Petrol aramak son derece zor, zahmetli ve masraflı bir iştir. Yatırımların karşılanmama riski çok yüksektir. Petrol arama çok disiplinli bir çalışmayı gerektirir. Ancak arama ve saha geliştirme aşamasında en fazla görev jeolog ve jeofizikçilere düşmektedir. Bugün petrol şirketlerinde en çok tercih edilen kişiler yarı jeofizikçi-yarı jeolog olan kişilerdir.

Jeolojik çalışmalar jeoloji harita alımı, stratigrafi kesitlerinin ölçülmesi, yapısal ve tektonik araştırmalar, fasiyes araştırmaları, porozite ve permeabilite tayini, organik jeokimya, yeraltı haritalarının yapılması gibi saha ve laboratuar araştırmalarını içerir.

Magnetik, gravite ve sismik gibi jeofizik araştırmalar ise arama, sondaj ve saha geliştirme esnasında  kullanılırlar.

PETROL ARAMADA JEOFİZİK YÖNTEMLER

Petrol aramacılığında kullanılan çok sayıda jeofizik yöntem olmakla birlikte bunlardan üç tanesi son derece önemlidir:
1-MAGNETİK 2-GRAVİTE 3-SİSMİK

MAGNETİK  YÖNTEM
Kayalar içerisindeki mineraller yerin mıknatıslanma kuvvetine bağlı olarak manyetik özellikler kazanırlar.
Manyetik metodun amacı kayaların mıknatıslanma özelliklerindeki farklılıklara dayanarak farklı kayaların belirlenmesidir.

Petrol aramalarında magnetik araştırmalarla belirli bir sahadaki magnetik alanın şiddeti ölçülür.
Bir bölgede magnetik alan şiddetindeki farklılıklar yerin magnetik alanındaki değişimler ile o bölgede bulunan kayaların hacim ve magnetik süseptibilite (geçirgenlik) lerinin bir sonucudur.

Bölgedeki yer magnetik alanı belli ise oradaki kayaların magnetik şiddeti doğrudan ölçülebilir.

Magnetik araştırmalar karadan, gemiden veya uçakla yapılabilir. Magnetik alan şiddeti magnetometre ile ölçülür.
Magnetik araştırmalar petrol aramalarının ilk aşamalarında gerçekleştirilir.
Havza temelinin topoğrafyasını belirlemede
Fayları belirlemede
Magmatik veya metamorfik kayaların çökel kayalardan ayrılmasında
Volkanik kayaları, dayk ve enjeksiyonları, lav akıntılarını belirlemede kullanılır.

Dünyanın magnetik alanı zaman içerisinde değişiklikler gösterir. Bu değişimler anlık, günlük veya yüzlerce yıllık olabilir. Güneşten kaynaklanan manyetik fırtınalar sonucu gelişen günlük değişimler önemlidir ve magnetik prospeksiyonlarda bu değişimler düzeltilerek etkileri giderilmelidir.
Bu düzeltmeler sonucunda o bölgedeki magnetik fırtınalardan doğan anomaliler giderilerek jeolojik nedeni olan anomaliler bulunmaya çalışılır.
Ölçülen magnetik alan şiddeti bileşeni değerlerine göre gerekli düzeltmeler yapıldıktan sonra bu değerler bir harita üzerine konarak münhanili bir harita yapılır. Magnetik alanın yatay ve çoğunlukla da düşey bileşeni ölçülür.
Petrol aramaları ile ilgili magnetik çalışmalarda elde edilen anomaliler genellikle arama yapılan havzanın temel kayalarını oluşturan ferromagnezyen mineraller açısından zengin magmatik veya metamorfik kayalardan ileri gelir. Çünkü çökel kayaların magnetik süseptibiliteleri ve  süseptibilite farkları genellikle küçüktür. Bu nedenle çökel kayalar magnetik anomali haritalarında bariz bir anomali vermezler.
 

