Proposal Tugas Akhir
I JUDUL
Evaluasi Terhadap Keberhasilan Stimulasi Sumur Menggunakan
Metode Hydraulic Fracturing.
II LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi yang pesat di abad ke-21 ini makin menuntut
sikap profesional yang harus dimiliki oleh setiap lulusan perguruan tinggi. Artinya,
dalam situasi yang bagaimanapun dalam dunia industri yang nyata, seorang
lulusan perguruan tinggi dituntut untuk dapat menemukan alternatif solusi atas
masalah yang ditemui. Selain itu seorang lulusan perguruan tinggi juga harus
memiliki pemahaman bagaimana pola hidup seorang pekerja profesional, karena
terdapat perbedaan yang sangat mendasar antara pola hidup seorang mahasiswa
dengan seorang profesional.
Tuntutan profesional di atas tidak cukup diperoleh hanya dengan
mengandalkan apa yang didapat dari mata kuliah teori saja. Karena itu, sejak awal
seorang calon sarjana, khususnya di bidang Teknik perminyakan, harus melatih
semua aspek yang dibutuhkan untuk terjun ke dunia yang akan digelutinya nanti.
Tuntutan adanya suatu kondisi yang menciptakan suatu kondisi yang
dinamakan link and match antara lulusan-lulusan yang dihasilkan oleh perguruan
tinggi dengan tenaga-tenaga profesional yang dibutuhkan oleh dunia usaha dan
dunia industri menuntut adanya suatu jembatan yang akan menghubungkan antara
keduanya.
Sesuai dengan tuntutan tersebut maka Program Studi Teknik Perminyakan
Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu mensyaratkan Tugas Akhir
sebagai mata kuliah wajib yang harus diikuti oleh mahasiswa Teknik Perminyakan
untuk meraih gelar Diplomanya. Melalui Tugas Akhir ini diharapkan mahasiswa
Teknik Perminyakan lebih mengenal dunia kerjanya sekaligus belajar menerapkan
ilmu yang didapat melalui bangku kuliah.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 1
Proposal Tugas Akhir
Program Studi Teknik Perminyakan adalah departemen yang erat
kaitannya dengan eksploitasi dan produksi, baik dalam proses pemboran, produksi
maupun teknik reservoirnya. Untuk lebih memahami aplikasi dari masing-masing
bidang maka perlu sekali bagi mahasiswa diberi kesempatan untuk mengamati
kondisinya langsung di lapangan.
Perusahaan PT.PERTAMINA merupakan perusahaan asal Indonesia yang
bergerak dibidang jasa eksplorasi, eksploitasi dan penyulingan minyak dan gas
bumi, yang bereputasi baik dengan sistem produksi yang telah mapan ditambah
lagi dengan adanya pengembangan-pengembangan metode-metode enhanced oil
recovery baik yang sudah sejak lama digunakan maupun yang sedang dalam
proses studi. Hal ini erat kaitannya dengan materi-materi yang telah diberikan
sebagai bahan kuliah di Program Studi Teknik Perminyakan.
III PERUMUSAN MASALAH
Sejauh mana tingkat keberhasilan dari operasi stimulasi perekahan hidrolik
(hydraulic fracturing) yang telah dilakukan jika ditinjau berdasarkan kenaikan
indeks produktivitas yang terjadi setelah perekahan
IV MAKSUD DAN TUJUAN
4.1 Maksud
Mengevaluasi tingkat keberhasilan pelaksanaan suatu operasi perekahan
hidrolik (hydraulic fracturing) yang telah dilakukan dalam usaha untuk
meningkatkan produktivitas suatu sumur..
4.2 Tujuan
Melakukan evaluasi operasi stimulasi perekahan hidrolik (hydraulic
fracturing) dengan melakukan analisa terhadap indeks produktivitas (PI).
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 2
Proposal Tugas Akhir
V LANDASAN TEORI
5.1 Pengertian perekahan hidraulik (hydraulic fracturing)
Perekahan hidrolik (hydraulic fracturing) ialah usaha membuat
rekahan untuk jalan mengalirnya fluida reservoir ke lubang sumur dengan cara
menginjeksikan fluida perekah pada tekanan diatas tekanan rekah formasi.
Setelah formasi mengalami perekahan fluida terus diinjeksikan untuk
memperlebar rekahan yang terjadi. Untuk menjaga agar rekahan tidak
menutup kembali, maka rekahan yang terjadi diganjal dengan pengganjal
berupa pasir (proppant). Proppant yang digunakan harus mampu mengalirkan
fluida dan dapat menahan agar rekahan tidak menutup kembali, oleh karena itu
proppant tersebut harus memiliki permeabilitas yang besar dan kekuatan yang
cukup baik agar tidak mudah hancur terkena tekanan dan temperatur yang
tinggi.
Perekahan hidrolik (hydraulic fracturing) dilakukan pada sumur-sumur
yang mengalami penurunan laju produksi sehingga produktifitas sumur
berkurang. Hal ini disebabkan antara lain formasi batuan yang cukup ketat
(consolidated), dimana fluida reservoir sulit untuk mengalir, sehingga perlu
dilakukan stimulasi perekahan hidolik (hydraulic fracturing).
