EVALUASI PERENCANAAN DAN HASIL PERFORASI BERDASARKAN TARGET PERFORMA LAPANGAN X PDF

Preview

Summary

JTM Vol. XIX No. 1/2012 EVALUASI PERENCANAAN DAN HASIL PERFORASI BERDASARKAN TARGET PERFORMA LAPANGAN X Eko Apolianto1 , Leksono Mucharam1 Sari Evaluasi perencanaan dan hasil perforasi di Lapangan X memegang peranan penting untuk tercapainya target produksi gas dari tiap sumur. Total produksi dari s...

Description

Accelerat ing t he world's research.

EVALUASI PERENCANAAN DAN HASIL PERFORASI BERDASARKAN TARGET PERFORMA LAPANGAN X Grey Gori Kapa

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Kajian Penerapan St imulasi Hydraulic Fract uring Pada Sumur T XX Field Tanjung Pert amina E… Rahmat Priyant o

EVALUASI DAN PERENCANAAN ULANG ELECT RIC SUBMERSIBLE PUMP (ESP) Andri Put ra Draft 3 Nando Ariest a

JTM Vol. XIX No. 1/2012

EVALUASI PERENCANAAN DAN HASIL PERFORASI BERDASARKAN TARGET PERFORMA LAPANGAN X Eko Apolianto1 , Leksono Mucharam1 Sari Evaluasi perencanaan dan hasil perforasi di Lapangan X memegang peranan penting untuk tercapainya target produksi gas dari tiap sumur. Total produksi dari semua sumur di Lapangan X akan berdampak terhadap kestabilan produksi LNG dari kilang yang berada di darat. Beberapa variabel baik dari batuan formasi, teknologi dan cara eksekusi sangat mempengaruhi tingkat keberhasilan dari perforasi suatu sumur. Disamping itu, faktor dari lubang sumur juga memberi kontribusi terhadap keberhasilan dari perforasi. Jika faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat kegagalan perforasi bisa dieliminasi, maka diharapkan target produksi dari tiap sumur bisa tercapai. Beberapa parameter disain perforasi yang bisa mempengaruhi kemampuan produksi dari sumur adalah kedalaman penetrasi dari perforation gun, phasing, invaded zone dan juga crushed zone. Untuk Lapangan X, target dari disain untuk perforasi ini dengan mendapatkan nilai skin serendah mungkin sehingga bisa diperoleh angka produksi yang seusai dengan yang diharapkan. Disain perforasi yang benar harus melibatkan data yang akurat sebelum dilakukan prediksi dengan menggunakan simulasi PROSPER. Pekerjaan simulasi dilakukan untuk memperkirakan produksi dari sumur dan skin yang terjadi dengan mempertimbangkan beberapa variabel data. Perbandingan hasil perhitungan sebelum dan sesudah pekerjaan perforasi yang dilakukan akan memberikan gambaran akan tingkat keberhasilan dari disain awal yang ada. Penelitian ini dilakukan untuk melihat rekomendasi untuk perbaikan disain perforasi pada Lapangan X dengan mempertimbangkan strategi disain sumur untuk mendukung produksi tanpa terjadinya pasiran. Hasil akhir menunjukkan bahwa target produksi untuk memenuhi kebutuhan gas untuk LNG bisa terpenuhi walaupun nilai skin jauh dari ekspektasi awal. Total produksi dari setiap anjungan produksi juga menunjukkan angka yang sesuai harapan. Evaluasi secara lebih detail disarankan dilakukan untuk memperbaiki disain perforasi sehingga nilai skin bisa direduksi. Salah satu diantaranya adalah evaluasi dari lumpur pemboran yang mana akan memegang peranan yang sangat penting untuk memahami tingginya nilai skin yang terjadi pada sumur pengembangan tahap pertama tersebut. Kata kunci: perforasi, tingkat produksi sumur, skin, simulasi PROSPER

