Experimental investigation of steam-alkali flooding with borax using Batı Raman oil

Bu çalışmada Buhar-Alkali ardaşık enjeksiyonunun, ağır petrol üretimine katkısı incelenmiştir. Buhar basma yönteminin amacı rezervuarı ısıtıp, akışkanın akmazlığını düşürerek mobilitesini yükseltmeyi amaçlar. Alkali enjeksiyonu ise yerinde yüzey aktifleyici maddeler oluşturarak kalan petrol doymuşluğunu azaltmayı amaçlar. Bu çalışmada alkali solüsyonu, Borax kullanılarak hazırlanmıştır. Borax zayıf alkali solüsyonlar üretir. Borax minerali kaynakları bakımında Türkiye oldukça zengindir ve bu tip enjeksiyon yöntemleri değerlendirildiğinde pek fazla çalışılmamıştır. Buhar ve buhar-alkali enjeksiyon deneylerinde akışı sağlamak için bir laboratuvar düzeneği tasarlanmış ve kurulmuştur. Ekipman dört ana sistemden oluşmaktadır. Bunlar; akışkan enjeksiyon sistemi, enjeksiyon tüpü, akışkan üretim sistemi, veri ölçüm ve kayıt sistemidir. Akışkan enjeksiyon sisteminin esas görevi buharın sabit buhar sıcaklığı ve kalitesi ile gözenekli ortama aktarılmasını (iletimini) sağlamaktır. Enjeksiyon sisteminin ana bileşenlerindenilki olan su ve alkali rezervuarıdır. Bu ekipman iki hazneden oluşmaktadır ve haznelerden her biri 1/8-inçlik plastik tüp ile pompaya bağlanmaktadır. Elektrikli sıvı pompası sistemin ikinci bileşeni olup, içerisindeki iki ayrı kanal ile aynı anda iki farklı sıvının sabit debide pompalanmasını sağlamaktadır. Pompanın debi aralığı 0.005-68 mililitre/dakikadır. Akışkan enjeksiyon sisteminin üçüncü bileşeni buhar jeneratörüdür. Buhar üretimi için elektrik ile çalışan bir buhar jeneratörü tasarlandı ve yapıldı. Buhar jeneratörünün ısıtma mekanizmasında indüksiyon ile ısıtma tekniği kullanılmıştır. Buhar jeneratörü 3 parçadan oluşmaktadır. Bunlar; elektrik güç ünitesi, bobin ve ısıtma elementidir. Elektrikli güç ünitesi dijital termometre ve ısıl sensör içermektedir. Bobin plastik bir haznenin içine sarılmıştır ve iç kısma doğru izolasyon malzemesi içerir. Isıtıcı element içi boş silindir şeklinde ve 32 santimetre boyunda olup 4 santimetrelik dış çapa ve 4 milimetrelik et kalınlığına sahiptir. Isıtıcı element yüksek mukavemete ve korozyon dayanımına sahip çelikten imal edilmiştir. Su sıcaklığının ölçülmesi ve kontrol edilmesi için thermocopule ısıtıcı elementin içine yerleştirilmiştir ve güç ünitesine bağlanmıştır. Isıtıcı elementin içine buhar üretiminin eş dağılımını sağlamak ve ısı transferini geliştirmek için 2 milimetre çaplı çelik bilyeler yerleştirilmiştir. Bu ısıtıcı element ısıl sensör ile birlikte bobinin içine yerleştirilmiştir ve buhar sıcaklığını kontrol edebilmek amacı ile sıcaklık kontrol ünitesine bağlanmıştır. Buhar enjeksiyonu bağlantı hattı 1/8-inç çapında olup paslanmaz çelikten üretilmiştir. Buhar enjeksiyonu bağlantı hattındaki ısı kayıpları izolasyon malzemesi olarak aerogel kullanılmasıyla minimize edilebilir. Enjeksiyon tüpü, 1 metre boya, 7.3 santimetre iç çapa ve 1.5 milimetre et kalınlığına sahip olup paslanmaz çelikten imal edilmiştir. Enjeksiyon tüpünün iki ucu da flanşlar ile kapatılmıştır. Flanşlar ve enjeksiyon tüpü arasında sızdırmazlığı sağlamak için bakır contalar kullanılmıştır. Enjeksiyon