5.2 Mekanika batuan
Untuk dapat merekahkan batuan reservoir, maka pada batuan tersebut
harus diberikan tekanan sampai melebihi tekanan dari gaya-gaya yang
mempertahankan keutuhan batuan tersebut. Sehingga jika tensile stress
terlewati, maka batuan akan merekah pada bidang yang tegak lurus terhadap
stress utama terkecil. Dengan kata lain, jika arah stress utama terkecil
horisontal, maka rekahan yang terjadi adalah vertikal. Sebaliknya jika stress
utama terkecil vertikal, maka rekahan yang terjadi adalah horisontal.
Batuan dalam bumi akan mengalami tegangan-tegangan yang
diakibatkan oleh gaya-gaya yang bekerja atau dikenakan kepadanya.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 3
Proposal Tugas Akhir
Sifat batuan yang cukup penting adalah hubungan kerapuhan relatif
batuan terhadap tegangan (tension). Dalam kenyataannya, kuat tekan
(compressive strength) batuan dapat menjadi dua kali lipat dari kuat tarik
(tensile strength) batuan tersebut. Sifat batuan seperti ini akan sangat berguna
untuk pelaksanaan perekahan hidrolik (hydraulic fracturing). Pada dasarnya
perekahan hidrolik (hydraulic fracturing) meliputi kekuatan penghancuran
dinding lubang bor yakni kemampuan menghancurkan dinding batuan
reservoir. Dalam mekanika batuan, suatu batuan dapat diasumsikan sebagai
suatu material yang bersifat elastis, seragam (homogen), dan isotropis. Gaya-
gaya yang bekerja, antara lain:
- In-situ Stress : gaya per unit area
σ Δ = limA → 0
(ΔFΔA )
………………………………………...……….....(5-1)
- Overburden Stress : gaya akibat beban formasi diatasnya
σ ov = g∫0
H
ρ ( z ) dz…………………………………..…………...…....(5-2)
Dimana rata-rata gradient (g) berkisar 0,95 – 1,1 psi/ft, densitas formasi (ρ)
berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa densitas batuan berkisar antara
125 - 200 lb/ft3.
5.3 Mekanika Fluida
Fluida perekah digunakan agar rekahan yang terjadi cukup besar
sehingga proppant dapat masuk ke dalam tanpa mengalami mampat (bridging)
atau pengendapan (settling). Untuk itu, fluida perekah harus berviskositas
besar dan kehilangan fluida juga harus diperkecil, dengan jalan menambahkan
polimer, yang akan membentuk sifat wall building.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 4
Proposal Tugas Akhir
5.3.1 Rheology
Pengetahuan tentang rheology fluida perekah diperlukan untuk
mendapatkan harga viskositas yang cukup berdasarkan besarnya harga
shear rate dan shear stress nya. Di dalam rheology, dikenal tiga jenis
fluida perekah, yaitu newtontan, bingham plastik dan power law.
Untuk fluida Newtonian berlaku hubungan berikut :
τ = μ(du/dy) = μ γ……………………………………….......….…...(5-3)
Sedangkan untuk fluida Bingham Plastic berlaku :
τ = μ γ + τy ……………...………………….…………......……...(5-4)
Dan untuk fluida Power Law berlaku hubungan :
τ = K γn …...……………………………………………………..…(5-5)
dimana : τ = shear stress
γ = shear rate
μ = viskositas (air = 1), cp
τy = yield point (fluida Newtonian = 1)
K = consistency index, lbf-secn /ft2
n = power law index
5.3.2 Leak-off Fluid (kebocoran fluida)
Kehilangan fluida (leak-off) adalah terjadinya aliran fluida
perekah masuk ke dalam formasi. Hal ini disebabkan karena tingginya
tekanan fluida yang dipompakan ke formasi, sehingga menyebabkan
volume rekahan yang terjadi berkurang serta proppant akan mengalami
pemampatan dan mengendap. Leak-off merupakan faktor penting dalam
penentuan geometri rekahan.
Cooper et al. mendiskripsikan harga koefisien leak-off total
(Ctot) yang terdiri dari tiga mekanisme yang terpisah sebagai berikut :
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 5
Proposal Tugas Akhir
1. Viscosity controlled (Ct), adalah suatu kehilangan fluida yang
dipengaruhi oleh viskositas. Penentuan besarnya harga Ct (ft/menit1/2)
didapat dengan persamaan :
Ct = 0.0469 √ k φ ΔP
μ1 ………………………….……........(5-6)
dimana :
k = permeabilitas relatif formasi terhadap material yang leak off,
md
φ = porositas batuan, fraksi
μ1 = viskositas filtrat fluida perekah pada kondisi formasi, cp
ΔP = beda tekanan antara fluida didepan dinding dengan tekanan di
pori-pori batuan, psia
2. Compressibility controlled (CH), adalah suatu kehilangan fluida yang
dipengaruhi oleh kompresibilitas. Penentuan besarnya harga CH
(ft/menit1/2) dapat dilakukan dengan persamaan :
CH = 0.0374 ΔP √ k φ C t
μ ……………………......………….(5-7)
dimana :
Ct = kompresibilitas total formasi, psi-1
μ = viskositas fluida formasi yang bisa bergerak pada kondisi
reservoir, cp
3. Wall building mechanism (CHt), yang terbentuk dari residu polimer di
dinding formasi yang menghalangi aliran ke formasi. Hal ini penting
untuk membatasi fluida yang hilang ke formasi. Harga CHt dihitung
berdasarkan percobaan di laboratorium, dimana harga CHt merupakan
kemiringan pada daerah linier.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 6
Proposal Tugas Akhir
Dari ketiga mekanisme diatas, maka besarnya koefisien leak-off total
adalah sebagai berikut :
Ctot =
2 C t C H CHt
Ct CHt + {CHt2 C
t2+ 4C
H2 (C t2+ C
Ht2)}1/2
…….....…...(5-8)
5.3.3 Fluida Perekah dan Additive
Fluida yang dipakai dalam operasi perekahan hidrolik dibedakan
menjadi tiga jenis yaitu :
