REDA

2⅜″ OD, 2.041″, ID J-55, 4.7 lb/ft, 93 joints

Junction Box Transformer Variable Speed Drive

IV. EVALUASI SUMUR KS-08 DENGAN ANALISIS NODAL

4.1 Data Sumur KS-08

4.1.1 Data Reservoir

Pressure reservoir (PR) : 800 Psig

Bubble point pressure(Pb) : 1159 Psig

Bottom hole temperature : 181 oF (541 ⁰R)

Berdasarkan data logging sumur KS-08 diperoleh data sebagai berikut :

Jenis fomasi : Baturaja

Litologi batuan : Carbonat

Porositas : 25 %

Permeabilitas : 30 mD

4.1.2 Data Sumur dan ESP Sumur KS-08

Well head Pressure : 150 psig

Tubing : 2⅜″ OD, 2.041″, ID J-55, 4.7 lb/ft, 93 joints

Casing produksi : 5½″ OD, J-55, 15.5 lb/ft, @3329 ft MD

Perforasi : 3020-3028 ft MD

Setting depth pump : 2928.82 ft MD; 2719.37 ft TVD

Temperatur @ PSD : 180 ⁰F (540 ⁰R)

Tipe Pompa : ODI RA16/160 stages, Length: 23.49 ft

37

38

Gambar 4.1 Diagram Sumur KS-08

3020 – 3028 ft MD

4.1.3 Data Produksi Sumur KS-08

Sumur KS-08 diproduksikan dengan ESP sejak tanggal 07 Januari 2007 dan

sebelumnya diproduksikan dengan metode gas lift. Pompa ESP yang digunakan ODI

RA16/160 stages. Beberapa data produksi sumur KS-08 yaitu :

Gas oil ratio (GOR) : 2500 scf/STB

Gas liquid ratio (GLR) : 308 scf/STB

Water specific gravity : 1.05

Gas spesific gravity : 0.707

Oil spesific gravity : 0.83 (38.5 ˚API)

Water cut : 92%

39

Data tes produksi selama 1 tahun ditunjukkan pada tabel berikut

Tabel 4.1 Data Produksi Sumur KS-08

DateFrek.

motor, Hz

qliquid, STB/D

Water cut, %

qwater, STB/D

qoil, STB/D

qgas, Mscfd

GOR, scf/STB

GLR, scf/STB

7-Jan-2007 45 577 87 501.99 75.01 311 4146 5398-Jan-2007 45 818 82 670.76 147.2 173 1175 211

30-Jan-2007 45 872 71 619.12 252.9 387 1530 4443-Feb-2007 45 980 71 695.8 284.2 702 2470 7165-Feb-2007 45 894 73 652.62 241.4 367 1520 411

19-Feb-2007 50 1106 93 1028.6 77.42 453 5851 41021-Feb-2007 50 1100 93 1023 77 242 3143 2202-Mar-2007 50 1458 85 1239.3 218.7 725 3315 497

11-Mar-2007 50 1680 81 1360.8 319.2 705 2209 42013-Mar-2007 60 1526 85 1297.1 228.9 232 1014 15231-Mar-2007 60 1604 82 1315.3 288.7 282 977 17614-Apr-2007 50 1544 85 1312.4 231.6 335 1446 21729-Apr-2007 60 1637 85 1391.5 245.6 286 1165 1752-May-2007 60 1486 85 1263.1 222.9 152 682 102

14-May-2007 60 1014 85 861.9 152.1 313 2058 30913-Jun-2007 60 1044 85 887.4 156.6 226 1443 21628-Jul-2007 40 1032 94 970.08 61.92 214 3456 2079-Aug-2007 40 936 90 842.4 93.6 214 2286 229

24-Aug-2007 40 1418 90 1276.2 141.8 640 4513 4514-Sep-2007 40 1054 91 959.14 94.86 347 3658 32918-Oct-2007 40 1032 92 949.44 82.56 366 4433 35518-Nov-2007 60 1056 92 971.52 84.48 312 3693 2954-Dec-2007 55 1836 92 1689.1 146.9 439 2989 23916-Jan-2008 55 1440 92 1324.8 115.2 101 877 70

