Sondaj Akışkanın Reolojik Özellikleri

Reoloji nedir?

Mekanik kuvvetlerin etkisi altında kalan malzemelerde meydana gelen deformasyonu ve akışkanların akış özelliklerini inceleyen bilim dalına reoloji denir (Wilkinson, 2018).

 

Sondaj sıvısının reolojik özellikleri

Formasyon basıncının kontrolünde, kırıntıların kuyudan taşınmasında, kuyuyu temizlemede, basınç kontrolünde önemli rol almaktadır (Kaiser, 2009; Livescu, 2012).

 

Sondaj sıvısının temelini oluşturan reolojik özellikler

Viskozite, elastiste, plastisitedir (Du, Wang, Deng ve Cao, 2018). Bir akışkanın akmaya karşı göstermiş olduğu dirence viskozite denir.

 

Paralel iki tabaka arasına sıkıştırılmış bir lastik takozu düşünelim. Üstteki tabakanın sabit bir F kuvveti ile çekilip, alttaki tabakanın sabit kaldığı durumda, aradaki takoz alttaki tabakadan uzaklaşarak şekil değiştirir. Tabakalar ile lastik takoz arasında bir kaymanın olmadığı varsayılırsa; lastik takozun üst yüzeyi üsteki tabaka ile orantılı bir miktarda yer değiştirir iken lastik takozun alt yüzeyi sabit kalır.

Yatay doğrultuda tabakaya etki eden net kuvvet sıfır olduğu zaman denge durumundadır ve bundan dolayı tabakaya uygulanan F kuvvetine eşit ve tersi yönde bir kuvvet bulunmalıdır. Tabaka ve lastik takoz arasındaki yüzeyde sürtünmeden kaynaklı olarak bu zıt kuvvet meydana gelir. Üst tabaka ile lastik takozun temas ettiği yüzey alanı A ve ilk hareket için gerekli olan kuvvet F ise kayma gerilmesi (shear stress) F/A şeklinde gösterilir (Çengel ve Cımbal, 2007).

 

Görünür Viskozite (AV)

Bir akışkanın sabit bir kuvvetin etkisi altında akışı esnasındaki akmaya karşı gösterdiği dirençtir. Yüksek AV, delme hızı, gaz giderme verimliliği, aşırı basınç, çamur kek kalitesi ve katıların sondaj sıvısından ayrılması üzerinde ciddi bir olumsuz etkiye neden olmasından dolayı önem arz etmektedir (Sanchez, Azar, Bassal ve Martins, 1997).

 

Plastik Viskozite (PV)

Akışkandaki kayma gerilmesi başladıktan sonra mekanik sürtünmeden kaynaklı viskozitedir (Smith, Rafati, Haddad, Cooper ve Hamidi, 2018).

 

Akma Noktası (Yield Point)

Genelde pompa basıncı etkisinin yanı sıra, akma noktası (YP) da sondaj işlemi esnasında kuyudaki parçacıkların yüzeye taşınmasına yardımcı olur. Akmaya karşı dirençli olan sıvıları hareket ettirmek için gerekli olan minimum kayma gerilmesine akma noktası olarak ifade edilmektedir (Khalil ve Jan 2012; Mohamadi, Kouhi, Sarrafi ve Schaffie. 2013; Barry, Jung, Lee, Phuoc ve Chyu 2015; Luckham ve Rossi, 1999).

 

Jel Kuvveti

Akışkanın hareketsiz olduğu zamanki çekici güçlerin meydana getirmiş olduğu kuvvete jel kuvveti denilmektedir (Smith S.R. ve ark, 2018).

 

Akışkanlar; Newtoniyen ve non-Newtoniyen akışkanlar olarak sınıflandırılır. Bu sınıflandırma iki yapışık tabaka arasındaki hız gradyanı olan kayma hızı (shear rate) ile yüzeydeki akışkan akışıyla uygulanan kayma gerilmesi (shear stress) arasındaki ilişkiden kaynaklıdır. Aşağıdaki görselde sondaj akışkan türlerinin kayma gerilmesi- kayma hızı grafikleri verilmiştir (Barnes, Hutton ve Walters,, 1989).

 

 

Newtoniyen Akışkanlar

Kayma hızının (shear rate) kayma gerilimine (shear stress) oranının sabit olduğu akışkan türüne newtoniyen akışkan denir. Newtoniyen akışkanlara örnek olarak su, yüksek graviteli petroller ve gazlar verilebilir (Chaplin, 2016).

 

Non-Newtoniyen Akışkanlar

Kayma gerilmesi (shear stress) ile kayma hızı (shear rate) oranı arasında doğru bir orantının olmadığı akışkan türüne non-newtoniyen akışkan denir. Değişik kayma hızlarında viskozitesi sabit olmayan sondaj akışkanlarının davranışları Non-Newtoniyen akışkanlar ile benzerdir.

Kayma hızı oranı arttıkça görünür viskozite yükselir ise non-Newtoniyen akışkanlar dilatants akışkanlar (kesme kalınlaşması) olarak adlandırılır. Eğer kayma hızı oranı artıp görünür viskozite düşer ise bu psödoplastik akışkanları (keserek inceltme) olarak adlandırılır. Görünür viskozite zaman ile azalırsa non-Newtoniyen akışkanlara tiksotropik akışkanlar denilmekte olup, eğer zaman ile görünür viskozite artarsa o zaman bu akışkanlar reopektif akışkanlar olarak tanımlanır. Genellikle sondaj akışkanları kayma hızına ve zamana göre psödoplastik ve tiksotropik davranış gösterir (Chaplin, 2016). Yukarıdaki görselde farklı tipteki sıvı davranışlarını özetler.