1. Water base fluid (Fluida Perekah dengan bahan dasar air).
2. Oil base fluid (Fluida perekah dengan bahan dasar minyak).
3. Emulsion base Fluid (Fluida perekah dengan bahan dasar asam).
Adapun sifat-sifat yang harus dimiliki oleh setiap fluida perekah
adalah :
1. Stabil.
2. Tidak menyebabkan kerusakan formasi.
3. Mempunyai friction loss pemompaan yang rendah.
4. Mampu membawa bahan pengganjal kedalam rekahan yang dibuat.
Pada operasi perekahan hidrolik proses pemompaannya adalah
sebagai berikut :
a. Prepad, yaitu fluida dengan viskositas rendah dan tanpa proppant,
biasanya minyak, air, dan atau foam dengan gel berkadar rendah atau
friction reducer agent, fluid loss additive dan surfactant atau KCl
untuk mencegah damage, dan ini dipompakan didepan untuk
membantu memulai membuat rekahan.
b. Pad, yaitu fluida dengan viskositas lebih tinggi, juga tanpa proppant
dipompakan untuk membuka rekahan dan membuat persiapan agar
lubang dapat dimasuki slurry dengan proppant.
c. Slurry dengan proppant, yaitu proppant dicampur dengan fluida
kental, proppant ditambahkan sedikit demi sedikit selama
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 7
Proposal Tugas Akhir
pemompaan, dan penambahan proppant ini dilakukan sampai harga
tertentu pada alirannya (tergantung pada karakteristik formasi, sistem
fluida, dan gelling agent).
d. Flushing, yaitu fluida untuk mendesak slurry sampai dekat dengan
perforasi, viskositasnya tidak terlalu tinggi dengan friksi yang rendah.
Dalam operasi perekahan hidrolik suatu fluida perekah harus
menghasilkan friction yang kecil tetapi mempunyai viskositas yang
tinggi untuk dapat menahan proppant, dan dapat diturunkan kembali
setelah operasi dengan mudah. Dalam hal ini additive atau zat tambahan
diperlukan untuk mengkondisikan fluida perekah sesuai dengan
kebutuhan. Adapun additive yang perlu ditambahkan dalam fluida dasar
adalah sebagai berikut :
1. Thickener, berupa polimer yang ditambahkan sebagai pengental
fluida dasar.
2. Crosslinker, diperlukan untuk meningkatkan viskositas dengan jalan
mengikat satu molekul atau lebih sehingga proppant yang dibawa
tidak mengalami settling (pengendapan) serta memperkecil leak-off
fluida ke formasi.
3. Buffer, berupa additive pengontrol pH.
4. Bactericides/biocides, additive anti bakteri untuk mengatasi bakteri
penyerang polimer merusak ikatan polimer dan mengurangi
viskositasnya. Bactericides tidak dipergunakan apabila fluida
dasarnya minyak.
5. Gelling agent, (pencampur gel) additive untuk menghindari
mengumpulnya Sgel.
6. Fluid Loss additive, additive untuk memperkecil fluid loss.
7. Breakers, untuk memecahkan rantai polimer sehingga menjadi encer
(viskositasnya kecil) setelah penempatan proppant agar produksi
aliran minyak kembali mudah dilakukan.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 8
Proposal Tugas Akhir
5.4 Material Pengganjal (Proppant)
Proppant merupakan material untuk mengganjal agar rekahan yang
terbentuk tidak menutup kembali akibat clossure pressure ketika pemompaan
dihentikan dan diharapkan mampu berfungsi sebagai media alir yang lebih
baik bagi fluida yang diproduksikan pada kondisi tekanan dan temperatur
reservoir yang bersangkutan.
5.4.1 Jenis Proppant
Beberapa jenis proppant yang umum digunakan sampai saat ini
adalah pasir alami, pasir berlapis resin (Resin Coated Sand), dan
proppant keramik (Ceramic Proppant).
