Bab 1 Pendahuluan Pada saat produksi awal suatu sumur minyak, fluida dapat mengalir secara natural dari dasar sumur ke wellhead atau kepala sumur. Seiring dengan meningkatnya produksi dan waktu operasi, sumur minyak akan mengalami penurunan performa produksi sebagai akibat penurunan tekanan reservoir, penurunan produksi gas, dan peningkatan produksi air dari reservoir. Maka, untuk mempertahankan masa produksi, sumur minyak membutuhkan suatu metode pengangkatan buatan untuk membantu meningkatkan kembali produksi minyak. Gas lift adalah salah satu teknik produksi yang sering digunakan sebagai metode pengangkatan buatan atau artficial lift di industri perminyakan[1]. Gas lift adalah metode pengangkatan minyak buatan dengan menggunakan gas bertekanan tinggi yang diinjeksikan masuk kedalam tubing pada suatu kedalaman tertentu, melalui suatu proses mekanik yang tercermin pada proses membuka dan menutupnya valve gas injeksi yang dipasang pada tubing pada kedalaman tertentu[1]. Prinsip dari teknik ini adalah untuk mengatur densitas campuran atau gradien tekanan alir fluida yang mengalir dalam tubing menjadi lebih ringan, sehingga lebih mudah 1
BAB 1. PENDAHULUAN 2 mengalir ke permukaan. Tekanan di dasar sumur akan berkurang dengan turunnya gradien tekanan aliran sepanjang tubing sesuai dengan jumlah tertentu gas injeksi yang masuk kedalam tubing melalui annulus casing-tubing. Aliran pada sumur gas lift, dapat berupa aliran kontinu maupun intermitten. Pada penelitian ini, akan dibahas mengenai gas lift aliran kontinyu, dimana dalam proses ini, gas harus diinjeksikan kedalam sumur secara terus menerus [12]. Terdapat dua tipe instalasi gas lift, yaitu instalasi single gas lift dan dual gas lift. Instalasi sumur dual gas lift lebih sesuai jika diterapkan untuk karakteristik lapangan yang formasinya terdiri dari banyak lapisan atau multi layer dan diproduksi secara simultan. Atau dengan kata lain, sumur dual gas lift digunakan untuk memproduksi dua zone lapisan produktif yang terpisah. Pada sumur dual gas lift ini konfigurasi sumur akan mempunyai dua string (tubing), yaitu long dan short string. Prinsip sumur dual gas lift hampir sama dengan prinsip sumur single gas lift, dimana gas injeksi bertekanan tinggi diinjeksikan kedalam tubing, kemudian gas injeksi akan bercampur dengan fluida reservoir dan menghasilkan campuran fluida baru yang mempunyai gradien tekanan yang lebih rendah. Sebagai hasilnya, tekanan dasar sumur yang dibutuhkan untuk mendorong fluida ke permukaan menjadi lebih kecil. Permasalahan yang ditemui dalam menginjeksikan gas tersebut, adalah menentukan jumlah gas yang dinjeksikan, mengingat bahwa untuk mendapatkan hasil yang maksimum diperlukan gas injeksi yang optimum, sementara jumlah gas injeksi dilapangan sangat terbatas. Dengan demikian, jumlah gas atau alokasi gas yang dinjeksikan kedalam suatu sistem sumur gas lift di lapangan menjadi suatu hal yang sangat penting. Alokasi gas injeksi untuk suatu sumur gas lift mengacu pada penurunan atau perbedaan tekanan aliran fluida dalam tubing, dan aliran fluida di reservoir. Kompleksitas masalah menjadi tinggi, karena sistem sumur terdiri dari tubing dan poros media
BAB 1. PENDAHULUAN 3 dimana fluida reservoir yang terdiri dari minyak, air dan gas akan mengalir menuju permukaan. Gas yang diinjeksikan kedalam sumur, akan menghasilkan sejumlah perbandingan gas terhadap minyak dalam tubing, dan berfungsi untuk mengurangi gradien tekanan dan menurunkan perbedaan tekanan di tubing. Gradien atau perbedaan tekanan terendah diperoleh ketika perbandingan gas dengan minyak di tubing mencapai nilai optimum. Pada kondisi ini, teknik gas lift akan memproduksi minyak dengan jumlah maksimum. Mekanisme aliran gas injeksi berasal dari casing kemudian masuk ke dalam tubing melalui gas lift valve yang mempunyai diameter tertentu dan berlokasi pada kedalaman tertentu. Gas lift valve akan mengalirkan sejumlah gas injeksi tertentu, dan menghasilkan tekanan downstream tertentu dalam tubing. Karena sumur dual gas lift mempunyai dua tubing dalam sebuah casing, maka akan terjadi hubungan keterkaitan gas injeksi antara tubing yang satu dengan yang lain. Artinya, jumlah gas injeksi yang masuk melalui annulus-casing mempunyai kemungkinan tidak dapat terbagi sesuai dengan yang dibutuhkan kedalam masing-masing tubing. Akibatnya, salah satu tubing akan mendapatkan jumlah gas atau alokasi gas yang lebih banyak dibandingkan dengan tubing yang lain tergantung pada performa masing-masing tubing. Parameter-parameter yang berpengaruh pada alokasi gas injeksi sumur dual gas lift seperti diameter dan kedalaman valve pada masing-masing tubing yang berpengaruh terhadap jumlah gas injeksi yang dapat memasuki tubing, dan jumlah gas injeksi serta tekanan gas injeksi di permukaan. Dalam kenyataan di lapangan, penerapan instalasi sumur dual gas lift sering kali menyebabkan produksi sumur mengalami ketakstabilan atau fluktuasi produksi. Hal ini dapat dilihat dari tabel produksi setiap harinya. Dengan jumlah gas injeksi
