CO2 DEPOLAMA VE 4B SİSMİK İZLEME: NORVEÇ’TEN ÖRNEK

Hamza BİRİNCİ1 ve Ali Osman ÖNCEL1

1İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü

ÖZETGünümüzde CO2 depolama küresel iklim değişikliğiyle mücadele edilmesinde önem kazanmakta ve ilave olarak depolama alanlarında meydana gelen gerilme değişimlerinin izlenmesinde 4B sismolojinin kullanılması yaygınlık kazanmaktadır.

Norveç Kuzey Denizi’nde yer alan Sleipner doğal gaz sahasında depolanan CO2 gazı izleme noktasında 4B sismik yöntem kullanılmıştır. Rezervuar içine enjekte edilen CO2, sismik hızda bir düşüşe neden olur. Bu etki göz önüne alınarak 1994-2008 yılları arası sismik gözlem yapılmıştır. Ters çözüm modelleri ve kuyu logları da kullanılarak CO2 varlığını, göçünü ve çevre kayaçlar arasındaki ilişki belirlenebilmektedir.

Anahtar kelimeler: CO2, Enjeksiyon, Sleipner

GİRİŞ

Son yıllarda küresel iklim değişikliğiyle doğrudan ilişkili olduğu belirlenen CO2 gaz emisyon hacminin azaltılması için yerin altına depolanmasında büyük artış olmuştur. Özellikle CO2 gazının depolanması için uygun yerin altında özel jeolojik alanların bulunması veya uygunluklarının araştırılması açısından CO2 depolama çalışmasının 4B Sismolojiyle takibi test alanlarında yapılması sürmektedir (http://www.amazon.com/Microseismic-Monitoring-Geomechanical-Subsurface-Reservoirs-ebook/dp/B007ELT8BU ).

Bu çalışmada seçilen örnek çalışma Norveç Kuzey Denizi’nde yer alan Sleipner doğal gaz sahasındaki CO2

depolama çalışması, CO2 gazı izleme noktasında 4B sismik yöntem uygulamasının en iyi örneklerinden biridir (Şekil 1). Buradaki CO2 enjeksiyonu, alt Senezoik’deki bir tuz formasyonu olan Ustra formasyonunun içine doğal gazdan ayrılmış olarak 1996 yılında başlatılmıştır. Enjeksiyon, deniz seviyesinden 1012m yükseklikte ve rezervuar tavanından 200m aşağıda yatay bir kuyu aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Yılda 1 milyon ton (Mt) CO2 enjekte edilmektedir ve şu ana kadar 11 Mt’dan fazlası depolanmıştır.

Şekil 1. Sleipner CO2 depolama sahası ve rezervuar kesiti

Bu çalışmada verilen örnek çalışma, 1994, 1999, 2001, 20002, 2004, 2006 ve 2008 yıllarında olmak üzere kapsamlı bir 3B sismik araştırmayla ilişkilidir. Sismik izlemedeki ana amaç; CO2 göçünü izlemek, depo rezervuarının içeriğini görüntülemek ve rezervuardaki gazın akış sürecinin detaylı bir şekilde anlaşılması için sayısal bilgi sağlamaktır.

Şekil 2. Sleipner CO2 gazının 4B sismik görüntüleri. (Kuzey-Güney)

Sismik yansıma görüntüleri üzerinde CO2

gazı, zaman içinde rezervuarda gözlenen parlak, yataya yakın yansımalar olarak tasvir edilmiştir (Şekil 2). Bu yansımalar çoğunlukla rezervuarın örtü tabakası ve çok ince çamur taşları altında hapsolmuş (genelde kalınlıkları 8 m’den küçük) CO2

tabakasından kaynaklanan yansımalardır. CO2’nin genel eğilimi, rezervuarın üst kısımlarında (ilk 20 m’si) birikmek üzerinedir. Üstten görünümde 2008’de 3000m boyunda ve eliptiktir. Belirgin yansımasının yanında CO2 gazı, sismik verilerde büyük bir hız düşüşüne ve bir başka ifadeyle sismik dalga yayınımının yavaşlamasına neden olur. Bunun sebebi, sismik dalgaların CO2-doyumlu kayada daha yavaş seyahat etmesidir.