1. Pasir Alami
Berdasarkan sifat-sifat fisik yang terukur, pasir dapat dibagi
ke dalam kondisi baik sekali, baik, dan dibawah standar. Golongan
yang paling baik menurut standart API adalah premium sands yang
berasal dari Illinois, Minnesota, dan Wisconsin. Biasanya disebut
‘Northern Sand”, “White Sand”, “Ottawa Sand”, atau jenis lainnya
misalnya “Jordan Sand”. Golongan yang baik berasal dari Hickory
Sandstone di daerah Brady, Texas, yang memiliki warna lebih gelap
dari pada pasir Ottawa. Umumnya disebut “Brown Sand”, “Braddy
Sand”, atau “Hickory Sand”. Berat jenisnya mendekati 2,65. Salah
satu kelebihan pasir golongan ini dibanding pasir Ottawa adalah
harganya yang lebih murah.
2. Pasir Berlapis Resin (Resin Coated Sand)
Lapisan resin akan membuat pasir memiliki permukaan yang lebih
rata (tidak tajam), sehingga beban yang diterima akan terdistribusi
lebh merata di setiap bagiannya. Ketika butiran proppant ini hancur
karena tidak mampu menahan beban yang diterimanya, maka butiran
yang hancur tersebut akan tetap melekat dan tidak tersapu oleh aliran
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 9
Proposal Tugas Akhir
fluida karena adanya lapisan resin. Hal ini tentu saja merupakan
kondisi yang diharapkan, dimana migrasi pecahan butiran (fine
migration) penyebab penyumbatan pori batuan bias tereliminasi.
Proppant ini sendiri terbagi menjadi dua jenis, yaitu :
a. Pre-cured Resins
Berat jenisnya sebesar 2,55 dan jenis ini dibuat dengan cara
pembakaran alam proses pengkapsulan.
b. Curable Resins
Penggunaan jenis ini lebih diutamakan untuk menyempurnakan
kestabilam efek pengganjalan. Maksudnya adalah, proppant ini
dinjeksikan dibagian belakang (membuntuti slurry proppant)
untuk mencegah proppant mengalir balik ke sumur (proppant flow
back). Setelah membeku, proppant ini akan membentuk massa
yang terkonsolidasi dengan daya tahan yang lebih besar.
3. Proppant Keramik (Ceramic Proppant)
Proppant jenis ini dikelompokkan menjadi empat golongan
sebagai berikut :
a. Keramik berdensitas rendah (Low Density Ceramic)
Jenis ini memiliki berat jenis hampir sama dengan pasir (SG =
2,7), memiliki kemampuan untuk menahan tekanan penutupan
(Clossure pressure) sampai 6000 psi, serta banyak digunakan di
Alaska.
b. Keramik berdensitas sedang (Inter mediate Ceramic)
Jenis ini lebih ringan dan lebih murah dibandingkan Sintered
Bauxite, memiliki specific gravity 3,65. Karena harganya yang
mahal maka proppant ini hanya digunakan untuk mengatasi
tekanan yang benar-benar tinggi. Proppant jenis ini mampu
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 10
Proposal Tugas Akhir
menahan tekanan sebesar 12000 psi, biasa digunakan untuk
temperature tinggi dan sumur yang sour (mengandung H2S).
c. Resin Coated Ceramic
Suatu jenis baru yang merupakan kombinasi perlapisan resin dan
butiran keramik. Jenis ini terbukti memberikan kinerja yang lebih
baik. Khusus untuk resin coated proppant, variasi yang
dimunculkan semakin banyak. Resin Coated Ceramic memiliki
ketahanan terhadap clossure pressure sebesar 15000 psi dan
temperature hingga 450 oF.
5.4.2 Konduktivitas Rekahan
Sifat fisik proppant yang mempengaruhi besarnya konduktivitas
rekahan antara lain :
1. Kekuatan proppant.
2. Ukuran proppant.
3. Kualitas proppant.
4. Bentuk butiran proppant.
5. Konsentrasi (densitas proppant).
5.5 Model Geometri Rekahan
Untuk menghitung pengembangan rekahan, diperlukan prinsip hukum
konversi momentum, massa dan energi, serta kriteria berkembangnya rekahan,
yang berdasarkan interaksi batuan, fluida dan distribusi enersi. Secara umum
model geometri perekahan adalah:
1. Model perekahan dua dimensi (2-D)
Tinggi tetap, aliran fluida satu dimensi (1-D).
2. Model Perekahan pseudo tiga dimensi (P-3-D)
Perkembangan dengan ketinggian bertambah, aliran 1 atau 2D.
3. Model 3 dimensi (3-D)
4. Perluasan rekahan planar 3D, aliran fluida 2D
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 11
Proposal Tugas Akhir
Di bawah ini akan dibicarakan tiga model dimensi perekahan, yakni :
a. Howard & Fast (Pan American) serta diolah secara metematika oleh
Carter
b. PKN atau Perkins, Kern (ARCO) & Nordgren
c. KGD atau Kristianovich, Zheltov (Russian Model) lalu diperbaharui oleh
Geertsma dan de Klerk (Shell).
Gambar 5.1
Model Hydraulic Fracturing Pseudo-3D dan Fully 3D
Pada gambar 5.1 menunjukan perbedaan antara model pseudo-3D atau model
2D dengan model fully 3D, dimana model fully 3D menunjukan model
hydraulic fracturing yang lebih realistis dibandingkan dengan model pseudo-
3D dan 2D.
