Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemleri

Report
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemleri
İçerik
•
•
•
•
•
•
•
Jeotermal tepki testi
Sıcaklık ölçümü
Gelişmiş jeotermal tepki testi
Sapma aracı
Gamma ray log
Termal İletkenlik Tarayıcı
Kalorimetre
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Jeotermal Tepki Testi (GRT veya TRT)
•
•
Bozulmamış toprak sıcaklığının belirlenmesi
Kalite kontrol (harçlama, yaraltı suyu)
Gözlemleme
Geliştirilmiş jeotermal tepki testi
•
•
•
•
Performans testi, değiştirici sahasının ölçümlendirilmesi
Kuyu ısı değiştiricilerinde sıcaklık ölçümü
•
•
•
•
Kuyu ısı değiştiricilerinde kalite kontrol ve
performans testleri için metodlar
Performansın geliştirilmiş testi
değiştirici sahasının ölçümlendirilmesi
Yer altı suyunun etkileri
Ölçüm metodları / kuyu jeofiziği
•
•
•
•
Sıcaklık ölçümü
Sapma
Gamma-prob
Termal İletkenlik Tarayıcı
Member of
TRT-probe
PT100-sensor
light-wave cable
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi (GRT yada TRT)
•
Kuyu ısı değiştirici yerinde bütünleştirici termal
iletkenlik tayini için Yerinde bir süreçtir
•
Amaç: Kuyu ısı değiştirici birimi
boyutlandırılmasının optimizyonu ve mevcut
birimlerde ısı çıkarma kapasitesinin onayı.
•
Testin gelişimi, onlarca yılın teorik temel
kavramlarına dayanır (diğerleri arasında
CHOUDARY, 1976; MOGENSEN, 1983; CLAESSON,
1985). Pratikte uygulanması 90ların ortasında yer
aldı. Örn: Linköping’deki / S (HELLSTRÖM, 1997)
bir kuyu ısı değiştiricisi akümülatör analizi.
•
Diğerleri arasından SANNER yoluyla 90 ların
sonundan beri Almanyada uygulanır.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(Perfomans)
Ön koşul:
• Kuyu ısı değiştiricisinin(BHE) yerleşimi
• BHE nin yavaşlaması (deneysel: 3 gün)
–
–
Dolgu malzemesi sertleşmesi sırasında ısı geliştirme yüzünden bozulma
Veri yanlışlayan kabuk konveksiyonu
•
•
Bozulmamış kayaç sıcaklığının ölçümü:
BHE su ölçümü üçlü sirkülasyon yoluyla(P. LOOSE, 2007)
•
Sirkülasyon süresi:

 = ×3

Q su akışı [m³/h]
M BHE su miktarı [m³]
T zaman ölçümü [h]
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(Perfomans)
Test sondajı/mevcut sondaj testin performansı:
• Sabit su akışı yolu ile ısı girşi ve tanımlanmış sabit termal çıkışı
Akışkan su için koşul:
• Türbülanslı akış  Reynolds sayısı > 3000 (SANNER, 2002)
Terma çıkış için koşul:
• 30 - 50 W/m (MATTSSON, N., STEINMANN, G., LALOUI, L. , 2007)
• 3 ve 5 K arasında sıcaklık farkı(GEHLIN, 2002)
 =×
 =  ×  × ∆
P Kapasite [W]
q ısı miktarı BHEda [W/m]
H BHE’nin uzunluğu [m]
P
m
ΔT
c
Member of
Consortium
Kapasite [W]
kütle akış debisi[kg/s]
alış ve veriş arasındaki sıcaklık farkı[K]
özgül ısı kapasitesi[kJ/kg K]
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(uygulanış)
1 data kaydedici
2 elektrik ısıtması
3 sirkülasyon pompası
4 toplama boru
T1 sıcaklık sensörü(Tout)
T2 sıcaklık sensörü(Tin)
T3 sıcaklık sensörü
ortam havası
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(uygulanış)
Ölçümlerin performansı:
• Alış –veriş sıcaklıklarının ve sıvı akışı (su) ölçümü sürekli veri toplanması ile
• Yeterli test periodu(72 s, SANNER, 2001; EKLÖF & GEHLIN, 1996) ölçümdeki hata
olmaması için
–
–
Veriş kapasitesindeki dalgalanma
Gün boyuncaki sıcaklıktaki dalgalanma
Termal Tepki Testinin değerlendirilmesi
• Temel : doğrusal kaynak teorisi – KELVIN
• BHE’nin doğrusal kaynak gibi düşünülmesi
• Veriş ve alış sıcaklığı arasındaki ortalama (gradient) sıcaklığın kronolojik gelişiminden,
termal iletkenliği λ ve sıvı ve kuyu cidarı arasındaki termal direnci tanımlamak
mümkündür. (geçiş direnci)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(değerlendirme)
35
50
30
25
30
20
Flow
Temperature
40
15
20
10
10
5
0
0
0
10
Reflux [°C]
20
30
40
50
60
Time [h]
Forerun [°C]
Ambient air [°C]
Member of
Consortium
70
80
Flow [l/min]
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•

