Kızıldere jeotermal sahasındaki termal akışkanın üretimden enjeksiyona geçirdiği jeokimyasal evrimin modellenmesi
Modeling the geochemical evolution of thermal fluid at Kızıldere geothermal field (Turkey) from production to injection stage
Yazar: TAYLAN AKIN
Danışman: PROF. DR. HULUSİ KARGI
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Hidrojeokimya = Hydrogeochemistry ; Hidrojeokimyasal analiz = Hydrogeochemical analysis ; Su jeokimyası = Water geochemistry

Özet:
Jeokimyasal değerlendirme için jeotermal akışkanlar pratikte yüzey şartlarında örneklenmektedir. Ancak; jeotermal su rezervuardan yüzeye kuyu boyunca yükselirken mineral çökelimi, kaynama, gaz çıkışı ve soğuma gibi süreçler nedeniyle suyun fiziksel ve kimyasal özellikleri değişmektedir. Bu tez çalışmanın amacı, su fazlı jeotermal rezervuarların jeokimyasal karakteristiklerini tahmin etmek ve sürdürülebilir enerji üretimine katkı sağlayan parametrelerle ilgili bilgi sağlamak amacıyla kuyu içi, yüzey boru hattı ve re-enjeksiyon kuyusu boyunca jeokimyasal evrimi modellemektir. Bu amaç doğrultusunda, yaygın olarak kullanılan ve ticari olmayan bir yazılım olan PHREEQC için bir iş akışı geliştirilmiş ve Kızıldere jeotermal sahasındaki (GB Türkiye) KZD-I santralini besleyen kuyuların akışkan kimyası kullanılarak jeokimyasal modelleme yaklaşımı gösterilmiştir. Modellenen rezervuar kimyasına göre, Kızılderede rezervuar sıvı fazlıdır ve çözünmüş CO2 ile buhar basınçları toplamı KZD-I üretim kuyularında 27-57 atm iken KZD-III için açılan dört kuyuda 135-160 atm arasında değişmektedir. Çalışmada kullanılan kuyuların örnekleme debileri için hesaplanana kuyu içi ilk gaz kabarcığı oluşum derinlikleri 301-1884 m. arasında değişmektedir. İnhibitör, hesaplanan gaz oluşum derinliklerinin altına basılmalıdır. Rezervuardaki toplam kalsiyumun ilksel konsantrasyonu 3.67-6.01 mg/kg arasında hesaplanmıştır. Kalsitle beraber, silika polimorfları, amfibol, serpantin, piroksen, karbonat ve fillosilikat grubu minerallerden oluşan 16 mineral seperatör koşullarında (Tsep:150-180 oC, Psep: 4.5-12 bar) çökelme eğilimi kazanmaktadır. Rezervuar ve kuyularda mineral çökelmelerini engelleyerek sürdürülebilir enerji üretimi sağlamak için; inhibitörün kuyu içinde basılacağı derinlik, çökelen minerallerin türleri ve ilksel değerleri, rezervuarda çözünmüş toplam gaz ve buhar basıncı gibi gerekli parametreler, bu çalışmada önerilmiş iş akışı PHREEQC'de kullanılarak herhangi bir sıvı fazlı jeotermal saha için belirlenebilir.

Abstract:
In practice, geothermal fluids are sampled at surface conditions for geochemical interpretations. However, the physical and chemical properties of geothermal waters change as the waters flow from reservoir to the surface along the well due to processes such as mineral scaling, degassing, cooling and boiling. The objective of this study is to estimate the geochemical characteristics of a water-dominated geothermal reservoir and to model the geochemical evolution of fluids in geothermal wellbores to provide information on the parameters that contribute to sustainable energy production. A workflow was developed for commonly used non-commercial software PHREEQC and geochemical modeling approach was demonstrated for fluid samples of production wells that feed the KZD-1 GPP located in the Kızıldere geothermal field (SW Turkey). According to the modeled reservoir chemistry, the reservoir type in the field is water-dominated, and the sum of partial pressures of dissolved CO2 and steam in the reservoir varies from 25-57 atm. for KZD-I GPP whereas 135-160 atm. for four wells that were drilled for KZD-III GPP. First gas bubble depths, where an inhibitor should be injected below, were calculated for relevant flow rates of the wells varies from 301-1884 meters. The calculated initial total calcium concentrations in the reservoir are among 3.67-6.01 mg/kg. Besides calcite, 16 minerals including silica polymorphs, amphibole, serpentine, pyroxene, carbonate and phyllosilicate groups, have precipitation tendency under the separator conditions (Tsep:150-180 oC, Psep: 4.5-12 bar). To provide sustainable energy production by preventing mineral scaling in reservoirs and wells, the required parameters such as; appropriate depth for inhibitor injection in wellbore, type and initial concentration of scaling minerals, total dissolved gas and steam pressures in reservoir to limit maximum flowrate can be determined for any water-dominated geothermal field by using the proposed workflow in the PHREEQC software.