5.5.1 PAN American Model
Howard dan Fast memperkenalkan metode ini yang kemudian dipecahkan secara matematis oleh Carter. Untuk menurunkan persamaannya maka dibuat beberapa asumsi :
a. Rekahannya tetap lebarnya.
b. Aliran ke rekahan linier dan arahnya tegak lurus pada muka rekahan.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 12
Proposal Tugas Akhir
c. Kecepatan aliran leak-off ke formasi pada titik rekahan tergantung
dari panjang waktu pada mana titik permukaan tsb mulai mendapat
aliran.
d. Fungsi kecepatan v = f(t) sama untuk setiap titik di formasi, tetapi nol
pada waktu pertama kali cairan mulai mencapai titik tersebut.
e. Tekanan di rekahan adalah sama dengan tekanan di titik injeksi di
formasi, dan dianggap konstan.
Dengan asumsi tersebut Carter menurunkan persamaan untuk
luas bidang rekah satu sayap :
A( t )=q iW
4 πC2 [e (2 √π )2 (√π tW )+4C√ t
W−1]
……………….... (5-9)
atau
A( t )=q iW
4 πC2 [e x 2
( x )+2x√π
−1]…………………………..(5-10)
dimana:
x =2C √π .t /w
A(t) = luas, ft2 untuk satu sisi pada waktu t
q = laju injeksi, cuft/menit
W = lebar rekahan, ft
t = waktu injeksi, menit
C = total leak off coeffisient, ft/menit1/2
5.5.2 PKN dan KGD
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 13
Proposal Tugas Akhir
PKN adalah model pertama dari 2D yang banyak dipakai dalam
analisa setelah tahun 1960-1970. Metode ini digunakan bila panjang
(atau dalam) rekahan jauh lebih besar dari tinggi rekahan (x fhf).
Apabila sebaliknya, dimana tinggi rekahan jauh lebih besar dari
kedalamannya (xfhf) maka metode KGD-lah yang harus dipilih.
Sebenarnya ada bentuk lain yang disebut radial atau “berbentuk mata
uang logam”(penny shape) kalau xf = hf, tetapi jarang dipakai. Dalam
Persamaan harga E sering diganti dengan G, yaitu Modulus Shear
Elastis (G)yang hubungannya dengan Modulus Young (E), adalah :
G= E2 (1+v ) ………………...............................................................(5-11)
Tabel. 5.1
Persamaan-persamaan untuk Mencari Panjang Rekahan L,
Lebar Rekahan Maksimum w, dan Tekanan Injeksi p dan
Dianggap Laju Injeksi Konstan
Model
GeometriL(t) W(0,t) (0,t) - H
Model PKN
C1[ G qo
3
(1−v )μhf 4 ]
1/5
t4/5
C2[ (1−v ) qo2 μ
Ghf]1 /5
t4 /5 C3
H f[Gq
o3 μL
(1−v )3 ]1/4
Model KGDC5[ (1−v ) q
o3 μ
Ghf 3 ]
1/4
t1/3 C4
2 H f[ Gqo μh
f3
(1−v )3 L2 ]1/ 4
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 14
Proposal Tugas Akhir
C4 [ G qo
3
(1−v )μhf 3 ]
1/4
t2/3
5.6 Peralatan Perekahan Hidrolik (Hydraulic Fracturing)
Pada pekerjaan Perekahan Hidrolik (Hydraulic Fracturing), peralatan-peralatan yang digunakan antara lain:
1. Tempat Penampungan Fluida (Fluid Storage)
Untuk menampung fluida dasar.
2. Peralatan Penampung Material Pengganjal (Proppant Storage)
Untuk menampung proppant.
3. Peralatan Pencampur (Blender)
Peralatan pencampur dipakai untuk menyampur fluida dasar, proppant, dan
berbagai additivenya.
4. Peralatan Pompa Bertekanan Tinggi (Frac Pump)
Pompa bertekanan tinggi yang digunakan saat merekahkan formasi.
5. Peralatan Pengontrol Utama (Treatment Monitoring)
Pengontrol ini berupa indikator-indikator pressure, densitas fluida,
kecepatan alir fluida dan peralatan kontrol lainnya.
6. Peralatan Pipa-Pipa di Permukaan dan Manifold
Peralatan pendukung dan pemecah aliran fluida.
5.7 Perencanaan Perekahan Hidrolik (Hydraulic Fracturing)
Perencanaan perekahan (datafrac) dilakukan untuk memperoleh
parameter-parameter perekahan setempat secara tepat. Data yang diukur antara
lain tekanan menutup rekahan (clossure pressure), pengukuran leak-off dan
efisiensi fluida. Prosedur pada data frac ini meliputi antara lain : formation
breakdown, data perekahan yang pernah dilakukan pada formasi tersebut, step
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 15
Proposal Tugas Akhir
rate test (test laju bertingkat), shut-in decline test (test penutupan), back flow
test (test aliran balik), minifrac (rekahan mini), leak-off test (test kebocoran
fluida).
