Reservoir Minyak Dan Gas Bumi

Transkripsi

1 Reservir Minyak Dan Gas Bumi 1. Pendahuluan Teknik reservir adalah suatu ilmu yang mempergunakan kaidah-kaidah ilmu alam dalam memecahkan persalan-persalan reservir. Persalan-persalan yang dipecahkan di sini adalah menyangkut penentuan tempat, ukuran serta kinerja reservir, baik selama prduksi maupun peramalan untuk masa mendatang sesuai dengan anggapan-anggapan yang digunakan. Hal ini menyangkut apa yang diprduksikan, mekanisme pendrngan, jumlah cadangan minyak di tempat (il in place), besarnya jumlah minyak yang biasa diperleh/ diprduksikan serta usaha-usaha lain dalam peningkatan recvery minyak. Reservir minyak dan/atau gas bumi adalah suatu batuan yang berpri-pri dan permeable tempat minyak dan/atau gas bergerak serta berakumulasi. Melalui batuan reservir ini fluida dapat bergerak ke arah titik serap (sumur-sumur prduksi) dibawah pengaruh tekanan yang dimilikinya atau tekanan yang diberikan dari luar. Suatu reservir yang dapat mengandung minyak dan atau gas harus memiliki beberapa syarat yang terdiri dari unsur-unsur : 1. Batuan reservir (reservir rcks). 2. Lapisan penutup (sealing cap rcks). 3. Batuan asal (surce rck). 1.1 Batuan Reservir Didefinisikan sebagai suatu wadah yang diisi dan dijenuhi minyak dan/atau gas, merupakan suatu lapisan berngga/berpri-pri. Secara teritis semua batuan, baik batuan beku maupun batuan metafrf dapat bertindak sebagai batuan reservir, tetapi pada kenyataan ternyata 99% batuan reservir adalah batuan sedimen. Jenis batuan reservir ini akan berpengaruh terhadap besarnya prsitas dan permeabilitas. Prsitas merupakan perbandingan vlume pri-pri terhadap vlume batuan keseluruhan, sedangkan permeabilitas merupakan kemampuan dari medium berpri untuk mengalirkan fluida yang dipengaruhi leh ukuran butiran, bentuk butiran serta distribusi butiran. Disamping itu batuan reservir akan dipengaruhi juga leh fasa fluida yang mengisi pri-pri tersebut berhubungan atau tidak satu sama lainnya. 1.2 Lapisan Penutup Minyak dan/atau gas terdapat di dalam reservir. Untuk dapat menahan dan melindungi fluida tersebut, lapisan reservir ini harus mempunyai penutup di bagial luar lapisannya. Sebagai penutup lapisan reservir biasanva merupakan lapisan batuan yang rnempunyai sifat kedap (impermeabel), yaitu sifat yang tidak dapat mellskan fluida yang dibatasinya. Jadi lapisan penutup didefinisikan sebagai lapisan yang berada di bagian atas dan tepi reservir yang dapat dan melindungi fluida yang berada di dalam lapisan di bawahnya, hal ini akan mengakumulasikan minyak dalam reservir. 1.3 Batuan Asal Pada saat terjadinya minyak dan/atau gas yang berasal dari rganisme purba terdapat di dalam batuan asal (surce rck), dengan kndisi tekanan dan temperatur tertentu kemudian berubah menjadi minyak atau gas bumi, kemudian bermigrasi dan terperangkap pada batuan berpri yang disebut sebagai batuan reservir. Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 1 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

