Kaya Gazı (Shale Gas)
Konvansiyonel Petrol ve Gaz Yatakları
Petrol ve doğalgaz, bünyesinde yeterli miktar ve uygun özelliklere sahip organik madde içeren kayaların ki bunlar ana (kaynak) kaya olarak adlanırlar, derinlere gömülmesi sonucunda artan sıcaklığın etkisiyle organik maddenin kimyasal değişim geçirmesi (olgunlaşması) sonucunda oluşur. Sıcaklığın 60-70 C’ye ulaştığı derinliklerde önce petrol, gömülmenin devam etmesi durumunda sıcaklığın 100-120 C’ye çıktığı derinliklerde ise gaz oluşur. Oluşan petrol ve gaz ana kayayı terk ederek göç olarak adlanan hareketine başlar. Göç, petrol ve doğalgazın hareket edebileceği özelliklere (yeterli gözeneklik ve geçirgenliğe) sahip taşıyıcı ve/veya hazne kayalar boyunca yukarıya doğru gerçekleşir. Bunun nedeni petrol ve doğalgazın özgül ağırlığının hazne kayaların gözeneklerini dolduran sudan daha küçük olmasıdır. Göç, petrol ve doğalgazın birikebilmesine olanak veren koşulların bulunduğu yerlere kadar sürer. Bu kesimler “kapan” olarak adlanırlar. Kapan oluşumu için petrol veya gazın birikebileceği bir hazne kayaya, birikme için uygun bir geometriye ve petrol veya gazın yukarıya doğru hareketine izin vermeyen geçirimsiz bir başka kaya türüne (örtü kaya) ihtiyaç vardır. Bu koşulların sağlandığı bölgelerde petrol ve doğalgaz birikmeye başlar ve konvansiyonel petrol-doğalgaz yatakları oluşur. Bu yatakların oluşabilmesi için unsur (ana-hazne-örtü kaya, kapan) ve süreçlerin (oluşum, göç, birikme) doğru yer ve zamanda petrol sistemi içindeki yerlerinde bulunmaları gereklidir. Petrol ve doğalgaz hazne kayanın gözeneklerinde serbest petrol ve gaz fazı olarak bulunurlar ve açılan kuyulara akarak üretilirler. Kaya gazı, yeterince derine gömülerek gaz oluşturma aşamasına (olgunluğuna) ulaşmış ana (kaynak) kayaların bünyesinde hapsolmuş gaz olarak tanımlanmaktadır.
Kaya Gazı Nasıl Oluşur
Kaya Gazı
Kaya gazı, yeterince derine gömülerek gaz oluşturma aşamasına (olgunluğuna) ulaşmış ana (kaynak) kayaların bünyesinde hapsolmuş gaz olarak tanımlanmaktadır. Metan, etan ve propan gibi hidrokarbon gazlarının bir karışımı söz konusu ise de, çoğunlukla metan ağırlıklı (>%90) bir gaz bileşimi söz konusudur. Bir diğer tanımlama ile konvansiyonel petrol sisteminde ana kayalar içinde oluşan ve ancak bir kısmı göç yoluyla ana kayayı terk eden gazın, ana kayanın bünyesinde kalan kısmıdır. Bir kısım gazın ana kayanın bünyesinde kalmasının nedeni, özellikle organik maddenin yüzeylerinde adsorpsiyon mekanizması yoluyla tutulması ve bunun yanı sıra küçük ve bağlantısız veya kötü bağlantılı gözeneklerde serbest gaz fazı
Kaya Gazı Nasıl Çıkartılır
halinde birikmesidir. Ana kayalardaki geçirgenliğin çok küçük oluşu ve adsorpsiyon, birikmeyi kontrol eden iki temel mekanizmadır. Adsorpsiyon bir maddenin iyon, atom veya moleküllerinin bir başka maddenin yüzeyinde tutulması olayı olup, kaya gazı özelinde gazın özellikle organik madde ve bir ölçüde de kayayı oluşturan minerallerin yüzeyinde basınçla doğru orantılı olarak tutulmasıdır. Bu mekanizma ile tutulan gazın miktarı kayadaki organik madde miktarı, yüzey alanının büyüklüğü ve basınçla doğru orantılıdır. Adsorpsiyon maddelerin yüzeyinde gerçekleşen bir süreç olup, maddenin boşluklarının doldurulması olarak tanımlanabilecek absorpsiyondan farklıdır. Önemli farklardan biri de adsorpsiyon olayının geriye döndürülebilmesi, yani yüzeyde tutulan maddenin basıncın azalması sonucu serbest kalabilmesidir. Bu süreç ise desorpsiyon olarak adlanmaktadır.