Jeotermal Tepki Testi(değerlendirme)
Doğrusal kaynak teorisinden edilen
fonksiyon (INGERSOLL & PLASS,
1948)
Ön koşul: sadece iletken ısı akışı
termal iletkenlik ölçümlerindeki
±15% den küçük hatalar(Sattel
1979).

=
4 ×  × 
•
Datanın kullanılabileceği minimum
zamanın değerlendirilmesi
5 2
 =

λeff efektif termal iletkenlik[W/m K]
Q besleme ısı kapasitesi[W]
H BHE’in uzunluğu [m]
k zamana karşı sıcaklık yükselmesinin eğrisinin
gradienti
Member of
tb Minimum zaman/alt sınır
r kuyu çapı
α ısıl yayılım(α = λ / ρ cp), farzedilen data ile
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(değerlendirme)
Termal kuyu direnci:
• En son değerlendirmeler gösterdi ki farzedilen geometri, ayırıcılar kullanımı olsa bile
gerçek olandan farklıdır. Termal Tepki Testleri( GRT ve EGRT) tarafından verilen kuyu
termal testinin sonuçları hayli kusurlu olabilir.
 =
Rb
Q
H
T0
Tf
λ
α
t
r

1
4
×  − 0 −
×   +  2 − 0,5772

4

termal kuyu direnci[K/W m]
ısı besleme kapasitesi[W]
BHE uzunluğu[m]
bozulmamış sıcaklık[°C]
ortam sıvısı sıcaklığı[°C]
termal iletkenlik[W/m K]
termal yayılım(α = λ/c) [m²/s]
zaman [s]
kuyu çapı[m]
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(değerlendirme)
Analiz aralığı :
• Sıcaklık farklıkaşmasından kaynaklanan yer aralığı yaklaşık olarak aşağıdaki formül ile
açılır.
=
r
α
t
ϒ
e
•
4
×  ×  ≈ 1,5 ×  × 

farklılaşmanın aralığı
termal yayılım(α = λ/c) [m²/s]
zaman [s]
Euler sabiti (0,577...)
Euler sayısı (2,718…)
Toprağın tahmin edilen yayılımının 2 x 10-6 m2/s olmasından dolayı yer, ısıtılmasından 1
gün sonra 0,62m kadar olan uzaklıkta etkilenir. 6 gün sonra bu değer yaklaşık 1,53 m
olur.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(değerlendirme)
Örnek: GRT- güney Frankfurt/Main acc. to REUß und SANNER (1999)
Kuyu eşanjör ve konumunun verileri
BHE uzunluğu
H = 99 m
BHE çeşidi
HDPE-çiftli-U
Kuyu çapı
2r = 150 mm
Ort. yer toprak sıcaklığı.
T0 = 12,2 °C
GRT sonuçları
Ölçülen zaman
50,2 s
BHEdeki ısı besleme kap.
Q = 4900 W
Termal kuyu direnci
rb = 0,11 K/W m
Terma iletkenliği
λeff = 2,79 W/m K
 
