STUDI LABORATORIUM: PENGARUH JENIS GELOMBANG TERHADAP EFEK VIBRASI PADA SAMPEL CORE PERMEABILITAS RENDAH TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Magister Teknik dari Institut Teknologi Bandung Oleh VICTOR SITOMPUL NIM: 22205008 INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
PENGARUH JENIS GELOMBANG TERHADAP EFEK VIBRASI PADA SAMPEL CORE PERMEABILITAS KECIL TESIS Oleh Victor Sitompul NIM : 22205008 Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing Tanggal... Pembimbing (Ir. Tutuka Ariadji, MSc., Ph.D. )
SARI Pengaruh Jenis Gelombang terhadap Efek Vibrasi pada Sampel Core Permeabilitas Rendah Oleh: Victor Sitompul NIM: 22205008 Barabanov dalam penelitiannya memperlihatkan bahwa atenuasi gelombang S lebih rendah dibandingkan gelombang P sehingga pemanfaatan gelombang S sebagai sumber vibrasi akan memberikan efek yang lebih baik dibandingkan gelombang P dalam peningkatan recovery factor minyak. Penelitian ini menunjukkan bahwa penggunaan gelombang P pada permeabilitas rendah memberikan pengaruh yang lebih baik dibandingkan gelombang S. Hasil-hasil studi laboratorium sebelumnya di Teknik Perminyakan (TM) ITB menggunakan stimulasi vibrasi Mode sirkular (gelombang S) menunjukkan peningkatan RF minyak, porositas, permebilitas, dan penurunan Sor. Sekarang ini alat vibroseismik di TM-ITB telah dikembangkan sehingga dapat juga membangkitkan vibrasi menggunakan Mode Aksial (gelombang P). Penelitian ini menggunakan sampel core sintetis permeabilitas kecil (< 50 md) sampai sedang pada frekuensi 15 Hz dan amplitudo 0.1 µm untuk gelombang P dan amplitudo 0.2 µm untuk gelombang S. Peningkatan RF minyak 8.3% pada permeabilitas kecil (34.8 md) dan 10.29% pada permeabilitas sedang (115.4 md) pada amplitudo yang sama menggunakan gelombang P. Pada stimulasi vibrasi Mode sirkular, peningkatan RF minyak hanya terjadi pada permeabilitas sedang. Kata kunci: mode aksial, mode sirkular, gelombang P, gelombang S. i
ABSTRACT Influence of Wave Type on Vibration Effect in Low Permeability Core Samples by: Victor Sitompul NIM: 22205008 Barabanov in his research showed that S-wave attenuation lower than P-wave so that S-wave as a source of vibration would give better effect than P-wave to increase oil recovery factor. This research showed that P-wave in low permeability would give better effect to increase oli recovery than S-wave. Previous result showed the increase of oil RF, porosity, permeability, and decreasing of Sor using S-wave type (circular mode). Recently, the equipment has developed not only circular mode (S-wave type) as a previous result but also axial mode (P-wave type). This experiment used synthetic core with low (<50 md) to fair permeability on 15 Hz frequency with 0.1 µm amplitude for P-wave and 0.2 µm for S-wave. The RF increment reached 8.3% on low permeability (34.8 md) and 10.29% on fair permeability (115.4 md) at same amplitude for P-wave. On vibration stimulation using circular mode, the increment of oil RF only occur on fair permeability. Keywords: axial mode, P-wave, and S-wave ii
KATA PENGANTAR Terima kasih Tuhan Yesus atas berkat yang tiada henti sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul Pengaruh Jenis Gelombang Terhadap Efek Vibrasi Pada sampel core permeabilitas rendah, sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Perminyakan FITB Institut Teknologi Bandung. Tak lupa penulis mengucapkan terima kasih dan hormat yang paling tinggi kepada kedua orang tua penulis atas ketulusan cinta yang diberikan. Banyak bimbingan, diskusi, kerjasama sampai bantuan yang sangat mempermudah penulis dalam penulisan tesis ini. Untuk itu penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada: 1. Bapak Ir. Tutuka Ariadji, M.Sc., Ph.D., selaku Pembimbing yang selalu menyempatkan diri untuk memberi arahan, nasehat dan bimbingan dengan penuh kesabaran dan kesungguhannya. 2. Bapak Ir. Taufan Marhaendrajana, M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung. 3. Bapak Dr. Ir. Arsegianto, selaku Sekretaris Program Pascasarjana Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung dan juga sebagai penguji dalam siding tesis ini. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Septoratno Siregar, selaku Ketua Riset Konsorsium OGRINDO (Oil and Gas Recovery Research for Indonesia) Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung. 5. Bapak Dr. Ir. Pudjo Sukarno, selaku penguji yang memberi masukan selama proses penyusunan tesis, seminar dan sidang. 6. Bapak Dr. Ir. Utjok W.R. Siagian, selaku penguji dalam sidang tesis. 7. Bapak Gunawan Handayani, MSCE., Ph.D., pada Program Studi Fisika Institut Teknologi Bandung atas diskusi dan masukan serta bimbingan selama penyusunan tesis dan melengkapi kekurangan-kekurangan. iii
8. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung. Dr. Ing. Ir. Dodi Nawangsidi (T. Pemboran), Prof. Dr. Ir. Septoratno Siregar (Pendesakan Tak Tercampur), Prof. Dr. Ir. Widjajono Partowidagdo (Ekonomi Migas), Dr. Ir. Supomo M. Atmojo (Petrofisika), Dr. Ir. Doddy Abdassah (Pendesakan Thermal), Dr. Ir. Sudjati Rachmat (Matematika Lanjut), Dr. Ir. Pudjo Sukarno (T. Produksi). 9. Lembaga Riset Konsorsium OGRINDO (Oil and Gas Recovery Research for Indonesia) Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung atas pendanaan sehingga alat vibroseismik dan bahan-bahan percobaan laboratorium lainnya dapat dilengkapi. 10. Seluruh staf Tata Usaha dan Teknisi Laboratorium Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung yang telah banyak membantu dalam penyelesaian administrasi. 11. Andri Darajat, SSi, MT, dan Staf Teknisi Laboratorium Teknik Produksi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung, yang menyediakan waktu melengkapi peralatan vibroseismik. 12. Abang-abangku dan adikku atas semangat yang tiada henti diberikan kepada penulis. Tuhan memberkati! 13. dr. Olivia Desiana Santoso, atas kesetiaan, ketulusan dan kesabaran kepada penulis selama ini. Ombak akan terus menghempas, tapi karang akan tetap berdiri. 14. Mas Thoifur dan Mba Ita atas dukungan dan nasehat-nasehat yang memicu penulis menyelesaiakan tesis ini. 15. David Maurich, ST dan asisten-asisten peneliti injeksi surfactant atas teman diskuksi, masukan, dan kerjasama selama di laboratorium. 16. Tim Vibroseismik, Revlin Rivelino (TM 04), Deci Amelia Zulvi (TM 04), dan Riza Elputranto (TM 04) atas kesungguhan dan ketabahan yang tak kenal lelah. Terima kasih Teman! iv
17. Teman-teman PT. Lapi ITB, PT. Renerpha Defero, dan PT. Pranala Nitisara. Wahyu Nugorho, Indra Suryadinata, Hidayat Kurnia, Indri, Temmy, Arik, Wisnu, Wawan Suwandi, Trisno, Sugeng, Asep, Dani, dll yang belum disebutkan. 18. Teman-teman S2 dan S1 Teknik Perminyakan ITB atas perhatian dan diskusi yang tiada henti. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan keterbatasan dalam penulisan ini. Untuk itu perlu perbaikan agar tulisan ini semakin lengkap dan sempurna. penulis sangat mengharapkan tanggapan dan masukan agar tulisan ini semakin baik dengan harapan dapat memberikan manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya ilmu pengetahuan di Indonesia. Bandung, Juni 2008 Victor Sitompul v
DAFTAR ISI Hal SARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... vi DAFTAR LAMPIRAN... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi Bab I Pendahuluan... 1 I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan Penelitian... 3 I.3 Metodologi Penelitian... 3 I.4 Pembatasan Masalah... 4 I.5 Sistematika Penulisan... 4 Bab II Gelombang Elastik dan Efek Vibrasi... 2.1 Gelombang Elastik... 5 2.1.1 Gelombang transversal... 6 2.1.2 Gelombang longitudinal... 7 2.2 Efek Vibrasi Pada Media Berpori... 8 2.2.1 Efek tekanan kapiler... 10 2.2.2 Sudut kontak liquid-solid... 11 2.2.2 Konsep permeabilitas dinamis dan kecepatan relatif fluida... 13 Bab III Peralatan dan Prosedur Percobaan... 15 3.1 Peralatan dan Bahan... 16 3.1.1 Peralatan... 16 vi
3.1.2 Bahan.... 18 3.2 Prosedur Percobaan... 19 Bab IV Data Hasil Percobaan... 27 4.1 Pembuatan Core Sintetis... 27 4.2 Pengukuran Dimensi, Porositas, dan Permeabilitas Sampel Core... 28 4.3 Pengukuran Sampel Minyak... 30 4.4 Pengukuran Produksi, Saturasi, dan Faktor Perolehan Minyak...30 Bab V Analisa Data... 31 5.1 Stimulasi Vibrasi Mode Aksial... 31 5.2 Stimulasi Vibrasi Mode Sirkular... 37 5.3 Perbandingan Model Matematik... 37 Bab VI Kesimpulan dan Saran... 40 6.1 Kesimpulan... 40 6.2 Saran... 40 DAFTAR PUSTAKA... 41 vii
DAFTAR LAMPIRAN Hal Lampiran A... 43 Lampiran B... 45 Lampiran C... 49 viii
