Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
569789		A novel method for determining barite sag in static mud columns using buoyancy / Durağan çamur sütununda barit çökeliminin buoyant kuvveti ile belirlenmesi için yeni bir yöntem Yazar:MUHAMMED KEMAL ÖZEL Danışman: DOÇ. DR. GÜRŞAT ALTUN Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bilim Dalı Konu:Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering Dizin:	Onaylandı Yüksek Lisans İngilizce 2019 91 s.
Sondaj operasyonlarının başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için sondaj akışkanları kullanılmaktadır. Sondaj akışkanlarının, formasyon kesintilerini matkap önünden uzaklaştırıp kuyu başına taşımak, kuyu cidarıyla formasyon arasında hidrostatik denge sağlamak, formasyona akışkan kaçaklarını önlemek, matkabı soğutup yağlamak ve kuyu statik haldeyken formasyon kesintilerini askıda tutmak gibi hayati fonksiyonları bulunmaktadır. Sayılan fonksiyonlar sebebi ile sondaj akışkanları sondaj operasyonları için olmazsa olmaz konumundadır. Sondaj akışkanlarının bu fonksiyonları sağlayabilmeleri için karmaşık bir bileşime sahip olmaları gerekmektedir. Çamurun bu karmaşık yapısı, çamur içerisinde farklı işlevleri olan birçok katkı maddesinin bulunmasından kaynaklanmaktadır. Eklenen bu katkı maddeleri istenen fonksiyonları yerine getirirken bazen problemlere de neden olmaktadırlar. Bu problemlerin en önemlilerinden biri de aynı zamanda bu tezin de konusu olan ağırlaştırıcı katkı maddesi çökelimidir. Sondaj operasyonlarının büyük bir çoğunluğunda sondaj akışkan ağırlaştırıcı maddesi olarak barit (Ba2SO4) kullanılmaktadır. Bunun yanında ilmenit, hematit ve mangan tetradioksit de kullanılmaktadır. Sahip oldukları yüksek yoğunluklar sayesinde ağırlaştırıcılar sondaj akışkanlarının yapısına katılarak akışkanların yoğunluğunun istenilen değere çıkarılmasını ve böylece kuyu içinde istenilen hidrostatik basınca ulaşılmasını sağlarlar. Ancak sondaj operasyonu esnasında temelde yerçekimi etkisi ve ilerleyen paragraflarda bahsedilecek çeşitli faktörlerden dolayı ağırlaştırıcılar, dikey kuyularda kuyu dibine, yatay ve eğimli kuyularda ise kuyu dibi ve kuyu cidarına doğru çökelmektedirler. Ağırlaştırıcı madde olarak en yaygın olarak baritin kullanılıyor olmasından dolayı bu çökelim olayı barit çökelimi olarak adlandırılmaktadır. Barit çökelimi, sektörde uzun zamandır bilinen ve sıklıkla karşılaşılan bir problemdir. Barit çökelimi meydana geldiğinde sondaj kuyusu içerisinde basınç stabilizasyon sorunları oluşmaktadır. Sondaj kuyusundaki stabil olmayan basınç koşulları, kuyuya sirkülasyon sırasında çamur kaçağı, sondaj dizisi sıkışması, formasyon çatlatılması, sondaj kuyusuna koruma borusu yerleştirme problemi ve sondaj operasyonu için en istenmeyen olay olan Blow-out (kuyu patlaması) gibi önemli ve hayati bazı problemlere sebep olmaktadır. Blow-out sayılan problemlerden en riskli olanıdır zira blow-out un gerçekleşmesi tüm kuyunun kaybedilmesine, sondaj ekipmanlarının kullanılamaz hale gelmesine ve personelde ciddi yaralanmalara ve hatta can kayıplarına neden olabilmektedir. Yapılan çalışmalarda da çeşitli saha ve kuyularda karşılaşılmış birçok farklı problemin nedeninin barit çökelimi olduğu görülmüştür. Operasyon sırasında oluşan bu problemlerin haricinde barit çökelimi, zaman zaman rezervuar kayacın geçirgenliğini azaltarak kazılan kuyunun üretim kapasitesini de düşürebilmektedir. Sayılan bu sebeplerden dolayı barit çökelimi sektör için üzerinde durulması gereken önemli konulardan biri konumundadır. Kuyuda barit çökelimi sorunu olduğu tespit edildikten sonra çözüm