BAB 1. PENDAHULUAN 4 yang konstan, produksi sumur mengalami fluktuasi yang menyebabkan ketidakstabilan produksi. Langkah pertama yang mungkin dilakukan oleh operator di lapangan adalah menambah jumlah gas injeksi, akan tetapi ketika penambahan jumlah gas injeksi ini tidak juga mengurangi masalah ketakstabilan produksi sumur dan akan menambah masalah baru yaitu pemakaian gas injeksi yang berlebihan. Keputusan yang terakhir diambil adalah mematikan sumur. Jika sumur masih dalam performa yang bagus, akan tetapi dilakukan keputusan operasi yang kurang tepat, maka hal ini akan merugikan perusahaan karena mengurangi produksi total setiap harinya. Maka dari itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan alokasi gas injeksi pada sumur dual gas lift dengan memperhatikan faktor kestabilan produksi sumur. Saat ini, tidak ada kriteria yang dapat digunakan untuk menghindari ketakstabilan pada sumur dual gas lift. Kriteria kestabilan produksi sumur dual gas lift akan diadopsi dari kriteria kestabilan produksi untuk instalasi sumur single gas lift. Penelitian ini akan memfokuskan pada konfigurasi kestabilan sumur dual gas lift yang terdiri dari kestabilan produksi lapisan, kestabilan sepanjang tubing yang terutama dipengaruhi oleh tekanan pada titik injeksi baik pada long maupun pada short string. Kestabilan produksi pada choke gas injeksi di permukaan sebagai alat kontrol untuk mengatur laju dan tekanan gas injeksi yang akan memasuki annuluscasing juga berperan penting dalam menentukan apakah sumur berproduksi dalam kondisi stabil atau tidak. Asumsi yang digunakan untuk menyederhanakan permasalahan pada penelitian ini adalah: 1. Dalam kasus sumur dual gas lift, dimana sebuah sumur, terdiri dari dua tubing (short dan long string) dapat didekati sebagai multi well, karena setiap tubing
BAB 1. PENDAHULUAN 5 membentuk satu sistim sumur gas lift yang sama. 2. Aliran yang melalui choke injeksi adalah aliran kritis, sehingga dapat menjamin jumlah gas injeksi yang masuk kedalam tubing, sesuai dengan besarnya tekanan tubing pada kedalaman titik injeksi. 3. Jumlah gas injeksi yang tersedia terbatas. Metode penelitian yang digunakan diawali dengan menganalisa performa sumur gas lift melalui gas lift performance curve (GLPC). Kurva performansi sumur gas lift dapat diperoleh melalui aliran fluida reservoir dan aliran fluida dalam tubing yang diselesaikan dengan menggunakan metode numerik Runge-Kutta orde-4 dan teknik analisa sistem nodal. Kurva performansi sumur ini menggambarkan hubungan antara laju injeksi gas terhadap laju produksi cairan dari reservoir. Setiap sumur gas lift selalu diharapkan dapat berproduksi secara stabil, dimana stabilitas ini dipengaruhi oleh konfigurasi peralatan sumur dan laju gas injeksi. Kondisi kestabilan sumur dual gas lift akan diperoleh dengan menerapkan 6 kriteria yaitu: Kriteria kestabilan di formasi, kriteria kestabilan sepanjang tubing dengan menitik beratkan pada tekanan tubing di titik injeksi (injection point) dan kestabilan pada valve injeksi baik untuk long maupun short string, dan kriteria kestabilan pada choke dipermukaan. Kriteria-kriteria diatas akan digunakan sebagai landasan dalam memformulasikan parameter-parameter operasi yang mendukung kriteria kestabilan untuk sumur dual gas lift. Dari studi mengenai ketakstabilan sumur dual gas lift diharapkan dapat mengetahui performa sumur dual gas lift dengan menentukan jumlah injeksi gas yang optimum bagi short string dan long string untuk mendapatkan total produksi minyak yang maksimum. Sistematika penulisan tugas akhir ini akan terdiri dari, bab satu sebagai bab pen-
BAB 1. PENDAHULUAN 6 dahuluan yang terdiri dari latar belakang permasalahan, tujuan penelitian, asumsi yang digunakan, metode penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. Bab dua akan membahas mengenai sumur dual gas lift terdiri dari konfigurasi sumur dual gas lift, aliran dan persamaan aliran fluida di Reservoir, aliran dan penurunan persamaan aliran fluida dalam tubing. Bab tiga membahas mengenai performansi sumur dual gas lift, yang di nyatakan dalam kurva performansi gas lift, equal slope dan kestabilan produksi sumur gas lift. model dan permasalahan optimasi alokasi gas injeksi pada sumur dual gas lift yang diselesaikan dengan Algoritma Genetika akan dibahas pada bab empat. Bab lima akan menyajikan simulasi kasus permasalahan alokasi gas injeksi pada sumur dual gas lift untuk suatu data lapangan. Bab enam akan membahas kesimpulan tesis.