TEKNIK RESERVOIR.pdf PDF

Preview

Summary

TEKNIK RESERVOIR Reservoir Engineering” menurut Pierson merupakan cabang dari “Petroleum Engineering” dengan tugas utamanya adalah peramalan kelakuan reservoir, laju produksi dan jumlah minyak atau gas yang dapat diproduksikan dari suatu sumur, sekelompok sumur, ataupun dari seluruh reservoir di mas...

Description

Accelerat ing t he world's research.

TEKNIK RESERVOIR.pdf Sona Yulia

Related papers

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

OPT IMASI ART IFICIAL LIFT BERDASARKAN KARAKT ERIST IK RESERVOIR DENGAN MEMPERT I… Indra Bayu

Pengaruh Het erogenit as Reservoir Terhadap Rencana Penginjeksian CO2 Hilal Hamdan T EKNIK RESERVOIR kevin pat inggi

TEKNIK RESERVOIR

Reservoir

Engineering” menurut

Pierson

merupakan

cabang dari

“Petroleum Engineering” dengan tugas utamanya adalah peramalan kelakuan reservoir, laju produksi dan jumlah minyak atau gas yang dapat diproduksikan dari suatu sumur, sekelompok sumur, ataupun dari seluruh reservoir di masa datang, berdasarkan anggapan-anggapan yang mungkin, ataupun dari sejarah masa lalunya yang sudah ada. Reservoir merupakan suatu tempat terakumulasinya fluida hidrokarbon, gas dan air. Proses akumulasi minyak bumi di bawah permukaan haruslah memenuhi beberapa syarat, yang merupakan unsur-unsur suatu reservoir minyak bumi. Unsur-unsur yang menyusun reservoir adalah sebagai berikut: 1.

Batuan reservoir, sebagai wadah yang diisi dan dijenuhi oleh minyak bumi, gas bumi atau keduanya. Biasanya batuan reservoir berupa lapisan batuan yang porous dan permeable.

2.

Lapisan penutup (cap rock), yaitu suatu lapisan batuan yang bersifat impermeable, yang terdapat pada bagian atas suatu reservoir, sehingga berfungsi sebagai penyekat fluida reservoir.

3.

Perangkap reservoir (reservoir trap), merupakan suatu unsur pembentuk reservoir yang mempunyai bentuk sedemikian rupa sehingga lapisan beserta penutupnya merupakan bentuk konkav ke bawah dan dan menyebabkan minyak dan gas bumi berada dibagian teratas reservoir. Karakteristik suatu reservoir sangat dipengaruhi oleh karakteristik batuan

penyusunnya, fluida reservoir yang menempatinya dan kondisi reservoir itu sendiri, yang satu sama lain akan saling berkaitan.

1.1. Karakteristik Batuan Reservoir

1

Batuan adalah kumpulan dari mineral-mineral, sedangkan suatu mineral dibentuk dari beberapa ikatan kimia. Batuan reservoir umumnya terdiri dari batuan sedimen, yang berupa batupasir dan karbonat (sedimen klastik) serta batuan shale (sedimen non-klastik) atau kadang-kadang volkanik. Mineral merupakan zat-zat yang tersusun dari komposissi kimia tertentu yang dinyatakan dalam bentuk rumus-rumus dimana menunjukkan macam unsur-unsur serta jumlahnya yang terdapat dalam mineral tersebut.

1.1.1.Komposisi Kimia Batuan Reservoir Batuan yang sering digolongkan kedalam batuan reservoir yaitu :

a.

Batuan Pasir Batuan pasir termasuk

golongan batuan klastik detritus yang pada

umumnya berkisar dari lanau sampai konglomerat. Batuan pasir merupakan reservoir yang paling penting dan paling banyak dijumpai, 60 % daripada semua batuan reservoar adalah batupasir. Porositas yang didapat di dalam batupasir ini hanya bersifat intergranular, pori-pori terdapat diantara butir-butir dan khususnya terjadi secara primer, jadi rongga-rongga terjadi pada waktu pengendapan.

b.

Batuan Karbonat Batuan karbonat yang dimaksud dalam bahasan ini adalah limestone,

dolomite, dan yang bersifat diantara keduanya. Limestone adalah istilah yang biasa dipakai untuk kelompok batuan yang mengandung paling sedikit 80 % calcium carbonate atau magnesium. Istilah limestone juga dipakai untuk batuan yang mempunyai fraksi karbonat melebihi unsur non-karbonatnya.

c.