Şekil 3. Sleipner gazındaki en üst CO2

tabakası. 2006’daki sismik genlik haritası. (sol). 2001 (kırmızı), 2004 (mor) ve 2006’daki (mavi) CO2 ‘yi gösteren Utsira Sand formasyonunun en üst yüzeyinin (kuzeye bakan) 3B görünümü (1994 baz hattı veri seti üzerine haritalanmıştır). Yapısal analizden elde edilen 2006’daki en üst tabaka kalınlıkları.

Gazın en üst tabakası güçlü yansıma özelliği sayesinde açık bir şekilde resmedilmiştir ve haritalanmıştır (Şekil 3, sol). CO2, 1999’da rezervuarın tavanına ulaşmıştır, 2001’de yatay olarak genişleyerek birikmeye başlamış ve bu şekilde genişlemeye devam etmiştir. Rezervuar tavanının topografyasına göre yatay göç gerçekleşmiştir. Şekil 2’de ortada verilen görüntüdeki dar bir sedimanter (çökel kayaç) sırt boyunca ilerleyen CO2 göçünün kuzey yönelimli parmağı buna örnektir.

YÖNTEM

Model Tabanlı Ters Çözüm

Ölçülen sismik verilerle üretilen farklı modellere göre üretilmiş sismik veriler arasında ki benzerliği sağlayacak çalışmalar olarak ters çözüm çalışmaları yapılır. Bu nedenle, örnek çalışma alanında farklı ölçeklerde elde edilen çeşitli türlerdeki bilgiler yardımıyla rezervuarları daha iyi karakterize etmek için stratigrafik ters çözüm kullanılmaktadır. Bunun için CO2 yayılım alanlarının tespitini hedefleyen ters çözüm işlemi içinde jeolojik (ör; kuyu logu ve sedimantolojik veriler) ve jeofiziksel (ör; dikey sismik profiller) bilgiler kullanılmaktadır.

Örnek çalışma alanında Prestack ve Poststack uygulamaları kullanılmıştır. Burada, poststack yığma sonrası, prestack yığma öncesi anlamına gelmektedir. (http://www.amazon.com/Practical-Understanding-Poststack-Prestack-Course/dp/156080145X.) 1994 ve 2006’daki yığma sonrası (poststack) bir stratigrafik ters çözüm, P-dalgası akustik empedanslarını elde etmek için kullanılmıştır 2(Delépine vd. 2009). Yığma öncesi (prestack) ters çözüm, hem P hem de S dalgası parametrelerinden oluşan daha bütün bir elastik modelin türevine izin vermektedir. Elastik özellikler, porozite ve permeabilite gibi petrofiziksel

niteliklerin belirlenmesinde kullanılabildiklerinden dolayı yeraltı karakterizasyonu için önemlidirler.

Burada, 1994 (baz ölçüsü) ve 2006 (CO2’nin 8.4 Mt’unun enjeksiyonundan sonra) 4B sismik veri setlerine uygulanan modele dayanan yığma öncesi bir ters çözümden elde edilen sonuçlar sunulmaktadır. Ters çözümde değerlendirilen yığma öncesi veriler, geliş açılarına göre kısmi yığmalardan (partial stacks) kurulan 3 açı sınıfına ayrılmaktadır. Bunlar: “yakın” (6-160), “orta” (18-270) ve “uzak” (28-380). Yığma öncesi ters çözüm metodu 3 adımdan oluşmaktadır:

Kuyu-sismik kalibrasyonu

Bu adım, sismik veriler ve kuyu logu verileri arasında tutarlılık gösteren ideal dalgacıkları bulmayı hedeflemektedir. Her model için üç ideal dalgacık türetilmiştir. Veri işlem öncesi hataları gidermek ve örtü tabakasındaki yayılım etkilerini düzeltmek amacıyla da bir dalgacık türetilmiştir.

Önsel (A-priori) model oluşturma

Yığma öncesi stratigrafik ters çözüm, P ve S dalgası empedans parametrelerinden oluşan çok parametreli önsel bir elastik model gerektirmektedir. Sismik verilerden seçilmiş olan yorumlanmış tabakalar, stratigrafik ve yapısal çerçeveyi tanımlamak için kullanılmıştır (Şekil 4). Her birim içinde, korelasyon yüzeylerini hesaplamak için sedimantolojik sınırlamalar (constraints) kullanılmıştır. Kalibre edilmiş elastik empedans ve yoğunluk log bilgileri daha sonra, korelasyon yüzeyleri boyunca dış kestirim (extrapolation) yardımıyla modelin içine entegre edilmiştir.

