MODULE II

DASAR DASAR TEKNIK PRODUKSIAliran Fluida di Media Berpori.Aliran Fluida Di Media Pipa.Metode Produksi Sembur Alam Perencanaan Ukuran TubingPerencanaan PerforasiPerencanaan Interval Perforasi.Artificial LiftOptimasi Produksi

3.1. PENDAHULUANApabila pemboran telah mencapai formasi yang merupakan terget terakhir dan pemboran telah selesai, maka sumur perlu dipersiapkan untuk diproduksikan. Persiapan atau penyempurnaan sumur untuk diproduksikan ini disebut dengan well completion. Pada well completion dilakukan pemasangan alat-alat bawah permukaan dalam usahanya untuk mengalirkan hidrokarbon ke permukaan..

Sistim ProduksiPeralatan Bawah permukaanKepala Sumur Pipa SalurPeralatan Penampungan dan PemrosesanManifoldSeparator dan Peralatan Proses LainPeralatan PengukuranTempat Pengumpulan

Komponen Sistem ProduksiKeterangan :Formasi ProduktifDasar Sumur /PerforasiPackerProduction CasingSafety ValveTubingAnulus ValveMaster ValveWing ValveSwab ValveChokePipa SalurPengukur TekananSeparator

1234567891011121314

Komponen Bawah PermukaanLubang PerforasiLubang perforasi adalah penghubung antara dasar sumur dengan batuan reservoar. Lubang tersebut berdiameter maksimum 0.5 inc dengan panjang maksimum 12 ft

Tubing Fluida formasi setelah melewati Lubang perforasi akan mengalir ke permukaan melewati Tubing, secara tegak maupun miring, pada umumnya ukuran tubing berkisar antara 2.375 3.5 inc

Subsurface Savety ValveKatub ini dipasang pada kedalaman tertentu ,bertujuan sebagai pengaman apabila terjadi senburan dari dalam sumur

Kepala SumurPeralatan di kepala sumur tergabung dalam satu unit yang disebut Christmas Tree, yang pada dasarnya merupakan penghubung antara casing, tubing dan pipa salur (flowline)

Peralatan Pengukur TekananPengukur tekanan ini akan selalu terpasang dan penting untuk menganalisa produktifitas sumur.Valve-valveUntuk mengalihkan aliran fluida reservoar untuk tujuan uji sumur atau penutupan/pembukaan sumur, seperti :Swab Valve, untuk melakukan swabing apabila potensi sumur tidak mampu mendorong fluida sampai ke permukaanMaster Valve, merupakan katub utama yang dapat membuka atau menutup sumurWing Valve, merupakan katub samping yang mengarahakan fluida reservoar menuju pipa salur.

Kepala SumurChoke/JepitanBerfungsi sebagai pengatur laju produksi dan menghalangi terjadinya back pressure dari pipa salur.

Anulus ValveUmumnya dipasang pada sumur sumur pengangkatan buatan yang berfungsi untuk mempertahankan tekanan di anulus

3.1.Aliran Fluida dalam Media BerporiHenry Darcy mengemukakan hubungan empiris dalam bentuk differential q= Laju aliran fluida, cc/secA= Luas media penampang media berpori, cm2v= Kecepatan aliran fluida, cm/seck= Permeabilitas, DarcyP/L= Gradien tekanan dalam arah aliran, atm/cm

Aliran Satu Fasa dalam Media Berpori

Asumsi DarcyAliran mantap (steady state)Fluida yang mengalir satu fasa dan incompressibleViskositas fluida yang mengalir konstanKondisi aliran isothermalFormasi homogen dan arah alirannya horisontal

Untuk aliran radial satu phasa, homogen , Isotropic ,steady state persamaan Darcy menggambarkan aliran dari formasi produktif menuju dasar sumur menjadi

Faktor yang mempengaruhi kelakuan aliran fluida dari reservoar dari formasi produktif masuk ke dasar lubang sumur meliputi :Jumlah fasa yang mengalir.Sifat fisik fluida reservoar.Sifat fisik batuan reservoar.Konfigurasi disekitar lubang sumur , seperti halnya :Lubang PerforasiAdanya Skin/kerusakan formasiGravel PackingRekahan hasil perekahan hidraulikKemiringan lubang sumurBentuk daerah pengurasan.