Batuan Shale Batuan shale mempunyai butir yang halus dan mempunyai permeabilitas

kurang baik. Batuan ini dapat menjadi batuan reservoir bila mengalami peretakan dan pelarutan. Fraksi yang kasar banyak mengandung silika, sedangkan fraksi yang halus umumnya mengandung aluminium, besi, potash dan air. Komposisi

2

dasar shale adalah mineral clay. Tipe clay yang sering terdapat dalam formasi hidrokarbon, yaitu : Montmorillonite, Illite dan Kaolinite.

1.1.2. Sifat Fisik Batuan Reservoir a.

Porositas Porositas () menggambarkan persantase dari total ruang pori batuan yang

tersedia untuk ditempati oleh suatu fluida reservoir yaitu minyak, gas dan air. Besar-kecilnya porositas suatu batuan akan menentukan kapasitas penyimpanan fluida reservoir. Secara matematis porositas dapat dinyatakan sebagai :



Vb  Vg Vp  Vb Vb

Keterangan : Vb

= volume batuan total (bulk volume)

Vg

= volume padatan batuan total (volume grain)

Vp

= volume ruang pori-pori batuan.

Porositas batuan reservoar dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu : 

Porositas absolut, adalah perbandingan antara volume pori total terhadap volume batuan total yang dinyatakan dalam persen, atau secara matematik dapat ditulis sesuai persamaan sebagai berikut : 



volume pori total  100% bulk volume

Porositas efektif, adalah perbandingan antara volume pori-pori yang saling berhubungan terhadap volume batuan total (bulk volume) yang dinyatakan dalam persen. 

volume pori yang berhubunga n  100% bulk volume

3

Connected or Effective Porosity Total Porosity Isolated or Non-Effec tive Porosity

Gambar 1.1. Skema Perbandingan Porositas Efektif, Non-Efektif dan Porositas Absolut Batuan

Berdasarkan waktu dan cara terjadinya, maka porositas dapat juga diklasifikasikan menjadi dua, yaitu :

 

Porositas primer, yaitu porositas yang terbentuk pada waktu yang bersamaan dengan proses pengendapan berlangsung. Porositas sekunder, yaitu porositas batuan yang terbentuk setelah proses pengendapan.

Besar-kecilnya porositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu 

Ukuran dan Bentuk Butir Ukuran butir tidak mempengaruhi porositas total dari seluruh batuan, tetapi mempengaruhi besar kecilnya pori-pori antar butir. Sedangkan bentuk butir didasarkan pada bentuk penyudutan (ketajaman) dari pinggir butir. Sebagai standar dipakai bentuk bola, jika bentuk butiran mendekati bola maka porositas batuan akan lebih meningkat dibandingkan bentuk yang



menyudut. Distribusi dan Penyusunan Butiran Distribusi maksudnya penyebaran dari berbagai macam besar butir yang tergantung pada proses sedimentasi dari batuan. Umumnya, jika batuan tersebut diendapkan oleh arus kuat maka besar butir akan sama besar. Sedangkan susunan adalah pengaturan butir saat batuan diendapkan.

4

90 90

o

o

90 o

a. Cubic (porosity = 47,6 %)

90

90

o

o

90 o

b. Rhombohedral (porosity = 25,96 %) Gambar 1.2. Pengaruh Susunan Butir Terhadap Porositas



Derajat Sementasi dan Kompaksi Kompaksi batuan akan menyebabkan makin mengecilnya pori batuan akibat adanya penekanan susunan batuan menjadi rapat. Sedangkan sementasi pada batuan akan menutup pori-pori batuan tersebut.Adapun gambaran dari berbagai faktor tersebut di atas dapat dibuktikan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Nanz dengan Alat yang digunakan sieve analysis sebagaimana yang terlihat pada gambar berikut :

Gambar 1.3. Distribusi Kumulatif Ukuran Butiran dari Graywacke a). Shalysand b). Batupasir

5

Berikut ini adalah ukuran porositas yang sering digunakan sebagai pegangan di lapangan: Tabel 1.1. Ukuran Porositas di Lapangan

b.