Q
4 H  Steigung

Ortam sıvı sıcaklığının regresyon çizgisi
(REUß and SANNER (1999) )
4900 W
4  99 m  1, 411 K
Member of
Consortium
 2 , 79
W
mK
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(avantajlar ve
dezavantajlar)
Avantajlar:
•
•
•
Kuyunun toplam uzunluğu boyunca ölçüm,
Kuyu doldurma dahil edilmesi, olası yeraltı suyu akışı da dahil olmak üzere bozulmamış
yeraltı koşulları.
çeşitli BHEler arasındaki olası etkileşimin incelenmesi
Dezavantajlar :
•
•
•
. 3000 € geçen yüksek maliyetler- sığ BHE için.
Doğrusal kaynak teorisi iletken bir ısı taşınımını ve sürekli bir lineer kaynağını farzeder.
Isı kaynağındaki farklılaşmalar ve konvektif mümkün oranlar göz ardı edilir
Isı iletkenliğinin dikey varyasyonunun belirlenmemesi (Yeraltı bireysel stratigrafik
üyeleri için). Isı iletkenliği sadece toplam BHE için belirlenir.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri – sıcaklık ölçümü
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Sıcaklık profili
Data toplayıcı(„Fish“); e.g. NIMO-T, Driesen & Kern
 sıcaklık ve basıncın kaydedilmesi
Temperature [°C]
10
•
12
14
0
Pt-100-zincirleri ölçme
 kullanılan kablonun uzunluğunun ve sıcaklığın
kaydedilmesi
10
20
30
Derinlik profili fiberglas ile(bak EGRT)
 sıcaklığın eş zamalı ölçümü BHE’nin toplam
uzunluğu boyunca;
çalışma süresi yoluyla derinlik, Monokromatik ışık
ışını frekans kayması ile sıcaklık
40
Depth [m]
•
50
60
70
80
90
Temperaturprofile
before TRT
Temperaturprofile
1,5h after TRT
Temperaturprofile
0,5h after TRT
100
Member of
Consortium
16
18
20
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
GRT öncesinde ve sonrasında derinlik ile
sıcaklık profili
Yüksek rejenerasyon
• Yer altı suyunun
etkisi
Yüksek rejenerasyon
• Kumtaşından dolayı
daha yüksek ısı
iletkenliği
• Çatlaklarda daha
yüksek yer altı su akışı
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
GRT ye karşı Detaylı Tasarım
9 tek-aile evi (SFH), yoğun yapılanma
bir ısı pompası per SFH
Isı talebi per SFH: 9,500 kWh/a
Sağlanan yer ısısı per SFH: 7,400 kWh/a
Isı pompasının mevsimsel performans faktörü of 4.5
Detay
Tasarım
•
Potansiyel haritasına dayalı
üretkenlik GD NRW: 95
kWh/ma
Değiştitici
uzunluğu
78m
GRT ve
tasarım,
her EED
için
değiştirici
sahası
olarak
•
ektin termal iletkenliği 2.4
W/mK
Değişmemiş yer sıcaklığı
12.2°C
EED-simülasyon değiştirici
eğrisiyle (uzaklık 9m)
Değiştici
uzunluğu
120m
•
•
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Jeotermal Tepki Testi(GRT) –
Ruhrkarbon’daki ölçümler
Üst Karbonifer sedimanlarda termal
iletkenlik Aralığı[W/(m K)]
44265 Dortmund-Hörde-Süd
44263 Dortmund-Hörde:
44801 Bochum-…
44801 Bochum-…
44799 Bochum-…
44789 Bochum-Ehrenfeld
44797 Bochum-Brenschede
45133 Essen-Bredeney
Ton-/Schluffstein (VDI 4640)
Sandstein (VDI 4640)
Kohle (VDI 4640)
0
1
2
Çamur/Kiltaşı
Kumtaşı,
Kömür
3
Auswer
tezeitraum
4
Bant genişliği: 2,3 – 3,5 W/(m K)
Ruhrkarbon: Çamur -/Silttaşı ve
5% kadar kömür kısmı ile Kumtaşının içiçe geçmiş tabakaları
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Testi(EGRT)
•
Derinliğe bağlı termal parametrelerin
değerlendirilmesi (ısı iletkenliği, kuyu içi
direnç)
 Tekli jeolojik katmanların parametreleri
• Hibrit kablo (fiberglas/bakır kablo)
• Akiferlerin tanımlanması
• Filtre hızının ölçümü
• Anüler boşluk doldurma Kontrolü
• Çoklu BHE lerin eş zamanlı kontrolü
DTS: Dağıtılmış Sıcaklık Sensörü
(Dornstädter 2008)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Testi(EGRT)
Fiber optik sıcaklık ölçümleri
• Bir lazer kullanarak bir fiberglas kablo boyunca sıcaklık dağılımının belirlenmesi.
• Fiberglasların optik karakterleri şunlara dayanır (a. o.) çevre sıcaklığı sensor olarak
teldeki optik fiberler
• Enerji yönünden zengin lazerler, fiberglas içine daha sonra toplam uzunluğu boyunca
yansıtılacak optik sinyaller gönderirler
• Geri gönderilen sinyaller oldukça düşük yoğunlukludur. Yinede frekans dağılımı ile