Abstract Perforation design and planning in X-Field was very important to meet the production target from every gas wells. The total gas production in X-Field will impact to the LNG plant production sustainability which is located in the onshore. The rock formation quality, technology and execution strategy are the main factors to ensure the success of the perforation job. In addition, wellbore condition will impact also to the success of the execution.The production target can be achieved if the failure elements can be eliminated in order to increase the chance of success of the perforation job. In addition to the reservoir and rock properties and well configuration, parameters that influence perforating design include depth of penetration, phasing, shots per foot, hole diameter, the damage zone, the crushed zone. For X-Field, the target is to design the perforation to reduce the skin number as low as possible. The right perforation design will involve the accurate data parameters before the predictions were commenced using the PROSPER model. The simulation work was performed to estimate the production and skin based on variable data consideration. The comparison between design and actual data has been evaluated to identify the success ratio of the executions. This research provides the recommendations to improve the future perforation design for X Field. The recommended design considers the completion design to support the sand management strategy. The final results indicate that the productions target to meet the gas requirement for LNG has been achieved even though the skin numbers were above the expectation. The total production from each platform was able to meet the expectation. Detail evaluation is suggested to improve the quality of perforation design in order to reduce the skin numbers. Mud properties evaluation is one of key information to understand the root cause of high skin number of the previous development wells. Keywords: perforation, well deliverability, skin, PROSPER model 1)

Program Studi Teknik Perminyakan, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha No. 10 Bandung 40132, Telp: +62 222504955, Fax: +62 22-2504955, Email: [email protected]

13

Eko Apolianto, Leksono Mucharam

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perforasi mempunyai peranan sangat penting dalam komplesi sumur. Perforasi akan menghasilkan jalur komunikasi antara reservoir dan lubang sumur. Tanpa adanya disain dan eksekusi yang benar, maka lubang perforasi bisa memberikan kontribusi kehilangan tekanan yang sangat besar. Hal tersebut akan merugikan karena produksi yang diharapkan tidak akan tercapai dan kandungan cadangan terambil dari satu sumur yang diharapkan tidak akan pernah tercapai. Beberapa faktor sangat mempengaruhi suatu keberhasilan dari disain perforasi untuk mendapatkan laju alir produksi yang optimum. Faktor pertama adalah kemampuan penetrasi dari perforation gun dan debris yang dihasilkan dari eksekusi pekerjaan perforasi tersebut. Faktor yang lain adalah kekerasan formasi, permeabilitas disekitar lubang perforasi dan invaded zone akan memberikan kontribusi yang besar pula terhadap kemampuan perforation gun melakukan penetrasi. Disamping itu, strategi komplesi sumur juga akan mempengaruhi disain perforasi untuk sumur-sumur gas di Lapangan X tersebut. Hasil dari studi internal menjelaskan bahwa untuk menghindari produksi pasir dari sumur, maka pemilihan perforation gun berjenis deep penetration charge diperlukan dikarenakan lubang sumur tidak mempunyai sand control. Eksekusi dengan metoda over balanced ataupun under balanced akan mempengaruhi juga tingkat keberhasilan dari perforasi yang direfleksikan oleh angka skin yang rendah. Simulasi dengan menggunakan PROSPER akan memberikan gambaran seberapa optimal disain perforasi yang telah dilakukan dengan mempertimbangkan beberapa variabel data sebagai input. Untuk membuktikan tingkat keberhasilan suatu perforasi, maka uji produksi perlu dilakukan. Perangkat lunak untuk pressure transient analysis digunakan untuk melakukan perhitungan nilai skin dari sumur-sumur gas yang ada. 1.2 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat disain perforasi dan hasil eksekusi bisa menghasilkan laju alir gas sesuai dengan target yang diharapkan. Target produksi untuk setiap anjungan produksi juga akan dievaluasi untuk melihat ketahanan produksi gas Lapangan X dalam memenuhi kebutuhan fasilitas produksi LNG. Faktor yang memberikan kontribusi terhadap nilai skin juga akan dievaluasi dan dilihat pengaruhnya terhadap nilai laju alir gas.

14

II. TEORI DASAR 2.1 Perforasi Ketika target formasi telah selesai dibor, maka production casing atau liner akan dipasang dengan dilanjutkan oleh operasi penyemenan. Agar terjadi komunikasi aliran antara reservoir dan lubang sumur, maka perlu dibuat lubang yang menembus dinding casing, semen dan formasi. Kegiatan pembuatan lubang tersebut disebut perforasi. Kegiatan perforasi memerlukan bahan peledak (explosive charges) yang diturunkan kedalam sumur baik dengan menggunakan electric conductor wireline cable, tubing atau drill pipe. Ketika charges telah mencapai kedalaman yang telah ditentukan maka peledakan bisa segera dilakukan untuk menghasilkan lubang yang menghubungkan antara lubang bor dengan formasi. Gambar 1 menunjukkan efek dari perforasi terhadap formasi batuan. Bagian yang bersinggungan langsung dengan perforation tunnel akan menjadi lapisan yang sangat padat yang mempunyai permeabilitas jauh lebih rendah dari permeabilitas formasi batuan. Area tersebut disebut dengan area crushed zone. Berdasarkan studi yang dilakukan terhadap batuan pasir Berea didapat estimasi ketebalan dari crushed zone adalah sekitar 0,5 in dengan nilai permeabilitas 20% dari nilai permeabilitas formasi batuan.