2 2. Sifat Batuan Reservir 2.1 Prsitas Prsitas didefinisikan sebagai perbandingan antara vlume batuan yang tidak terisi leh padatan terhadap vlume batuan secara keseluruhan. Berdasarkan sifat-sifat batuan reservir, maka prsitas dapat dibagi lagi menjadi prsitas effektif dan prsitas abslut. Prsitas effektif yaitu perbandingan vlume pri-pri yang saling berhubungan terhadap vlume batuan secara keseluruhan. Prsitas abslut adalah perbandingan vlume pri-pri ttal tanpa memandang saling berhubungan atau tidak, terhadap vlume batuan secara keseluruhan. 2.2 Permeabilitas Permeabilitas batuan didefinisikan sebagai kemampuan batuan tersebut untuk melewatkan fluida dalam medium berpri-pri yang saling berhubungan. Dikenal tiga istilah untuk permeabilitas yaitu permeabilitis abslut, permeabilitas effektif dan permeabilitas relatif. Permeabilitas abslut dipakai untuk aliran fluida satu fasa. Permeabilitas effektif digunakan untuk aliran yang terdiri dari dua phasa atau lebih yang dikenal sebagai : K, K w, K g. Permeabilitas relatif adalah perbandingan permeabilitas effektif terhadap permeabilitas abslut, ini tergantung pada jenis fluidanya. 2.3 Saturasi Reservir mengandung fluida-fluida berupa; minyak, gas, atau air. Saturasi didefisikan sebagai fraksi salah satu fluida terhadap pri-pri dari batuan. Di sini dikenal S, S w, dan S g, di mana : S Vlume minyak dalam pri - pri S Vlume pri - pri keseluruhan Vlume minyak dalam pri - pri Vlume air dalam pri - pri Vlume S w pri - pri keseluruhan Vlume pri - pri keseluruhan Vlume gas dalam pri - pri S g Vlume pri - pri keseluruhan sehingga : S + S w + S g 1.0 Untuk mendapatkan harga saturasi dapat dilakukan di labratrium dengan prinsip penguapan air dan pelarutan minyak. Untuk ini dapat digunakan alat-alat : ASTM Extractin, Sxlet Extractr. 2.4 Kebasahan (wettability) Kebasahan didefinisikan sebagai suatu kecenderungan suatu fluida untuk menyebar atau menempel pada permukaan padatan dengan adanya fluida lain yang immiscible. Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 2 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

3 Kecenderungan untuk menyebar atau menempel ini karena adanya gaya adhesi, yang merupakan faktr tegangan permukaan. Faktr inii pula yang menentukan fluida mana yang akan lebih membasahi suatu padatan. σ s σ ws σ w Cs θ c σ σ σ s ws w θ c energi antar muka antara minyak dengan padatan, dyne/cm energi antar muka antara air dengan padatan, dyne/cm energi antar muka antara minyak dengan air, dyne/cm sudut pada antar muka antara minyak, air, dan padatan, derajat Untuk menentukan energi antar muka sistem di atas, biasanya dapat dilakukan di labratrium secara langsung. Harga θ disebut sebagai sudut kntak, berkisar antara Untuk θ > 90, sifat kebasahan batuan reservir disebut sebagai basah minyak (il wet), sedangkan Untuk θ < 90, sifat kebasahan batuan reservir disebut sebagai basah air (water wet). 3. Tekanan Reservir Didefisikan sebagai tekanan fluida di dalam pri-pri reservir, yang berada dalam keadaan setimbang, baik sebelum maupun sesudah dilakukannya suatu prses prduksi. Berdasarkan hasil penyelidikan, besarnya tekanan reservir mengikuti suatu hubungan yang linier dengan kedalaman reservir tersebut. Hal ini diinterpretasikan sebagai akibat dari penyingkapan perluasan frmasi batuan reservir tersebut ke permukaan, sehingga reservir menerima tekanan hidrstatis fluida pengisi frmasi. Berdasarkan ketentuan ini, maka pada umumnya gradient tekanan berkisar antara 0,435 psi/ft. Dengan adanya tekanan verburden dari batuan di atasnya, gradient tekanan dapat lebih besar dari harga tersebut di atas, hal ini tergantung pada kedalaman reservir. Dengan adanya kebcran