için genellikle kuyuya yüksek yoğunluklu sondaj akışkanı basılır. Basılan yüksek yoğunluklu akışkanın belirli bir süre sirküle edilmesi ile çökelen barit taneciklerin kuyu başına taşınması ve çökelimden kaynaklanan yoğunluk düşüşünün giderilmesi amaçlanır. Ancak yüksek yoğunluklu akışkan basımı aynı zamanda kuyudaki hidrostatik basıncın da artması anlamına gelir ve bu da kuyu çatlatılması gibi ciddi sorunlara neden olabilir. Yüksek yoğunluklu akışkan basımı yerine viskozite artırımı yöntemi de kullanılır. Bu yöntemde sirkülasyondaki akışkana viskozite arttırıcı katkı maddeleri eklenir ve böylelikle artan viskozite ile çökelen barit taneciklerinin kuyudan uzaklaştırılması amaçlanır. Bu yöntem de ciddi problemlere neden olabilmektedir. Artan viskozite çamurun ötelenmesini zorlaştırmakta ve yüksek pompa basınçlarının uygulanmasına sebep olmaktadır. Uygulanan yüksek basınçlar da ekipmanlarda ve kuyuda problemlere sebep olmaktadır. Sayılan dezavantajların haricinde, bahsedilen yöntemler operasyon maliyetini gerek sarf edilen malzemelerin ücretleri gerekse operasyon süresinin artması sebebiyle artmaktadır. Uygulanan yöntemlerdeki problemler nedeni ile sektör barit çökeliminin oluşmadan engellemesi konusuna yönlendirmiştir. Barit çökelimini engellemek için yapılan ilk çalışmalar konvansiyonel sondaj çamurlarının, viskozite yapıcı kil olarak bentonitin kullanıldığı su bazlı sondaj çamurları, reolojik ve tiksotropik özelliklerini değiştirip çökelime dayanıklı sondaj akışkanları oluşturma yönünde olmuştur. Ancak konvansiyonel sondaj çamurlarının yapısal limitleri istenilen özelliklere ulaşılmasını engellemektedir. Devam eden çalışmalarda ağırlaştırıcı maddelerin boyutu ile çökelim arasındaki ilişki incelenmiştir. Bu araştırmalarda barit standart boyuttan nano boyuta kadar farklı tanecik boyutlarında incelenmiş ve azalan barit tanecik boyutunun çökelim oranını düşürdüğü belirlenmiştir. Yapılan diğer çalışmalarda farklı sondaj akışkanları kullanılarak çökelime dirençli çamur kompozisyonları bulunmaya çalışılmıştır. Bu kapsamda ters-emülsiyon çamurlar, sentetik bazlı çamurlar, kilsiz çamurlar, kilsiz sentetik bazlı çamurlar ve sezyum bazlı çamurlar gibi sondaj çamurları kullanılmıştır. Sondaj operasyonları sırasında kullanılan veya operasyonlarda kullanılmak için tasarlanan sondaj akışkanlarının barit çökelimi davranışlarının incelenmesi için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Yöntemler ölçümlerin yapıldığı şartlara göre farklılıklar göstermektedir. Statik şartlardaki barit çökelimin ölçülmesi için genellikle "çökelim faktörü" metodu kullanılmaktadır. Yöntemin sıklıkla kullanılmasına karşın, çökelim tespiti için kullanılan sınır değeri çok keskin olup yöntemin güvenilirliğini konusunda soru işaretleri bırakmaktadır. Dinamik şartlardaki ölçümler için çoğunlukla "Flow Loop" lar kullanılmaktadır. Flow loop, kuyu şartlarını simüle edebilecek özellikte tasarlanan akış donanımlarına verilen isimdir. Bu donanımlar ile sondaj akışkanların istenen kuyu şartlarında barit çökelimi davranışı incelenebilmektedir. Flow Loop ve benzer yöntemlerin en büyük dezavantajları sofistike donanımlar gerektirmeleridir. Yöntemlerin uygulanabilmesi için gerekli bu donanımlar, donanım boyutu ve donanımın saha şartlarında kullanıma uygun olmalarından dolayı saha laboratuvarlarında kullanılamamaktadırlar. Sayılan yöntemler dezavantajları sebebi ile saha kullanımı için standart yöntemler haline gelememişlerdir. Dolayısıyla saha şartlarında kullanılabilecek standart bir ölçüm yöntemi bulma konusu güncelliğini korumaktadır ve bu konudaki araştırmalar