New approaches on the investigation of covered geothermal fields: Exploration of Kütahya – Şaphane – Karacaderbent buried geothermal fields and their developments

Örtülü jeotermal sahaların aranmasında yeni yaklaşımlar: Kütahya-Şaphane-Karacaderbent gömülü jeotermal sahası

Abstract

The basement in Şaphane region is constituted by Paleozoic gneiss, schist and marbles belonging to northern margin of the Menderes Massif. These basement rocks are overlain by Cretaceous aged Dağardı ophiolitic melange. All these rocks are discordantly covered by Neogene – Quaternary sedimentary and volcanic rocks deposited under lacustrine – continental environments. The main purpose of this study is to explore buried geothermal system on a covered area using geological, geophysical and geochemical methods and to develop this system by drilling investigations. Geological, geophysical, geochemical and drilling investigations, well development and test studies were applied in this research. This study is a typical example for geothermal researches carried out in covered areas. Thus, a new approach was aimed to be brought out in such investigations. Especially; the profiling was applied, and geological structures and geochemical data were used for the selection of profiles at geophysical investigations instead of gridding which had typically been used for many years. The geothermal system was handled in regional scale rather than local scale with this study. As a result of research assessments, a drill location was selected on a totally covered area where there was no surface data around Şaphane Karacaderbent. At drilling number KŞÜ-3, a reservoir temperature of 181,2oC were reached at a depth of 2500 m. From the well which its development and test studies had been completed at 10 psi at wellhead pressure (WHP), vapor + water production was obtained at a temperature of 114oC and a flow rate of 25 I/s in case of artesian. As for the production tests carried out by compressor at 22 PSİ well head pressure (WHP), vapor + water was obtained at a temperature of 112oC and a flow rate of 35 l/s. The fluid obtained from the well is suitable for the production of electricity and for heating of houses and greenhouses due to the production values revealed at the end of temperature and tests. When turbine rejection heat is taken as 75oC, the apparent potential of electrical energy in the well is 21,3 MWt and owns a potential to heat 1300 houses or an area of 85000 m2 for greenhouses.

Özet

Şaphane bölgesinde temeli, Menderes masifinin kuzey kenarına ait Paleozoik yaşlı gnays, şist ve mermerler oluşturur. Bu temel kayaçlar Kretase yaşlı Dağardı ofiyolitik melanjı tarafından tektonik olarak üzerlenmektedir. Tüm bu birimler Neojen-Kuvaterner yaşlı gölsel-karasal ortamda çökelmiş sedimanter ve volkanik kayaçlarla diskordan olarak örtülmektedir. Bu çalışmanın ana hedefi jeoloji, jeofizik ve jeokimya araştırma yöntemleri kullanılarak örtülü alanda gömülü bir jeotermal sistemin bulunması ve sondaj çalışması ile geliştirilmesidir. Bu kapsamda araştırmada jeoloji, jeofizik, jeokimya, sondaj, kuyu geliştirme ve test çalışmaları uygulanmıştır. Örtülü alanlarda yapılan jeotermal araştırmalara bir örnek teşkil eden çalışma ile bu tür araştırmalara yeni bir bakış açısı getirilmiş, özellikle jeofizik çalışmalar için alışılagelmiş karelaj çalışması yerine profil uygulaması denenmiş, profillerin seçiminde jeolojik yapı ve jeokimyasal veriler kullanılmıştır. Bu çalışmada jeotermal sistem noktasal olmaktan çok bölgesel olarak ele alınmış, araştırma sonuçlarının değerlendirilmesi sonucunda Şaphane Karacaderbent yakınlarında yüzey verilerinin olmadığı tamamen örtülü bir alanda sondaj lokasyonu belirlenmiştir. Bu noktada açılan 2500 m derinlikteki KŞÜ-3 nolu sondajda 181,2 oC rezervuar sıcaklığına ulaşılmıştır. Kuyu geliştirme ve test çalışmaları tamamlanan kuyudan artezyen durumunda, 10 PSI kuyu başı basıncında, kuyu ağzında 114 oC sıcaklık, 25 l/s debide su ve buhar üretimi sağlanmıştır. Kompresörle yapılan üretim testlerinde ise 22 PSI kuyu başı basıncında, 112 oC sıcaklık, 35 l/s debide sıcak su ve buhar elde edilmiştir. Kuyudan elde edilen akışkan, sıcaklık ve testler sonucu ortaya konan üretim değerleri ile elektrik üretimine, konut ve sera ısıtmasında kullanmaya uygundur. Türbin atım sıcaklığı 75 oC olarak alındığında kuyunun elektrik enerjisi karşılığı 2,2 MWe olarak hesaplanmıştır. Kuyudan elde edilen akışkanın termal potansiyeli 21,3 MWt olup, ısıtmada kullanıldığında 1300 konut eşdeğerinde, seracılıkta kullanılması durumunda ise 85 dönüm (85000 m2) sera ısıtma potansiyeline sahiptir.