Porositas (%)

Kualitas

0–5

Jelek sekali

5 – 10

Jelek

10 – 15

Sedang

15 – 20

Baik

> 20

Sangat bagus

Permeabilitas Permeabilitas didefinisikan sebagai ukuran suatu ruang pori batuan yang

dapat dialiri atau dilewati fluida. Definisi kuantitatif permeabilitas pertama-tama dikembangkan oleh Henry Darcy (1856) dalam hubungan empiris dengan bentuk differensial sebagai berikut :

v

k dP x dL 

Keterangan : v



= kecepatan aliran, cm/sec

dP/dL

= gradien tekanan dalam arah aliran, atm/cm

k

= permeabilitas media berpori.

= viskositas fluida yang mengalir, cp

Tanda negatif pada Persamaan diatas menunjukkan bahwa bila tekanan bertambah dalam satu arah, maka arah alirannya berlawanan dengan arah pertambahan tekanan tersebut. Asumsi-asumsi yang digunakan dalam Persamaan Henry Darcy adalah:

6

1.

Alirannya mantap (steady state),

2.

Fluida yang mengalir satu fasa,

3.

Viskositas fluida yang mengalir konstan,

4.

Kondisi aliran isothermal, dan

5.

Formasinya homogen dan arah alirannya horizontal.

6.

Fluidanya incompressible.

Dasar penentuan permeabilitas batuan adalah hasil percobaan yang dilakukan oleh Henry Darcy. Dalam percobaan ini, Henry Darcy menggunakan batupasir tidak kompak yang dialiri air, seperti terlihat pada gambar 1.4. Batupasir silindris yang porous ini 100% dijenuhi cairan dengan viskositas , dengan luas penampang A, dan panjangnya L. Kemudian dengan memberikan tekanan masuk P1 pada salah satu ujungnya maka terjadi aliran dengan laju sebesar Q, sedangkan P2 adalah tekanan keluar. Dari percobaan dapat ditunjukkan bahwa Q..L/A.(P1P2) adalah konstan dan akan sama dengan harga permeabilitas batuan yang tidak tergantung dari cairan, perbedaan tekanan dan dimensi batuan yang digunakan. Dengan mengatur laju Q sedemikian rupa sehingga tidak terjadi aliran turbulen, maka diperoleh harga permeabilitas absolut batuan.

Gambar 1.4. Diagram Percobaan Pengukuran Permeabilitas

Berdasarkan jumlah

fasa

yang mengalir

dalam batuan

reservoir,

permeabilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu :



Permeabilitas absolut, adalah yaitu dimana fluida yang mengalir melalui media berpori tersebut hanya satu fasa, misalnya hanya minyak atau gas saja. 7



Permeabilitas efektif, yaitu permeabilitas batuan dimana fluida yang mengalir lebih dari satu fasa, misalnya minyak dan air, air dan gas, gas dan



minyak atau ketiga-tiganya. Permeabilitas relatif, merupakan perbandingan antara permeabilitas efektif dengan permeabilitas absolut.

Satuan permeabilitas dalam percobaan ini adalah :

Q (cm 3 / sec) .  (centipoise) . L (cm) k (darcy )  A (sq.cm) . (P1  P2 ) (atm)

Harga-harga ko dan kw

jika diplot terhadap So dan Sw akan diperoleh

hubungan seperti yang ditunjukkan pada Gambar berikut ini : 1 Effective Permeab ility to Oil, k o

Effective Permeab ility to Water, k w

1

0

0 0

Oil Saturation, So

1

1

Water Sa turation, Sw

0

Gambar 1.5. Kurva Permeabilitas Efektif Untuk Sistem Minyak dan Air

Gambar diatas menunjukkan bahwa ko pada Sw = 0 dan pada So = 1 akan sama dengan k absolut, demikian juga untuk harga k absolutnya (titik A dan B) . Ada tiga hal penting untuk kurva permeabilitas efektif sistem minyak-air (Gambar 1.5.) , yaitu : 

ko akan turun dengan cepat jika Sw bertambah dari nol, demikian juga kw akan turun dengan cepat jika Sw berkurang dari satu, sehingga dapat dikatakan untuk So yang kecil akan mengurangi laju aliran minyak karena konya yang kecil, demikian pula untuk air.

8



ko akan turun menjadi nol, dimana masih ada saturasi minyak dalam batuan (titik C) atau disebut Residual Oil Saturation (Sor), demikian juga untuk air yaitu (Swr).

c.