GRAVİTE YÖNTEMİ

Dünyamız tam ve homojen bir küre olsaydı yeryüzündeki her kütleye eşit bir çekim uygulanacaktı. Ancak dünyanın şekli ve yapısındaki farklılıklar nedeniyle farklı bölgelerde farklı ivme değerleri ölçülmektedir. Gravite metodunun amacı bu farklı ivme değerlerinin belirlenmesi ve buna neden olan unsurların belirlenmesidir.
İvme değerlerindeki farklılığın başlıca nedenleri şunlardır:
Dünyanın dönmesi
Bulunulan enlem
Yükseklik
Topoğrafya
Jeolojik özellikler

Gravite metodunda gravimetreler yardımı ile araştırılan bölgede yerçekimi ivmesindeki değişimler ölçülür. İvme birimi gal (Galieo) dır. 1 miligal 1/1000 gal’dir.
Gravimetre ölçümleri iki nokta arasında deniz seviyesine göre iki nokta arasındaki fark elde edilecek şekilde yapılır. Daha sonra diğer faktörlerin bu değişime etkileri ortadan kaldırılarak gravite anomalisine neden olan jeolojik faktörler yorumlanmaya çalışılır.

Eğer bir kaya kütlesinin yoğunluğu çevreye nazaran büyükse pozitif, küçükse negatif anomalilere neden olur.
Gravite haritaları çökel havzalarının genel mimarisini anlamada  kullanılırlar. Düşük yoğunluklu çökellerle dolu olan çökel havzaları negatif anomalilerle belirgindir. Yüksek yoğunluklu temel kayalarının oluşturduğu yükselimler, sırtlar vb. ise pozitif anomalilerle belirgindir.
Gravite metodu ile bilhassa çevreye nazaran düşük yoğunluklu tuz domları ve yüksek yoğunluklu resifler iyi belirlenebilir.
 

SİSMİK YÖNTEM

Sismik metod doğal ya da suni olarak yaratılan titreşimlerin (deprem dalgası) kayalar içerisinden geçerken uğradıkları değişimlerin incelenmesi esasına dayanır.
Deprem dalgaları esas itibariyle ikiye ayrılır:
1- Cisim Dalgaları
P dalgaları
S dalgaları
2-Yüzey Dalgaları
Rayleigh dalgaları
Love dalgaları
 

CİSİM DALGALARI : P DALGALARI
Hızları en fazla olan ve kayıt merkezine ilk gelen dalgalardır.
Titreşim hareketleri yayılma doğrultusundadır. Bu nedenle boyuna dalgalar olarak da bilinirler.
İçinden geçtikleri cisimlerin zerrelerini birbirine yaklaştırır ve uzaklaştırılar. Bu nedenle kompresyon veya dilatasyon dalgaları adı ile de anılırlar.
Sıvı ve gaz gibi rijid olmayan maddeler içerisinden de geçerler.
Sismik araştırmalar genellikle P dalgaları yardımı ile yapılır
CİSİM DALGALARI : S DALGALARI
Kayıt merkezine ikinci olarak gelen dalgalardır.
Hızları P dalgalarına göre daha düşüktür.
Titreşim hareketleri yayılma doğrultusuna dik düzlem üzerinde aşağıya ve yukarıya doğrudur. Bu nedenle enine dalgalar adıyla da bilinirler.
Sıvı ve gaz gibi rijid olmayan birimler içerisinden geçmezler.
YÜZEY DALGALARI
Cisim dalgalarına göre hızları az, periyodları büyük ve boyları daha uzun dalgalardır.
Kayıt merkezine en son gelen dalgalardır.
Yeryüzünde veya yeryüzüne yakın yayılırlar.
Rayleigh dalgaları yerin serbest yüzeyinin oluşturduğu dalgalar, Love dalgaları ise elastik dalga hızları farklı tabakaların bulunduğu ortamlarda oluşan yüzey dalgalarıdır.
 