analiz edilebilirler  „Raleigh“- ve „Raman“-bölüm
• „Stokes light“ ve „Anti Stokes light“’ın frekans spektrumu („Raman“-bölüm
bileşenleri) yansıma yerindeki sıcaklığa bağlıdır
 Frekans analizi yoluyla sıcaklık
• Yansıma zamanının doğru ölçümüyle
konumlandırma
Calculation
(ışık hızı)
unit
 Uzamsal çözünürlük: 0,5 m
Frequency
Optic wave
analysis
 Çözünürlük sıcaklığı: < 0,1 K
decoupling
glass fibre
wire
(Dornstädter 2008)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Testi(EGRT)
Hibrid tel
• Çekiş rahatlaması için merkez tel
• En az bir fiberglas ve elektrik iletkeni
• Mekanik koruma için dış kaplama
• Optik telin lazere bağlantısı, priz bağlantısı kullanarak
• Mümkün olan rastgele aralıkların yanısıra sürekliliğin ölçümü
(Dornstädter 2008)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
•
•
•
•
EGRT- optik fiber ile
Hibrid kablolarda Elektrik iletkenlerinden ısıtma voltajlarının beslenmesi 
tanımlanmış termal çıkış
Fiber-optik ölçüm tekniği ile fiberglas boyunca sıcaklık değişiminin eş zamanlı kaydı.
Sırasıyla linear kaynak teorisi ve silindir kaynak teorisine göre fiberglas ile termal
materyal parametreleri
Oluşturulan ısının penetrasyon derinliği, bir ısıtma zamanı fonksiyonudur.
Kısa ısıtma sürelerinin sıcaklık eğrilerinin analiziyle dolgu materyallerinin termal
parametreleri.
Hibrid kablo yerde kalıcı olarak kalır  EGRT gerekli olduğu kadar tekrar edilebilir.
Ölçüm cihazlarının oluşturulması:
–
–
–
–
–
Hibrid kablonun yere doğru şekilde derinlendirilmesi (harç injeksiyon hortumunun
sabitlenmesi)
Değişmeyen gerginlikle ısıtıcı kablonun güç kaynağına ve fiberglasın DST aletine bağlanması
Isıtıcı kablonun direnci ve uzunluğunun ölçülmesi  her metredki termal çıkış(L q in [W/m]).
Başlangıç sıcaklığının ölçümü.
Isı-Atım –Testinin başlatılması ısı kaynağını açarak.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Testi(EGRT)
Isı-Atım-Metodu
• Hibrid fiberglas kabloların elektrik iletkenlerinin elektrik gerilimle beslenmesi
 kısa devre akımı
• Derinlik fonksiyonuna bağlı olarak
fiberglaslardaki sıcaklık yükselmesinin
ölçümü.
• Kabloya yakın konveksiyon halinde
(ek olarak ısı iletkenliğine)
 kablo ısınmasının büyük ölçüde düşümü
 akış kanıtı bu yüzden ek sızıntı yerlerini
bulmak
• Hesaplamalar kullanarak, akışkanın varolan
hızı ve yerin termal parametreleri belirlenebilir
DTS: Dağıtılmış Sıcaklık Sensörü
(Dornstädter 2008)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT- Değerlendirme
Péclet sayısı analizi (ek konvektif etkisi)
• Isı-darbe-yönteminden Isı iletkenliği, olası yeraltı suyu akışdan etkilenir. Bu durumda,
λeff sadece iletken ısı taşıma değil, aynı zamanda konvektif verir (efektif termal
iletkenlik).
• Su akışından etkilenen toprak, farkedilebilir derecede yüksek efektif termal iletkenlik
değerleri verir. Eğer jeotermal katmanlar biliniyorsa bazı durumlarda mutlak Darcian
hızını Péclet sayısının derinlikte analizi ile belirlemek mümkündür.
• Péclet sayısının analizi tek boyutlu bir yaklaşımdır. Péclet sayısı Pe konvektif ve iletken
ısı taşıma arasındaki oranı açıklar. Bu oran, efektif termal iletkenlik ile belirlenmelidir.
Yüksek termal iletkenlik aralığı
 Aküferler (iletken ve konvektif ısı akışı)
Düşük ısı iletkenlik aralıkları
 yer altı su akışı olmayan katmanlar (sadece iletken ısı akışı).
• Eğer iki katmanın da aynı termal iletkenliğe sahip olduğu tahmin ediliyorsa, yer altı şu
akışı olmayan katmandaki termal iletkenlik λkond iletken ısı taşıma ile orantılıdır ve yer
altı su akışı olan katmandaki görünür termal iletkenlik λkond.+λkonv konvektif ve iletken ısı
taşıma toplamı ile orantılıdır.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT –Değerlendirme
Péclet sayısı analizi (ek konvektif etkisi)
Péclet sayısı şu şekilde tanımlanır:
 =
.+. − . .+.
=
−1
.
.
Darcy-hızı Péclet sayısının tanımından çıkarılabilir (Zschocke, 2003):
 =
    Δ
=
Δ