Gambar 1. Efek perforasi terhadap formasi batuan Beberapa faktor dibawah ini bisa mempengaruhi ketebalan dan seberapa besar permeabilitas dari crushed zone:  Ukuran dari perforation charges  Ketebalan dan kekuatan dari casing  Ketebalan dan kekuatan dari semen  Komposisi dari butiran, ukuran dan bentuk dari lapisan formasi batuan  Kondisi tekanan batuan disekitar lubang batuan  Jarak antara lubang perforasi satu dengan yang lainnya secara vertikal

Evaluasi Rencana dan Hasil Perforasi Berdasarkan Target Performa Lapangan X

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi kedalaman penetrasi dari perforasi adalah sebagai berikut:  Ukuran dari gun/explosive charge, dimana secara umum bisa digambarkan bahwa penetrasi dan diameter lubang perforasi akan makin besar dengan makin besarnya ukuran gun dan berat dari eksplosif.  Tekanan lubang sumur, temperatur dan densitas fluida.  Jarak perforation gun dengan casing. Efek dari jarak antara perforation gun dengan casing dapat dilihat pada Gambar 2 dibawah ini.

Gambar 2 menggambarkan perkiraan hasil perforasi untuk 1-11/16” through tubing gun di dalam lubang casing yang miring. Efek dari jarak perforation gun dengan casing menjadi sangat besar jika ukuran gun yang dipakai relatif sangat kecil dibandingkan dengan ukuran casing. Kekerasan batuan. Hal ini mudah dipahami karena makin tinggi kekuatan batuan yang direfleksikan oleh angka compressive strength, maka akan makin sulit batuan tersebut untuk dilubangi. Gambar 3 ini menggambarkan hasil uji perforasi untuk melihat kedalaman penetrasi terhadap berbagai nilai kekerasan batuan. Terlihat di gambar bahwa makin keras batuan maka penetrasi cenderung menjadi makin pendek.

Gambar 1. Efek akibat jarak perforating gun

15

Eko Apolianto, Leksono Mucharam

Persamaan diffusivity untuk radial flow merupakan persamaan yang paling banyak digunakan untuk single well. Persamaan radial diffusivity untuk slightly compressible liquid dan viskositas yang konstan adalah sebagai berikut:

(1) Solusi untuk real gas biasanya dipresentasikan dalam dua bentuk yaitu traditional pressuresquared dan general pseudopressure. Persamaan bentuk pressure squared adalah sebagai berikut: Gambar 3. Kedalaman penetrasi terhadap nilai kekerasan batuan 2.2 Inflow dan Outflow Performance 2.2.1 Sistem Produksi Memahami prinsip aliran fluida pada sistem produksi sangat penting untuk memperkirakan kemampuan produksi dari setiap sumur termasuk didalamnya optimasi sumur dan reservoir. Secara umum sistem produksi dapat digambarkan sebagai sistem untuk mengalirkan fluida reservoir dari bawah tanah menuju tangki penyimpanan di permukaan. Elemen dasar dari sistem produksi adalah adanya reservoir, lubang sumur, pipa tubing dan perlengkapannya dalam sumur, kepala sumur, pemipaan di permukaan, fasilitas produksi di permukaan dan alat bantu untuk mengangkat fluida dari lubang sumur (artificial lift). Gambar 4 menggambarkan sistem produksi dari suatu lapangan minyak atau gas.

