Keken Rante Allo, , Sem2 2007/2008 1

Transkripsi

1 Permasalahan Bottlenecking Pada Jaringan Perpipaan Produksi Minyak Lepas Pantai : Studi Kasus Lapangan-X Keken Rante Allo* Ir. Ucok W.R Siagian M.sc., Ph.D. ** Sari Optimasi dilakukan terhadap suatu jaringan pipa lapangan minyak lepas pantai. Lapangan tersebut terdiri dari platform dan sumur produksi yang mempunyai jaringan perpipaan untuk mengalirkan fluida produksi dari sumur produksi ke Stasiun Pengumpul. Dalam studi ini dilakukan suatu simulasi untuk mendapatkan optimisasi dari jaringan perpipaan tersebut. Untuk mendapatkan optimisasi jaringan diperlukan suatu prosedur sehingga pemodelan dapat dilakukan dengan lebih baik. Secara garis besar prosedur terdiri dari (1) pengumpulan data sebelum pemodelan dimulai, (2) pemilihan data, (3) pembuatan model jaringan perpipaan, (4) analisa hasil simulasi, (5) rekomendasi dari hasil analisa. Melalui studi ini dapat diprediksi lokasi-lokasi terjadinya sumbatan pada jaringan sehingga dapat ditentukan metode yang tepat untuk optimisasi. Kata kunci : Jaringan perpipaan, optimisasi, simulasi, sumbatan. *) Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung **) Dosen Pembimbing Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung Abstract This paper discuss about optimization that perform in offshore pipeline network. A field consist of platforms and production wells that have pipeline network to transport production fluid from production well to Gathering Station. Simulation was carried on in this study to optimize pipeline network of this field. Optimum result depend on modeling and procedure. The procedure consist of (1) data collect, (2) data sorting, (3) modeling, (4) analyse simulation result, (5) recommendation. Through this study bottlenecking location in pipeline network can be predicted then method that use to optimize this pipeline network can be determined. Keywords: Pipeline network, optimization, simulation, bottlenecking. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Berbagai metode dilakukan untuk meningkatkan produksi suatu lapangan minyak, diantaranya adalah mencari titik pada jaringan perpipaan dimana terjadi penyumbatan aliran. Penyumbatan ini umumnya dikenal dengan istilah bottlenecking. Dalam karya tulis ini digunakan piranti lunak untu, membangun model dan melakukan simulasi kinerja dari jaringan perpipaan. Simulasi bergantung pada penentuan parameter masukan model dan penggunaan data yang representatif. 1.2 Tujuan Tujuan studi ini ialah untuk menghasilkan sebuah metodologi baku pemodelan penyelesaian persoalan aliran fluida dalam jaringan perpipaan produksi 1.3 Metoda Penyelesaian Dalam studi terlebih dahulu ditentukan metoda penyelesaian atau prosedur penyelesaian sebagai dasar dari studi ini. Prosedur terdiri dari (1) Pengumpulan data sebelum pemodelan (2) Pemilihan data yang akan menjadi masukan dalam piranti lunak (3) Simulasi dan analisi hasil (4) Identifikasi lokasi dan cara perbaikan sumbatan II.TINJAUAN PUSTAKA Pada umunya aliran fluida baik itu pada riser, flow-line dan pipa produksi utama (header) merupakan aliran dua fasa yaitu gas dan cairan Keken Rante Allo, , Sem2 2007/2008 1