gas sebelum/selama umur gelgi migrasi minyak, dapat mengakibatkan tekanan reservir akan lebih rendah. Besarnya tekanan reservir dapat diketahui dengan merata-ratakan hasil pengukuran bttm hle pressure sumur statis. Pengukurannya dapat diperleh langsung dengan pengukuran sub surface bmb. Dengan metda analisa pressure buildup, sebagaimana suatu persamaan telah disederhanakan leh Hrner, dapat diketahui bttm hle pressure sebagai fungsi dari waktu penutupan. qu t + Δt Pt Pi ln 4kh Δt di mana : Pt bttm hle pressure pada saat shut in time t + Δt, psi q prduksi rata-rata yang stabil sebelum shut in, bbl/day u visksitas, cp h tebal lapisan minyak/prduktif k permeabilitas, Darcy t waktu prduktif effektif, hari i saat mula-mula Dalam sejarah prduksi, besarnya tekanan akan selalu menurun. Kecepatan penurunannya tergantung pada pengaruh-pengaruh tenaga yang berada di luar reservir, dalam hal ini adalah mekanisme pendrng. Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 3 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

4 4. Temperatur Reservir Temperatur reservir merupakan fungsi dari kedalaman. Hubungan ini dinyatakan leh gradient gethermal. Harga gradient gethermal itu berkisar antara 0,3 F/100 ft sampai dengan 4 F/ 100 ft. 5. Perubahan Phasa Perubahan fasa sistem hidrkarbn dalam bentuk cairan dan gas merupakan fungsi dari tekanan, temperatur serta kmpsisinya. Menurut Hawkin NF., fasa adalah bagian dan sistem yang sifat-sifatnya hmgen dalam kmpsisi, memiliki batas permukaan secara fisis serta terpisah secara mekanis dengan fasa lainnya yang mungkin ada. Fluida hidrkarbn suatu sistem yang hetergen, sangat dipengaruhi leh jumlah kmpnen yang ada di dalamnya. Untuk itu analisa fasa fluida hidrkarbn dilakukan dalam berbagai kmpnen yang kemudian diinterpretasikan dalam diagram tekanan dan temperatur. Berdasarkan psisi tekanan dan temperatur pada diagram phasa, kita dapat membedakan berbagai type reservir, misalnya gas cndensate reservir, gas reservir dan lain-lain. Berdasarkan penmena perubahan fasa fluida ini, kita dapat merencanakan fasilitas yang baik untuk sistem prduksi, separatr, pemipaan serta strage/cara penyimpanannya. 6. Karakteristik fluida hidrkarbn Fluida reservir umumnya terdiri dari minyak, gas dan air frmasi. Minyak dan gas kebanyakan merupakan campuran yang rumit berbagai senyawa hidrkarbn, yang terdiri dari glngan naftan, parafin, armatik dan sejumlah kecil gabungan ksigen, nitrgen, dan belerang. Karakteristik-karakteristik fluida hidrkarbn yang berhubungan dengan sifat fisis, dinyatakan dalam berbagai besaran : a. Faktr vlume frmasi gas. b. Kelarutan gas. c. Faktr vlume frmasi minyak. d. Faktr vlume frmasi dwi-fasa. e. Visksitas. f. Berat Jenis ( API) 6.1 Faktr vlume frmasi gas (B g ) Faktr vlume frmasi gas didefinisikan sebagal vlume (dalam barrels) yang ditempati leh suatu standard cubic feet gas (60 F, 14,7 psi) bila dikembalikan pada keadaan temperatur dan tekanan reservir. Hubungan faktr vlume frmasi gas (B g ) sebagai fungsi tekanan dan temperatur, digambarkan sebagal berikut : B g ZT 0,00504 P dimana : BBg faktr vlume frmasi gas, bbl/scf. P tekanan reservir, psia. T temperatur reservir, F Z kmpressibilitas, dimensinless bbl scf Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 4 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