40

4.1.4 Potensi Sumur KS-08

Tekanan reservoir (Pr) = 800 psig

Tekanan buble point (Pb) = 1159 psig

Flow efisiensi (FE) = 1 (asumsi)

qL test = 519 STB/D

Pwf test = 702 psig

1. Hitung qL maks dengan menggunakan persamaan Vogel :

qL maks=qL test

1−0.2( Pwf testPR

)−0.8( Pwf testPR

)2

¿ 519

1−0.2( 702800 )−0.8( 702

800 )2 ¿ 2489 STB/D

2. Dengan menggunakan harga qL maks hasil perhitungan langkah-1, hitung

harga qL untuk berbagai harga Pwf assumsi dengan menggunakan persamaan

langkah-1. Buat tabulasi sebagai berikut :

Tabel 4.2 Tabulasi IPR Sumur KS-08

Pwf ass, psig qL , STB/D

800 0702 519600 996500 1400300 2023200 2240100 2396

0 2489

41

3. Buat salib sumbu dengan Pwf pada sumbu tegak dan qL pada sumbu datar.

4. Plot hasil perhitungan qL untuk berbagai Pwf pada langkah-2.

5. Hubungkan titik tersebut, didapat grafik IPR.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 28000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

qL, STB/D

Pw

f, p

sig

Gambar 4.2 Grafik IPR Sumur KS-08

4.2 Analisis Sumur KS-08 dengan ODI RA16/160 stages

Dalam pokok bahasan ini akan dilakukan analisis untuk mencari harga speed

optimum yang sesuai dengan inflow performance dari sumur. Pompa ESP ODI

RA16/160 stages mempunyai range 1500 – 2500 res.bbl/D untuk speed 75 Hz. Jika

inflow performance dari sumur masih berada pada range pompa, maka akan dicari

harga speed optimum dengan laju produksi yang sesuai dengan inflow sumur.

42

Dengan mendapatkan rate optimum ini diharapkan waktu produksi dapat bertahan

lama dan stabil.

Langkah – langkah dalam menganalisis dengan menggunakan Nodal System

Analysis, yaitu :

4.2.1 Analisis Ukuran Pompa

Langkah – langkah analisis jenis pompa yang digunakan menurut batasan range

tertinggi dari pompa yang terpasang, adalah sebagai berikut :

1. Persiapkan grafik kemampuan produksi sumur (IPR) dalam STB/D dan

res.bbl/D pada grafik dan skala yang sama. Laju alir produksi pada res.bbl/D

didapatkan dari stb/day dikalikan dengan faktor volume. Harga faktor volume

didapatkan dengan mencari harga – harga;

kelarutan gas (Rs)

Faktor volume formasi minyak (Bo)

Faktor volume gas (Bg)

pada setiap tekanan alir dasar sumur (Pwf) berdasarkan tabel IPR Sumur KS-08.

a. Kelarutan Gas (Rs)

Pada tekanan alir dasar sumur 500 psi dan temperatur 181 oF diperoleh

R s=γ g( P18

x100.0125 x(° API )

100.00091 x(T) )1

0.83

43

R s=0.707( 50018

x100.0125 x(38.5)

100.00091 x(181) )1

0.83=93.37 scf /STB

b. Faktor Volume Formasi Minyak (Bo)

Dari harga Rs tersebut dapat digunakan untuk menghitung faktor volume

formasi minyak (Bo), diperoleh :

F=Rs( γ g

γ O)

0.5

+1.25 T=93.37( 0.7070.83 )

0.5

+1.25(181)=312.30

Bo=0.972+0.000147 x F1.175=0.972+0.000147 x312.301.175

¿1.097 RB /STB

c. Faktor Volume Formasi Gas (Bg)