Yığma öncesi birleşik stratigrafik ters çözüm

3Tonellot vd. (2001) tarafından tanımlanan yığma öncesi stratigrafik ters çözüm

algoritması, 750-1400 ms zaman çerçevesine uygulanmıştır. Yüksek korelasyonlu uzunluk değerleri şart koşularak önsel (a-priori) bilgiye ağırlık verilmiştir. Çünkü jeolojik tabakalar nispeten düzdürler ve burada sadece CO2

gazının dışındaki zayıf yanal empedans farklılıkları vardır (http://www.amazon.com/3-D-Seismic-Interpretation-M-Bacon-ebook/dp/B00D2WPW3S). Burada empedans, kaya tabakaları arasında değişen yoğunluk ve sismik hız ürünüdür. 50 iterasyondan (yineleme) sonra ortaya çıkan sonuçlar, P ve S dalga empedanslarının optimize edilmiş 3B dağılımlarını göstermektedir (Şekil 4). 15/9-13 numaralı kuyu yakınından elde edilen empedanslar, XL1097 kesiti ile iyi bir korelasyon göstermektedir.

Şekil 4. Utsira Sand formasyonunun tavan ve tabanını gösteren 2006 modelinin yığma öncesi (prestack) ters çözüm sonrası elde edilen P ve S dalga empedansları (XL1097, IL880 çapraz düzlemleri ve zaman dilimi t= 1052 ms). Keşif kuyusundan elde edilen 15/9-13’den elde edilen empedans logu (sağ). Seçilmiş olan XL1145 kesitinden elde edilen akustik empedansın dikey dağılımı (sol).

Optimize edilmiş P ve S dalga empedans modeli, her bir açı sınıfı (angle class) için sentetik sismik verilerin hesaplanması için kullanılmıştır (Şekil 5). IL1850’de, genlik ve dalga formu açısından hem yakın hem de uzak açı klasları için gerçek ve sentetik veriler arasında iyi bir uyuşma gözlenmektedir.

Şekil 5. 2006 modelinin yığma öncesi ters çözümünden sonra hesaplanmış sentetik veri ile gözlenmiş verinin karşılaştırması: Yakın-açı ve uzak-açı yığmaları için IL1850 pozisyonu hizasındaki dikey dilimler

Extrema sinyal sınıflaması

Extrema sinyal sınıflamasının amacı CO2’in hangi tür kayaların altında hapsolduğunun tespit edilmesidir.

4B sismikte izlendiği kadarıyla Utsira Sand formasyonunun içindeki birkaç ince rezervuar içi çamurtaşının, CO2 ‘in rezervuar tavanına olan göçünü önemli oranda geciktirdiği görülmektedir. Rezervuar akış modellerinin öngörüsel niteliklerini geliştirmek için bu çamurtaşlarının geometrilerini mümkün olduğu kadar doğru haritalanması çok önemlidir.

Extrema sınıflaması teknolojisi sayesinde bu rezervuar içi çamurtaşları tespit edilebilmekte ve haritalanabilmektedir (Borgos vd. 2003)1. 1994 (baz hattı) veri setine uygulanmış olan Extrema sınıflaması, tüm iniş ve çıkış (peak) olayları için tabaka yamaları (patch) oluşturmaktadır. Extrema’da benzer sismik dalga formu nitelikleri tarafından karakterize edilmiş olan tabaka yamaları, daha sonra tamamıyla yorumlanmış olan tabakaların içinde toplanmıştır. Bu tabakaların geçici olarak rezervuar içi çamurtaşlarına uyumlu olduğu anlamına gelmektedir.

Şekil 6. 1994 baz hattı veri setinin extrema analizinden yorumlanan yeni bir rezervuar içi katmanının harita görünümü (sol). Yüzeyin altında göllenen CO2 tabakasının 2001 (açık mavi) ve 2006 (kırmızı) ‘daki anahatlarının üst üste çakıştırılmış görünümü. Rezervuar için en sığ çamurtaşı ile uyumlu bir topografyaya karşılık gelen yüzey (sağ).