5 6.2 Kelarutan gas dalam minyak (R s ) Kelarutan gas (R s ) didefinisikan sebagai banyaknya cubic feet gas (dalam tekanan dan temperatur standard) yang berada dalam larutan minyak mentah satu barrel tangki pengumpulan minyak, ketika minyak dan gas kedua-duanya masih berada dalam keadaan temperatur dan tekanan reservir. R s merupakan fungsi dari tekanan, untuk minyak mentah yang jenuh, penurunan tekanan akan nengakibatkan kelarutan gas menurun karena gas yang semula larut dalam minyak mentah pada tekanan yang lebih rendah. Untuk minyak mentah yang tak jenuh, penurunan tekanan sampai tekanan gelembung, tidak akan menurunkan kelarutan gas, tetapi setelah melewati tekanan gelembung, penurunan tekanan mengakibatkan menurunnya kelarutan gas. 6.3 Faktr vlume frmasi minyak (B ) Faktr vlume frmasi minyak (BB) didefinisikan sebagai perbandingan V 1 barrel minyak pada keadaan reservir terhadap V 2 barrel minyak pada tangki pengumpul (60 F, 14,7 psi). V 1 V 2 adalah berupa gas yang dibebaskan karena penurunan tekanan dan temperatur. Penaksiran faktr vlume frmasi minyak dapat dilakukan dengan tiga cara, berdasarkan data-data yang tersedia dan prsen ketelitian yang dibutuhkan. 6.4 Faktr vlume frmasi dwi-fasa (B t ) Faktr vlume frmasi dwi-fasa (B t ) didefinisikan sebagai vlume yang ditempati leh minyak sebanyak satu barrel tangki pengumpul ditambah dengan gas bebas yang semula larut dalam sejumlah minyak tersebut. Harga B t dapat ditentukan dan karakteristik cairan reservir yang disebutkan terdahulu, yang digambarkan sebagai : BBt B + (R si R s ) B g dimana : BBt faktr vlume frmasi dwi-fasa BB faktr vlume frmasi minyak BBg faktr vlume frmasi gas R s kelarutan gas. i keadaan mula-mula. 6.5 Visksitas (μ) Visksitas suatu cairan adalah suatu ukuran tentang besarnya keengganan cairan itu untuk mengalir. Visksitas didefinisikan sebagai besarnya gaya yang harus bekerja pada satu satuan luas bidang hrizntal yang terpisah sejauh satu satuan jarak dan suatu bidang hrizntal lain, agar relatip terhadap bidang kedua ini, bidang pertama bergerak sebesar satu satuan kecepatan. Diantara kedua bidang hrizntal inii terdapat cairan yang dimaksud. Umumnya visksitas dipengaruhi langsung leh tekanan dan temperatur. Hubungan tersebut adalah : Visksitas akan menurun dengan naiknya temperatur. Visksitas akan naik dengan naiknya tekanan, dimana tekanan tersebut semata-mata untuk pemanfaatan cairan. Visksitas akan naik dengan bertambahnya gas dalam larutan. Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 5 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

6 6.6 Berat jenis ( API) Berat jenis ( API) minyak menunjukkan kualitas fluida hidrkarbn. Apakah hidrkarbn tersebut termasuk minyak ringan, gas atau minyak berat. Besaran ini dinyatakan dalam : API 141,5 Specific Gravity minyak pada ,5 F Semakin besar harga API berarti berat jenis minyak semakin kecil dan sebaliknya. 