Sismik prospeksiyonun esası yeryüzünde veya yeryüzüne yakın yerlerde sismik bir titreşim yaratarak bu hareket sonucunda oluşacak dalgaların yeraltındaki tabakalardan geçip yansıma ve kırılmasından sonra geri dönen dalgaların geliş zamanlarını ve amplitüdlerini ölçmeye dayanır.
Sismik prospeksiyonda refraksiyon (kırılma)dan çok refleksiyon (yansıma) dalgaları incelenir.

Eğer kayaların akustik hızları biliniyorsa refleksiyona neden olan arakesit düzlemlerinin derinlikleri hesaplanabilir:
 

SİSMİK VERİLERİN TOPLANMASI
Sismik prospeksiyonda ya yeryüzünde patlayıcı kullanılarak ya da bir ağırlık düşürülmek suretiyle sismik dalga oluşturulur.
Bu dalgaların yeraltından yansıyıp yeryüzüne dönüş zamanı belirli şekilde düzenlenmiş  jeofonlar aracılığıyla alınarak kayıt merkezine gönderilir ve burada kaydedilir.
Atış noktası ile jeofonlar arasındaki uzaklık yeraltında inilmek istenen derinliğe bağlı olarak değişir.
Deniz sismiğinde bu iş için düzenlenmiş özel gemiler kullanılır.

SİSMİK VERİLERİN İŞLENMESİ ve YORUMU
Jeofonlar ve bunlara bağlı kayıt cihazları tarafından kaydedilen sismik veriler bilgisayar programları yardımıyla işlenerek çeşitli yan etkilerden arındırılır, kalitesi artırılır ve kesitler halinde çizilirler.
Elde edilen kesitler mevcut yüzey ve kuyu jeolojisi verilerinin de yardımı ile jeolog ve jeofizikçiler tarafından yorumlanır.

UZAKTAN ALGILAMA
Petrol aramada bilhassa başlangıç aşamasında kullanılan ve son derece ucuz ve verimli bir yöntem olan uzaktan algılama birkaç metre yüksekten üst atmosfer yüksekliğine kadar yapılabilir. Petrol aramacılığında görsel, radar ve multispektral yöntemler kullanılmaktadır.

Belli hatlar boyunca ve belli bir yükseklikten uçan özel donanımlı bir uçakla çalışma alanının hava fotoğrafları çekilir. Bunlar üç boyutlu bir görüntü oluşturacak şekilde aşmalı olarak çekildikleri için stereoskoplarla incelenir ve yorumlanarak çalışılan bölgenin jeoloji haritası oluşturulur.

Uçak veya bir uydudan yeryüzüne mikrodalga radyasyonları gönderilip bunların yansımalarının resmedilmesi esasına dayanır. Bu yöntemde bulut, sis vb. gibi atmosfer olayları resim kalitesine etki etmez, gece ve gündüz kullanılabilir. Radar görüntülerinin sıhhat ve detayı çekimi yapan uçağın altına yerleştirilen antenin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.

SONDAJ AŞAMASI

Eski dönemlerde petrol sızıntılardan elde edilir, sığ petrol için maden ocakları gibi ocaklar açılırdı.
19. Yüzyılın sonuna kadar kablolu sondaj aletleri kullanıldı. Bunlar darbeli sondajların bir türüdür ve kablo ucuna bağlanan bir delici ucun belli bir ivme ile kuyuya düşürülmesi esasına dayanırdı.
Günümüzde petrol arama ve işletmede rotary sondaj sistemleri kullanılmaktadır. Bunlar kara ve kıyı ötesi petrol alanları için farklı sistemler halinde dizayn edilmişlerdir.