2 seperti pada studi ini. Aliran terbagi menjadi dua yaitu aliran vertikal dan aliran horizontal. Secara umum perubahan tekanan aliran fluida dalam suatu segemen pipa merupakan jumlah dari perubahan tekanan akibat dari perubahan elevasi, gesekan atau friksi dan akselerasi dari fluida yang ditunjukkan oleh persamaan berikut: dp dp dp dp = + + dl dl dl dl el f acc Perubahan tekanan yang diakibatkan oleh elevasi diberikan pada persamaan berikut: dp g = s sin dl g ρ φ el c ρ s merupakan persamaan densitas campuran gas-cair dalam segmen pipa yang dihitung dengan menggunakan persamaan: ρ = ρ H + ρ H s L L g g Jika diasumsikan tidak terjadi slip antara fasa gas dan cairan densitas dihitung dengan persamaan: ρs = ρλ L L + ρλ g g dimana: H H L g V = V liquid pipe = 1 H L L ql λ L = q + q λ = 1 λ g L g Perubahan tekanan yang diakibatkan oleh akselerasi diberikan pada persamaan berikut: dp dl acc ( ρvdv) = k g dl c Perubahan tekanan akibat friksi diberikan pada persamaan berikut: dp dl f = 2 ( fpv ) f 2g d c f merupakan factor friksi yang ditentukan dengan menggunakan Moody chart seperti yang ditunjukkan pada lampiran. 2.1 Persamaan Dukler Dalam persamaan Dukler digunakan asumsi tidak terjadi slip dan merupakan aliran homogen serta steady state. Pada persamaan Dukler fluida dua fasa dianggap sama dengan fluida satu fasa. Persamaan Dukler adalah sebagai berikut: f TP dimana: ( N ) = RE TP = 4W t π D TP L g μ ( N ) TP 0.32 Re TP ( 1 ) μ = μλ+ μ λ Gradien gesekan tekanan dapat ditentukan dengan persamaan berikut: 2 2M t f TP ΔP = ΔL g ρ D Total c TP Perhitungan total kehilangan tekanan diperoleh dengan menambahkan kehilangan tekanan akibat gesekan dan kehilangan tekanan akibat percepatan dari fluida. Persamaan menjadi: ΔP ΔP = ΔL ΔL dimana: Total a = akselerasi = π f ( 1 a) ww p 16 t g 2 4 gd c pp 1 2 ρ g 2 TM-FTTM-ITB Sem2 2007/2008

3 2.2 Persamaan Eaton Eaton dkk, mengajukan persamaan kesetimbangan energi dalam bentuk diferensial yang didasari fluida yang mengalir 1 lbm, aliran hoeizontal dan tidak ada kerja eksternal yang dilakukan fluida. Persamaan tersebut adalah: vdv 144Vdp + + dwf = 0 g c 2.3 Persamaan Beggs & Brill Perubahan tekanan pada persamaan Beggs&Brill sama seperti persamaan sebelumnya yang diakibatkan oleh komponen yaitu: 1. Akibat adanya gesekan 2. Akibat adanya perubahan elevasi 3. Akibat percepatan Berdasarkan pengamatan terhadap pola aliran pada saat pipa mempunyai kedudukan horizontal, Beggs&Brill membagi pola aliran sebagai berikut: 1. Pola aliran segregated yaitu pola aliran dimana fasa cairan dan fasa gas terpisah secara kontinyu. 2. Pola aliran transisi yaitu pola aliran peralihan antara segregated dan intermittent. 3. Pola aliran intermittent yaitu pola aliran dimana fasa gas yang mengalir terpecah-pecah berbentuk gelembunggelembung yang ukurannya sangat besar. 4. Pola aliran distributed yaitu pola aliran dimana fasa liquid terpisah-pisah menjadi componen-komponen Cecil dalam aliran gas. Bentuk umum dari persamaan Beggs&Brill adalah sebagai berikut: g ftpgv m m ρtp sinθ + gc 2gcD Δ P=Δz ρtpvv m sg 1 gp c 2.4 Persamaan Hagedorn&Brown Metode yang dikemukakan oleh Hagedorn dan Brown ini swcara teori dapat digunakan dengan baik pada semua range kondisi dan laja aliran, range GLR yang besar, dan dapat digunakan untuk semua usuran pipa. Persamaan kehilangan tekanan untuk Hagedorn&Brown adalah sebagai berikut: 144 dimana: 2 vm 2 dp fw 2gc = ρm + + ρ 11 5 m dz x10 d ρm Δh ρ = ρ H + ρ ( 1 H ) m L L g L III. DESKRIPSI JARINGAN Sistem yang akan ditinjau ialah bagian dari sebuah lapangan lepas pantai di Laut Jawa. Skematik dari jaringan pipa produksi ini terdapat pada lampiran. Penulis meninjau sistem dari tiap-tiap platform sampai ke gathering station, terbatas pada informasi pipa yang ada. Pada suatu sistem jaringan pipa yang sudah ada, kenaikan dan penurunan produksi pada satu source, akan juga mempengaruhi produksi source lain yang berhubungan. Dalam hal ini akan berpengaruh pada tekanan source tersebut. Hal ini dikarenakan jika produksi pada sebuah source dinaikkan maka akan berdampak pada tekanan dalam pipa akan semakin membesar dan kemudian akan memberikan backpressure yang semakin besar pada tekanan source yang lain. Jika tekanan source semakin tinggi maka produksi dari source tersebut akan menurun. 3.1 Pemodelan Sistem Jaringan Pipa Studi ini menggunakan software PIPEPHASE TM dengan model yang dipakai ialah black oil. Persamaan untuk menghitung pressure drop dipilih persamaan Beggs-Brill-Moody sebagai default dari PIPEPHASE TM baik itu untuk aliran pada fluida horizontal maupun pada aliran vertikal. 3.2 Data properti fluida produksi Ada pun input data properti yang dimasukkan berupa API gravity, Gas gravity, water gravity, dan contaminants (N 2, CO 2, H 2 S) concentration. Harga properti berbeda-beda terbagi menjadi enam properti. Tabel berikut menunjukkan harga-harga dari karakteristik fluida. Keken Rante Allo, , Sem2 2007/2008 3

