Sondaj Tekniği

Sondajın Tanımı

Sondaj özellikle bu iş için yapılmış araç ve gereçler kullanılarak, yeryüzünde her katı ortamda ve her yönde açılan kuyu ve benzeri işlemlerin bütünüdür. Daha geniş olarak izah edecek olursak, yeraltında bulunan jeolojik formasyonlar ve yeraltı zenginlikleri hakkında bilgi toplamak ve işletmelerde üretime geçmek amacı ile kuyu açmak için yapılan işlemlere sondaj denir.
Bu tanıma dayalı olarak sondajı belirleyen bazı özellikleri şu şekilde sıralayabiliriz.
- Sondaj bu iş için dizayn edilmiş olan araç ve gereçlerle yürütüldüğüne göre, örneğin elle yapılan bir kazı işlemi sondaj sayılamaz.
- Sondaj, doğrudan veya dolaylı olarak bir konuyu araştımak, yeraltında bulunan katı, sıvı veya sıvılaştırılmış bir maddeyi yeryüzüne çıkarmak veya bozuk bir yapıyı açılan kuyu yardımı ile iyileştirmek amacı taşıması halinde sondaj sayılabilir. Bir örtü tabakasının kaldırılması, benzer olarak bir kanal kazılması sondaj sayılamaz.
- Sondaj işlemi sırasında açılan deliğin (kuyunun) şekli silindiriktir. Bu durum sondajın karakteristik özelliğidir.
- Sondaj işlemi, herhangi bir katı ortamda ve her yönde olabilir. sondaj işlemi sadece yer kabuğunda ve düşey yönde yapılan işlem değildir. Bitirilmiş veya yapım aşamasındaki bir yapıda, bir baraj gövdesinde, bir maden ocağında veya temelde çeşitli amaçlarla sondaj yapılabilir.

Sondajın Gelişimi ve Tarihçesi

İlk sondajın nerede ve nasıl yapıldığı ile ilgili elde kesin bilgiler bulunmamakla beraber, sondajcılığın oldukça eski bir uğraş olduğu bilinmektedir. Sondajcılık hakkında yazılan birçok kitapta, ilk sondaj faaliyetlerinin 4000 yıl öncesine dayandığı ve Çinliler tarafından yapıldığı ifade edilmektedir. Tahminlere göre Çinliler su elde etmek için yumuşak formasyonlarda taşlarla işlenmiş bambu ağaçları ile sondaj yapmışlardır. Darbeli yöntem denebilecek bu yöntem 18. yy'a kadar Avrupa'da kullanılmıştır.
İlk donanımlar, açılan kuyuların derin olmaması dolayısıyla basitti. Aletlerin kuyuya indirilip çıkarılması için üç çubuktan ibaret olan ve donanımın tepesine yerleştirilmiş bir makaradan faydalanılırdı.
Makaradan geçen halat insan veya hayvan tarafından çekilerek bir tanbur üzerine asılırdı. İnsan ihtiyaçlarının artması ve buna bağlı olarak tekniğin ilerlemesi ile manivelalar üzerine daha dikkatlice çalışılarak çeşitli tipte ve kapasitede makinalar yapılmıştır. Buhar gücü sanayide kullanılmaya başlanıncaya kadar elle döndürülen ve elle baskı verilen sondajlar yapılmıştır.
Türkiye'de ilk su sondajı 1894 yılında Konya'da bir yabancı şirket tarafından yapılmıştır. 1954 yılından sonra su sondajlarını DSI yapmaya başlamıştır. İlk petrol sondajı ise yine bir yabancı petrol şirketi tarafından Mardin'de yapılmıştır. 1935 yılında MTA'ya petrol arama ruhsatı verilmiş ve 1940 yılında Raman Dağı'nda, 1951 yılında Garzan'da petrol bulunmuştur. 1954 yılından bu yana TPAO petrol arama sondajları yapmaktadır.
Günümüzde Türkiye'de MTA; maden, endüstriyel madde, DSI; sı sondajları, EKI; kömür sondajları, EIE; temel sondajları ve TPAO; petrol sondajları yapmaktadır.