Jumlah Fasa Yang Mengalir Persamaan Darcy untuk aliran radial tersebut diatas berlaku untuk aliran satu phasa dimana aliran minyak terjadi apabila aliran di sepanjang lapisan produkstif lebih besar dari pada Tekanan Saturasi (Bubble Point Pressure). Apabila Tekanan aliran disepanjang lapisan produktif telah turun dibawah tekanan saturasi , maka gas akan terbentuk dan mengalir bersama minyak menuju ke dasar lubang sumur.

Sifat Fisik Fluida ReservoarSifat fisik Fluida reservoar dipengaruhi oleh perubahan Phasa pada komponen penyusun HidrokarbonReservoarSeparator

Sifat Fisik Batuan ReservoarAliran di Media Pori sangat dipengaruhi oleh permebilitas efektif dari media pori tersebutPengaruh jumlah phasa thd Permeabilitas Effektif

Pengaruh Geometri Aliran Terhadap PermeabilitasGeometri Aliran Lapisan ParalelGeometri Aliran Lapisan Seri

Hambatan Aliran di Sekitar Lubang sumurKerusakan formasi dapat terjadi di daerah sekitar Lubang sumur, yang dapat menyebabkan hambatan terhadap aliran fluida reservoar. Daerah yang mengalami kerusakan tersebut hanya terjadi beberapa inchi di sekitar lubang. Secara Kuantitas hambatan di sekitar lubang sumur tersebut dinyatakan dalam faktor Skin, yang dapat diperoleh dari analisa Uji tekanan.

Produktifitas FormasiProduktivitas formasi adalah kemampuan suatu formasi untuk memproduksikan fluida yang dikandungnya pada kondisi tekanan tertentu

Parameter yang menyatakan produktivitas formasi adalah Index Produktivitas (PI) dan Inflow Performance Relationship (IPR).

Indeks ProduktifitasIndex Produktifitas (PI) merupakan index yang digunakan untuk menyatakan kemampuan suatu formasi untuk berproduksi pada suatu beda tekanan tertentu atau merupakan perbandingan antara laju produksi yang dihasilkan formasi produktif pada drawdown pressure

Indeks Produktifitasqo = laju aliran minyak dipermukaan, STB/Dko= permeabilitas efektif minyak, mDh= ketebalan lapisan, fto= viscositas minyak, cpBo= faktor volume formasi minyak, Bbl/STBPe= Tekanan reservoir pada jari-jari re, psiPwf= Tekanan alir dasar sumur, psire= jari-jari pengurasan, ftrw= jari-jari sumur, ft

Inflow Performance Relationship (IPR)Harga Index Produktivitas (PI) dari Persamaan diatas dapat dinyatakan dalam grafik berbentuk kurva IPR, berupa garis linier

Chart1

2000

0

q, bbl

Pwf, psi

Grafik Inflow Performance Relationship

Sheet1

02000

50000

Indeks Produktifitasqo = laju aliran minyak dipermukaan, STB/Dko= permeabilitas efektif minyak, mDh= ketebalan lapisan, fto= viscositas minyak, cpBo= faktor volume formasi minyak, Bbl/STBPe= Tekanan reservoir pada jari-jari re, psiPwf= Tekanan alir dasar sumur, psire= jari-jari pengurasan, ftrw= jari-jari sumur, ft

Contoh Soal Productivity IndexDiketahui data lapangan sebagai berikut :Ps= 2000 psiPwf= 1400 psiqo= 65 bpdPertanyaan :Berapakah Productivity Index-nya ?

Jawaban Contoh Soal Productivity Index = 0.108

Soal Productivity IndexDiketahui data lapangan sebagai berikut :Ps= 2200 psiPwf= 1560 psiqo= 97 bpdPertanyaan : Berapakah Productivity Index-nya ?

Jawaban Soal Productivity Index = 0.1516

IPR Satu FasaSuatu studi tentang perilaku aliran fluida dari reservoir menuju sumur, dimana perilaku ini akan tergantung PI secara grafis.Persamaan yang digunakan :qo = PI (Ps - Pwf)

Contoh Soal IPR Satu FasaDiketahui data lapangan sebagai berikut :Ps= 2000 psiPwf= 1400 psiqo= 65 bpdPertanyaan : Bagaimanakah IPRnya ?