 =
 
  
 =
qa
konvektif ısı akışı[W/m²]
qc
iletken ısı akışı[W/m²]
ρ
akışkan yoğunluğu[kg/m³]
cp
akışkanın sabit basınç altındaki özgül ısı
kapasitesi [J/kg K]
Member of
.+. − .
  
vf
ΔT
λ = λkond.
l
Consortium
akışkanın Darcian hızı[m/s]
sıcaklık farkı [K]
Toprağın termal iletkenliği[W/m K]
karakteristik uzunluk[m]
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT- değerlendirme
Péclet sayısı analizi (ek konvektif etkisi)
Isı darbe yöntemi ile Darcy hızını belirlemek
için doğrudan ve hızlı bir olasılıktır
Ön koşul: jeolojik gösterim yoluyla kayacın
sıralı katmanlarının litolojik bilgisi
Fiber-optik sıcaklık ölçümü ile aküfer
çatlaklarının doğrulanması (Baumann
et al. 2008)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT
Çalışma durumundaki sıcaklık özellikleri (Baumann et al. 2008)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
EGRT –proje örneği
Kuyu tamamlamadan yaklaşık 2 hafta sonra Meerbusch-Osterath’de EGRT
gerçekleştirilmesi
İlk olarak ölçü döngülerinin kablo bağlantılarının ve kurulmuş hibrid kabloların test
girişlerinin kurulumu, daha sonra OFDR ölçüm yoluyla fiber optik bütünlüğünün kontrol
edilmesi  sönümleme değeri EGRT in doğru belirlenmesi mümkün olduğunca sağlar.
20 m derinliğe kadar bir direnç termometresi (Pt100) kullanarak yeraltı sıcaklık ölçümü
(Pt100) ile fiberglas kablolarının boyutlandırılması.
LIOS-DTS – ölçüm ve EGRT için
kontrol ünitesi (kırmızı kutu)
Member of
ekleme-koruma-kutusu ve karma
kablo
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri- Geliştrilmiş jeotermal tepki testi
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
EGRT- proje örneği
Testin başında: sondaj boyunca sıcaklık ve alanın değişmemiş sabit durumu
Başlangıç referans ölçümünden sonraki kuyu içindeki değişmemiş sıcaklık dağılımının
kaydı için olan, bakır iletkenin( kabloya entegre edilmiş) ön ısıtması başlatılmıştır.
84 saatin üstündeki bir periotta sürekli 24.6 W / mlik termal kapasite toprağa
eklenmiştir. Yarı devamlı düşüş aşaması tarafından takip edien ısıtma testinin toplam
periodu boyunca, fiber optik kablodaki sıcaklık gelişiminin kaydedilmiştir (örnekleme
hızı 80 sn.)
Phase
Start
Date
End
Time
Date
Time
Ön test
aşaması
08/06/11 6 pm
10/06/11
8 pm
Isıtma
aşaması
10/06/11 8 pm
14/06/11
8 am
Düşüş
aşaması
14/06/11 8 am
18/06/11
8 am
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Teski (EGRT
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT proje örneği
Derinliğe karşı değişmemiş sıcaklığın belirlenmesi
• Yazdan yüzeye yakın yüksek sıcaklıklar.
• Geçen kıştan minimum 7 m ye yakın
• Hafif yükselen sıcaklık altında yerlatı su akışı
tarafından değiştirilmiş mevsimsel sıcaklık profili
ile .
• Hafif düşüş altında 11.7°C yerel minimuma kadar
50 m den 60 me ye kadar olan derinlikte
• En derin noktasına kadar, diğer bir sıcaklık artışı
(yaklaşık 13.2 °C 149m derinlikte).
• 90 m derinlikten en derin noktaya kadar
 2.25 K/100m termal gradient ile
• Isıtmadan önceki ortalama yer sıcaklığı:
12.16 °C (15.0 m derinlikten en derin noktaya olan
sıcaklığın ortalaması).
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Teski (EGRT)
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT proje örneği