Extrema sınıflaması tarafından yorumlanan bir tabaka (horizon), haritada verilmiştir (Şekil 6). 2001 ve 2006 ölçümleri için altlarında hapsolmuş CO2 tabakasının sınırları Şekil 6’da verilmiştir. CO2

tabakasının gelişiminin genel olarak topografyanın sınırlarını takip ettiği açık bir şekilde görülmektedir. Harita eşleşmesi mükemmel değildir, bu da tabaka yayılımının gözeneklilik (porozity) ve geçirimlilik (permeability) gibi diğer faktörlere de bağlı olduğu anlamına gelmektedir

SONUÇ VE ÖNERİLER

Bu çalışmada son yllarda önemi artan CO2

depolaması sürecinde yerin altında malzeme akış yön ve büyüklüklerinin 4B Sismolojiyle izlenmesi konusu tartışılmıştır. Bu amaçla, Norveç’te yapılan bir çalışmayla ilişkili makale referans alınmış ve süreçleri bu derleme makale çalışmasına esas olmuştur.

4B Sismik İzleme Teknolojisinin, depolanmış olan CO2 gazının göçünü izlenmesi, depo rezervuarının içeriğini görüntülenmesi ve rezervuardaki gazın

akış sürecinin detaylı bir şekilde anlaşılmasının sağlamasında iyi bir uygulama olduğunu göstermektedir.

Sayısal yorumlama süreci, CO2 tabaka kalınlıklarının doğrudan hesaplanmasında verimli olmaktadır. Sleipner’deki 4B sismik analizleri devam etmektedir. Frekans bölgesindeki tüm dalga formu ters çözümünün kullanıldığı Sleipner verileri üzerindeki son çalışmalar, ters çözümdeki çözünürlüğü artırma konusunda ilerisi için potansiyele sahiptirler.

TARTIŞMA

Soru 1: P ve S dalga empedanslarının izlenmesi bu çalışmada ne anlama gelmektedir?

Cevap 1: P ve S dalga empedanslarını izlemek, CO2’in yön olarak göçünü ve geometrik olarak konumunu izlemek demektir. Çünkü CO2 ilerlemiş olduğu ortamlarda hem ortamın sismik hızı hem de ortamın yoğunluğuyla ilişkili olarak büyüklükleri değişen sismik empedanslarda düşüşe sebep olur ve bu bilgiyle CO2’in hangi yapının altında hapsolduğu ve nereye yayıldığı izlenebilmektedir.

http://homepage.ufp.pt/biblioteca/Seismic/Images/Plate033-Impedance.jpg

Soru 2: Şekil 6’da soldaki ve sağdaki görüntü neyi temsil etmektedir?

Cevap 2: Şekil 6, CO2 varlığının örtü tabakası topoğrafyasına (sol) hem de en tepedeki çamurtaşı tabakasının topoğrafyasına göre üstten haritalanmasını göstermektedir. Bu haritalama Extrema sınıflaması yöntemiyle hazırlanabilmektedir.

Soru 3: Enjekte edilen CO2’nin belli bir miktarı var mıdır?

Cevap 3: Yılda 1 Mt olmak üzere şu ana kadar 11 Mt CO2 enjekte edilmiştir.

KAYNAKLAR

Referans makale :https://www.researchgate.net/publication/236269285_Quantitative_analysis_of_time-lapse_seismic_monitoring_data_at_the_Sleipner_CO2_storage_operation_Lead_Edge

1Borgos, H. G., T. Skov, T. Randen, and L. SØnneland, 2003, Automated geometry extraction from 3D seismic data, SEG Expanded Abstracts, 22, 1541–1544.

2Delépine, N., V. Clochard, K. Labat, P. Ricarte, and C. Le Bras, 2009, Stratigraphic inversion for CO2 monitoring purposes—A case study for the saline aquifer of Sleipner Field, EAGE Extended Abstracts.

3Tonellot, T., D. Macé, and V. Richard, 2001, Joint stratigraphic inversion of angle-limited stacks, SEG Expanded Abstracts, 227–230.