Sebelum menghitung harga factor volume formasi untuk gas (Bg) harus dicari

dulu faktor deviasi gas (Z). Pada kondisi tersebut diperoleh :

Ppc = 709.604 – 58.718 γg = 709.604 – 58.718 x (0.707) = 668.090 psi

Tpc = 170.491 + 307.344 γg= 170.491 + 307.344 x (0.707) = 387.783 ⁰R

PPr=P

PPc

=(500+14.7)

668.090=0.770

T Pr=T

T Pc

=(181+460)

387.783=1.65

Z = 0,955 (grafik compresibility faktor After Standing and Katz)

Bg=0.00504Z TP

=0.005040.955 x (181+460)

500=0.006 RB/scf

44

Setelah semua harga didapatkan dapat dihitung faktor volume dengan anggapan

(Gas Ingestion Percentage) GIP 25 % dari total free gas karena melalui gas

separator, yaitu :

VF=wc+ (1−wc ) Bo+GIP [GLR−(1−wc ) R s ] x Bg

VF=92 %+ (1−92 % )1.097+25 % [308− (1−92 % )93.37 ] x 0.006 = 1.458

Hasil perhitungan tiap harga tekanan alir dasar sumur dan laju produksi pada

IPR dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 4.3 Tabulasi Perhitungan IPR pada Reservoir BBL/D

Pwf ass, psig

qL, STB/

D

Rs, scf/ST

BF

Bo, RB/ST

BpPr pTr Z

Bg, RB/sc

fVF

Volume, res.bbl/

D

800 0 164.48377.8

4 1.1291.21

91.65

0.995 0.004 1.301 0

702 519 140.52355.7

6 1.1181.07

31.65

0.990 0.004 1.341 696

700 529 140.04355.3

1 1.1181.07

01.65

0.980 0.004 1.338 708

600 996 116.30333.4

4 1.1070.92

01.65

0.970 0.005 1.389 1383

500 1400 93.37312.3

0 1.0970.77

01.65

0.955 0.006 1.458 2042

400 1742 71.36292.0

1 1.0880.62

11.65

0.950 0.007 1.566 2729

300 2023 50.45272.7

5 1.0790.47

11.65

0.940 0.010 1.740 3518

200 2240 30.96254.7

8 1.0710.32

11.65

0.930 0.014 2.075 4648

100 2396 13.43238.6

3 1.0630.17

21.65

0.928 0.026 3.011 7213

0 2489 0.00226.2

5 1.0580.02

21.65

0.920 0.202

16.573 41255

45

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

stb/d res.bbl/DqL

Pw

f, p

sig

Gambar 4.3 Grafik Laju Alir Sumur KS-08 pada STB/D & res.bbl/D

2. Berdasarkan kurva kemampuan pompa ODI RA16/160 stages pada speed 75

Hz, dimasukkan rate tertinggi ke grafik IPR di atas.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

stb/d res.bbl/D qL

Pw

f, ps

ig

46

Gambar 4.4 Grafik Laju Alir pada Intake Pompa

Batas atas laju alir tertinggi dari ODI RA16/ 160 stages yang terpasang adalah

2500 res.bbl/D pada speed 75 Hz. Dari batas kapasitas tertinggi pompa (2500

res.bbl/D) ditarik garis vertikal hingga memotong kurva IPR res.bbl/D kemudian

ditarik garis horizontal hingga bersinggungan dengan kurva IPR STB/D dan

diperoleh rate 1636 STB/D pada tekanan Pwf =433 psig & PIP =399 psig. Oleh

karena itu, akan dihitung speed optimum untuk menyesuaikan inflow optimum dari

sumur.