4 Tabel 1. Karakteristik Fluida 1 Parameter Satuan Harga API Gravity API 35 Gas Gravity sp gr Water Gravity sp gr 1 Nitrogen Contaminant Mole% 0.41 CO2 Contaminant Mole% H2S Contaminant Mole% 0 Tabel 2. Karakteristik Fluida 2 Parameter Satuan Harga API Gravity API 35 Gas Gravity sp gr Water Gravity sp gr 1 Nitrogen Contaminant Mole% 0.63 CO2 Contaminant Mole% 9.66 H2S Contaminant Mole% 0 Tabel 3. Karakteristik Fluida 3 Parameter Satuan Harga API Gravity API 36.8 Gas Gravity sp gr Water Gravity sp gr 1 Nitrogen Contaminant Mole% 0.35 CO2 Contaminant Mole% 9.26 H2S Contaminant Mole% 0 Tabel 4. Karakteristik Fluida 4 Parameter Satuan Harga API Gravity API Gas Gravity sp gr Water Gravity sp gr 1 Nitrogen Contaminant Mole% 0.62 CO2 Contaminant Mole% H2S Contaminant Mole% 0 Tabel 5. Karakteristik Fluida 5 Parameter Satuan Harga API Gravity API Gas Gravity sp gr 0.72 Water Gravity sp gr 1 Nitrogen Contaminant Mole% 1.42 CO2 Contaminant Mole% 5.03 H2S Contaminant Mole% 0 Tabel 6. Karakteristik Fluida 6 Parameter Satuan Harga API Gravity API 27.1 Gas Gravity sp gr 0.72 Water Gravity sp gr 1 Nitrogen Contaminant Mole% 1.42 CO2 Contaminant Mole% 5.03 H2S Contaminant Mole% 0 IV. PEMODELAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Base Case Untuk base case penulis menggunakan data-data lapangan yang ada untuk kemudian digunakan sebagai masukan data pada piranti lunak, terkecuali untuk data diameter riser karena kurangnya data maka penulis mengambil data default dari piranti lunak yaitu sebesar inch. Tabel 7. Pressure Drop masing-masing Segmen Pipa Link Pressure Drop (psi) Link Pressure Drop (psi) L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L Identifikasi bottlenecking Dari hasil simulasi piranti lunak kemudian penulis mengidentifikasi segmen mana yang terkena bottlenecking yaitu segmen pipa yang mempunyai pressure drop yang cukup tinggi. 4 TM-FTTM-ITB Sem2 2007/2008