devam etmektedir. Buoyancy Sag Test (BST) sondaj akışkanlarının statik şartlardaki barit çökelim davranışlarının tespiti için geliştirilmiştir. Arşimet prensibini temel alan yöntem ile çamurun çökelim davranışı test süresi boyunca gözlemlenebilmektedir. Bu yöntem ile toplam barit çökelim miktarı, barit çökelim hızı ve çamur yoğunluğu değişimi gibi önemli parametreler devamlı bir şekilde belirlenebilmektedir. Yöntemin basitliği ve kullanılan ekipmanların saha şartlarında kullanılabilir oluşu yöntemin uygulanabilirlik açısından yöntemin en büyük avantajlarıdır. Bunun haricinde gerçek zamanlı gözlem yapılabilmesi akışkanın çökelim karakterinin belirlenmesi yönünden önemlidir. Bu tez çalışmasının amacı, saha şartlarında sektör standardı haline gelebilecek bir barit çökelimi tespit yöntemi geliştirebilmektir. Bu amaca binaen statik şartlardaki barit çökelim davranışını değerlendire Buoyancy Sag Test (BST) yöntemi geliştirilmiştir. Yöntem barit çökelim potansiyeli yüksek olan sondaj akışkanları ile test edilmiştir. Test edilen akışkanlardan elde edilen sonuçlar yöntemin başarılı bir şekilde uygulanabildiğini göstermiştir.
Barite sag in weighted muds is one of the most common mud related problems that may encountered thorough the drilling operations. Occurrence of barite sag can result in breakage of hydrostatic balance between formation and borehole, unstable well conditions, pipe stuck, excessive drillstring torque and drag, well blowout and so on. These undesired incidents cause to great monetary loses and even loss of the whole well. In worst scenarios, it may cause to injuries in rig staff and even to deaths. Due to its drastic effect on drilling operations barite sag problem should be considered with high priority when planning drilling operations. Barite sag problem defined as; settlement of weighting materials which suspended in drilling mud. The name "barite sag" comes from usage frequency, since barite (Ba2SO4) most commonly used weighting material in drilling operations. Mainly, barite particles settled down to downhole as a result of gravitational forces. When settling comes to stage, density of mud starts to decrease. This decrease reduces the hydrostatic pressure of mud column in borehole. Meanwhile, settled weighting materials create a sag bed in bottom sections of the borehole. Decrease in mud density and sag bed occurrence lead the drilling operations to undesired incidents that are mentioned above. Subsequent to understanding the importance of barite sag, sector focused on developing proper detection methods for barite sag phenomenon. Many different methods are introduced to the sector. Reliability and suitability to the field usage conditions are main consideration points of methods. Among these detection methods, many of them give quite good and reliable results but their sophisticated instrumental requirements limit their usage under the field conditions. Therefore, introduced methods could not be accepted as sector standard for the detection of barite sag. In this study, a new detection method "Buoyancy Sag Test (BST)" developed for eliminating the absence of field usable sag detection method. The method tested on different muds samples with different rheological parameters and at various moderate temperatures. Total density difference, total amount of sag and sag speed values of mud samples were easily determined with BST. The simplicity of the method and real-time sag detection ability are main advantages of the method. The advantages of the method make it possible to use the BST method in field conditions too.