Saturasi Fluida Saturasi fluida batuan didefinisikan sebagai perbandingan antara volume

pori-pori batuan yang ditempati oleh suatu fluida tertentu dengan volume poripori total pada suatu batuan berpori. Dalam batuan reservoir minyak umumnya terdapat lebih dari satu macam fluida, kemungkinan terdapat air, minyak, dan gas yang tersebar ke seluruh bagian reservoir. Secara matematis, besarnya saturasi untuk masing-masing fluida dituliskan dalam persamaan berikut : 

Saturasi minyak (So) adalah :



Saturasi air (Sw) adalah :



Saturasi gas (Sg) adalah :

So 

volume pori  pori yang diisi oleh min yak volume pori  pori total

Sw 

Sg 

volume pori  pori yang diisi oleh air volume pori  pori total

volume pori  pori yang diisi oleh gas volume pori  pori total

Jika pori-pori batuan diisi oleh gas-minyak-air maka berlaku hubungan : Sg + So + S w = 1 Sedangkan jika pori-pori batuan hanya terisi minyak dan air, maka : So + Sw = 1

d.

Wettabilitas Wettabilitas didefinisikan sebagai suatu kemampuan batuan untuk dibasahi

oleh fasa fluida, jika diberikan dua fluida yang tak saling campur (immisible). Pada bidang antar muka cairan dengan benda padat terjadi gaya tarik-menarik antara cairan dengan benda padat (gaya adhesi), yang merupakan faktor dari

9

tegangan permukaan antara fluida dan batuan. Pada umumnya reservoir bersifat water wet, sehingga air cenderung untuk melekat pada permukaan batuan sedangkan minyak akan terletak diantara fasa air.

e.

Tekanan Kapiler Tekanan kapiler (Pc) didefinisikan sebagai perbedaan tekanan yang ada

antara permukaan dua fluida yang tidak tercampur (cairan-cairan atau cairan-gas) sebagai akibat dari terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkan kedua fluida tersebut. Perbedaan tekanan dua fluida ini adalah perbedaan tekanan antara fluida “non-wetting phase” (Pnw) dengan fluida “wetting phase” (Pw). Pc = Pnw - Pw Dimana: Pc

= Tekanan kapiler

Pnw

= Tekanan non wetting fasa

Pw

= Tekanan wetting fasa

Gambar 1.6. Grafik h (Pc) Versus Water Saturation

Ukuran pori-pori batuan sering dihubungkan dengan besaran permeabilitas. Batuan reservoir dengan permeabilitas yang besar akan mempunyai tekanan

10

kapiler yang rendah dan ketebalan zona transisi yang tipis daripada reservoir dengan permeabilitas yang rendah, seperti terlihat pada Gambar 1.8.

Gambar 1.7. Pengaruh Permeabilitas terhadap Tekanan Kapiler

Reservoir minyak yang mepunyai API gravity rendah maka kontak minyakair akan mempunyai zona transisi yang panjang (fluida yang berbeda). Dapat dilihat pada Gambar 1.9. di bawah ini.

Gambar 1.8. Pengaruh API Gravity Minyak terhadap Tekanan Kapiler

11

f.

Kompressibilitas Pada formasi batuan kedalaman tertentu terdapat dua gaya yang bekerja

padanya, yaitu gaya akibat beban batuan diatasnya (overburden) dan gaya yang timbul akibat adanya fluida yang terkandung dalam pori-pori batuan tersebut. Pada keadaan statik, kedua gaya berada dalam keadaan setimbang. Bila tekanan reservoir berkurang akibat pengosongan fluida, maka kesetimbangan gaya ini terganggu, akibatnya terjadi penyesuaian dalam bentuk volume pori-pori, dan perubahan batuan.

1.2. Karakteristik Fluida Reservoir Fluida reservoir yang terdapat dalam ruang pori-pori batuan reservoir pada tekanan dan temperatur tertentu, secara alamiah merupakan campuran yang sangat kompleks dalam susunan atau komposisi kimianya. Mengetahui sifat-sifat dari fluida hidrokarbon untuk memperkirakan cadangan akumulasi hidrokarbon, menentukan laju aliran minyak atau gas dari reservoir menuju dasar sumur, mengontrol gerakan fluida dalam reservoir dan lain-lain.

