REZERVUAR JEOFİZİĞİYLE PETROL ARAMA

Fatma Ekiz

İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Bölümü

ÖZETSon yirmi yılda, Genlik Karşı Offset (AVO) tekniği, hidrokarbon (petrol, doğalgaz vb.) kaynaklarının keşif araştırmalarında kullanılmaktadır. Bu teknik, petrol endüstrisinde, rezerv kaynakların yer ve rezerv tespitleri aşamasında sismik veri yığınlarının iyileştirilmesi amacıyla geliştirilmiştir. Bu çalışmada AVO analizi ve yöntemleri ile hidrokarbon araştırma aşamaları anlatılmaktadır.Anahtar kelimeler: AVO tekniği, Petrol aramaları

GİRİŞ

Yeraltında petrol ve/veya doğalgaz içeren yerlere rezervuar adı verilmektedir.[1] Genel olarak, faydalı gözenekleri bulunan her kayaç rezervuar olabilir. Doğada görülen rezervuarların hemen hepsi metamorfizmaya uğramış sedimanlardan, çoğunlukla kumtaşlarından, kalkerlerden ve dolomitlerden oluşmuştur. Bu bağlamda rezervuar koşullarının (gözeneklilik ve geçirgenlik vs.) ortaya konulması aramacılık ve üretim açısından son derece önemlidir (Owen, 1993) ( Schneider, 1994).

Yeraltında doğal hali ile sıvı halde bulunan ve atmosferik basınç koşullarına maruz kaldığında da sıvı halde bulunan hidrokarbon karışımına petrol denir. [2] Gravite büyüdükçe yoğunluk küçülmekte ve petrolün kalitesi yükselmektedir. Petrolün oluşması için temel öğeler Elements of Petroleum Geology (R.C. Selley,1996 ) çalışmasından özetlenerek aşağıda verilmiştir.

Kaynak kayanın;

Organik maddelerce zengin, yeterli basınç, sıcaklık altında ve yeterli oranda gözeneklilik geçirimliliğe sahip olmalıdır. Bu kayanın üstünde geçirimsiz bir örtü kaya olmasının yanı sıra, Rezervuar ve örtü kayanın bir kapan oluşturması gerekir.

Bu temel öğelerin geçirmesi gereken süreçler şunlardır:

Kaynak kaya içerisindeki organik maddeler ısıya maruz kalarak petrole dönüşür (türüm/emanation). Bu petrol rezervuar kayaya doğru yol alarak (göç/migration) rezervuar kayadaki gözeneklere yerleşir (kapan/trap). Bu sürecin tamamlanabilmesi için bu petrolün

gidecek hiçbir yer bulmaması (korunum/accumulation) gerekir.

Petrol, genellikle çökel havzalarında olduğundan, çökel kayalarda (sedimentler) kalın ve geniş alanları kaplayan boşluğu (porosity) ve geçirgenliği (permeability) uygun formasyonlarda (kum taşı, kireç taşı, dolomit,şeyl) aranabilmektedir. Büyük jeosenklinallerin kıyı bölgeleri petrol için en umutlu alanlar olarak düşünülmektedir. Dünya petrollerinin çoğunluğu Alpin kıvrımlanma ile şekillenmiş kapanlardan elde edilmektedir (İlkışık,1996). Petrollerin büyük çoğunluğu tersiyer yaşındaki formasyonlarda bulunur bunun en büyük nedeni denizel sedimanlar bulundurması ve örtü tabakalarının sağlam olmasıdır. Volkanizma ve metamorfizmadan etkilenmiş alanlar da petrol bulunma olasılığı yüksektir.Petrol ve doğalgaz sahalarının bulunması için sırasıyla jeolojik ve jeofizik etütler yapılır. Jeolojik etütlerle petrolün bulunabileceği muhtemel yerler tespit edilir. Bunun için havadan ve uzaydan çekilen fotoğraflardan yararlanılır. Özellikler sedimanter kayaçların olduğu bölgeler tercih edilir. Devamında çeşitli jeofizik yöntemlerle (gravite, manyetik rezistivite vb.) yerin fiziksel özellikleri tespit edilerek yer altında bulunan petrol, su vb. maddelerin türü tespit edilir. [3]

Yeraltındaki hidrokarbon birikintilerini bulmak için en çok kullanılan yöntem olan sismik, suni bir kaynaktan yeraltına gönderilen ses dalgalarının çeşitli kayalardan yansıyarak yeryüzüne dönmesi ve jeofon adı verilen aletlerle kaydedilmesidir (Peter M.Shearer). Bu kayıtlar, bilgisayar programlarıyla işlenir yorumlanır ve muhtemel petrol birikintilerinin yerleri tespit edilir. Ancak yeraltındaki bir petrol ve doğalgaz rezervuarı açılan kuyularda test üretimi yapılarak belirlenebilir. Kuyu açma süreci Petrol İşleri Genel Müdürlüğü web sitesinden özetlenerek aşağıda verilmiştir.