tüpünün merkezine iki ısıl sensör dikey şekilde yerleştirmiştir. Bu ısıl sensörlerden biri enjeksiyonun tüpünün üst kısmından diğeri ise alt kısmından yerleştirilmiştir. Kum üretimini engellemek için enjeksiyon tüpünün alt ucuna bir kum filtresi yerleştirilmiştir. Enjeksiyon tüpü ısı kaybını minimize etmek için aerogel ile kaplanmıştır. Akışkan üretim sistemi iki seperatör ve yoğunlaştırıcı içermektedir. Enjeksiyon tüpünün alt ucu üretilen akışkanı biriktirmek için ilk seperatöre (500 cc) bağlanmıştır. Üretilen buhar ve gaz soğutma işlemleri için yoğunlaştırıcıdan geçirilmektedir. Yoğunlaşan su ikinci seperatör (75 cc) ile biriktirilmektedir. Biriktirme işlemleri için dereceli mezürler kullanılır. Enjeksiyon tüpünün içindeki sıcaklık, enjeksiyon tüpünün içine tüp boyunca yerleştirilmiş 1/8-inç çaplı ısıl sensörler ile ölçülmektedir. Bunlardan her biri, 3.5 santimetre aralıklarla yerleştirilmiş on algılama noktasına sahiptir ve bu algılama noktaları ile sıcaklık toplam 20 noktadan ölçülmektedir. Bu sıcaklıklar veri edinme sistemi ile doğrudan ölçülür. Bir başka ısıl sensör ise enjeksiyon tüpünün üst kısmından yaklaşık 10 santimetre aşağıya yerleştirilir. Enjeksiyon tüpünün ilk 10 ve son 13 santimetresine yerleştirilmiş ısıl sensör bulunmamaktadır ve bu kısımlarda sıcaklık ölçülememektedir. Isıl sensörler veri kaydediciye, veri kaydedici de USB bağlantısı ile bilgisayara bağlanmıştır. Veri kaydedici sistemi deney boyunca her saniye 22 ayrı kanaldan sıcaklık değeri okuyacak şekilde yapılandırılmıştır. Veri kaydedicinin ilk kanalı buharın enjeksiyon tüpüne girmeden önceki sıcaklığını kaydetmektedir. İkinci kanal ise enjeksiyon tüpünün üst kısmından 10 santimetre aşağıya yerleştirilmiş sensör aracılığı ile sıcaklığı kaydeder. Geriye kalan 20 kanal ise enjeksiyon tüpü boyunca yerleştirilmiş sensörlerden sıcaklığı kaydetmek üzere ayarlanmıştır. Deneylerde Batı Raman sahasından alınan ağır petrol kullanılmıştır. Batı Raman Sahası Türkiye'nin güneydoğusunda yer alan bir ağır petrol sahasıdır. Sahadaki petrolün API gravitesi 11.6API, spesifik gravitesi ise 0.988 dir. Sahadaki petrolün oda koşullarındaki viskozitesi yaklaşık olarak 2000 cp dur. Deneylerde Alacaağzı formasyonundan alınan kayaçlar kullanılmıştır. Alınan kayaçlar öğütülüp tane boyutu 60-mesh ten küçük eleklerden geçirilmiştir. Elekten geçirilme sonrası elde edilen kumun porozitesi doygunluk(saturasyon) yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Her deneyden önce buhar jeneratörü, enjeksiyon tüpü, seperatöre, akışkan enjeksiyon pompası, su ve alkali solüsyon hazneleri ve bütün bağlantı hatları kum tanecikleri ve petrol artıklarını uzaklaştırmak için temizlenir. Pompa, basınç göstergesi ve veri kaydedici kontrol edilip kalibrasyonları yapılmıştır. Deneylerin ikinci aşamasında kum-petrol-su karışımı hazırlanır. Karışımdaki bileşenlerin tamamen karıştırılıp homojen bir karışım elde edilir. Eşit oranda petrol ve su içeren karışım enjeksiyon tüpüne ufak hacimlerle doldurulup sıkıştırılır. Bu işlem enjeksiyon tüpü tamamen doluncaya karar devam ettirilir. Kum üretimini engellemek için enjeksiyon tüpünün alt kısmına bir filtre yerleştirilir. Flanşlar