Termal iletlenliğin
belirlenmesi
•
•
Ortam kayacının uzun
süre sonra ön ısıtma
davranışından efektif
termal iletkenliğinin
belirlenmesi (t > 10 h)
Isıtmadaki devamlı
ilerleyiş ile sıcaklık
farklılaşması hibrit kablo
ile çevrelenen materyale
girer.
Temperature profile before, 1h,
3h and 84h after start of heating
Member of
Consortium
Selected temperature profiles
after heating
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Teski (EGRT)
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
EGRT proje örneği
Ölçülen sıcaklıklara dayalı derinlik fonksiyonu olarak etkin
termal iletkenik. Bu durumda 1.9 ve 3.1 W/m K arasında.
Ortalama değer 2.34 W/m K dir.
Belirlenen jeolojik ve hidrojeolojik koşullar karşılaşılan
stratigrafik dizilerle ilişkilidir: 7 ve 30m arasındaki
derinliklerde termal ısı iletkenliği ve 36m derinlikteki lokal
yerlerde, ki her ikiside yer altı suyunun hafif hareketiyle
gösterilebilir, toprak profiline karşı gelen 35 ye kadar olan
derinlikte kuvaterner çakıl ve kum tabakası vardı. Alttaki
tersiyerden gelen kireç kabuğu ile siltli kumdu.
Effective thermal
conductivity by depth
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Teski (EGRT)
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
•
•
•
EGRT proje örneği
Yaklaşık 7 m ye kadar nispeten düşük 2.22 W/mKin etkin medial termal iletkenliği
 kuaterner sedimanlardaki yeratı suyu kaçışlarından dolayı iletken ısı taşınımı.
yaklaşık. 7m ve 30m arasındaki derinlikte 2.75 W/mK nin etkin medial termal iletkenliği
 konvektif fraksiyonu iletkene ekleme. Stratigrafik Untere Mittelterrasse (UMT) ve
Krefelder Mittelterrasse (ÄNT) yüksek çakıl bölümleri ve yüksek hidrolik iletkenlik
30m altında çok daha düşük etkili bir 2.05 – 2.4 W/mK için termal iletkenlik Horizonu;
kumlu ve düşük geçirgenli pist kumları, Krefelder Rinnenterrasse (KRT).
2.6 W/mK’in daha yüksek termal iletkenliği yaklaşık 36m derinlikte. Krefelder
Rinnenterrasse (KRT)’in temeli, ren’in aşındığı hakiki Tersiyer sedimanlarının olduğu
yerde ve özellikle yüksek hidrolik iletkenlikli iri taneli kayaları arkasında bıraktığı
yerdedir.
Péclet sayısı analizi: Darcian hızının belirlenmesi.  kuaterner çakıl ve kum tabakaları
2.22 W / mK ısı iletkenliği; konvektif fraksiyonu 0.53 W/mK (2.75 – 2.22 W/mK)  bir
Darcian hızı ortalama 7cm/gün
2.23 W/mK li Tersiyelin etkin medial termal iletkenliği (140m yerel anomali
dışında) Kuvaternerden açıkça daha düşüktür yer altı sularının kaçırılmasının düşük
olması sebebiyle.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Geliştirilmiş Jeotermal Tepki Teski (EGRT)
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
EGRT proje örneği
Kuyu direnci
• Kuyu direnci önemli anormallikler göstermez. Orta
değer 0.094 Km/W dir.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Sapma aracı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Sapma aracı
Araştırma çeşitleri
• Tek atımlı araştırma: tek çekimlı araştırma azimut ve meyili bulmak için kuyu içinde
belirli bir noktada yapılır.
• Çok atımlı araştırma: çok atımlı araştırma kuyu yolu boyunca azimut, meyil ve bölgesel
ve yerel koordinatları belirlemek için kullanılr.