Bu süreç sırasıyla; ilk olarak petrol sahası bulma ümidiyle kuyu açılır (arama kuyusu). Bu kuyuda doğal gaz ve petrol bulunabileceği gibi hiçbir şey de bulunmayabilir (kuru kuyu). Bazen bu kuyulardan su çıkabilir (sulu kuyu). Eğer bu kuyularda petrol veya doğalgaz bulunuyorsa, keşfi teyit etmek ve sahanın büyüklüğünü belirlemek için tekrar kuyu açılır (tespit kuyusu). Daha sonra petrol bulunan alanın büyüklüğü ve üretilebilir petrol miktarı belirlendikten sonra bu petrolü yer yüzeyine çıkarmak için açılan kuyu üretim kuyusu ya da tespit kuyusu olarak adlandırılır.

YÖNTEM

Bir sismik arama çalışması; proje, veri toplama, veri-işlem, yorum ve kuyu tespiti adımlarından oluşmaktadır.(Karslı H.2006)AVO yöntemi hidrokarbon aramalarında, litoloji tanımlamalarında ve akışkan değişkenlerin analizinde yaygınca kullanılmaktadır. AVO modellemesinde elastik P ve S dalga hızlarını ve yoğunluklarını, gözeneklilik su doygunluğu gibi litoloji değişimlerinin ölçülmesine katkı sağlar. Gözeneklerdeki akışkanların tanımlanması AVO analizinin en önemli amacıdır. Sismik yansımalardaki

parlak benekler (bright-spot) o bölgede

gaz olduğuna işaret eder (Şekil1) (Russel 2014).

Şekil-1: Sismik yansımalardaki parlak benekler(bright-spot) (Russel, 2014)

AVO yöntemi ; sismik yansıma ve empedans yöntemi olarak iki bölümde incelenir. Analizin bilinen temel aşamaları;True Amplitude Recovery (TAR), Wave Number Frequency Filtering (F-K Filter), Deconvolution ve Radon Transform (RT) olarak sıralanabilir. Sonra sismik kesittlerdeki yığılmalar karşılaştırılır (Chiburis ve diğ.1993)

Sismik yansıma yöntemi yer altını görüntüleyerek ayrıntılı tabakalanma (stratigrafik) kesitlerin elde edilmesinde kullanılmaktadır. Yansıma çalışmalarında amaç; yerin bozucu yüzeyleriyle ilgili detay geometrisinin belirlenmesinde veri olarak kullanılarak yansıyarak geri dönen sismik dalgaları kaydetmektir.

Yer altının modelini temsil eden yansıma katsayısının bir dalgacıkla evrişimi sismik izleri oluşturur. (Çiftçi C. ve diğ). Farklı yüzeylere gelen sismik enerji P dalgası ve P dalgasının diğer dalgalara dönüşümüyle yayılmaktadır. Ara yüzeylerden etkilenen enerji yayılımı ortamların yoğunluğu, hızı, poission oranı gibi elastik özelliklerin farklılıklarından etkilenir. İki tabaka ara yüzeyden geçen dalga yayılımının tanımını Zoeppritz yapmıştır. Karl Bernhard Zoeppritz tarafından 1919 da bu denklemler bulunmuştur. Yansıyan ve kırılan dalgaların genlikleri, Zoeppritz denklemleri olarak bilinen potansiyel fonksiyonlarının kullanılması ile sınır koşullarından elde edilir. Bu potansiyel fonksiyonları, dalga denklemlerinin çözümleri olup, türevlerinden yer değiştirmeler hesaplanabilir. Yatay bir ara yüzeye sıfır ve daha büyük açılarla P dalgası gelmesi durumunda ara yüzeyde gerçekleşen enerji paylaşımını açıklayan Zoeppritz denklemleri AVO çözümünde matematiksel model olarak kullanılmıştır (Bath, M. 1973). Zoeppritz denklemleri Bortfeld’s (1961), Aki & Richards’ (1980) ve Shuey tarafından geliştirilmiştir. En

gelişmiş olan Shuey denklemleridir. Aşağıda verilmiştir.