tüpün alt ve üst kısmına yerleştirip cıvataları sıkılır. Daha sonra ısıl sensörler enjeksiyon tüpünün alt ve üst kısımlarından yerleştirilir. Enjeksiyon tüpünün girişi buhar jeneratörüne çıkışı da seperatöre bağlanır. Enjeksiyon tüpünden çıkan ve ilk seperatöre bağlanan bağlantı hattı şerit ısıtıcılar ile sarılıp üretilen petrolün sıcak kalması sağlanır. Su haznesinde bulunan saf su akışkan pompasıyla 1/8-inç'lik plastik bağlantı hattı ile buhar jeneratörüne pompalanır. Buhar jeneratöründen çıkan buhar, 3-yönlü vana ile enjeksiyon tüpüne yada istenilen enjeksiyon sıcaklığına gelene kadar yoğunlaştırıcıya bypass edilir. Buhar istenilen enjeksiyon sıcaklığına geldiği anda, buhar enjeksiyon tüpüne yönlendirilir. Enjeksiyon hattına, buharın enjeksiyon tüpüne varmadan önceki sıcaklığını ve basıncını ölçmek amacı ile bir ısıl sensör ve bir basınç göstergesi yerleştirilir. Alkali solüsyonunun enjeksiyonu için pompanın ikinci kanalı kullanılır. Alkali solüsyon haznesinden pompalanan alkali solüsyonu, buhar enjeksiyon hattına bir T-bağlantısı ile bağlı olan başka bir hatla enjeksiyon tüpüne iletilir. Buhar jeneratöründen enjeksiyon tüpüne kadar olan bütün bağlantı hatları 1/8-inç çapında olup paslanmaz çelikten imal edilmiştir. Bu hattın tamamı ısı kayıplarını önlemek amacı ile 1 cm kalınlığında aerogel ile kaplanmıştır. Üretilen akışkanlar iki aşamada toplanır. İlk olarak, enjeksiyon tüpünden üretilen bütün akışkanlar ilk seperatörde(500 cc) toplanır. Üretilmiş olan petrol ve su seperatörün alt kısmından deney boyunca alınır. Seperatörde kalan gaz ve buhar seperatörün üst kısmından kum filtresine (500 cc) yönlendirilir. Kum filtresi katı partikülleri tutmak için kullanılır. Buhar ve gaz yoğuşturucunun içerisindeki spiraller boyunca ilerlerken sıcaklığı düşürmek için yoğuşturucunun içerisinden soğuk su akışı sağlanır. Yoğuşan su ikinci seperatörün (75 cc) alt kısmından alınır. Seperatörde kalan gaz seperatörün üst kısmından havalandırmaya verilir. Toplamda altı deney şu şekilde yapılmıştır; su enjeksiyonu, alkali solüsyon enjeksiyonu, saf buhar enjeksiyonu, periyodik buhar ve alkali solüsyon (ağırlıkça %4) enjeksiyonu, farklı enjeksiyon periyotları ile buhar ve alkali solüsyon (ağırlıkça %4) enjeksiyonu ve buhar ve alkali solüsyon (ağırlıkça %8) enjeksiyonu. Deney düzeneği atmosferik basınç şartlarında tutulup enjekte edilen buharın sıcaklığı 110° dir. Su enjeksiyon debisi ilk iki deney için (su enjeksiyonu, alkali solüsyon enjeksiyonu) 3.33 ml/dk diğer dört deney için(, saf buhar enjeksiyonu, periyodik buhar ve alkali solüsyon (ağırlıkça %4) enjeksiyonu, farklı enjeksiyon periyotları ile buhar ve alkali solüsyon (ağırlıkça %4) enjeksiyonu ve buhar ve alkali solüsyon (ağırlıkça %8) enjeksiyonu) 10 ml/dk olarak ayarlanmıştır. Su enjeksiyonu ve alkali solüsyonu enjeksiyonu deneylerinde petrol üretimi olmamıştır. Saf buhar enjeksiyonu deneyinde kullanılan orijinal petrol miktarının %8'i üretilmiştir. Deney sonuçlarına göre, saf buhar kullanılarak elde edilen %8'lik petrol üretim miktarı, Borax solüsyonunun kullanımı ile ağılıkça %4'lük alkali solüsyonu için %3'e ve ağılıkça %8'lik alkali solüsyonu için %5.5'a inmiştir.