Petrolifer sedimanter havzanın evrimi sırasında, kayalarda bulunan kil mineralleri, tektonik ve sedimantasyona tepki olarak bileşim ve kristal yapıda bir dizi değişikliğe uğrar. Kil minerallerinin miktarı ve türü, farklı tektonik ve tortul ortamlarda sığ ve daha büyük derinliklerde kırıntılı minerallerin ve diyajenetik reaksiyonların kaynağının bir fonksiyonudur. Kil mineralleri, tektonik/yapısal rejim, havza evrim tarihi ve çeşitli jeolojik olayların zamanlamasını anlamak için kullanılabilir. Bu, tektonik olarak karmaşık alandaki geçmişleri çözmeye yardımcı olmak için yararlı bir araç bile sağlayabilir.
Son on yılda, Dünya çapında ticari başarısı nedeniyle doğal gaz gaz çıkarma çalışmalarında kaya gazı ve kaya petrolü rezervuarlarına olan ilgi artmıştır. Geleneksel petrol ve gaz rezervuarlarının (kumtaşı ve karbonat) aksine, bu yeni tanımlanan rezervuarlar tipik olarak çok ince taneli kaya dokusuna (baskın tane boyutu 5 m), düşük gözenekliliğe (% 10) ve düşük geçirgenliğe (nanodarktik aralıkta) sahiptir.
Bu kayaçlar önceden yüksek organik içerikli (% 2 ağırlık fraksiyonu Toplam Organik Karbon, TOC) sadece kaynak kayalar olarak kabul edilirdi, ancak şimdi yatay sondaj ve hidrolik kırılma yoluyla rezervuar kayalar olarak bulunmuştur. Bu dar alanmdaki gaz ve petrol rezervleri çok büyük, ABD Enerji Bilgi İdaresi (EIA) 2011’de potansiyelin var olduğuna dair büyük bir rapor yayınlanmıştır. Dünyadaki şeyl gazı kaynaklarda bulunan 622 trilyon fit küp (Tcf) miktarındadır. Şeyl oluşumlarının ticari önemine rağmen, fiziksel özellikleri, özellikle gözeneklilik, gözenek boyutu dağılımları ve kil mineral kumaşları hala tam olarak anlaşılmamıştır.
Şeyllerdeki gözeneklilik ölçümleri, çok ince taneli doku, küçük gözenek boyutları, son derece düşük geçirgenlik ve suyun bu kaya türlerinde genellikle önemli olan kil mineralleri ile güçlü etkileşimi nedeniyle karmaşıktır. Şeyller çift gözenekli yapı sergilerler ve kumtaşı ve kireçtaşlarına göre daha karmaşık gözenekli yapıya sahiptirler. Şeyllerin petrol ve gaz taşıma ve depolama özelliklerini tahmin etmedeki en büyük zorluklardan biri, kil türü, kil içeriği, serbest gaz içeriği, gözeneklilik ve bunların ilişkilerinin anlaşılmamasıdır.
Şeyl kırılganlığının, propant gömülmesi ve kuyu deliği ile hidrolik kırılma bağlantısının sürdürülmesi üzerinde etkisi vardır. Yüksek kilce zengin şeyller genellikle düşük Young Modülüne sahiptir ve uzantı olarak düşük kırılganlık indeksine sahiptir ve kırılması zordur. Bu nedenle kil mineralleri, kaya gazı ve kaya petrolü araştırmalarında kilit rol oynar.
Şeyller gerçekten ince ve sıkı olduğundan, gaz şistinde rezervuar kalitesinin tahmin edilmesi, gözenek yapısı ve gözenek bağlantısının tam olarak anlaşılmasını gerektirir. MicroCT, gözenek parametrelerini 1 mikrometre düzeyinde bir çözünürlükle çözmek için kanıtlanmış bir tekniktir. NanoCT teknolojisi 200nm’ye kadar çözünürlüğe sahiptir, ancak bu bile gazlı şist için yeterli olmayabilir. Gaz şistlerinin inorganik bir matris içinde ince dağılmış gözenekli organik madde içerdiği bilinmektedir.
Organik fazdaki gözeneklilik, tipik olarak 100 nanometrenin altında ve hatta sadece birkaç nanometreye kadar inen gözenek ve gözenek boğaz boyutlarına sahiptir, bu nedenle şeyllerdeki kil minerallerini karakterize etmek için yeni teknikler gereklidir. Son yeni kil mineral karakterizasyon yöntemleri arasında, bunlarla sınırlı olmamak üzere, FTIR (Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi), QEMSCAN (Otomatik Mineraloji ve Petrografi) teknikleri kullanılmaktadır.
Özel analitik tekniklerin ilerlemeleri, sayesinde kil minerali görüntüleme, mineral tanımlama ve niceleme teknikleri kullanılarak konularında önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Spektral analiz yöntemine dayalı kil minerali tanımlama ve miktar tayini, geleneksel yöntemlere güvenilir bir alternatiftir. Ayrıca, otomatikleştirilmiş SEM-EDS çözüm yaklaşımı ek dokusal bilgi sağlar ve ortaya çıkan mineral haritaları, geleneksel kumtaşı ve geleneksel olmayan sıkı şist rezervuar kayaları, gözenek astarları, granüler mineral değişim ürünlerinden, taneler arası çimentolardan ayırt etmek için ve tortul laminasyonlarda kullanılabilir.