R(θ) = R(0) – Asin2θ

ve

A = 2 Vs2 ( ∆ρ +2 ∆Vs )

Vp2 ρ Vs

Belirli bir doğrultu boyunca çok sayıda patlama yaparak ve bu dalgaların birçok jeofondaki kayıtlarını yan yana koyup çizerek yeraltının ayrıntılı bir görüntüsü elde edilebilmektedir. Şekil 3a’da arazideki kayıt düzeni, sismik ışın yolları ve Şekil 3b’de antiklinal biçiminde bir yapı üzerinde sismik yansıma kayıtları görülmektedir. 0.8 s’de üst katmandan gelen güçlü yansıma dikkati çekmektedir. Şeklin ortasında 1.2 s’deki yatay yansıma petrol kapanındaki gaz-su sınırıdır.

Şekil-3a: Antiklinal biçiminde arazideki kayıt düzeni, sismik ışın yolları(İlkışık,O,M.1996)

Şekil-3b: Antiklinal biçiminde bir jeolojik yapı üzerinde alınmış sismik kayıt örneği (İlkışık,O,M,1996)

AVO tekniğinin diğer bir alt bölümü olan empedans metodu; yansıma tahminlerinin ters çözüm esasına dayanır. Bu çözüm

akustik empedans ve kayma empedansı ile yapılır.AVO sıklıkla hidrokarbon gaz göstergeci olarak kullanılır. Poisson oranı yoğunluğa bağlıdır. Gazların yoğunlukları düşük olduğu için Poisson oranı düşer ve başlangıç açısı büyür bu da genliğin ofsetten itibaren artmasına neden olur. (Şekil4)..

Şekil-4: Genliğin ofsetten itibaren artması ( Lumley , 2001)

Gaz-kum kontak aramalarında karakteristik düşük Vp/Vs oranına rastlanılması umulur. Yeni veya eski fark etmez düzgün olarak alınmış her sismik veriye AVO analizi uygulanabilir. İşlemin hedefi yansıma sinyallerinin şekillerini ve genliklerini korumaktır.

Genliklerin uzaklık ile değişimlerinden kayaya ait Poisson oranının tespit edilebileceği ve bu oranın kayaç litolojisi ile direk ilişkili olduğu geneline dayanır. Poisson oranı kayacın sıkıştırmazlığının (incompressibility) bir göstergesi olduğundan, gözenekler içerisindeki birikimlerinin cinsine duyarlıdır.Genelde; yansıma katsayılarını açının fonksiyonu olarak yazarsak ;

Z(θ)=Z0+Gsin(θ)

denklemini elde ederiz. Bu bir doğu denklemidir.

Bu doğrunun eğimi;

G= (kΔσ Z0)

Δσ poisson oranı Z0=1/2(ΔV/V)+1/2(Δρ/ρ)

k= sabitσ =4 ıslak kumσ= 3 petrollü kumσ= 1 gazlı kum

olarak verir.

SONUÇ

AVO verilerinin analizi, düz ve/veya ters çözüm yaklaşımları ile belirlenen genlik anomalileri bölgeye ait kuyu bilgileri ile ilişkilendirilerek petrol ve doğalgaz alanlarının bulunmasında önemli katkılar sağlar. AVO verilerinin düz çözüm yaklaşımı ile olası hidrokarbon kapanı içinde ne tür bir akışkan olduğu ve bu akışkanın miktarı hakkında kestirimlerde bulunulabilir. Elde edilen düz çözüm sonuçları ile saha verileri karşılaştırılarak yeraltı hakkında daha detaylı yorumlamalar yapılabilir.

KAYNAKLAR

N. Alpaslan, D. Koca, 2012,( Petrol Arama Çalışmalarında Kullanılan Jeofizik yöntemlere Genel Bakış), Batman Üniversitesi Ç. Canan, Ö. Zafer, K. Züheyr, (Hidrokarbon Aramacılığında Bir Sayısal Jeolojik Modelin Açılıma Bağlı Reflektivite (AVO) Analizi), Süleyman Demirel Üniversitesi[1], [3] Petrol İşleri Genel Müdürlüğü[2]Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı

http://www.agl.uh.edu/pdf/russell-2010.pdfhttp://atilasefunc.synthasite.com/resources/Seismic%20Attributes.pdf

http://geop.eng.ankara.edu.tr/files/2014/03/00_yildizel.pdfhttp://jeofizik.kocaeli.edu.tr/notlar/sismoloji_I.pdf