ROTARY SONDAJ
Bir borunun ucuna takılan bir matkabın boru ile birlikte çevirilmesi esasına dayanır.
Boru içerisinden kuyuya sondaj çamuru denilen özel bir sıvı verilerek, kırıntıların yüzeye getirilmesi, matkabın soğutulması ve kuyu basıncının kontrol edilmesi sağlanır.
Kuyu büyük matkapla delinmeye başlanır, belli bir derinliğe gelinince muhafaza borusu indirilerek bununla kuyu cidarı arası çimentolanır. Daha küçük bir matkapla kuyu delinmeye devam edilir.
Rezervuardan zaman zaman karot alınır, bu iş için karotiyerler kullanılır.

FORMASYON DEĞERLENDİRME
Sondajlardan edinilen bilgiler bir sahanın araştırılması ve geliştirilmesi açısından son derece önemlidir.
Kuyulardan gelen kırıntılar sürekli olarak incelenir ve gerekli yerlerden karot alınır. Karot alımı son derece pahalı olduğu için mecbur olunmadıkça bu yola gidilmez.
Kesilen formasyonların değerlendirilmesi sondaj esnasında sürekli olarak ölçülen kuyu logları yardımı ile yapılır.
Petrol sondajları esnasında alınan başlıca loglar elektrik, radyoaktivite ve sonik loglardır.
Bu loglarla formasyonun litolojisi, porozitesi, permeabilitesi, basıncı, sıcaklığı, bulundurduğu akışkanın cinsi vb. özellikleri belirlenir.
 
 

KUYU JEOFİZİĞİ

Kuyularda log alımı kuyu muhafaza işleminden önce yapılır.
Silindir biçimli sonda cihazları kablo ile kuyu içerisine sarkıtılır ve istenen derinliklerde gerekli ölçümler kaydedilir.
Log alımı ve yorumu özel bir ihtisas dalıdır ve bunun için log analizcileri yetişmiştir.

ELEKTRİK LOGLARI: SP LOGU
SP (Spontaneous Potential, doğal potansiyel) logu en eski loglardan biridir. Kuyu içerisinde sonda yukarıya doğru çekilirken sonda içerisindeki elektrod ile yeryüzüne yerleştirilmiş elektrod arasındaki doğal elektrik akımı kaydedilir.
Kuyu içerisini doldurmuş olan sondaj çamuru geçirgen madde görevi yapar. SP ye neden olan akım sondaj çamuru ile formasyon suyu arasındaki tuzluluk farkına dayanır. Na+ ve Cl- iyonları daha konsantre sıvıdan daha seyreltik sıvıya doğru akar ve böylece bir elektrik akımına neden olur. Formasyonun permeabilitesi ile ilgili olan bu elektrik potansiyeli milivolt cinsinden ölçülür.
SP ölçümü esnasında kayıt aleti şeyl çizgisi denilen bir baz çizgisinden sağa veya sola doğru hareket ederek bir eğri çizer. Şeyl çizgisinden sola olan sapmalar negatif (normal) sapma, sağa doğru olanlar ise pozitif (ters) sapmalardır.
Normal sapma formasyonun gözenekli kumtaşı veya kireçtaşı olduğunu, ters sapma ise formasyon suyunun sondaj çamurundan daha tatlı olduğunu gösterir.
Eğer sapma yoksa veya zayıfsa bu da formasyonun geçirimsiz olduğunu ya da formasyon suyu ile sondaj çamurunun aynı tuzlulukta olduğunu işaret eder.
Sapmanın büyüklüğü formasyonun permeabilitesi ve formasyon suyu ile sondaj çamuru arasındaki tuzluluk farkı ile doğru orantılıdır.
SP eğrisinin şekil ve büyüklüğünü etkileyen başlıca faktörler şunlardır:
Tabaka kalınlığı
Alt ve üstteki tabakanın rezistivitesi
Kuyu çapı
Çamurun geçirgen tabakaya nüfuz derinliği
Geçirgen tabakalar içerisindeki ince tabakalar ve kil miktarı