SEM yüksek çözünürlüğe sahip olduğundan ve EDS’nin kimyasal element analizi, kumaş ve kimyasal bileşim analizi kombinasyonu yoluyla mineral bileşiminin tam olarak belirlenmesine yardımcı olabileceğinden, SEM/EDS son zamanlarda şeyl rezervuarlarını incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Nano gözenekli ağ ve kaya dokusu mimarisinin sezgisel görselleştirilmesi için FIB/SEM, geniş iyon cilalı şist rezervuar mimarisini ortaya çıkarmak için 3 boyutlu nanometre çözünürlüğü ile şimdiye kadar tek teknolojidir. Bir Taramalı Elektron Mikroskobunun (SEM) yüksek çözünürlüğü, Odaklanmış İyon Demetinin (FIB) hassas kesme kapasitesi ile birleştirildiğinde, birkaç nanometre çözünürlükle 3D rekonstrüksiyonların oluşturulmasını sağlar (Lemmens et al., 2011). FIB, 10 nm düzeyinde kesitler arası aralıklarla ve kesit düzleminde birkaç nanometre çözünürlüğe sahip bir sonraki 2D bölümü paralel ve öncekiyle hizalanmış bir sonraki 2D bölümü oluşturmak için kontrollü bir miktarda malzemeyi kaldırabilir.
Çin’deki Sichuan Havzasındaki bir Silüriyen şeyl rezervuarının FIB/SEM kesitinin bir örneğidir; bu, kerojende organik (kerojen) nano ölçekli gözenekleri ve illit varlığını kılar. Bu nano ölçekli gözenekler, havzada büyük miktarda gaz depolayabilir. Bu şekilde, sonraki dilimlerin dikkatli bir şekilde birleştirilmesinden sonra, nanometre çözünürlüğüne sahip bir 3D model elde edilebilir. 
Kil mineralleri, sırasıyla petrol ve gazı üretip depolayabilen kaynak kayalar ve rezervuar kayaçlarda bulunan önemli bileşimlerdir. Kil minerallerinin varlığı, geleneksel kumtaşı, karbonat ve geleneksel olmayan şeyllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini güçlü bir şekilde etkiler.Bölgesel olarak, kil mineralleri, tektonik, sedimantasyon, gömülme ve termal tarihle ilgili havza evrimi gibi perspektifleri yorumlamak ve anlamak, tortul ortamı çıkarmak ve katmanları ilişkilendirmek için kullanılabilir.
Kaynak kayaçlardaki kil mineralleri için, hidrokarbon oluşumu, çıkarılması ve göçünün kalite değerlendirmesi için önemlidirler. Kil mineralleri, organik maddenin adsorpsiyon yoluyla konsantre edilmesine yardımcı olur ve daha sonra petrol üretmek için katalizör görevi görür. Montmorillonitin illite dönüşümü ve artan I/S düzeni, hidrokarbon oluşumu ve atılma olaylarını gösterebilir.
Rezervuar kayalarındaki kil mineralleri için, bunların varlığı, gözeneklilik ve geçirgenlik gibi rezervuar özellikleri ve rezervuar kalitesini değerlendirmek için kullanılan ölçülen fiziksel veriler üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Jeologlar, gömü diyajenetik sürecini deşifre etmek ve gözenek tipini ve gözenek evrimini ortaya çıkarmak için kil mineralleri bilgilerini kullanırlar. Gözenek boğazlarını tıkayabildikleri ve kolayca sıkıştırılabildikleri için genellikle rezervuar kalitesine zararlı olduğu düşünülse de, diğer diyajenetik işlemler, kil çözünmesi yoluyla gözeneklilik sağlayarak, killerde mikro gözenekler oluşturarak ve kaplamayla ikincil gözeneklilik oluşturarak gözenekliliği artırabilir ve kuvars sementasyonunu önlemek için tanelerde klorit kullanılabilir.
Son zamanlarda ortaya çıkan şeyl petrol ve gaz araştırmaları, bu alışılmadık kaynağın araştırılmasında kil minerallerinin uygulanmasını incelemek için son teknoloji görüntüleme ve karakterizasyon tekniklerini gerektirmektedir. Modern yenilikçi QEMSCAN ® ve FIB/SEM/EDS, en iyi kırılgan rezervuar aralığını tanımlamaya ve uyumlu sondaj ve hidrolik sıvıları seçerek keşif hatalarını önlemeye yardımcı olan kil minerallerinin tanımlanmasında ve nicel karakterizasyonunda kilit roller oynamaktadır.
Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/284796720_Clay_Minerals_from_the_Perspective_of_Oil_and_Gas_Exploration
https://content.sciendo.com/downloadpdf/journals/adms/15/1/article-p37.pdf
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu