Sondaj çamuruna uçucu kül eklenmesinin çamurun reolojik ve filtrasyon özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of fly ash effect on rheological and filtration properties of water based drilling fluid
Yazar: SITKI EKREM TURAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH ÖZKAN
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering

Özet:
Sondaj akışkanları veya diğer adıyla sondaj çamurları sondaj operasyonlarının önemli bir parçası olup verimli bir sondaj işlemi için bu akışkanların belirli özelliklere sahip olması gerekmektedir. Son dönemde sondaj akışkanlarına farklı konsantrasyonlarda ve tanecik boyutlarında birtakım katkı maddeleri eklenerek istenilen özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır.

Bu tez çalışmasında su bazlı sondaj çamuruna farklı tane boyutunda ve farklı konsantrasyonlarda kömür yakıtlı termik santrallerde kömürün kazanda yanması sonucu elde edilen ve katı bir endüstriyel atık olan uçucu kül katkılanmış ve çamurun reolojik ve filtrasyon özelliklerindeki değişim incelenmiştir. Bu amaçla 32 µm, 63 µm ve 90 µm elek altı uçucu külleri bentonit ve barit içeren su bazlı çamuruna 1, 2, 3, 4 ve 5 (% w/w) olacak şekilde katkılanarak farklı çamur sistemleri hazırlanmıştır. Uçucu külün içeriği XRF ile tayin edilmiş ve SEM görüntüleri ile desteklenmiştir. Hazırlanan çamurların akış ve filtrasyon özellikleri Amerikan Petrol Enstitüsünce (API) belirlenen metod ve prosedürlere  göre ölçülmüştür. Akış özellikleri olarak plastik viskozite, görünür viskozite, akma noktası ve jel mukavemetine, filtrasyon özellikleri olarak ise filtrasyon kaybı ve kek kalınlığı incelenmiştir.

Yapılan laboratuvar çalışmalarına göre uçucu kül eklenmesi çamurun akış ve filtrasyon özelliklerini pozitif yönde etkilemiştir ve API-13A'da belirtilen standart limitlerinin içinde kalındığı görülmüştür. 32µ uçucu kül katkılı sondaj çamuru için % 1 ile % 5 konsantrasyondaki uçucu kül katkılanması plastik viskozitede 1 cP'luk artışa, görünür viskozitede ise 5 cP'lik artışa sebep olurken 90µ uçucu kül katkılı sondaj çamuru için % 1 ile % 5 konsantrasyondaki uçucu kül katkılanması plastik viskozitede 6 cP'luk artışa, görünür viskozitede ise 8 cP'lik artışa sebep olmuştur. Katkılanan uçucu kül miktarı arttıkça filtrasyon kayıplarının da azaldığı görülmüştür. Filtrasyon kayıplarındaki en büyük azalma en küçük tane boyutlu (32 µ) kül katkılandığı durumda görülmüştür. Filtrasyon kek kalınlığının ise eklenen uçucu kül konsantrasyonu ve kül partiküllerinin tane boyutu ile paralel olarak arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Drilling fluids are an important part of drilling operations and these fluids must have certain properties in order to have a succesful drilling process. Recently, it is aimed to improve the desired properties of the drilling fluids by adding various materials different in composition and size.
In this thesis work, fly ash, which is a combustion solid of coal fired power plant, is added into drilling fluids in different concentrations (% w/w) and particle size and the changes in rheological and filtration properties were investigated. For this purpose, 32 μm, 63 μm ve 90 μm subsieve fly ash samples were added in to drilling mud in different concentrations of 1, 2, 3, 4 and 5 (w/v) respectively. Composition of fly ash was determined by XRF and supported by SEM images. Prepared mud systems were tested according to American Petroleum Instıtute (API)'s test procedures and test methods. Plastic viscosity, yield point, apparent viscosity and gel strength are examined with Fann Viscometer as rheological properties, filtrate loss and filter cake thickness were examined with API fluid loss testing equipment as filtration properties.
According to experimental test results, fly ash addition improved rheological and filtration properties of drilling fluids and results were found within the limits of API-13A standarts. 1% to 5% fly ash addition for 32 μm fly ash added drilling mud caused 1 cP increase in plastic viscosity and 5 cP increase in apparent viscosity while fly ash addition of 1% to 5% concentration for 90 μm fly ash added drilling mud 6 cP increase in plastic viscosity and 8 cP increase in apparent viscosity. As the amount of fly ash added increased, filtration losses were decreased. The greatest reduction in filtration losses was observed when the smallest particle size (32 μ) was added to muds. It was determined that the filtration cake thickness increased in parallel with concentration and particle size of fly ash added.