5.8 Operasi Perekahan Hidrolik (Hydraulic Fracturing)
Dalam operasi perekahan hidrolik (Hydraulic Fracturing), analisis
tekanan perekahan yang dihasilkan dari pump schedule memegang peranan
amat penting. Analisis tekanan lebih mudah di interpretasikan bila alirannya
konstan, tanpa ada pengembangan rekahan yang dipercepat, formasi homogen,
tanpa ada proppant bridging, atau ada rekahan alamiahnya, terbukanya
perforasi yang tadinya yang tadinya ada sebagian yang menutup atau
bercabangnya rekahan dan seterusnya.
Tekanan akan bertambah sejalan dengan injeksi dan dilanjutkan
dengan penghentian pemompaan (ISIP = Insstantenous Shut In Pressure)
dimana dimulai fase penurunan sampai rekahan mulai menutup bersamaan
dengan fluid loss sampai rekahan sudah tertutup. Pada fase ini fluid loss masih
berlanjut dengan pola yang berbeda sejalan dengan penurunan laju fluid loss
dan menuju ke tekanan reservoirnya. Baik kenaikan tekanan pada waktu
injeksi maupun grafik penurunan selama penutupan rekahan dan penurunan
tekanan akan dapat dianalisa secara kuantitatif maupun kualitatif. Kenaikan
tekanan sesaat pada waktu rekahan mulai pecah tidak terlihat karena waktunya
sangat sigkat. Harga clossure pressure adalah sedikit dibawah titik defleksi
(fracture close on proppant) karena proppant masih mengalami pemampatan
sampai berhenti dan harga ini sedikit lebih besar dari tekanan tersebut.
Tekanan perekahan seringkali merupakan satu-satunya data yang dapat
diperoleh secara langsung pada saat treatment di lapangan. Suatu grafik plot
log-log dari tekanan dasar sumur versus waktu (Nolte and Smith) dapat
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 16
Proposal Tugas Akhir
digunakan sebagai model untuk membuat interpretasi dari tekanan perekahan
ini. Harga stress horisontal maksimum (in-situ stress) dapat diperoleh dari
analisa penurunan tekanan yang dilakukan pada saat pemompaan dihentikan,
yaitu setelah serangkaian test injeksi selesai dilakukan. Rekahan akan tetap
membuka jika tekanan yang diberikan lebih besar dari harga closure pressure
Gambar 5.2
Skema Hydraulic Fracturing pada Reservoir Low Permeability
5.9 Evaluasi Hasil Perekahan Hidrolik
Evaluasi dilakukan untuk mengetahui apakah pelaksanaan perekahan
hidrolik berhasil atau tidak. Secara umum ukuran keberhasilan suatu proyek
stimulasi adalah berhubungan dengan indeks produktivitas sumur.
Keberhasilan suatu perekahan hidrolik dapat dilakukan dengan melakukan
evaluasi kenaikan, yaitu secara teoritis maupun secara operasional.
5.9.1 Evaluasi Keberhasilan Perekahan Hidrolik berdasarkan
Productivity Index secara Teoritis
Perekahan Hidrolik bisa dikatakan berhasil bila terdapat
kenaikan productivity index yang cukup berarti. Biasanya dengan
membandingkan antara harga productivity index open hole dengan
productivity index setelah rekahan. Untuk menganalisa suatu perekahan
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 17
Proposal Tugas Akhir
hidrolik dapat dipergunakan beberapa metode. Metode yang umum
digunakan adalah Prats, Tinsley et al, dan McGuire & Sikora un tuk
sumur pada steady state dan pseudo steady state. Menurut Gilbert,
productivity index suatu sumur minyak dapat dituliskan sebagai berikut :
PI=J= qPs−Pwf ...........................................................................(5-12)
atau,
PI=J=0 . 007082. k . h
μo . Bo [ ln( r e
rw)]
................................................................(5-13)
dimana :
PI = J = Productivity Index, stb/day/psi
q = laju produksi, bbl/day
Ps = tekanan statik formasi, psia
Pwf = tekanan alir dasar sumur, psia
k = permeabilitas efektif, md
h = ketebalan formasi produktif, ft
μo = viskositas minyak, c
Bo = faktor volume formasi minyak, stb/bbl
re = jari-jari pengurasan, ft
rw = jari-jari sumur, ft
Metode yang akan dibahas disini ada dua, yaitu Metode Prats dan
Metode McGuire-Sikora.
1. Metode Prats
Anggapan dalam persamaan Prats adalah steady state,
didaerah silinder, inkompressible, konduktivitas rekahan tak
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 18
Proposal Tugas Akhir
terhingga dan tinggi rekahan sama dengan tinggi formasi. Prats
menunjukkan bahwa bila radius lubang sumur kecil dan kapasitas
rekahan besar maka radius sumur efektif bisa dianggap ¼ dari total
panjang rekahan. Persamaan Prats adalah sebagai berikut :
q f
qo
=
ln( re
rw)
ln( re
14
r v ) .........................................................................(5-14)
dimana :
qf = production rate setelah rekahan, bbl/day
qo = production rate open hole, bbl/day
re = jari-jari pengurasan, ft
rw = jari-jari sumur, ft
rv = vertical fracture penetration, ft
Prats menganalogikan perekahan dengan penambahan harga
radius sumur. Aliran fluida dari formasi ke area perekahan, dianggap
seperti aliran radial dari formasi ke lubang sumur, tanpa perekahan
dengan radius efektif sumur sebagai fungsi dari konduktifitas rekahan
tanpa dimensi. Persamaannya adalah
CFD=K f W
K L f .................................................................................(5-15)
dimana :
CFD = Dimensionless Fracture Conductivity
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 19
Proposal Tugas Akhir
Kf = Permeabilitas rekahan, md
K = Permeabilitas formasi, md
W = Tebal rekahan, inchi
Lf = Setengah panjang rekahan, ft
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam persamaan Prats
adalah :
Fluida incompressible dan steady state
Konduktifitas rekahan tidak terbatas
Tinggi rekahan sama dengan tinggi formasi
Kelemahan metode ini adalah bahwa semua keadaan dianggap ideal.