ELEKTRİK LOGLARI: REZİSTİVİTE  LOGU
Formasyonların elektrik akımına karşı göstermiş oldukları görünür direnci (rezistivite)  ölçme esasına dayanan bir logdur. Rezistiviteyi etkileyen faktörler şunlardır:
Formasyon rezistivitesi
Rezistivitesi ölçülen birimlerin alt ve üstündeki birimlerin rezistivitesi
Formasyon kalınlığı
Çamurun rezistivitesi
Kuyu çapı
Çamur istila zonunun rezistivitesi
Formasyonların elektrik rezistivitesini ölçmek için 3 ana yol vardır:

NORMAL LOG:
Bu yöntemde kuyu dibine sarkıtılan sonda ile yüzey elektrodları arasında bir elektrik potansiyeli ve bir akım oluşturulur. Sonda üzerinde genellikle bir çift elektrod vardır. Sonda yukarıya çekilirken bunlar formasyon rezistivitesindeki değişimleri kaydeder.
Akımın verildiği elektrod ile kayıt yapan elektrod arasındaki mesafe 16 inç (kısa normal), 64 inç (uzun normal) ya da 8 ft 8 inç (uzun lateral) seçilebilir. Bu mesafe verilen akımın kuyudan formasyon içerisine ne kadar nüfuz ettiği ile ilişkilidir.

LATEROLOG:
Bu sistemde formasyon içerisine yatay olarak akım verilir. Böylece yanal olarak birimlerin içerisine daha fazla nüfuz sağlanarak daha doğru rezistivite değerleri ölçülür. Akım elektrodunun üzerinde ve altında iki tane koruyucu elektrod vardır. Bunlar akım elektrodundan verilen akımın yukarı veya aşağıya geçmesine engel olur ve yanal hareketi sağlarlar. Sonda hareket ettirildikçe rezistivite değerleri okunur.

İNDÜKSİYON LOGU:
Bu sistem tatlı su çamurlarında veya petrollü çamur sisteminde kullanılır. Sonda üzerinde yüksek frekanslı alternatif (değişken) akım veren bir verici ve bir alıcı vardır. Alternatif akım manyetik bir alan oluşturur, bu da formasyon içerisinde halka şeklinde Fourcault akımlarına neden olur. Oluşan bu akım formasyonun rezistivitesine göre değişim gösterir ve alıcı tarafından kaydedilir. Bu yöntemde formasyon ile sonda arasında bir iletkene yani çamura ihtiyaç yoktur.

REZİSTİVİTE LOGU YORUMU:
Katı kayalar, içerisinde tatlı su, petrol veya gaz bulunduran poroz kayalarda olduğu gibi yüksek elektrik rezistivitesine sahiptir.
Şeyl ve tuzlu su içeren gözenekli kayalar ise çok düşük rezistiviteye sahiptir.

SONDAJ ÇAMURUNUN REZİSTİVİTEYE ETKİSİ: Sondaj çamurunun görevlerinden biri geçirgen formasyonlardan kuyu içerisine akışkan girmesine engel olmaktır. Kuyu içerisindeki çamur kuyu çeperlerine yapışarak çamur pastası (mud cake) denilen bir sıva oluşturur. Çamur formasyon içerisine de girerek formasyon içerisindeki orijinal sıvı veya gazı öteler. Bu nedenle çamurun nüfuz ettiği zonun rezistivitesi ile çamurun ulaşamadığı yerin rezistivitesi farklıdır. Bazen de bu ikisi arasında bir geçiş zonu oluşur. Çamur tarafından istila edilen zonun rezistivitesi Rxo ile gösterilir ve bu mikrorezistivite logu ile ölçülür.
Rezistivite ve SP logu birlikte alındığında petrollü zonların tespit edilmesi daha kolay olur.