Sondajın Amacı

Bilimsel ve Teknik yöntemlerle varlığı saptanan yeraltı jeoloji yapısı ve doğal zenginliklerin daha kesin bir şekilde belirlenebilmesi için nitelik ve nicelikleri bakımından boyutlarının araştırılması ana ilkesidir. Bugün gerek petrol, maden, doğalgaz gibi endüstriyel hammaddelerin çıkarılmasında ve gerekse yeraltı su reservlerinin kullanılmasında sondak işleminden geniş ölçüde yararlanılmaktadır. Çeşitli amaçlarla sondajlar yapılmaktadır. Bunların bir kısmı iktisadi amaçlı, bir kısmı ise bilimsel amaçlıdır.

Sondajların Yapılış Amaçları

1. Jeolojinin açıklanması: Jeolojik formasyonların eğim ve kalınlıklarının belirlenmesinde ve ayrıca bilimsel amaçlı yapılan sondajlardır.
2. Arama ve reserv miktarı: Cevher yataklarının şeklinin belirlenmesi, reservi ve tenörünü saptamak, jeofizik ölçüm sonuçlarına göre örtü tabakası altında bulunan maden ve petrol yataklarının belirlenmesi için yapılan sondajlardır.
3. Maden yataklarının işletilmesi: Yeraltı maden yataklarının işletme ve cevher naklinin en randımanlı bir şekilde yapılabilmesi için galeri sürmek sureti ile yapılan sondajlardır.
4. Temel sondajları ve yeraltı çimentolanması: İnşaat (fabrika, vb.), baraj, büyük su deposu, rıhtım, köprü drenaj vb. yapılırken bunların temelleri hakkında bilgi edinmek amacı ile yapılan sondajlardır. Bu sondajlar sayesinde, temeli oluşturacak sağlam kayaların derinliği, karakteri, boşluk ve örtü tabakasının durumu, zemin hakim periyodu, zeminin elastik parametreleri hakkında bilgiler elde edilir (alınan karotlardan). Geçirimlilik ve gözeneklilik deneyleri yapılarak çimentolanmaya gerek duyulup duyulmadığı öğrenilir.
5. Su etüdleri: Su bulmak amacı ile yapılan sondajlardır.
6. Drenaj sondajları: Yeraltında bulunan ve tarımsal veya yerleşim çalışmaları için sakıncalar oluşturan yüzeye yakın suyun, yeryüzüne çıkartılarak, yöre dışına atılması için yapılan sondajlardır.
7. Elektrik nakil hatlarının döşenmesi için yapılan sondajlardır.
8. Petrol ve doğalgaz sondajları.
9. Yeraltı jeofizik çalışmaları için (sismik etüd) sondajlar.
10. Radyometrik sondajlar. (uranyum aramalarında)
11. Bataklık kurutma ve havalandırma sondajları.

Şantiye ve Kuyunun Yerinin Seçimi

Sondaj yapmak amacı ile seçilen yere Kuyu yeri veya Lokasyon denir. Bir sondajın başarılı olabilmesi için kuyunun yerinin iyi saptanması ve elde edilen verilerin doğru yorumlanması gereklidir. Yetkililer tarafından seçilen şantiye sahasının tanzim edilmesinde aşağıdaki hususlar gözönünde bulundurulur.
1. Treyler, kurulacak baraka veya çadırların yeri.
2. Depolanacak fazla malzeme sahası.
3. Koltuk anbarı yeri.
4. Akaryakıt yeri.
5. Jeneratör yeri.
6. Banyo ve tuvalet yeri.
7. Çardak yeri.
8. Sondaj makinası yeri.
9. Manevra sahası.
10. Fazla malzeme sahası.
11. Pompa ve su havuzu yeri.
12. Karot sandığı ve takım sandığı yeri.
13. Kuyu ağzı: Delinecek kuyunun ağzı arazinin sert zemin veya alüvyon olması durumuna göre hazırlanmalıdır. Bunun için alüvyon kazılır, kısa bir boru makinanın çalışmasına engel olmayacak şekilde yerleştirilerek etrafı betonlanır. Beton tamamen kurumadan boru alınmalıdır.

Sondaj İşlemlerinde Emniyet Tedbirleri

Sondajcılıkta tehlike ve kazanın ne zaman geleceği önceden bilinemez. En ufak bir ihmal ya da tedbirsizlik insan hayatıyla ödenebilir. Sondajcılıkta emniyet kavramı hem çalışan personelin, hem de kuyunun emniyetini kapsar.

1. Personel Emniyetleri:

- Emniyet tedbirlerine bütünüyle riayet etmek.
- Dikkatli olmak.
- Yaptığı işi bilerek yapmak.
- Acele etmemek.

2. Kuyunun Emniyeti:

- Sondaj ortamını oluşturan çamurun basıncı, formasyon basıncından büyük olmalıdır.
- Sondajın durdurulması durumunda mutlaka kuyunun ağzı kapatılmalı.
- Kuyu içine indirilen parça ve malzemelerin özellikleri iyi bilinmeli.
- Çalışma yapılmadığı sürelerde, kuyu içerisinde hiçbir alet bırakılmamalı.

Sondajların Sınıflandırılması

1. Derinliğine göre sondajlar:
- Sığ sondajlar: Derinlikleri 1000 m.'den küçük sondajlar. Maden arama ve su kuyusu açmak en yaygın olanlarıdır.
- Derin sondajlar: Derinlikleri 1000-4000 m. olan sondajlar. Petrol ve doğalgaz üretmek için yapılan sondajlardır.
- Çok derin sondajlar: Derinlikleri 4000-6000 m. olan sondajlar. Özellikle doğalgaz üretmek için yapılan sondajlardır ve uzun zaman alırlar.
- Ultra derin sondajlar: Derinlikleri 6000 m.'den büyük olan sondajlar. 6000 m. civarındaki tabakalarda hidrokarbon olarak petrolden çok doğalgaz için veya bilimsel amaçlı açılan sondajlardır.

2. Çaplarına göre sondajlar:
- Dar çaplı sondajlar: Çaplaro 6 inch'ten küçük olan sondajlar.
- Geniş çaplı sondajlar: Çapları 6-24 inch olan sondajlar.
- Çok geniş çaplı sondajlar: Çapları 24 inch'ten büyük olan sondajlar.

3. Yerlerine göre sondajlar:
- Yerüstünde yapılan sondajlar
- Su altında yapılan sondajlar
Sondajların büyük bir çoğunluğu karalarda yapılmaktadır. Ancak, suların altındaki doğal kaynaklardan, özellikle petrol ve doğalgaz yataklarından yararlanma sondajların denizlerde yapılması yolunu açmıştır. Bugün dünyadaki bütün denizlerde sondaj çalışmaları yapılmaktadır.

4. Amaçlarına göre sondajlar:
A. Yapılış amaçlarına göre sondajlar:
- Arama sondajları: Aranması öngörülen maddelerin (yeraltı doğal zenginliklerinin) yeraltında varlığının olup olmadığını saptamak amacı ile yapılan sondajlardır.
- Geliştirme sondajları: Yeri saptanan herhangi bir yeraltı doğal zenginliğinin büyüklüğünü belirlemek ve içerdiği maddelerin dağılım alanını saptamak için yapılan sondajlardır. Bunlara 'tespit kuyuları' da denir.
- Üretim sondajları: Sınıfları belirlenen yataktan üretim yapmak için (petrol, doğalgaz, su, kükürt yataklarında olduğu gibi) belirli bir plana uygun olarak açılan kuyulardır.
- Yardımcı sondajlar: Bir yatağın işletilmesi için gerekli bazı koşulları sağlamak amacı ile yapılan sondajlardır.

B. Aranan maddelerin türüne göre sondajlar:
- Petrol sondajları
- Su sondajları
- Temel sondajları
- Maden sondajları
- Enjeksiyon sondajları
- Enerji sondajları