Gambar 4. Gambaran sistem produksi suatu lapangan migas 2.2.2 Reservoir Inflow Performance Model matematika untuk mendiskripsikan aliran fluida dalam media berpori dan permeabel dikembangkan oleh kombinasi antara persamaan fisik untuk konservasi massa dengan persamaan gerak (equation of motion) dan persamaan keadaan (equation of state). Pendekatan tersebut mengarah kepada pemakaian persamaan diffusivity yang banyak digunakan dalam industri perminyakan untuk menentukan aliran fluida dalam media berpori. 16

(2) Sedangkan bentuk persamaan pseudopressure adalah sebagai berikut:

untuk

(3) Dimana persamaan real gas pseudopressure yang didefinisikan oleh Al-Hussainy, Ramey dan Crawford adalah sebagai berikut:

(4) Persamaan pseudo pressure bisa digunakan untuk semua tekanan, akan tetapi persamaan pressuresquared mempunyai keterbatasan dalam aplikasi dikarenakan sifat fluida yang kompresibel. Persamaan tersebut akan akurat ketika nilai µz konstan yang merupakan fungsi dari tekanan. Hal tersebut biasanya terjadi pada kondisi tekanan rendah (dibawah 2000 psia). Oleh karena itu, solusi pseudopressure direkomendasikan untuk analisa performa sumur gas. 2.2.3 Solusi Single Phase Analytical Persamaan radial diffusivity dapat diselesaikan untuk berbagai macam kondisi awal dan batas (boundary) ketika menentukan perilaku laju alir dan tekanan untuk aliran satu fasa. Kondisi steady state adalah suatu kondisi dimana tekanan luar batas (outer boundary) adalah konstan. Hal ini menyiratkan untuk open outer boundary seperti fluida yang masuk akan seimbang dengan fluida yang keluar atau terproduksikan. Kondisi tersebut akan bisa terjadi ketika tekanan dapat dipertahankan akibat adanya natural water influx atau adanya injeksi air ke dalam formasi. Solusi steady state untuk fluida satu fasa pada tekanan rata-rata reservoir bisa dituliskan sebagai berikut:

Evaluasi Rencana dan Hasil Perforasi Berdasarkan Target Performa Lapangan X

(5)

Kondisi semi steady state adalah kondisi dimana sumur berproduksi lama sampai titik dimana tekanan batas luar turun. Sumur dianggap berproduksi di closed boundaries jika tidak ada aliran melampaui outer boundaries. Untuk kasus ini, maka tekanan reservoir akan menurun dengan menurunnya produksi sumur. Pada kondisi produksi sumur konstan, penurunan tekanan akan konstan terjadi pada setiap waktu dan radius pengurasan (ri). Solusi untuk single-phase liquid flow untuk rata-rata tekanan reservoir adalah sebagai berikut:

(6)

Adapun solusi persamaan untuk steady state adalah sebagai berikut:

2.2.4 Performa Sumur Gas Perkiraan laju alir awal dari suatu sumur gas dilakukan dengan cara membuka sumur ke tekanan Atmosfer dan diukur laju alirnya. Metoda open flow tersebut sangat merugikan karena akan membuang gas dan juga dalam prakteknya akan membahayakan orang yang melakukan uji produksi tersebut. Karena hal tersebut maka ditemukan konsep Absolut Open Flow (AOF). AOF merupakan indikasi secara umum untuk menunjukkan produktivitas sumur pada laju alir maksimum secara teori jika sumur dialirkan pada kondisi tekanan Atmosfer. Produktivitas dari sumur ditentukan dari deliverability testing. Pengujian tersebut akan memberikan informasi yang akan digunakan untuk mengetahui perilaku tekanan reservoir sumur dan menentukan kurva IPR. Rawlins dan Schellhardt melakukan uji produksi dengan metoda empirical back pressure terhadap 500 sumur. Pengujian tersebut menghasilkan persamaan back pressure seperti tertulis dibawah ini:

(7)

dan

(8)

(11) dimana C adalah flow coefficient dan n adalah deliverability exponent. Berdasarkan penjelasan sebelumnya, penyelesaian persamaan sumur gas untuk pressure squared hanya bisa dilakukan pada tekanan rendah. Sehingga persamaan deliverability dari Rawlins dan Schellhardt’s untuk kondisi pseudopressure dapat ditulis sebagai berikut:

(12)

Solusi persamaan gas untuk semi steady state adalah:

Nilai dari n bervariasi antara 0,5 sampai dengan 1,0 bergantung pada karakteristik aliran.

