Petrol/doğalgaz ve jeotermal kuyuları için ısı yalıtım özellikleri yüksek  çimentoların geliştirilmesi
Development of cements with high thermal insulation properties for oil/natural gas and geothermal wells
Yazar: SERDAR GÜNDÜZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SARPER ÖZTÜRK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN OKTAY
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Doğal gaz = Natural gas ; Isı yalıtımı = Heat insulation ; Jeotermal = Geothermal ; Perlit = Perlite ; Petrol = Petroleum ; Standartlar = Standards ; Çimento = Cement

Özet:
Dünyada her yıl, petrol-doğalgaz ve jeotermal sondajları yapılarak milyonlarca metre küp enerji kaynağı elde edilmektedir. Çıkartılan bu kaynaklar, bir dizi işlemden geçirilip enerjinin farklı formlarına dönüştürülmektedir. Petrol-doğalgaz ve jeotermal kaynaklarının sondajları, üretimleri ve işlenmeleri ekonomik bakımdan yüksek olmasından dolayı sektörde faaliyet gösteren şirketlerle beraber enerji tüketen her sektör için maliyetin düşürülme hedefi son derece önem arz etmektedir.

Petrol yatakları akışkan özelliğine göre Newton ve nano-Newton olarak adlandırılır. Üretimleri ve sebep oldukları maliyetleri birbirinden farklıdır. Özellikle nano-Newton (ağır) petrollerin içerisinde, petrol rezervinin kimyasal özelliğine göre farklı oranlarda "parafin, asfalt ve katran" bulunur ve yüzeye doğru hareketleri sırasında ısı kayıplarından kaynaklı fiziksel değişimleri meydana gelir ve katılaştıkları durumda tıkanmalar görülür. Buna önlem olarak kuyu çimentolamada kullanılan çimentoların ısıl yalıtım özelliklerinin arttırılarak bu sorunların önüne geçilmesi hedeflenmektedir.

Bu tez kapsamında mevcut petrol-doğalgaz ve jeotermal sahalarında en yaygın olarak kullanılan G sınıfı çimento içerisine hacimce %5'ten %30'a kadar artan oranlarda perlit gibi ülkemizin kaynak bakımından büyük rezervlere sahip olduğu malzemelerin eklenmesiyle yeterli dayanım ve yüksek ısı yalıtımı özelliğine sahip çimentoların üretilmesi hedeflenmiştir. Elde edilen ürünlerin mekanik ve ısıl özellikleri mevcut G tipi çimento ile karşılaştırılmıştır. Üretilen yeni tip çimentoların özelliklerinin API standartlarına uygun olması ve kuyu formasyonlarına uygulanabilirliğinin sağlanması amacıyla farklı oranlarda katkı maddeleri de ilave edilmiştir. Yapılan çalışmalarda ayrıca üretilen numunelerin içeriği, oranı, termofiziksel ve mekanik özelliklerinin arasındaki ilişkiler incelenmiş olup ilişkiler denklem ve grafiklerle verilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda hacimce % 30 perlit katkılı çimentonun ısıl iletkenlik katsayısının mevcut G tipi çimentoya göre % 62.37 daha az olduğu tespit edilmiştir.

Üretilen yeni çimento tiplerinin üretim aşamasındaki kuyularda kullanılmasıyla, mümkün mertebe destek amaçlı kullanılan ilave ekipman-operasyon giderleri ile harcanan zamanın azaltılması, iş kayıplarının engellenmesi ve üretimin aksamasının önüne geçilerek maliyetlerinin azaltılması hedeflenmektedir.

Abstract:
Millions of cubic meters of energy resources are obtained by drilling oil-natural gas and geothermal drillings in the world every year. These extracted resources are processed through a series of processes and converted into different forms of energy. Since the drilling, production and processing of oil-natural gas and geothermal resources are economically high, the goal of reducing costs is extremely important for companies operating in the sector as well as for every sector that consumes energy.

Oil deposits are called Newtons and nano-Newtons according to their fluidity. Their production and the costs they cause are different from each other. Particularly, nano-Newtonian (heavy) oils contain "paraffin, asphalt and tar" in different proportions depending on the chemical properties of the oil reserve, and physical changes occur due to heat losses during their movement towards the surface and clogging occurs when solidified. As a precaution, it is aimed to prevent these problems by increasing the thermal insulation properties of cements used in well cementing.

Within the scope of this thesis, cements with sufficient strength and high thermal insulation properties are obtained by adding materials such as perlite, which is the most widely used in the existing petroleum-natural gas and geothermal fields, at rates ranging from 5% to 30% by volume, for which our country has large reserves in terms of resources. intended to be produced. The mechanical and thermal properties of the obtained products were compared with the existing G type cement. Additives were added in different proportions in order to ensure that the properties of the new type of cement produced comply with API standards and that they can be applied to well formations. In addition, the relations between the content, ratio, thermophysical and mechanical properties of the produced samples were examined and the relations were given with equations and graphs. As a result of the experimental studies, it has been determined that the thermal conductivity coefficient of the % 30 perlite added cement by volume is % 62.37 less than the existing G type cement.

By using the new cement types produced in the wells in the production phase, it is aimed to reduce the time spent with additional equipment-operation expenses used for support purposes as much as possible, to prevent job losses and to reduce costs by preventing production disruption.