7. Mekanisme Pendrngan Berdasarkan mekanisme pendrngan yang menyebabkan minyak dan/atau gas dapat bergerak ke titik serap (sumur prduksi), reservir minyak dan/atau gas dapat dibagi atas : 1. Water drive reservir 2. Slutin gas drive 3. Gas cap drive reservir 4. Cmbinatin drive reservir 7.1 Water drive reservir Pada reservir dengan type pendrngan "water drive, energi yang menyebabkan perpindahan minyak dari reservir ke titik serap adalah disebabkan leh; pengembangan air, penyempitan pri-pri dari lapisan dan sumber air di permukaan bumi yang berhubungan dengan frmasi yang mengandung 100% air (aquifer) sebagai akibat adanya penurunan tekanan selama prduksi. Air sebagai suatu fasa yang sering berada bersama-sama dengan minyak dan/atau gas dalam suatu reservir yang mengandung hidrkarbn tersebut seringkali merupakan suatu fasa kntinu dalam suatu frmasi sedimen yang berdekatan dengan reservir tersebut. Setiap perubahan tekanan dalam reservir minyak sebagai akibat dan pada prduksi minyak melalui sumur akan diteruskan kedalam aquifer. Terbentuknya gradient tekanan ini akan mengakibatkan air mengalir ke dalam lapisan minyak (merembes) bila permeabilitas disekitarnya memungkinkan. Secara umum dapat dikatakan bahwa aquifer merupakan suatu tenaga yang membantu dalam hal pendrngan minyak. Dilihat dari sudut gerakan air dari aquifer ke dalam Iapisan minyak, maka aquifer dapat dibedakan atas 3 macam : 1. Gerakan air dari bawah (bttm water drive). 2. Gerakan air dari samping (edge water drive). 3. Gerakan air dari bawah dan dari samping (bttm & edge water drive) Gerakan air dari bawah (bttm water drive) Dalam hal ini, reservir minyak terdapat pada puncak suatu batuan reservir, sedangkan di bawahnya adalah air yang mengandung tenaga pendrngan. Tebal dan lapisan yang mengandung minyak relatif tipis dibandingkan tebal aquifer Gerakan air dari samping (edge water drive) Dalam keadaan ini tenaga pendrngan minyak berasal dari aquifer dalam arah tidak vertikal dari bawah ke atas, tetapi dari samping. Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 6 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

7 Gerakan air dari bawah dan dari samping (bttm & edge water drive) Pada keadaan ini tenaga pendrngan minyak berasal dari kmbinasi antara bttm water drive dan edge water drive". Dari kurva sejarah prduksi suatu reservir dengan water-drive, memperlihatkan bahwa pada permulaan prduksi, tekanan akan turun dengan sedikit tajam. Karena air memerlukan waktu dulu untuk mengisi ruangan yang ditinggalkan leh minyak yang diprduksi. Kemudian tekanan akan menurun secara perlahan-lahan. Pada reservir water drive, gas tidak memegang peranan, sehingga perbandingan prduksi gas terhadap prduksi minyak (GOR) dapat dianggap knstan. Sedangkan perbandingan prduksi air terhadap prduksi minyak (WOR) akan naik, karena air yang mendrng dari belakang mungkin saja akan melewati minyak yang didrngnya akibat dari sifat mbiiity-nya, sehingga air akan terprduksi. Recvery minyak dari type pendrngan "water drive" ini berkisar 30% - 60% Slutin Gas Drive Reservir Pada reservir dengan type pendrngan slutin gas drive energi yang menyebabkan minyak bergerak ke titik serap berasal dari ekspansi vlumetrik larutan gas yang berada dalam minyak dan pendesakan minyak akibat berkurangnya tekanan karena prduksi. Hal ini akan menyebabkan gas yang larut di dalam minyak akan ke luar berupa gelembunggelembung yang tersebar merata di dalam phasa minyak. Penurunan tekanan selanjutnya akan menyebabkan gelembung-gelembung gas tadi akan berkembang, sehingga mendesak minyak untuk mengalir ke daerah yang bertekanan rendah. Pada kurva sejarah prduksi suatu lapangan yang reservirnya mempunyai mekanisme pendrng "slutin gas drive" akan memperlihatkan bahwa pada saat prduksi baru dimulai, tekanan turun dengan perlahan dan