• Oryantasyon araştırma: bir oryantasyon araştırma kuyu içi bir nesnesinin
oryantasyonunu yada rotasyonunu belirlemek için kullanılır. Çoğu sapma aracı kuyu
içindeki bütün açılarda dikey de dahil olmak üzere oryantasyon araştırma
performansını gösterebilir.
Manyetik ve gravimetrik
• Sapma araçları manyetik ve gravimetrik ölçümlere dayalı araştırma datası sağlarlar.
• Manyetikölçer: dik biçimde hizalanmış üç manyetikölçer detektör yeryüzünün manyetik
alan gücünü ve eğimini ölçer. Manyetikölçerler yatay bileşen- azimut ve manyetik araç
yüzü sağlarlar.
• İvmeölçer : dik şekilde konumlandırılmış üç ivmeölçer, dik bileşen- meyil ve yerçekimi
araç yüzü sağlarlar. İvme ölçer kuyudaki kendi dönüş hareketinin etkilerini de
dengeleyebilir.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Sapma aracı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Sapma aracı
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Gama ray log
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
Gama ray log
Gama ray araçları kuyu yakınındaki formasyonlarda doğal gama ışınlarını
kaydeder. Bu nükleer ölçüm, formasyonun radyoaktif içeriğini gösteri ve her
çevre için uygundur.
Çeşitli gama ray seviyelerinden dolayı, doğal gama ray şeyl ve kumtaşı
ölçümünde oldukça kullanışlı olabilir . Şeyller ve killer en doğal
radyoaktiviteden sorumludur.(çoğunlukla 40Kden dolayı), bu yüzden gama ray
log bu kayalar için iyi bir göstergedir. Buna ek olarak, bu log, kuyular arası
korelasyon için, açık ve cased kuyular arasında derinlik korelasyonu için ve log
çalışırları arasında derinlik korelasyonaları için kullanılabilir.
Dikey çözünürlük:
0,25m – 0,35m
aralık:
0,15m – 0,2m depth
hız:
8m – 10m/min
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Termal iletkenlik tarayıcı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Termal İletkenlik Tarayıcı (TCS)
Popov prensibi
• Kızılötesi termo-sensörleri aracılığıyla odaklı sabit ısı kaynağı ve bitişik sıcaklık ölçüm ile
örneğin yüzeyini tarama. Referans olarak bilinen termal iletkenlik standartları
Hzırlanmış numune
(daha iyi sıcaklık
emilimi için siyah boya)
Termal İletkenlik Tarayıcı (üretici : Lippmann şirketi ve Rauen GbR)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Termal iletkenlik tarayıcı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
•
•
•
Termal İletkenlik Tarayıcı (TCS)
Hazırlanan numune , termal iletkenliği iyi bilinen iki standart arasına yerleştirilir
sabit ısı radyoslunlu Hareketli ısı kaynağı ve sabit hız numune aşağısında çalıştırılır
Işık ve ısı radyosyonuyla numune ısıtılır.
Öncesi ve sonrası, ısı kaynakları, düzenlenmiş belirli uzaklıklarda, sıcaklığı ısıtma
öncesinde ve sonrasında ölçen kızılötesi-termo sensörlerdir (wavelegth 780nm – 1mm)
Ölçülen bölümün sıcaklığının seyri (örnek + iki standart) kaydedilir
İki yönde ölçüm (yatay ve dikey )  anizotropi faktörü
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Termal iletkenlik tarayıcı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
Termal İletkenlik Tarayıcı - değerlendirme
Isı kaynağı öncesi ve sonrasında ölçülen sıcaklık arasındaki fark termal iletkenliği verir
Maksimum sıcaklık artışı Θ şöyle tanımlanır(Popov et al. 1999):
 