Ana kayaların bünyesinde bu şekilde biriken gazın varlığı çok uzun bir süredir bilinmektedir. Hatta 19. Yüzyılın başlarında çok sığ kuyular yardımıyla şeyl türü ince taneli kayaların bünyesindeki bu gazlardan yararlanılmıştır. Büyük ölçekli üretim ise ancak bu tür kayaların bünyesindeki gazın ekonomik olarak üretilmesine imkân sağlayan teknolojilerin 1990’larda geliştirilmesi sonucunda başlamıştır. Söz konusu teknolojiler “yatay sondaj (horizontal drilling)” ile “suyla çatlatmadır (hydrofracturing)”. Bunun için önce düşey olarak açılan sondaj kuyuları vasıtasıyla bünyesinde gaz bulunan kayalara ulaşılır. Daha sonra yatay veya eğik sondaj yardımıyla bu birim içerisinde olabildiğince uzun bir mesafe boyunca ilerlenir
Yüksek basınçlı su kullanılarak gaz içeren bu kayalarda çatlaklar oluşturulur ve oluşturulan çatlakların temiz ve iyi boylanmış kumla doldurularak tekrar kapanmaları önlenir. Bunun sonucunda, gazın açılan kuyuya doğru hareketlenmesine olanak sağlayan bir ağ yapısı oluşturulmuş olur. Suyla çatlatma operasyonu için özel donanım ve ekiplerden yararlanılır (Şekil-3). Bu operasyonunun başarılı bir şekilde yapılabilmesi için kayanın kırılgan-çatlatılabilir olması gereklidir. Bunun için de kayaların kırılganlığı sağlayan kuvars ve kalsit gibi minerallerce zengin olması zorunludur. Bir diğer tanımla bünyesinde gaz bulunan tüm kayalardan kaya gazı üretimi için yararlanmak mümkün değildir.
Dünya’da Kaya Gazı
Kaya gazından alternatif bir enerji kaynağı olarak ilk kez ABD’de yararlanılmaya başlamıştır. Arama ve üretim çalışmaları ilk olarak Texas’ın orta-kuzeyinde yer alan Ft. Worth havzasındaki Barnett Shale isimli biriminde gerçekleştirilmiştir. Havzadaki ilk kuyu 1981 yılında konvansiyonel üretime yönelik olarak açılmıştır. 1981-1990 yılları arasında da bu şekilde üretim yapmak üzere yaklaşık 100 adet kuyu daha açılmıştır. 1997’den sonra “suyla çatlatma-hydrofracturing” teknolojisi kullanılmaya başlanmış ve konvensiyonel olmayan üretime geçilmiştir. 2000’li yıllarda yatay sondaj teknolojisinin de kullanılması sonucunda bu havzadaki arama ve üretim faaliyetleri çok hızlı artmış ve diğer bazı havzalarda da arama çalışmalarına başlanmıştır. Günümüzde ABD’de 17 farklı havzada kaya gazı arama çalışmaları yapılmaktadır. Bu havzalar şunlardır: Appalachian, Black Warrior, Michigan, Williston, Montana, Greater Green River, Uinta-Piceance, Paradox, San Juan, Raton, Permian, Ft. Worth, Palo Dura, Arkoma, East Texas, Forest City, İllinois. ABD kaya gazı arama ve üretiminde öncü ülke olarak başı çekmektedir.
ABD’nin yanı sıra kaya gazı çalışmaları yapılan diğer ülkeler ve ilgili havza veya birimler şunlardır:
Kanada/Horn River ve Montney;
Polonya/Siluriyen Şeylleri,
İsveç/Alum Şeyli,
Avusturya/Mikulov Seyli;
Çin ve Hindistan’daki çok sayıda havza;
Avustralya/Amadeus, Cooper and Georgina havzaları;
Yeni Zelanda/East Coast Basin ve
North Island Havzaları
Arjantin
Güney Afrika
Fransa
Dünya Kaya Gazı Haritası
Türkiye’de Kaya Gazı
Ülkemizdeki Kaya Gazı (Shale Gas) çalışmaları henüz başlangıç aşamasında olmasına karşın, ulusal petrol şirketimiz Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığındaki (TPAO) petrol arama çalışmaları sonucunda oluşturulmuş olan bilgi birikimi sayesinde, 2012’de Shell şirketiyle birlikte Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nde sondajlı kaya gazı arama çalışmaları başlatılmıştır. Bu çalışmada hedef bölgedeki ana kayalardan biri olan Dadaş Formasyonudur. Siluryen-Devoniyen yaşlı bu birim organik madde miktarı ve olgunluk açısından uygun özelliklere sahiptir. Suyla çatlatma operasyonunun başarısı açılmakta olan kuyuda test edildikten sonra üretim çalışmalarına başlanabilecektir.
Türkiye’de bu amaçla çalışılmakta olan bir diğer bölge Trakya Havzası olup, bu bölgede değerlendirilen birim Oligosen yaşlı Mezardere Formasyonudur. Bu iki bölge dışında da Toroslar, Tuz Gölü ve Batı Karadeniz bölgelerindeki bazı birimler için de kaya gazı potansiyeli söz konusu olabilirse de, bu potansiyelin kesinleştirilmesi için yeni çalışmalara gereksinim vardır. Zonguldak Havzası’nda yapılmış olan Kömür Gazı (CBM) çalışmaları bu yöredeki kaya gazı çalışmalarına da önemli katkılar sağlayabilecek bir veri ve bilgi birikimi sağlamış durumdadır.
Kaynak : Enerji ve Doğalgaz