Jawaban Contoh Soal IPR Satu FasaMencari PI := 0,108333qo = PI (Ps - Pwf)qo = 0,108333(2000-250) = 189,58 bpd Mencari PI pada Pwf 250 :

Jawaban Contoh Soal IPR Satu FasaDari beberapa harga Pwf asumsi didapat :

Jawaban Contoh Soal IPR Satu FasaPlot Pwf vs qo :

Aliran Fluida Dua Phasa Aliran Fluida dua phasa (Minyak dan Gas), maka persamaan Darcy menjadi :

IPR Dua PhasaVogel mengembangkan persamaan hasil regresi yang sederhana dan mudah pemakaiannya, dengan anggapan :- Reservoar Berpendorong Gas Terlarut- Tekanan Reservoar berada di Bawah Tekanan Bubble Point.- Faktor Skin sama dengan 0

Pengembangan Vogel Untuk Tekanan Reservoar Diatas Bubble PointQmax Vogel Productivity Index Penentuan Qmax

Aliran Fluida Tiga PhasaApabila fluida yang mengalir dari formasi ke lubang sumur terdiri dari tiga fasa, yaitu minyak, air dan gas, maka digunakan Metode Pudjo Sukarno.

An =konstanta persamaan (n = 0, 1 dan 2), yang harganya berbeda untuk water cut yang berbeda. Hubungan antara konstanta tersebut dengan water-cut ditentukan pula dengan analisis regresi, dan diperoleh persamaan berikut : Cn = konstanta untuk masing-masing harga An ditunjukkan dalam Tabel dibawah

Tabel Konstanta Cn Untuk Masing-Masing An

Sedangkan hubungan antara tekanan alir dasar sumur terhadap water-cut dapat dinyatakan sebagai Pwf/Pr terhadap WC/(WC @ Pwf Pr), dimana (WC @ Pwf Pr) telah ditentukan dengan analisis regresi dan menghasilkan persamaan berikut :

dimana harga P1 dan P2 tergantung dari harga water-cut. Dari hasil analisis regresi telah dihasilkan persamaan berikut :dimana : water-cut dinyatakan dalam persen (%) dan merupakan data uji produksi

IPR Dua FasaPs < PbPersamaan yang digunakan

Contoh Soal IPR Dua FasaPs < PbDiketahui data lapangan sebagai berikut :Ps= 2000 psiPwf= 1500 psiPb= 2100 psiqo= 65 bpdPertanyaan :Bagaimanakah IPRnya ?

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs < PbMencari qmax := 162,5 bpd

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs < PbMencari qo pada Pwf = 500 := 146,25 bpd

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs < PbDari beberapa harga Pwf asumsi didapat :

Jawaban Contoh Soal IPR Dua Fasa Ps < PbPlot Pwf vs qo :

IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbPersamaan yang digunakan

Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbDiketahui data lapangan sebagai berikut :Ps= 2350 psiPwf= 1900 psiPb= 1700 psiqo= 600 bpdPertanyaan :Bagaimanakah IPRnya ?

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbMencari PI := 1,333Mencari qb := 866,667

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbMencari qmax := 2125,923 bpd

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbMencari qo pada Pwf = 400 := 2010,893 bpd

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbDari beberapa harga Pwf asumsi didapat :

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf > PbPlot Pwf vs qo :

IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbPersamaan yang digunakan

Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbDiketahui data lapangan sebagai berikut :Ps= 1750 psiPwf= 900 psiPb= 1200 psiqo= 600 bpdPertanyaan :Bagaimanakah IPRnya ?

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbMencari A := 0,4Mencari PI := 0,73469

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbMencari qb := 404,0816 bpdMencari qx := 489,7959 bpd Mencari qmax := 893,8776 bpd

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbMencari qo pada Pwf = 300 := 767,7551 bpd

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbDari beberapa harga Pwf asumsi didapat :

Jawaban Contoh Soal IPR Dua FasaPs > Pb dan Pwf < PbPlot Pwf vs qo :

Aliran Fluida Di Lubang Sumur

Aliran Fluida di Media PipaKemampuan reservoir dapat diproduksikan ke permukaan tergantung tekanan sumur (Pwf). Besarnya Pwf tergantung pada tekanan dan konfigurasi sistem perpipaan, sehingga dapat ditulis

Untuk mementukan kemampuan sistem secara total perlu menghitung kehilangan tekanan masing-masing komponen