(9) dan

Persamaan 11 dan 12 dapat ditulis kembali untuk memfasilitasi pengembangan kurva IPR. Dari segi pemodelan pressure-squared maka persamaan tersebut bisa ditulis sebagai berikut untuk kondisi pseudopressure:

(10)

(13) dan

Kondisi steady state ataupun semi steady state tidak mungkin tercapai dalam kondisi operasi yang sebenarnya. Akan tetapi kondisi stabil di dalam reservoir sudah dianggap cukup bisa diterima untuk menentukan perkiraan laju alir satu fasa.

(14)

17

Eko Apolianto, Leksono Mucharam

Ketika nilai deliverability exponent telah ditentukan dari multi rate test dan nilai AOF diperkirakan, maka persamaan 13 dan 14 bisa diaplikasikan untuk memperkirakan laju alir pada setiap nilai tekanan bawah sumur (bottomhole pressure). Houpeurt mengembangkan teori persamaan deliverability untuk aliran yang stabil dengan memperhitungkan Forch-heimer velocity untuk memperhitungkan efek dari aliran non-Darcy pada sumur gas yang berproduksi pada laju alir yang sangat tinggi. Hasil dari persamaan baik untuk kondisi pressure squared ataupun pseudopressure bisa dilihat dibawah ini:

(15) atau

(16)

Dua persamaan diatas adalah kuadratik jika ditinjau dari laju alir, sehingga untuk mempermudah penulisan, maka kedua persamaan tersebut bisa ditulis sebagai berikut:

(17) (18) Jones, Blount dan Glaze menyarankan untuk menuliskan persamaan Houpeurt’s seperti tertera dibawah ini untuk memudahkan analisa data welltesing untuk melakukan prediksi deliverability sumur gas:

(19)

(20) Dua persamaan tersebut diatas bisa dirubah seperti tertera dibawah ini ketika nilai dua nilai konstanta a dan b bisa ditentukan:

18

(21)

dan

(22)

Sesudah koefisien dari persamaan deliverability diatas ditentukan, maka persamaan diatas bisa digunakan untuk menentukan estimasi laju produksi gas pada berbagai macam tekanan bawah sumur. 2.2.5 Performa Laju Alir Dalam Lubang Sumur Kehilangan tekanan yang terjadi pada saat fluida mengalir dari reservoir menuju permukaan memberikan pengaruh yang besar terhadap laju alir produksi sumur. Pengaruh kehilangan tekanan tersebut bisa mencapai 80% dari total kehilangan tekanan dalam suatu sistem produksi. Distribusi kehilangan tekanan bisa dimulai dari lubang perforasi, tubing dengan berbagai macam perlengkapan yang berada didalamnya termasuk perubahan diameter yang terjadi dan pipa produksi mulai dari kepala sumur sampai ke fasilitas pemrosesan. Kehilangan tekanan yang terjadi tersebut merupakan fungsi dari konfigurasi mechanical dari sumur, sifat fluida dan juga laju alir fluida. Untuk memperkirakan kehilangan tekanan pada suatu sistem maka persamaan mechanical energy antara dua titik bisa ditulis sebagai berikut:

(23) Pada persamaan diatas, α adalah koreksi terhadap energi kinetik untuk distribusi velocity, W adalah kerja yang dilakukan pleh fluida yang mengalir dan E1 adalah kehilangan irreversible energy di dalam sistem akibat adanya viskositas atau kehilangan tekanan akibat gesekan. Untuk aplikasi, maka persamaan diatas dirubah menjadi seperti tertera dibawah ini dengan menganggap tidak adanya kerja (work) yang dilakukan oleh fluida dan faktor koreksi untuk energi kinetik adalah satu:

(24) Persamaan tersebut diatas merupakan total kehilangan tekanan dari penjumlahan energi potensial (karena ketinggian), perubahan enerki kinetik (karena akselerasi) dan kehilangan energi didalam sistem tersebut. Persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk berbeda yang bisa

Evaluasi Rencana dan Hasil Perforasi Berdasarkan Target Performa Lapangan X

diaplikasikan untuk setiap fluida pada setiap kemiringan pipa:

(25) Dengan persamaan 25 maka kehilangan tekanan untuk laju alir tertentu dapat diperkirakan dan dibuat grafik yang merupakan fungsi dari laju alir seperti pada contoh Gambar 5.

Tabel 1. Input data PETEX model didalam PROSPER Reservoir permeability

Either total, or effective permeability at connate water saturation

Formation thickness

Thickness of producing reservoir rock

Drainage area DIETZ shape factor

Depends on the shape of the drainage area

Wellbor...