Q
2 x 
Q
X
ısı kaynağı enerjisi
örnek ve prob arasındaki mesafe
•
Numunenin istenen termal iletkenliğinin λp ve bilinen standartları λs oranı eşittir
numunenin ölçülen sıcaklık yükselmesinin Θp ve standartları Θs oranına. λp :
 p  s
s

p
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri– Termal iletkenlik tarayıcı
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
Termal İletkenlik Tarayıcı - örnek
Buntsandstein- Güneybatı-Almanya örnek ölçümleri
Parametre
Doygunluk
Yön
Mittlerer
Buntsandstein
Termal
iletkenlik
[W/mK]
kuru
Yatay
4.335
Dikey
3.971
Yatay
5.284
Dikey
4.965
•
•
•
•
•
•
Doymuş
Kumtaşı için literatürden alınan ısı iletkenlik değerleri (LANDOLT-BÖRNSTEIN 1982);
ortalama 2.47 W/mK, 0.9 - 6.5 aralığıyla birlikte W/mK
VDI-kılavuz 4640 2.3 W/mK kumtaşı için olan değer olduğunu önerir
Yüksek kuvarsdan dolayı ölçülen değerler nispeten yüksek (λ = 7 W/mK)
Yatay ve dikey ölçüm arasında belirgin bir fark K ≈ 1.1 kumtaşı için nispeten yüksek
anizotropi katsayısı
Nedeni: yatay katmanlı tabaka kompozisyonu  katmanlara daha iyi iletkenlik paraleli,
stratum sınırları, ısı transferi için engellerdir
Nispeten daha yüksek doymuşluk değerleri, 10% olan gözeneklilikten dolayı (λsu > λ >
λhava)
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri - Kalorimetre
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
Özgül ısı kapasitesinin ölçümü
• Özgül ısı kapasitesi kalorimetre ile ölçülür
• Jeotermal uygulamaları için dinamik bir diferansiyel heatflow kalorimetre kullanılır
Örn:. Typ C80 of the Setaram şirketi Tian&Calvet tarafından silindirik ölçüm sistemi ile
Uygulamalı jeofizik enstitüsü, RWTH Aachen
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri - Kalorimetre
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
•
•
•
Ölçüm süreci
Ölçüme başlamadan önce, bir referans ölçüm, ısı akı Φ0 (T)nin temelini belirlemek için
boş numune kapları ile yapılır. Ölçüm, örneklerin sonraki ölçümleri ile aynı koşullar
altında(başlangıç ve bitiş sıcaklıkları, ısıtma oranı) yapılır
Örnek ve referans sistemi, bir fırının içinde bulunan silindirik bir numune kabına
yerleştirilir.
Silindirik numune kabının yüzeyi ve örnek tüpler, örnek ve referans sistemi arasında bir
termo-sütun ile kaplanır
Sabit ısı oranı ile fırın ısıtılır.
Fırın ve örnek yada referans sistemi arasındaki ısı akışı devamlı olarak kaydedilir.
ölçüm oda sıcaklığında 30 ° C başlar ve gerekli olan 300 ° C sonlanır.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri - Kalorimetre
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
•
•
Analiz
Modelde kaydedilen p ve referans modelde r kaydedilen ısı akışları arasındaki fark
özgül ısı kapasitesiyle cp orantılıdır.
Modelin özgül ısı kapasitesi cp,kalorimetrenin sıcaklığa bağlı kalibrasyon faktörü K0 (T)
bilgisinden,referans ölçümden, fırının ısıtma oranı  ve model materyalin kütlesinden
sonuçlanır mp.
bir cp (T) eğrisi - ölçülen sıcaklık aralığı için sonuçları verir..
sıcaklıkları <30 ° C ilgili jeotermal uygulamalar için (örn, yüzeye yakın jeotermal enerji)
cp (T) - eğrileri daha düşük sıcaklıklara uzatılır.
Member of
Consortium
IV Kuyu jeofizik ve ölçüm yöntemeleri - Kalorimetre
This project is co-financed by
the European Union and the Republic of Turkey
•
•
Örnek : 300 m derinlikteki kumtaşının ısı
kapasitesi
Varsayım : 300m derinlikteki sıcaklık 10 - 17 ° C
Başlangıç sıcaklığı olan 30 ° C için, 0 ° C de ölçülen eğrinin cp T uzatılması gerekir.
Institute for Applied Geophysics, RWTH Aachen
Member of
Consortium

similar documents