47

4.2.2 Grafik Inflow dan Outflow

4.2.1.2 Grafik Produktivitas Sumur pada PIP sebagai Inflow

Adapun langkah pembuatan grafik tersebut adalah sebagai berikut :

a. Berdasarkan data grafik IPR, dipilih harga laju alir produksi = 1000

STB/D.

b. Tekanan alir dasar sumur (Pwf) yang dibutuhkan untuk laju alir tersebut :

Pwf=PR[(1.266−1.25qL

qL max )0.5

−0.125 ] Pwf=800 [(1.266−1.25

10002489 )

0.5

−0.125 ] = 599 psig

maka

ΔPR=PR−Pwf=(800−599 ) psi=201 psig

c. Dengan menggunakan ukuran casing dan GLR formasi (308 scf/STB)

diperoleh ∆ Pcsg(below pump) sebesar 39 psig untuk laju alir 1000 STB/D.

d. Pup ¿PR−∆ Pres−∆ Pcsg (below pump )

¿ (800−201−39 ) psi=560 psig

e. Dengan mengasumsikan harga laju alir produksi, kemudian hitung harga –

harga, tekanan laju alir produksi dasar sumur (Pwf), beda tekanan reservoir

(ΔPres), beda tekanan dasar sumur sampai dengan pompa (ΔPpump).

f. Berdasarkan harga – harga asumsi laju alir produksi dan perhitungan di

atas, kemudian buat tabel, sebagai berikut :

48

Tabel 4.4 Tabulasi Perhitungan Pump Intake Pressure

qL, STB/D Pwf, psigΔP res,

psig

∆P casingPIP, psig

99.185½" OD

0 800 0 47 753200 764 36 45 719400 726 74 42 684600 686 114 44 642800 644 156 41 603

1000 599 201 39 5601200 552 248 40 5121400 500 300 37 4631600 444 356 34 4101800 381 419 33 3482000 309 491 29 2802200 221 579 23 1982400 97 703 20 772470 28 772 28 0

g. Plot harga – harga laju alir produksi (qL) dengan tekanan intake pompa

(PIP) sebagai grafik inflow.

4.2.1.2 Grafik Tubing Intake Pressure sebagai Outflow

Grafik outflow, menggambarkan kemampuan pompa yang dibutuhkan untuk

mengalirkan fluida dari intake tubing sampai permukaan dengan

memperhitungkan tekanan di sepanjang tubing sampai dengan separator dengan

berbagai harga anggapan laju alir produksi (rate assumed).

Langkah pembuatan grafik intake tubing untuk sumur dengan gas bersama

dengan liquid masuk ke dalam pompa, adalah sebagai berikut :

a. Berdasarkan prosedur pembuatan inflow dipilih harga qL= 1000 STB/D.

49

b. Menentukan GLR yang masuk pompa untuk menghitung pressure drop pada

tubing dan flowline.

1) Dari perhitungan Pup, untuk qL = 1000 STB/D didapatkan Pup = 560 psig

dan temperatur 180 oF.

2) Dihitung Rs pada P dan T yang bersangkutan.

R s=γ g x [ P18

x100.0125 x(° API )

100.0009xT ]1

0.83

¿0.707 x [ 56018

x100.0125 x(38.5)

100.0009x 180 ]1

0.83

= 107.30 scf/STB

3) Perkirakan fraksi gas bebas (Es) yang terpisahkan pada pompa. Karena

menggunakan downhole separator, maka Es = 0.75.

4) Dihitung GLR yang keluar dari pompa.

GLRdn=(1−E s )(R total−Rs Fo)

¿ (1−0.75 )(308−107.30 x 0.08)

= 74.85 scf/STB

c. Tentukan Pdn dengan menggunakan GLRdn untuk menghitung pressure drop

sepanjang tubing. Untuk laju alir 1000 stb/d dengan GLRdn= 74.85 scf/STB

diperoleh ΔP tubing sebesar =1080 psig.

d. Berdasarkan harga – harga asumsi laju alir produksi dan perhitungan di atas,

kemudian buat tabel, sebagai berikut :

50

Tabel 4.5 Tabulasi Tubing Intake Pressure (Pdn)