2. Metode McGuire-Sikora
McGuire dan Sikora mempelajari tentang efek rekahan
vertikal pada produktifitas pada reservoir dengan tenaga pendorong
solution gas. Asumsi yang digunakan adalah:
Aliran adalah pseudo steady state.
Laju aliran konstan tanpa ada aliran dari luar batas re.
Fluida incompressible.
Daerah pengurasan berbentuk segiempat sama sisi.
Lebar rekahan sama dengan lebar formasi.
Prosedur metode ini dengan menggunakan grafik McGuire
dan Sikora, yaitu :
1) Menghitung perbandingan panjang rekahan (xf) dengan jari-jari
pengurasan sumur (re).
2) Menghitung harga konduktifitas relatif (absis pada grafik
McGuire dan Sikora).
12 . w .k f
k √40A ..........................................................................(5-16)
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 20
Proposal Tugas Akhir
3) Dari perpotongan kurva xf/re pada grafik McGuire dan Sikora,
maka akan didapatkan harga pada sumbu y.
4) Menghitung rasio PI sesudah rekahan dengan PI sebelum rekahan
(open hole).
J f
J o [ 7 .13
ln(0 .472.re
rw) ]
..............................................................(5-17)
dimana :
Jf = Productivity Index setelah rekahan, bbl/day/psi
Jo = Productivity Index open hole, bbl/day/psi
Metode McGuire dan Sikora ini adalah yang paling banyak
digunakan saat ini. Dari grafik McGuire dan Sikora kita bisa
mengambil beberapa kesimpulan:
1) Pada permeabilitas yang rendah (dengan perekahan yang
konduktifitasnya tinggi), maka hasil kenaikkan produktifitas akan
makin besar terutama karena panjang rekahan dan bukan dari
konduktifitas relatif rekahan.
2) Untuk suatu panjang rekahan Lf akan ada konduktifitas rekahan
optimal. Menaikkan konduktifitas rekahan tidak akan
menguntungkan. Misalnya untuk harga Lf / Lc = 0,5 kenaikkan
selanjutnya tak ada artinya untuk harga konduktifitas relatif diatas
105.
3) Maksimum kenaikan perbandingan produktifitas indeks teoritis
untuk sumur yang tidak rusak adalah 13,6.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 21
Proposal Tugas Akhir
Gambar 5.3
Grafik MC Guire-Sikora
5.9.2 Evaluasi Keberhasilan Perekahan Hidrolik berdasarkan
Productivity Index secara Operasional
Evaluasi keberhasilan perekahan hidrolik berdasarkan
productivity index secara operasional, maksudnya adalah
membandingkan harga productivity index sebelum rekahan dengan harga
productivity index setelah rekahan sesuai dengan data-data aktual di
lapangan (operasional). Data operasional tersebut meliputi data sumur,
data reservoir, dan data test produksi.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 22
Proposal Tugas Akhir
VI METODOLOGI
Evaluasi stimulasi perekahan hidrolik (hydraulic fracturing) yang
dilakukan meliputi evaluasi terhadap program stimulasi serta evaluasi terhadap
keberhasilannya. Evaluasi terhadap program stimulasi dimaksudkan dengan
evaluasi terhadap pemilihan fluida perekah, pemilihan material pengganjal
(proppant) dan pemodelan geometri perekahan. Evaluasi terhadap tingkat
keberhasilan perekahan hidrolik dilakukan berdasarkan parameter productivity
index (PI). Analisa terhadap PI ini dilakukan dengan membandingkan antara nilai
PI setelah dilakukan perekahan hidrolik dengan PI sebelumnya dengan
menggunakan metode perhitungan secara teoritis yang dianggap sesuai dengan
kondisi di lapangan. Jika dari evaluasi yang telah dilakukan didapatkan bahwa
perekahan hidrolik meningkatkan harga PI, maka operasi stimulasi perekahan
hidrolik dinyatakan berhasil. Sebaliknya jika dari evaluasi yang dilakukan
didapatkan bahwa perekahan hidrolik tidak menaikkan harga PI, maka operasi
stimulasi perekahan hidrolik dinyatakan tidak berhasil dan perlu untuk dievaluasi
kembali.
