jeodinamiğinde birbirini takip eden 3 evre ayırt edilebilir: 1- Juvenil evre (Havzanın oluşum ve gençlik evresi) 2- Matür evre (Havzanın olgunluk evresi) 3- Final evre (Havzanın bitme-ölme evresi) JUVENİL EVRE Özellikle riftlerde aktif bir çökme ile temsil edilen bu evrenin başlıca karakteristikleri şunlardır: Yüksek jeotermal gradyan Genellikle normal listrik faylar boyunca hızlı çökme Değişik ve hızlı çökelim: karasal, gölsel, alüvyal yelpaze, kurak iklimlerde evaporit Zaman içerisinde artan kompaksiyon Juvenil evrede gelişen hızlı çökme nedeniyle biriken yük litosfer üzerine önemli bir baskı yapa r ve çökmenin artmasına neden olur. Bu hızlı çökme sonucunda bu tür havzalarda türbiditler ve diğer derin denizel çökeller gelişebilir. Bu çökelime büyüme fayları eşlik eder. Bu tür havzalarda çamur volkanları yaygındır. • • • • •
•
JUVENİL EVRE: HİDROJEOLOJİK İŞLEVLER Juvenil evrede hidrojeolojik işlevlerin önemi büyüktür. Bu işlevler diyajenetik mekanizma ve değişimlerle kontrol edilir. Gözenek suları havzanın derinliklerinde gözeneklerden dışarı atılarak havza kenarlarına ve üst tabakalara doğru hareket ederler. Hareket yönü bir santrifüj şeklindedir. Bu hareket havza ortasında yüksek olan ısı ile de desteklenir.
MATÜR (OLGUN) EVRE Perikontinental (kıta kenarı) alanlarda olgunluk evresinde pasif kıta kenarları gelişir. Riftin ileri safhalarını temsil eden ya da alakojen (yenik rift) oluşumu ile ilgili olan bu evrede Önemli ölçüde yapısal duraylılık sağlanmıştır. Jeotermal gradyan düşmüştür. Havzada duraylı ve oldukça monoton bir çökelim hüküm sürmektedir. • • •
FİNAL EVRE Havzanın ölüm yani dolarak kapanma evresidir. Kompresif kuvvetler altında gelişir. Deforme olan havzada molas nitelikli çökeller depolanır. Sıkışma, deformasyon ve gravite etkisi nedeniyle yeraltısuyu sentripetal örnek gösterir. Meteorik sular havza derinine nüfuz ederek petrolün ayrışmasına neden olurlar.
• • •
Sedimenter havzalardaki üç tip hidrodinamik
SEDİMENTER HAVZALARDA PETROLÜN DAĞILIMI Ağır petroller havzada sığ derinliklerde (havza kenarlarında) bulunur. Derinlik arttıkça hafif petrol ve nihayet gaza rastlanır. Yani petrolün gravitesi derinlikle azalır (Yoğunlukla ters orantılı olan API değeri artar). Hidrokarbon havza kenarlarına doğru göçerken ilk kapanlar gazla dolar, pe trol taşma noktalarından itilir ve daha yukarılara doğru çıkar. Gaz giderek azalır aza lır ve havza kenarlarına yakın kapanlarda petrol birikmeye başlar. Hipotetik bir sedimenter havzada yatay olarak devamlı bir rezervuarda farklı kapanların gelişmesi
•
•
•
PETROL JEOLOJİSİ KONU 11 SEDİMENTER ORTAMLAR, MEKANİZMALARI ve BUNLARIN PETROL JEOLOJİSİNDEKİ ÖNEMİ
Sedimenter mekanizmalar petrol jeolojisinde son derece önemlidir. Sedimentasyon, çökme (sübsidans) ve mineral transformasyonu sonucunda ana kaya, rezervuar ve örtü kaya gelişir, organik madde petrole dönüşür. Havza ölçeğinde deniz düzeyi değişimlerinin de petrol üzerinde önemli etkileri vardır. Transgresyon esnasında havzada sedimentasyon yavaştır. Havza belli bir duraylılığa ulaşmıştır. Regresyon esnasında ise ç ökme hızı ve sedimentasyon artar. Transgresif periyodlarda platformlar üzerinde bazen kum setleri gelişir. Bunlar önemli stratigrafik kapanlar oluştururlar. Transgresyonun ileri aşamalarında gelişen ince taneli birimler alttaki daha önce çökelmiş kaba taneli birimler için örtü oluştururlar. •
•
•
•
ÇÖKELME ORTAMLARININ KARAKTERİSTİKLERİ •
Sedimentasyonu etkileyen önemli faktörler paleotopoğrafya, hidrodinamik, biyodinamik ve iklimdir. Petrol jeolojisinde ortamın enerjisi de son derece önemlidir: •
Engelli havzalar ve açık deniz ortamları gibi düşük enerjili ortamlar genellikle kalın tabakalı karbonat ve şeyl depolarlar. Organik madde bakımından zengin z engin bu birimler uygun koşullarda evaporitik nitelik de kazanabilirler. Porozite ve permeabilitesi düşük olan bu birimler ana kaya ve örtü kaya oluştururlar. Bu tür ortamlarda çökelen siyah şeyller ana kaya potansiyelleri açısından petrol jeolojisinde ayrı bir öneme sahiptir.
•
Yüksek enerjili ortamlar genellikle iri taneli ve boylanmış kum depolarlar. Porozitesi ve permeabilitesi yüksek bu birimler iyi rezervuar kaya olurlar.
ÇÖKMEYE BAĞLI MİNERAL TRANSFORMASYONU • • • •
Bir ortamda sedimentasyon hızı o havzadaki çökme (sübsidans) hızı ile yakından ilgilidir. Çökelme devam ettikçe daha alttaki birimler gömülür. Gömülen birimler içerisinde artan sıcaklık ve basınç nedeniyle mineral transformasyonları gelişir. Transformasyonu denetleyen başlıca faktörler basınç, sıcaklık ve zam andır.
BASINÇ Gömülmeye paralel olarak artan basınç sonucunda çökel kompaksiyona uğrar, gözenek suyu atar ve gözenek oranı düşer. •
Gözenek içerisinde bulunan su hidrostatik basınç altında kalır. Bu basınç her 10 m derinlik için tatlı suda 1 bar, tuzlu suda 1,09 bar’dır. Hızlı çökelme basıncı artırır. Bu durumda oksijen ve bakteri etkisi aza lacağından organik madde daha iyi korunur. Yavaş çökelme eğer yüksek enerjili bir ortamda ise burada organik madde birikmez, ancak rezervuar kaya gelişebilir. Şeyllerde gömülme derinliği ile porozite arasında logaritmik bir ilişki vardır. Şeyllerin su muhtevasının çok önemli bir bölümü ilk 100 metrelik gömülme esnasında dışarı atılır. Şeyl içerisinde kumtaşı arakatkıları varsa su yana doğru, yoksa yukarı doğru atılır. Dışarı atılan sular kalan sulara oranla daha az tuzludur. Kompaksiyon arttıkça taneler mekanik ve fizikokimyasal değişimlere uğrarlar. Karbonatlar ilk 100 metrede kırıntılılar kırıntılılar gibi davranır ancak daha derinlerde kimyasal reaksiyonlar ağırlık kazanır. Bu reaksiyonlarda sıcaklığın da önemi büyüktür. •
•
•
•
• •
Basınç arttıkça Porozite, permeabilite ve su muhtevası azalır Yoğunluk, rezistivite ve ses geçirgenliği artar Kimyasal ve mineralojik özellikler değişir • • •
SICAKLIK Isı akısı termal geçirimlilikle jeotermal gradyanın çarpımına eşittir. Yeryuvarındaki sıcaklık mantodan, radyoaktiviteden ve orojenlerdeki kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşümünden kaynaklanır. Isı akısı bazı ortamlarda oldukça yüksek değerlere ulaşır. Buralar rift vadileri gibi gerilme tektoniğinin egemen olduğu bölgeler ile volkanik volkanik faaliyetlerin olduğu bölgelerdir. Isı iletkenliği kayaların litolojik litolojik ve petrofizik özelliklerine ve yoğunluğuna bağlı olarak olarak değişir. Kayatuzu iyi, kumtaşı ve karbonatlar orta, şeyl kötü iletkenlerdir. • •
•
• •
ZAMAN Sıcaklık ve basıncın etkisi zamana bağlı faktörlerdir. Bilhassa petrol oluşumu açısından zaman faktörü son derece önemlidir. Organik maddenin petrole dönüşümü, oluşan petrolün göçmesi ve kapanlanması sıcaklık, basınç ve zaman faktörlerinin ortak etkisi ile denetlenir.
TRANSFORMASYON MEKANİZMALARI Gömülmeye bağlı olarak çökeller sıcaklık ve basınç etkisi altında değişmeye başlarlar. Bu değişiklikler gömülme derinliğine bağlı olarak üç evreyi içerir. Bunlar: Diyajenez Katajenez Metajenez evreleridir. • • •
DİYAJENEZ EVRESİ Diyajenez, fiziksel, biyokimyasal ve fizikokimyasal işlevlerin çökellerin taşlaşma öncesi evresinde neden oldukları değişimlerin tümüdür. Biyolojik işlevler ilk birkaç on veya yüz metrede bakterilerin neden olduğu değişikliklerdir. İlk önemli belirtileri indirgen koşulların oluşturulmasıdır. Bu evrede bakteriler organik moleküllere etki e derek onları bozar ve CO2, H2O, ve CH4 oluşumuna neden olurlar. •
•
500 metreye kadar olan gömülmede gözenek suyu atılarak porozite azaltılır. Bu evrede kayanın karakteristikleri önemli ölçüde tane boyu, bileşimindeki kil minerallerinin niteliği ve miktarı, gözeneklerdeki elektrolit konsantrasyonu ile belirlenir.
•
İlk 500 metrede çökeller genellikle çok gözeneklidir. Gözenekler arasında serbestçe dolaşabilen suyun tuzluluğu çökelme ortamının tuzluluğunu yansıtır. Bakteriyel etki sonucu su giderek asitik bir nitelik kazanır. Yeryüzüne yakın derinliklerde suda bulunan Al ve Fe derinlere doğru amorf hidroksitlere dönüşür. Kompaksiyonla birlikte bu değişimler çökellerde ses geçirgenliğinin ve rezistivitenin de artmasına neden olurlar. 500 metrenin altındaki gömülme derinliklerinde sıcaklık etkili olmaya başlar. Porozite ve permeabilite daha da azaltılır. Çökel içerisindeki bileşenler yeniden düzenlenir. Gözenek suyu Ca bakımından zenginleşir, sülfat ve karbonatlar sudan ayrılarak çökeltilir. Feldspatlar çözünür ve su daha fazla alkali hale gelir. Sonuçta ortamda CO2, CH4, H2S ve kompleks polimerize organik maddeler (kerojen) meydana gelir. •
•
KATAJENEZ EVRESİ Bu evrede kompaksiyon etkisi minimuma, sıcaklık etkisi ise maksimuma ulaşır. Bu evredeki transformasyonlarda su akıntıları önemli rol oynarlar. Smektit alkalen ortamda illite dönüşür. Bu dönüşüm 100 0C sıcaklık ve 2500-4500 metre gömülme derinliğinde gerçekleşir. Bu esnada gözenek suyu içerisinde potasyum miktarı fazlalaşır. Katajenez esnasında gözenek suyunun önemli bir kısmı dışarı atılır ki bu da petrolün göçünde önemli bir yer tutar. Katajenez evresinde dışarı atılan su su toplam toplam çökel hacminin % 15-17 15-17 lik lik bir bir kısmı kısmı kadardır. kadardır. Katajenez evresinde önemli oranda silis de çözünür. ç özünür. Bu da kumtaşlarında çimentolanmaya yolaçabilir. Katajenezin ileri evrelerinde yani gömülme 4-6 km yi aşınca basınç 1000-1500 bar’a ulaşır ve ortam kapalıengelli bir hale gelir. Ortamda çatlak ve kırık yoksa killi çökeller bol miktarda formasyon suyunu konsantre ederler. Bu sıcaklık altında özellikle karbonlu organik maddeler sıcaklığa hassas oldukları için vitrinit refleksiyonu gösteririler. Bu refleksiyon her 1000 metrede % 0,15 artar. Katajenez evresinde organik madde olgunlaşır, sonuç olarak da kömür, petrol, yaş gaz ve nihayet kuru gaza (metan) dönüşür. Organik maddenin neye dönüşeceği onun bileşimine bağlıdır. •
•
•
• • •
•
METAJENEZ EVRESİ • •
Bu evre metamorfizmaya geçişi temsil eder. e der. Çökeller içerisinde sadece killer illit veya klorit halinde korunur. Organik madde bu evrede aşırı olgundur ve anca k antrasit veya metan halinde korunabilir.