Rate, STB/

D

PIP, psig

Rs @PSD, scf/STB

GLRdn,scf/STB

Pwh, psig

∆P tubingPdn,

psig2857 ft2⅜" OD

600 642 126.50 74.47 150 1000 1150800 603 117.30 74.65 150 1050 1200

1000 560 107.30 74.85 150 1080 12301200 512 96.31 75.07 150 1100 12501400 463 85.32 75.29 150 1115 12651500 420 75.87 75.48 150 1120 12701800 348 60.49 75.79 150 1150 13002000 280 46.55 76.07 150 1170 13202200 198 30.66 76.39 150 1174 13242400 77 9.83 76.80 150 1176 13262470 0 0.00 77.00 150 1183 1333

e. Ulangi untuk harga-harga qL yang lain dan plot Pdn vs qL sebagai grafik

outflow.

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 26000

100200300400500600700800900

10001100120013001400

Pump Intake Pressure

Tubing In-take Pressure

qL, STB/D

pres

sure

, psi

g

ΔP (Gain Pressure)

440 psig

1275 psig

qL optimum

Gambar 4.5 Grafik Pump Intake Pressure dan Tubing Intake Pressure

51

f. Pilih harga qL dan ΔP yang bersangkutan dari gambar diatas, maka Pup dan Pdn

didapatkan pula. Jika harga qL ditentukan sebagai qL optimum sebesar 60%

dari qL maksimum maka didapatkan :

qL optimum = 60% x qL maksimum

= 60% x 2489

= 1494 STB/D

Pup = 440 psig

Pdn = 1275 psig

ΔPpump = Pdn - Pup

= 1275 – 440

= 835 psig

4.2.3 Grafik Pump Discharge Pressure

1. Tentukan ukuran pompa berdasarkan pompa yang terpasang.

2. Hitung berat jenis fluida pada kondisi standar, dengan persamaan :

ρ fsc=350 x wc x γwsc+350 x (1−wc ) x γ osc+0.0764 xGIP xGLR x γ gsc

= 350 x 92% x 1.05 + 350 x (1 - 92%) x 0.83 + 0.0764 x 25% x 308 x 0.707

= 365.57 lb/STB

3. Asumsikan beberapa nilai laju alir produksi dalam stbl/day, dan untuk tiap – tiap

laju alir lakukan perhitungan sebagai berikut :

a. Misalnya untuk laju alir 800 stb/d, tekanan discharge yang dibutuhkan (P3.0) =

1200 psig

52

b. Pilih beda tekanan penurunan (ΔP3). Dalam analisis ini ΔΡ3 = 50 psig

c. Hitung jumlahnya ( A x ∆ P3

qsc), dimana A=803.3141

ρ fsc

=803.3141365.57

=2.211

maka ( A x ∆ P3

qsc)=2.211 x50

800=0.138

d. Hitung tekanan discharge dikurangi dengan beda tekanan penurunan (P3.1),

dengan menggunakan persamaan : P3. i=( P3. i−1 )−∆ P3=1200−50=1150 ps i

dan hitung tekanan rata – ratanya; P3.1=(( P3i−1 )+P3 )

2=1200+1150

2=1175

psig

e. Tentukan faktor volume VF pada tekanan P3.1 (1175 psig)

VF=wc+ (1−wc ) x Bo+GIPx [GLR−(1−wc ) x R s ] x Bg=1.19

dimana

Bo=0.972+0.000147 x F1.175=0.972+0.000147 x 467.71.175=1.17

F=R s x ( SGg

SGo)

0.5

+1.25 xT=262.03 x ( 0.7070.83 )

0.5

+1.25 x 180=467.7

R s=γ g x [ P18

x100.0125 x ( ° API )

100.0009 xT ]1

0.83

¿0.707 x [117518

x100.0125 x 38.5

100.0009 x180 ]1

0.83=262.03scf/STB

Bg=0.00504 xZxT

P=

0.00504 x 0.888 x(180+460)1175

=0.002463

53

Z = 0.888 (grafik compresibility faktor After Standing and Katz)