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 23
Proposal Tugas Akhir
VII DIAGRAM ALIR
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 24
Pengumpulan Data
Data SumurPBU Test, Skin factor
Data Reservoir :Φ, k, fluid incrom, drive mecanishm, daerah pengurasan
Data Produksi :
PI, q, Jt, Jo
Data Stimulasi :Panjang&lebar rekahan, evaluasi model geometri rekahan dan pemilihan proppant
Evaluasi Keberhasilan perekahan hidrolik berdasarkan
PI secara Teoritis
Evaluasi Keberhasilan Perekahan Hidrolik berdasarkan
Pi secara operasional
Peningkatan PI
Ya TidakHarus Evaluasi Ulang
Analisa kenaikan PIMetode Prats/Metode MC-Guire
Sikora/ Metode Cinco-Ley&Samaniego
Perbandingan PI sebelum direkahkan dengan PI sesudah
direkahkan
Proposal Tugas Akhir
VIII DESKRIPSI KEGIATAN
Untuk memberikan informasi kepada perusahaan mengenai usulan
pelaksanaan kegiatan Tugas Akhir ini, maka perlu kiranya saya jelaskan beberapa
hal penting yang merupakan usulan dari saya. Untuk menyelaraskan dengan apa
yang tersedia dan direncanakan oleh perusahaan, saya sangat mengharapkan
informasi dari perusahaan agar tidak terjadi kesalahpahaman dalam pelaksanaan
Tugas Akhir nanti.
6.1 TEMPAT PELAKSANAAN
Tugas Akhir akan dilaksanakan di lapangan milik PERTAMINA.
6.2 WAKTU PELAKSANAAN
Waktu pelaksanaan Tugas Akhir ini direncanakan berlangsung selama
1(satu) bulan penuh di lingkungan PERTAMINA Waktu yang saya ajukan
adalah pada awal Februari 2015 sampai akhir Maret 2015.
6.3 MATERI
Materi Tugas Akhir ini dapat ditetapkan oleh instansi tempat Tugas
Akhir, dalam hal ini, Pembimbing Akademik menyarankan judul mengenai
“Evaluasi Terhadap Keberhasilan Stimulasi Sumur Menggunakan Metode
Hydraulic Fracturing”, namun kembali sepenuhnya saya serahkan kepada
PT.PERTAMINA. Usulan materi Kerja Praktek yang diberikan sebaiknya
menyangkut :
1. Teknik Pemboran.
2. Teknik Reservoir.
3. Teknik Produksi.
4. Enhanced Oil recovery.
Saya menyadari bahwa PT.PERTAMINA. sebagai perusahaan asal
Amerika Serikat yang bergerak dibidang jasa eksplorasi, eksploitasi dan
penyulingan minyak dan gas bumi pastinya berhubungan dengan bidang yang
disebutkan di atas. Maka dari itu saya memilihnya sebagai tempat pelaksanaan
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 25
Proposal Tugas Akhir
Tugas Akhir untuk menunjang pengetahuan teoritis yang telah didapatkan
selama kuliah di Program Studi Teknik Perminyakan AKAMIGAS
BALONGAN INDRAMAYU. Untuk itu sangat saya harapkan informasi dan
bantuan dari PT.PERTAMINA, agar pelaksanaan Tugas Akhir ini dapat
bermanfaat bagi kedua belah pihak.
IX RENCANA KERJA
No DISKRIPSI
MINGGU
I II III IV V
1 Pengenalan profil PT.PERTAMINA,
divisi perusahaan yang ada, dan
deskripsi kerja setiap divisi.
2 Studi lapangan dan pengambilan data
3 Evaluasi Keberhasilan Hydraulic
Fracturing
4 Penyusunan laporan kegiatan Tugas
Akhir di perusahaan ini dan
menyerahkan laporan kepada
perusahaan jika diperlukan
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 26
Proposal Tugas Akhir
X PESERTA
Peserta yang akan mengikuti program Kerja Praktek dari Program Studi
Teknik Perminyakan Akademi Minyak Dan Gas Balongan adalah:
Nama : Andi Zulkifli
NIM : 12010259
Telp. : 081280140280
Email : [email protected]
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 27
Proposal Tugas Akhir
XI PENUTUP
Demikianlah proposal usulan kegiatan Tugas Akhir yang direncanakan
akan dilakukan di PT.PERTAMINA. Saya berharap agar usulan kegiatan ini
mendapat sambutan yang baik dari pihak perusahaan. Melihat keterbatasan dan
kekurangan yang saya miliki, maka saya sangat mengharapkan bantuan dan
dukungan baik moril maupun materil dari pihak perusahaan untuk melancarkan
tugas Akhir ini.
Bantuan yang sangat saya harapkan dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini
adalah :
1. Adanya bimbingan selama Tugas Akhir.
2. Kemudahan dalam mengadakan penelitian atau mengambil data-data yang
diperlukan.
3. Kemudahan transportasi, akomodasi dan tempat tinggal.
Akhir kata saya ucapkan banyak terima kasih atas perhatian dan bantuan
dari PT.PERTAMINA.
Indramayu, Oktober 2015
Peserta Kegiatan
Andi Zulkifli
12010259
Program Studi Teknik Perminyakan – Akademi Minyak Dan Gas Balongan Indramayu 28