RADYOAKTİVİTE LOGLARI: GAMMA-RAY LOG
Kayaların radyoaktiviteleri arasındaki farklardan yararlanarak hazırlanan bir logdur.
Gamma logları kayalardaki radyoaktif maddelerin bozunması sonucu açığa çıkan gamma ışınlarını API derecesi cinsinden ölçer.
 Kayalardaki en yaygın radyoaktif element potasyumdur. Bu mineral en bol olarak illitler içerisinde, daha az miktarda da feldspat, mika ve glokoni içerisinde bulunur. Zirkon, monazit ve çeşitli fosfat mineralleri de radyoaktiviteye sahiptir.
Organik maddeler bünyelerinde uranyum ve toryum biriktirirler. Bu nedenle petrol anakayaları, petrollü şeyller, sapropeller ve algli kömürler radyoaktiftir.
Gamma logu kuyu çapından etkilenen bir log olduğu için kuyu çapını ölçen kaliper logu ile birlikte kullanılır.
Gamma logu muhafaza borusu döşenmiş kuyularda da kullanılabilir.
Gamma logunun kullanıldığı alanlar
Litolojik ayırım
Rezervuarların şeyl veya kil oranlarının belirlenmesi
Kuyu korelasyonu
 

NÖTRON LOGU:
Bu log alımı esnasında formasyon radyoaktif bir kaynak tarafından nötron bombardımanına tutulur. Bu bombardıman sonucunda içerisindeki hidrojen miktarına bağlı olarak kayadan gama ışınları çıkar ve bunlar sonda üzerindeki bir alıcı vasıtası ile kaydedilir.
Hidrojen, formasyon içerisindeki minerallerde bulunmamasına karşılık bütün formasyon sıvılarında (petrol, gaz, su) mevcuttur. Bu nedenle nötron bombardınmanına kayanın vereceği tepki doğrudan kayanın gözenekliliği ile ilgilidir.
Nötron logu da kuyu çapından etkilendiği için kaliper logu ile birlikte değerlendirilir.
Nötron logu kireçtaşı (LPU) veya kumtaşı porozite birimi (SPU) olarak ölçülür.

YOĞUNLUK LOGU:
Gamma ışınlarının formasyon içerisine gönderilip geri dönen miktarın ölçülmesi esasına dayanan bir radyoaktivite logudur. Gamma-gamma aleti yardımı ile ölçülür.
Gamma ışınlarının geri dönme miktarı formasyon içerisindeki atomların elektron yoğunluğu ile, bu da formasyonun asıl yoğunluğu ile ilgilidir.
Formasyon içerisinde gaz bulunması yoğunluğu düşürür, yüksek porozite değeri verir.
 

SONİK veya AKUSTİK LOG:
Formasyonun akustik hızının ölçülmesi esasına dayanan bir logdur. Sismik dalga hızını derinlerde tayine yarar. Kuyu içerisine sarkıtılan aletin bir ucundan bir ses dalgası gönderilerek diğer ucundan dönüş zamanı ölçülür. Bu zaman kayanın gözenek miktarı ile denetlenir. Mikrosaniye/foot cinsinden ölçülen sesin transit zamanından bir formül yardımı ile kayanın porozitesi hesaplanır.
Sonik log muhafazasız kuyularda kullanılabilir.

POROZİTE LOGLARI KOMBİNASYONU: Formasyonun porozitesini belirlemeyi amaçlayan elektrik, radyoaktivite ve akustik loglar formasyon porozitesinin yanısıra litoloji, kil ve gaz içeriğinden etkilenirler. Bu nedenle tek başlarına kullanılmaktan çok birarada kullanıldıklarında daha doğru sonuçlar verirler.
Örneğin gaz zonlarında nötron logu çok düşük porozite değerleri verirken yoğunluk logu çok yüksek porozite değeri vermektedir. Bu farklı porozite değerleri birlikte değerlendirilerek bir avantaja dönüştürülebilir.
 

DİPMETRE  (EĞİM)  LOGU:
Kuyu içerisine sarkıtılan Dipmetre sondası denilen bir aletle kuyuda kesilen birimlerin eğimleri ölçülür. Bu alet ease itibariyle bir çok kollu bir rezistivite logudur ve içerisinde aletin yönünü tayin eden bir pusula mevcuttur.