5. Yöntemlerine göre sondajlar:

A. Darbeli sondaj yöntemi: Sondajcılıkta ilk yöntemdir. Kayacın parçalanması için gerekli enerji darbelerle sağlandığından bu adla anılır. Halat veya çubuklara bağlı keskin ağızlı bir kazıcı cismi (balta) yukarıya kaldırıp serbest bırakarak, hızla düşmesini sağlamak ve bu hareketi kazıcıyı döndürerek, derinliğine kazı yapma işlemine darbeli sondaj yöntemi, yöntemin uygulanması için kullanılan makinaya da darbeli sondaj makinası denir.
B. Döner (rotary) sondaj yöntemi: Kesici ve öğütücü bir matkabı döndürmek sureti ile arz kabugu içinde kırılan parçaları uygun bir düzenle dışarı atıp meydana getirilen boşluk içinde ilerleyerek zeminin delinmesine döner sondaj yöntemi, kullanılan makinaya da döner sondaj makinası denir.
C. Bileşik (kombine) sondaj yöntemi: Formasyon şartlarının durumuna göre, istenildiği zaman döner, istenildiği zaman darbeli olarak çalışma imkanı veren yönteme bileşik (kombine) yöntem denir.

6. Sondaj makinaları:

A. Elmaslı sondaj makinaları: Elmaslı sondaj makinalarında takım dizisinin döndürülmesi ve baskı, makinanın morseti tarafından sağlanır. Mekanik ve hidrolik baskılı çeşitleri vardır. Elmaslı sondaj makinaları ile her seviyeden karot alınabilir, çok derinlere kadar sondaj yapılabilir, her türlü formasyonda eğik, yatay, dik her yönde sondaj yapılabilir.
Elmaslı sondajlar, karayolu, demiryolu, havaalanı, liman,
baraj etüdü ve bina inşaatlarının projelendirilmesinde, zemin ve test sondajlarında kullanılmaktadır.
B. Darbeli sondaj makinaları: Delme işini yapan balta ve sondaj makinası arasındaki bağlantının cinsine göre çubulu darbeli ve halatlı darbeli sondaj makinaları olmak üzere iki şekilde dizayn edilmişlerdir.
Darbeli sondaj makinaları, sirkülasyonun temin edilemediği çatlaklı formasyonlarda başarı ile kullanılabilir. Kablolu darbeli sondaj makinaları daha kullanışlı olduğundan tercih edilir.
C. Döner (rotary) sondaj makinaları: Döner sondaj makinalarında matkap bir boru dizisinin ucuna bağlanır. Dizi döner masa tarafından döndürülür. Sondaj dizisi matkabı çevirirken, içinden pompalanan sondaj çamuru tabana iletilir. Döner sondaj makinalarında ilerleme, ağırlık boruları ile matkaba baskı vermek sureti ile sağlanır. Bu tip makinalar, başta petrol, doğalgaz, jeotermal alan, su, kömür, uranyum gibi maden cevherlerinin aranmasında ve ortaya çıkarılmasında kullanılır.

Darbeli Makinaların Sakıncaları:

- İlerleme hızı azdır.
- Yumuşak formasyonlarda koruma borusuna ihtiyaç vardır.
- Yüksek vasıfta kalifiye elemana gereksinim duyulur.
- Düşey doğrultuda sondaj açılabilir.
- Parçalar ağır ve manevra zordur.
- Sondaj sırasında delme dizisi elemanlarının çalışıp çalışmadığının kontrolü zordur.
- Artezyen yapan kuyularda artezyene hakim olmak zordur.

Döner (rotary) Makinaların Üstünlükleri:

- Sondaj randımanı yüksektir.
- Koruma borusuna ihtiyaç yoktur.
- Orta vasıfta kalifiye elemana ihtiyaç duyulur.
- Parçalar hafif ve manevra kolaydır.
- Sondaj sırasında sondaj dizisi elemanlarının kontrolü her zaman olanaklıdır.
- Artezyen yapan kuyularda artezyene hakim olmak, genelde, kolaydır.

Döner (rotary) Makinaların Sakıncaları:

- Çatlaklı formasyonlarda her zaman sondaj yapılamaz.
- Daima sondaj sıvısına ihtiyaç vardır.
- Alınan formasyon numuneleri, kille karışık olduğundan, iyi değildir.
- Tabaka sınırları muntazam belirlenemez.
- Makinanın yedek parça masrafları yüksektir.
- Kuyu bazen şakülünden kaçar.
- Teferruatlı makinalar olup sondaj pahalıya mal olur.

Kaynak: Sondaj Tekniği Ders Notları, Aydoğan D., İÜ