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 1. 1. Mekanisme penggabungan droplet-droplet minyak membentuk aliran (stream)..... 1 Gambar 2. 1. Hubungan stress dan strain.... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 2. Pergerakan partikel gelombang P dan S... 6 Gambar 2. 3. Tinjauan secara mikroskopis aliran fluida dua fasa immisible melalui pori-pori yang lebih kecil (pore throat). (a) ganglion (oil) bergerak karena ada gaya luar ΔP (b) aliran mulai memasuki pore throat melawan gaya kapiler yang lebih besar (c) ganglion mengalir akibat ΔP yang melebihi gaya kapiler pore throat.... 10 Gambar 2. 4. Minyak mulai mengalir apabila melebihi ambang batas tekanan kapiler mengikuti reologi Bingham.... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 5. Energi gelombang (gelombang garis putus-putus) terakumulasi (gelombang garis tebal) hingga melebihi ΔP 0 dan mulai mengalir.error! Bookmark not d Gambar 2. 6. Perubahan sudut kontak liquid-solid (Summ, Goruynov, 1976).Error! Bookmark not def Gambar 2. 7. Atenuasi gelombang P dan S dari titik sumber terhadap kedalaman.error! Bookmark not Gambar 2. 8. Kecepatan relatif fluida.... 14 Gambar 3. 1. (a) Penguat vibrasi aksial, (b) vibrator aksial, (c) unit vibrator exciter, dan (d) unit sonic delay analyzer.... Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 2. Alat vibroseismik mampu menstimulasi vibrasi tipe longitudinal aksial (gelombang P) dan transversal sirkular (gelombang S).... 16 Gambar 3. 3. alir pengambilan data penelitian.... 20 Gambar 3. 4. Pasir kuarsa yang telah dicuci untuk menghilangkan kotoran-kotoran... 21 Gambar 3. 5. Plastik pengaduk yang telah berisi campuran pasir dan semen.... 22 ix
Gambar 3. 6. Proses pencetakan core sintetis menggunakan cub motor.... 22 Gambar 3. 7. Saturasi core menggunakan pompa vakum... 24 Gambar 3. 8. Ultrapore TM 300 Helium Pycnometer System (kiri) dan Ultra Permeameter TM 400 (kanan)...error! Bookmark not de Gambar 3. 9. Proses ekstraksi menggunakan cairan toluen...2error! Bookmark not defined. Gambar 5.1. Profil RF minyak terhadap waktu (atas) dan PV injeksi (bawah) sampel R-7.2 sebelum vibrasi (biru) dan setelah vibrasi (merah) mode aksial. 31 Gambar 5. 2. Profil RF minyak terhadap waktu (atas) dan PV injeksi (bawah) sampel R-4.3 sebelum vibrasi (biru) dan setelah vibrasi (merah) mode aksial... 32 Gambar 5. 3. Profil RF minyak terhadap waktu (atas) dan PV injeksi (bawah) sampel R-5.3 sebelum vibrasi (biru) dan setelah vibrasi (merah) mode aksial... 33 Gambar 5. 4. Profil RF minyak terhadap waktu (atas) dan PV injeksi (bawah) sampel R-4.1 sebelum vibrasi (biru) dan setelah vibrasi (merah) mode aksial... 34 Gambar 5. 5. PV injeksi agar RF minyak vibrasi melebihi tanpa vibrasi.... 36 Gambar 5. 6. Efek vibrasi terhadap permeabilitas pada amplitudo yang sama (0.1 µm).... 36 Gambar 5. 7. Profil RF minyak terhadap waktu (atas) dan PV injeksi (bawah) sampel R-1.2 sebelum vibrasi (biru) dan setelah vibrasi (merah) mode sirkular. 37 Gambar 5. 8. Profil RF minyak terhadap waktu (atas) dan PV injeksi (bawah) sampel R-5.1 sebelum vibrasi (biru) dan setelah vibrasi (merah) mode sirkular. 38 Gambar 5. 9. Perbandingan model matematik Tsiklauri-Beresnev dengan hasil pengujian Laboratorium.... 39 x
DAFTAR TABEL Hal Tabel 2. 1. Rangkuman studi laboratorium pengaruh sonik/ultrasonik pada permeabilitas media berpori... 8 Tabel 4. 1. Kombinasi ukuran butir pasir, semen, dan air... 27 Tabel 4. 2. Pengukuran dimensi sampel core... 28 Tabel 4. 3. Pengukuran porositas awal dan setelah pendesakan air pada sampel core yang belum disaturasi minyak... 29 Tabel 4. 4. Pengukuran sampel minyak lapangan... 30 Tabel 4. 5. Pengukuran sampel air formasi... Error! Bookmark not defined. Tabel 4. 6. Pengukuran RF dan Sor sampel; vibrasi mode aksial (Gel. P), amplitudo 0.1 µm... 30 Tabel 4. 7. Pengukuran RF dan Sor sampel; vibrasi mode sirkular (Gel. S), amplitudo 0.2 µm... Error! Bookmark not defined. Tabel 5. 1. Waktu yang dibutuhkan agar efek vibrasi mulai bekerja3error! Bookmark not defined. Tabel 5. 2. PV injeksi agar RF minyak vibrasi lebih besar dari RF minyak tanpa vibrasi... 3Error! Bookmark not defined. Tabel A. 1. Contoh Pengambilan data sampel core: R-7.2 pada F = 0 HzError! Bookmark not defined Tabel A. 2. Contoh pengambilan data sampel core: R-7.2 pada F = 15 Hz... 43 xi