5 Dari Tabel 7 di atas terlihat bahwa pressure drop yang tinggi terjadi hampir pada setiap segmen pipa. 4.3 Analisis Sensitivitas Dalam pencocokan model, dilakukan juga analisis sensitivitas antara parameter-parameter yang mempengaruhi hilang tekanan sepanjang pipa yaitu kekasaran absolut pipa, diameter dalam pipa, dan korelasi-korelasi kehilangan tekanan sepanjang pipa. Sehingga dapat dilakukan variabel yang utama yang akan digunakan untuk pencocokan Korelasi Kehilangan Tekanan Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa persamaan kehilangan tekanan untuk aliran dalam pipa dalam piranti lunak menggunakan persamaan Beggs&Brill-Moody baik itu untuk aliran vertikal maupun untuk aliran horizontal. Adapun dalam studi ini digunakan beberapa persaman yang terdapat dalam piranti lunak seperti Eaton, Dukler, Ansari, Hagedorn&Brown, Beggs&Brill. Hasil dari simulasi penulis menggunakan persamaan Hagedorn&Brown untuk persamaan kehilangan pada pipa vertikal dan persamaan Beggs&Brill untuk pipa horizontal Diameter Dalam Pipa Untuk data diamter dalam pipa hanya tersedia data untuk pipa utama(header) sedangkan untuk riser tidak tersedia untuk itu penulis menggunakan diameter dalam pipa default dari piranti lunak yaitu sebesar inch. Untuk sensitivitas diameter dalam pipa riser penulis menggunakan diameter 3 inch, 3.5 inch, 4.5 inch, 6 inch, 8 inch, 10 inch, 12 inch. Untuk pipa utama(header) dilakukan hanya untuk beberapa segmen saja yang mengalami pressure drop yang signifikan yaitu pada L042, L059, L072. Untuk L042 dan L059 digunakan diameter 10, 12, 14, 16 sedangkan untuk L072 digunakan diameter 20, 22, 24, 26, 30 inch untuk sensitivitas. Dengan catatan bahwa persamaan kehilangan tekanan yang digunakan adalah Hagedorn&Brown untuk pipa vertikal dan Beggs&Brill untuk pipa horizontal Kekasaran Absolut Pipa Untuk kekasaran absolut pipa penulis menggunakan kekasaran absolut default dari piranti lunak yaitu 1.8E -03 inch untuk semua segmen pipa. Untuk sensitivitas kekasaran absolute pipa penulis menggunakan kekasaran absolut 2E -04 inch, 6E -05 inch, 4.8E -03 inch. Untuk sensitivitas kekasaran absolut pipa menggunakan input data sebelumnya yaitu untuk persamaan kehilangan tekanan digunakan Hagedorn&Brown untuk pipa vertikal dan Beggs&Brill untuk pipa horizontal dan diameter dalam riser 10 inch, sedangkan untuk diameter pipa utama pada L042 dan L059 menggunakan 14 inch dan pipa utama pada L072 menggunakan diameter dalam 24 inch Penutupan Sumur Penutupan dilakukan terhadap sumur-sumur produksi yang mempunyai nilai water-cut yang tinggi. Untuk skenario yang pertama dilakukan penutupan terhadap sumur-sumur produksi yang mempunyai nilai water cut lebih besar dari 90% dan untuk scenario yang kedua dilakukan penutupan sumur-sumur produksi yang mempunyai nilai water-cut lebih besar dari 95%. Tabel 8. Penutupan sumur dengan WC besar dari 90% Pressure Pressure Drop lama Drop baru Link (psi) (psi) L L L L L L L L L L L L L L L L L L Keken Rante Allo, , Sem2 2007/2008 5

6 L L L L L L L Tabel 9. Penutupan sumur dengan WC besar dari 95% Pressure Pressure Link Drop lama (psi) Drop baru (psi) L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L Solusi Dari pembahasan sebelumnya bahwa bottlenecking terjadi pada hampir semua segmen pipa baik itu pada riser maupun pada pipa utama(header). Oleh karena itu, penulis mengajukan solusi untuk mengatasi problem ini, yaitu penggantian pipa yang terkena bottlenecking dengan pipa baru yang memiliki diameter dalam yang optimum yang merupakan gabungan dari analisis sensitivitas Perbaikan Pipa Pemilihan ukuran pipa yang tepat untuk mengganti pipa yang lama sangat dibutuhkan dalam studi ini, yaitu dengan menggunakan software PIPEPHASE TM dapat di run beberapa ukuran pipa dengan pressure drop yang terjadi. Kemudian dari hasil-hasil run itu dapat ditentukan ukuran pipa dengan pressure dropnya yang optimum. Dipilih yang optimum disini karena semakin besar ukuran pipa maka biaya yang harus dikeluarkan akan semakin besar sedangkan penurunan pressure drop-nya tidak terlalu besar setelah ukuran optimum tersebut Hasil perbaikan pipa Setelah penggantian ukuran pipa pada model, kemudian model ini di-run. Hasil run menunjukkan terjadi penurunan pressure drop yang cukup signifikan. Tabel 10 menunjukkan penurunan pressure drop. Tabel 10. Perubahan Pressure Drop masingmasing Segmen Pipa Pressure Pressure Link Drop lama (psi) Drop baru (psi) L L L L L L L L L L L L L L L L L L L TM-FTTM-ITB Sem2 2007/2008