Sembur AlamSumur berproduksi secara sembur alam , terjadi jika tenaga alamiah dari reservoar masih mampu untuk mengalirkan fluida dari formasi produktif ke dasar sumur dan mengangkat fluida dari dasar sumur ke permukaan.Untuk mempertahankan agar sumur berproduksi secara natural , maka diperlukan Tekanan di dasar sumur (Pwf) cukup untuk :Menopang aliran vertikal dari kolom fluida.Mempertahankan tekanan kepala sumur agar mampu mengalirkan sepannjang Cristmas tree sampai flow line dan surface facility.Berdasarkan hal tersebut agar fluida reservoar dapat mengalir ke permukaan, maka tekanan dasar sumur (Pwf) harus lebih besar dari kolom fluida vertikal ditambah Tekanan kepala sumur.Pwf > Pkolom + Pwh

Gradient Tekanan Jika tekanan yang diakibatkan kolom fluida pada pipa vertikal (tubing) dibagi dalam beberapa segmen pada setiap feet, maka disebut gradien tekanan.

Gradient tekanan secara umum disebabkan oleh tiga komponen meliputi :Densitas Friksi Slippage.

Kurva Gradient Tekanan Fluida

Faktor faktor yang mempengaruhi Aliran Vertikal.Efek Ukuran Tubing

2. Pengaruh Laju alir.Gambar samping memperlihatkan pressure gradien pada ukuran tubing 2 inch untuk berbagai laju alir. Berdasarkan gambar tersebut dapat disimpulkan makin besar laju alir maka makin besar harga tekanan alir dasar sumur.

3.Pengaruh Perubahan densitas.Perubahan densitas pada viskositas konstan, akan menyebabkan perubahan tekanan alir dasar sumur. Makin besar harga API Gravity minyak makin kecil harga tekanan alir dasar sumur

4. Pengaruh Gas Liquid Ratio Kenaikan Gas liquid ratio akan menyebabkan penurunan tekanan alir di dasar sumur.

5. Pengaruh Laju Produksi Air Kenaikan laju produksi air akan menyebabkan kenaikan tekanan alir dasar sumur Sehingga produksi air akan menyebabkan berkurangnya laju produksi fluida .

6. Pengaruh Viskositas.Kenaikan viskositas pada kondisi sumur yang sama akan menaikan tekanan alir dasar sumur.

Penggunaan Kurva Pressure Travese

PendahuluanKemampuan reservoir dapat diproduksikan ke permukaan tergantung tekanan sumur (Pwf). Gambar 1 memperlihatkan besarnya Pwf tergantung pada tekanan dan konfigurasi sistem perpipaan, sehingga dapat ditulis

Untuk mementukan kemampuan sistem secara total perlu menghitung kehilangan tekanan masing-masing komponen

Persamaan dasar aliran Dasar persamaan aliran: kesetimbangan energy antara dua titik dalam suatu sistem

Dengan menggunakan prinsip termodinamika, persamaan tsb dapat ditulis dalam bentuk persamaan gradien tekanan

Kesetimbangan energi: energi dari fluida yang masuk ke dalam sistem + kerja yang dilakukan oleh fluida + energi panas yang ditambahkan = energi yang meninggalkan sistem tersebut

Persamaan dasar aliranGambar 2 memjelaskan prinsip kesetimbangan energi di dalam suatu sistem

Persamaan kesetimbangan energi dapat ditulis:Energi potensialEnergi kenetikEnergi ekspansi/kompresiEnergi dalamEnergi panaskerja

Persamaan dasar aliranGambar 2-System aliran

Persamaan dasar aliranDengan membagi persamaan diatas dengan m dan diubah dalam bentuk pers. differensial:

Dalam bentuk U, sulit diaplikasikan. Untuk mempermudah diubah ke dalam persamaan energi mekanikHubungan termodinamika:

Persamaan dasar aliranSehingga:

Didapat:

Untuk irreversible, digunakan inequality Clausius states:Gesekan atau friksi

Persamaan dasar aliranDianggap W=0, maka:

Jika digunakan pipa dengan kemiringan terhadap horizontal, maka dh=dL sin

Dengam mengalikan persamaan dengan /dL,

Persamaan dasar aliran

Persamaan dasar aliranPersamaan dpt untuk menentukan gradien tekanan, jika penurunan tekanan berharga (+) pada arah aliran:

Dalam bentuk Darcy-Weisbach, f = faktor gesekan :

Persamaan dasar aliranMoody friction factor chart

Friction Loss Willian-Hazen membuat suatu persamaan empiris untuk friction loss (hf), yaitu :

dimana:hf = feet friction loss per 1000 feet.C= konstanta dari bahan yang digunakan dalam pembuatan pipa.Q= laju produksi, bpdID= diameter dalam pipa, inchi

Grafik Friction Loss William-Hazen.