GIP (gas yang masuk ke dalam pompa) = 25%

kemudian hitung volume Vl = q x VF = 800 x 1.19 = 952.3 res.bbl/D

f. Baca hi (head per stage) pada Vi dari kurva kemampuan pompa untuk harga

speed yang bervariasi. Untuk speed 45 Hz dan laju alir 952.3 res.bbl/D

diperoleh hi=¿ 15.4 ft/stage.

g. Ulangi langkah c sampai dengan f untuk (P3.2), (P3.3), (P3.4), , dan seterusnya

hingga tekanan intake tercapai pada jumlah stage 160. Dengan interpolasi,

diperoleh harga pressure intake pump pada 160 Hz = 393,5 psig untuk laju

alir 800 STB/D dengan speed 45 Hz.

h. Ulangi langkah c sampai g untuk speed 50 Hz, 55 Hz, 60 Hz, 65 Hz, 70 Hz

Tabel 4.6 Interpolasi & Ekstrapolasi PIP untuk laju alir 800 STB/D

i.

Ulangi langkah a sampai h untuk laju alir 1000 STB/D, 1500 STB/D, 1800 STB/D,

dan 2000 STB/D.

54

PIP, psig 45 Hz 50 Hz 55 Hz 60 Hz 65 Hz 70 Hz

450 144.80400 158.13350 172.48300 146.95250 160.81200 178.86150 137.65 126.17 103.44 87.04100 157.18 164.62 125.08 102.0950 285.37

4. Buat tabel yang meliputi data asumsi laju alir, tekanan discharge yang

dibutuhkan, dan tekanan intake dari tiap – tiap speed.

Tabel 4.7 PIP untuk berbagai speed

qL, STB/D

Pdn,

psigPIP untuk pompa 160 stages

45 Hz 50 Hz 55 Hz 60 Hz 65 Hz 70 Hz800 1200 393.5 253 148.9 106 19.3

1000 1230 500 330 213.7 162 77.11200 1250 645 440 310 228 150 651500 1270 900.4 698.6 502 338.3 263.4 155.91800 1300 1246 1050 780 565 415 2902000 1320 1265 992.6 734 519.7 373.2

5. Berdasarkan tabel yang dibuat pada langkah 4, Plot data – data antara tekanan

intake dengan asumsi laju alir pada speed yang bervariasi dan digabungkan

dengan kurva IPR STB/D pada skala dan grafik yang sama.

600 900 1200 1500 1800 2100 2400 27000

100200300400500600700800900

10001100120013001400

45 Hz

50 Hz

55 Hz

60 Hz

65 Hz

70 Hz

qL, STB/D

PIP

, p

sig

55

Gambar 4.6 Grafik Inflow & Outflow Pompa ESP ODI RA16/ 160 stages

56

4.2.3 Pembahasan Sumur KS-08 dengan ODI RA16/160 stages pada Laju Alir

Optimum

Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa dengan menggunakan sistim nodal,

didapatkan grafik inflow dan outflow terlihat pada gambar 4.4. Dari gambar tersebut

terlihat bahwa ESP ODI RA16/160 stages pada speed 65Hz dan 70 Hz tidak masuk

dalam range kapasitas pompa. Pada speed 65 Hz diperlukan PIP sebesar 373 psig dan

speed 70 Hz diperlukan PIP sebesar 319 psig sedangkan PIP minimum pompa adalah

399 psi.

Dari penentuan harga qL sebesar 1494 STB/D, didapatkan speed 55 Hz

mempunyai rate sebesar 1440 psig dimana mendekati laju alir optimum. Data ini

dapat dilihat pada grafik berikut :

0 400 800 1200 1600 2000 24000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

PIP

Outflow pada 55 Hz

qL, STB/D

Pwf,

psi

g

qL optimumqL @ 55Hz

Gambar 4.7 Grafik Inflow dan Outflow pada Speed 55 Hz

57