7 L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L Terlihat bahwa terjadi penurunan pressure drop secara signifikan pada segmen-segmen pipa yang terkena bottlenecking setelah penggantian pipa ini. Perubahan pressure drop di atas tentunya akan berpengaruh langsung terhadap tekanan sourcenya yaitu semakin mengecil. Tabel 11 menunjukkan perubahan tekanan source akibat perbaikan ini. Tabel 11. Perubahan Tekanan Source Tekanan Tekanan Sebelum perbaikan (psig) Setelah perbaikan (psig) Source A C D F I I H H E E I I H H G Kemudian penurunan tekanan source ini akan berdampak pada kenaikan laju alir. Tabel 12 menunjukkan kenaikan laju alir yang terjadi. Tabel 12. Perubahan Laju Alir Source Laju alir mula-mula Laju alir baru Kenaikan laju alir A C D F I H E E I I H H G Perawatan Pipa Untuk menjaga pipa agar selalu baik merupakan salah satu hal utama yang harus diperhatikan. Pipa dijaga perawatannya agar tidak terjadi akumulasi cairan atau kerak (scale) di dalam pipa yang menyebabkan aliran menjadi terganggu yang kemudian mempengaruhi laju alir yang dihasilkan. Salah satu cara yang bisa dilakukan ialah melakukan pigging. Pigging ini dapat dilakukan tanpa menutup aliran. Pigging ini mampu menyapu diameter dalam pipa dari akumulasi liquid dan scale yang sudah terbentuk sehingga diameter dalam pipa dapat dipertahankan konstan. V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Penurunan pressure drop pada jaringan pipa transportasi dapat menaikkan produksi tanpa diperlukan adanya workover. 2. Penyumbatan pipa terjadi pada hampir semua segmen pipa terkecuali untuk L021, L042, L060, L066, dan L Optimisasi jaringan pipa dilakukan dengan cara penggantian pipa pada beberapa segmen. Keken Rante Allo, , Sem2 2007/2008 7

8 4. Untuk mempertahankan produksi di atas, diperlukan program perawatan pipa baik eksternal dan internal pipa. 5. Penutupan sumur dengan nilai water-cut yang tinggi tidak memberikan penurunan pressure drop yang signifikan. 5.2 Saran 1. Diperlukan data-data yang lebih lengkap seperti, seperti kekasaran absolut pipa, diameter dalam riser. 2. Solusi bottlenecking yang disebutkan perlu dipertimbangkan mengingat kapasitas produksi dari sumur-sumur yang sudah kecil, sehingga diperlukan analisis ekonomi. 4 Data Lapangan Salah Satu Perusahaaan KPS di Indonesia. 5 Noviansyah, M Identifikasi dan Solusi Masalah Bottlenecking Dalam Jaringan Perpipaan Produksi Gas. Tugas Akhir TM-ITB. Bandung 6 Priyadi, Yanuar Optimasi Produksi Pada Lapangan Yang Memiliki Jaringan Satu Pipa Utama Bercabang. Tugas Akhir TM-ITB. Bandung. 7 Pipephase User Guide.. VI. DAFTAR SIMBOL DAN ISTILAH 1. P = Tekanan 2. ql = Laju alir liquid 3. P = Beda tekanan/pressure drop 4. ID = Diameter dalam pipa 5. V = Kecepatan fluida 6. ρ = Densitas Fluida 7. H L = Slip liquid holdup 8. H g = Slip gas holdup 9. g = Perecpatan gravitasi 10. g c = Konstanta gravitasi 11. d = Diamter pipa 12. ρ s = Densitas slip campuran 13. ρ L = Densitas cairan 14. ρ g = Densitas gas 15. L = Panjang pipa 16. N RE = Renault number 17. μ L = Viskositas liquid 18. μ g = Viskositas gas. 19. λ = No slip Holdup 20. V sg = Kecepatan superfisial gas 21. V m = Kecepatan aliran campuran VII. DAFTAR PUSTAKA 1. Manning and Thompson Oilfield Processing of Petroleum, Volume 2: Crude Oil. PennWell Books. Tulsa, Oklahoma. 2. Thompson, W.J Introduction to Transport Phenomena. Pearson Education. India 3 Paramita, D Metodologi untuk Mengidentifikasi dan Menyelesaikan Masalah Hambatan Aliran dalam Jaringan Perpipaan Produksi Minyak. Tesis TM-ITB. Bandung 8 TM-FTTM-ITB Sem2 2007/2008

9 LAMPIRAN

10 Lokasi Lapangan Lepas Pantai

11 Skematik Jaringan

12 Skematik Jaringan Setelah Penutupan Sumur dengan Water-Cut Besar Dari 90 %

13 Skematik Jaringan Setelah Penutupan Sumur dengan Water-Cut Besar Dari 95 %

14 Moody Chart

15 Before After Perbandingan Pressure Drop Before After Perbandingan Tekanan@Source

16 Perbandingan Laju Alir@Source Before After