selanjutnya menurun dengan cepat. Hal ini disebabkan karena pada saat pertama, gas belum bisa bergerak, karena saturasinya masih berada di bawah saturasi kritis, setelah saturasi kritis dilampaui, barulah tekanan turun dengan cepat. Perbandingan gas terhadap minyak (GOR), terlihat mula-mula hampir knstan, selanjutnya akan naik dengan cepat, dan kemudian turun lagi. Hal ini disebabkan karena mula-mula saturasi gas masih berada dibawah saturasi kritisnya. Sehingga permeabilitasnya masih sama dengan nl. Setelah saturasi kritis dilampaui, gas mulai bergerak dan membentuk saturasi yang kntinu. Kemudian gas ikut terprduksi bersama minyak. Semakin lama GOR semakin besar, ini disebabkan karena mbility gas lebih besar dari mbility minyak sehingga terjadi penyimpangan/slippage dimana gas bergerak lebih cepat dari minyak. Oleh karena gas lebih banyak diprduksikan, lama kelamaan kandungan gasnya semakin berkurang sehingga recvery-nya akan turun. Recvery minyak dengan jenis slutin gas drive reservir berkisar 5-20 % Gas Cap Drive Reservir Pada reservir dengan mekanisme pendrngan gas cap drive energi pendrngan berasal dari ekspansi gas bebas yang terdapat pada gas bebas (gas cap). Hal ini akan mendrng minyak ke arah psisi yang bertekanan rendah yaitu ke arah bawah struktur dan selanjutnya ke arah sumur prduksi. Gas yang berada di gas cap ini sudah ada sewaktu reservir itu ditemukan atau bisa juga berasal dari gas yang terlarut dalam minyak dan akan ke luar dari zne minyak bila tekanan reservirnya di bawah bubble pint pressure. Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 7 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat

8 Sejarah prduksi dari reservir dengan gas cap drive memperlihatkan suatu kurva dimana tekanan akan menurun lebih cepat dibandingkan dengan water drive reservir. Sedangkan GOR-nya akan terus naik sampai akhirnya hanya gas yang terprduksi. Hal ini disebabkan karena mbilitas gas lebih besar dibandingkan dengan mbilitas minyak. Kemungkinan slippage dimana gas akan mendahului minyak, lebih besar sehingga gas ikut terprduksi. Akibatnya effisiensi pendrngannya akan berkurang dari semestinya. Recvery minyak pada jenis gas cap reservir berkisar % Cmbinatin Drive Reservir Pada reservir type ini, mekanisme pendrngan minyak dapat berasal dari kmbinasi antara water drive dengan slutin gas drive ataupun kmbinasi antara water drive dengan gas cap drive. Pada banyak reservir, keempat mekanisme pendrngan dapat bekerja secara simultan, tetapi biasanya salah satu atau dua yang lebih dminan. 8. Perlehan Minyak Tahap Lanjut (Enhanced Oil Recvery) Adalah tahap lanjut untuk memperleh bagian minyak bumi yang masih tertinggal di dalam batuan reservir pada tahap perlehan awal (primary recvery). Terdapat berbagai cara perlehan minyak tahap lanjut ini, yaitu dengan cara injeksi fluida tak tercampur (nn miscible fld) : injeksi air, injeksi gas; injeksi fluida tercampur (miscible fld) : injeksi gas CO 2, injeksi gas tak reaktif, injeksi gas yang diperkaya, injeksi gas kering ; injeksi kimiawi (chemical injectin) : injeksi alkalin, injeksi plimer, injeksi surfactant; injeksi termal (thermal injectin) : injeksi air panas, injeksi uap air, pembakaran di lubang sumur dan lain-lain. ***** Kntributr : Sudjati Rachmat ITB Reservir Minyak dan Gas Bumi Halaman 8 dari 8 Kntributr : Sudjati Rachmat