1.2.1. Komposisi Kimia Fluida Reservoir Fluida reservoir terdiri dari hidrokarbon dan air formasi. Hidrokarbon terbentuk di alam, dapat berupa gas, zat cair ataupun zat padat. Sedangkan air formasi merupakan air yang dijumpai bersama-sama dengan endapan minyak. Sedangkan hidrokarbon sendiri, selain mengandung hidrogen (H) dan karbon (C) juga mengandung unsur-unsur senyawa lain, terutama belerang, nitrogen dan oksigen. Dalam sub bab ini akan dibicarakan mengenai komposisi kimia dari ketiga kategori tersebut diatas.

1.2.1.1. Komposisi Kimia Hidrokarbon Bentuk dari senyawa hidrokarbon merupakan senyawa alamiah, dapat berupa gas, cair atau padatan tergantung dari komposisinya yang khusus serta tekanan dan temperatur yang mempengaruhinya. Endapan hidrokarbon yang

12

berbentuk cair dikenal sebagai minyak bumi, sedangkan yang berbentuk gas dikenal sebagai gas bumi. Hidrokarbon adalah senyawa yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen. Senyawa karbon dan hidrogen mempunyai banyak variasi, yang berdasarkan jenis rantai ikatannya dibagi menjadi dua golongan, yaitu :

1.

Golongan Asiklik (Parafin) Hidrokarbon jenis ini mempunyai rantai ikatan antar atom yang terbuka,

terdiri dari hidrokarbon jenuh dan hidrokarbon tak jenuh.Golongan asiklis atau alifat disebut juga alkan atau parafin. Golongan asilklis dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu golongan hidrokarbon jenuh dan tak jenuh. 

Golongan Hidrokarbon Jenuh Seri homolog dari hidrokarbon ini mempunyai rumus umum CnH2n+2 dan

mempunyai ciri dimana atom-atom karbon diatur menurut rantai terbuka dan masing-masing atom dihubungkan oleh ikatan tunggal, dimana tiap-tiap valensi dari satu atom C berhubungan dengan atom C disebelahnya. 

Golongan Hidrokarbon Tak Jenuh Hidrokarbon ada yang mempunyai ikatan rangkap dua ataupun rangkap tiga

(triple), yang digunakan untuk mengikat dua atom C yang berdekatan. Oleh karena itu, valensi yang semula tersedia untuk mengikat atom hidrokarbon telah digunakan untuk mengikat atom C yang berdekatan, dengan cara ikatan rangkap dua yang mengikat dua atom C, maka hidrokarbon seperti ini disebut hidrokarbon tak jenuh atau disebut juga sebagai keluarga alkena (Inggris : alkene). Rumus umum seri diolefin adalah CnH2n-2. Senyawa hidrokarbon tak jenuh juga ada yang mempunyai ikatan rangkap tiga, yang sering disebut sebagai seri asetilen. Rumus umumnya adalah CnH2n-2,

13

2.

Golongan Siklik Sedangkan hidrokarbon golongan siklik mempunyai rantai tertutup (susunan

cincin). Golongan ini terdiri dari naftena dan aromatik. Golongan siklis dibagi menjadi dua golongan, yaitu golongan naftena dan golongan aromatik. 

Golongan Naftena Golongan naftena sering disebut golongan sikloparafin, atau golongan

sikloalkana, yang mempunyai nrumus umum CnH2n.. Golongan ini dicirikan oleh adanya atom C yang diatur menurut rantai tertutup (berbentuk cincin) dan masingmasing atom dihubungkan dengan ikatan tunggal. 

Golongan Aromatik Pada deret ini hanya terdiri dari benzena dan senyawa-senyawa hidrokarbon

lainnya yang mengandung benzena. Rumus umum dari golongan ini adalah CnH2n-6, dimana cincin benzena merupakan bentuk segi enam dengan tiga ikatan tunggal dan tiga ikatan rangkap dua secara berselang-seling.

1.2.1.2.Komposisi Kimia Non-Hidrokarbon Selain mengandung unsur hidrogen dan karbon (HC), pada minyak bumi juga terdapat komposisi unsur belerang, nitrogen, oksigen serta unsur lain dengan prosentase yang sedikit.

1.

Senyawa Belerang Kadar belerang dalam minyak bumi bervariasi antara 4 % sampai 6%

beratnya. Kandungan minyak bumi yang terdapat di Indonesia merupakan minyak bumi yang mempunyai kadar belerang relatif rendah, yaitu rata-rata 1 %. Distribusi belerang dalam fraksi-frak...