Bilangan Reynolds (NRe)Bilangan Reynolds adalah bilangan tanpa dimensi:

Rasio gaya momentum dan gaya viscousDigunakan untuk menentukan apakah suatu aliran laminer atau turbulenTurbulen >2100

Kekasaran Relatif PipaDalam dinding pipa biasanya halusKekasaran pipa berdasarkanKekasaran pipaMetoda pembuatanyaLingkunganKekasaran relatif (e/D) adalah perbandingan kekasaran pipa absolut thd diameter dalam pipa:

Kekasaran Relatif PipaBeberapa kekasran absolut pipa

e [in]Drawn tubing0.00006Well tubing0.0006Line pipe0.0007Galvanized pipe0.006Cement-lined pipe0.01 0.1

Kekasaran Relatif PipaKekasaran pipa untuk berbagai pipa

Aliran Laminer Satu FasaFaktor gesekan untuk aliran laminer dtentukan secara analitik Persamaan Hagen-Poiseuille untuk laminer:

Substitusi ke persamaan Darcy-Weisbach, sehingga:

Aliran Turbulen Satu FasaDitentukan berdasarkan hasil percobaanSangat tergantung pada karakteristik permukaan pipaPersamaan empiris untuk menentukan faktor gesekan (f)Smooth-wall pipe Untuk 3000 Nre 3 106Persamaan Drew, Koo & McAdams:

Untuk Nre < 105, dipakai persamaan Blasius

Aliran Turbulen Satu FasaRough-wall pipeNikuradse telah membuat percobaan untuk menentukan faktor gesekan pipa kasar

Colebrook dan White (1939) untuk menyusun persamaan sebagai berikut:

Tidak bisa ditentukan secara langsung, dihitung dengan coba-coba

Aliran Turbulen Satu FasaKorelasi faktor gesekan secara explisit dikemukakan oleh Jain

Persamaan ini memberikan kesalahan sebesar 1% dibandingkan dengan persamaan Colebrook dan White untuk 5000 < NRe < 108 dan 10-6

Total kehilangan tekananPersamaan gradien tekanan

Gradien tekanan untuk tiga komponen:

Aliran Dalam SumurBanyak metoda untuk menghitung tekanan statik dan alir pada sumur gasMetoda paling sering dipakai adalah Cullender & SmithGradien acceleration diabaikanAkan dibahas:Tekanan statikTekanan alir

Aliran gas melalui hambatanHambatan: perforasi, subsurface safety valve, surface chokes

Penggunaan kurva pressure traveseUntuk mendapatkan solusi persamaan diatas perlu iterasiTanpa komputer perlu waktu lama untuk mendapatkan solusiPerkiraan dilapangan dapat dilakukan dengan pressure traverse

Penggunaan kurva pressure travese

V. OPTIMASI PRODUKSI

Persoalan di dalam operasi produksi sumur adalah mengalirkan fluida dari reservoar ke permukaan. Dalam prosess ini akan meliputi terjadinya penurunan tekanan selama fluida mengalir dari dasar sumur ke permukaan. Faktor faktor yang mempengaruhi penurunan tekanan selama fluida mengalir dari reservoar menuju ke permukaan diperlihatkan pada Gambar 5.1.

Faktor Faktor yang Mempengaruhi kehilangan tekanan Pada Sitem Produksi

Analisa NodalPenyelesaian analisa ini didasarkan dengan membagi sistem tersebut menjadi dua sub sistem yaitu sistem inflow dan outflow. Pemilihan titik penyelesaian atau nodal tergantung dari tujuan analisa. Ilustrasi titik titik yang sering menjadi tempat untuk penyelesaian digambarkan pada Gambar 5.2

Ilustrasi titik titik yang sering menjadi tempat untuk penyelesaian

5.1 Penyelesaian di Dasar Sumur

Kasus sederhana yang akan dibicarakan adalah tekanan kepala sumur konstan.Kasus ini mungkin terjadi jika jarak antara kepala sumur dan separator cukup dekat. Untuk kejadiaan ini , pembagiaan dilakukan di dasar sumur yaitu di node 6 (lihat gambar 4-2).Persamaan untuk inflow dan outflow adalah :

Inflow:

Outflow:

Plot Analisa Nodal Pada titik Penyelesaian Di Dasar Sumur