BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Penelitian Dalam kegiatan operasional industri minyak banyak ditemukan berbagai macam alat pengoperasian untuk mencapai hasil yang diinginkan dalam wujud peralatan pendukung. Salah satu peralatan pendukung yang penting dalam operasional dari industri minyak adalah peralatan instrumen. Peralatan instrumen merupakan bagian dari kelengkapan suatu sistem yang dapat digunakan untuk mengetahui dan memperoleh sesuatu dari kegiatan kerja peralatan mekanik. Salah satu peralatan instrumen yang memegang peran penting adalah alat ukur. Pengukuran laju alir diperlukan untuk menentukan proporsi dan jumlah aliran fluida yang mengalir masuk dan keluar dari suatu sistem. Dengan kata lain, pengukuran laju alir menunjukkan berapa banyak fluida yang digunakan atau didistribusikan ke dalam sistem. Pengukuran laju alir ditentukan dengan mengukur kecepatan atau perubahan energi kinetik fluida. Perbedaan tekanan yang terjadi pada saat fluida melewati pipa akan mempengaruhi kecepatan suatu aliran fluida. Dikarenakan luas penampang pipa (cross sectional area) sudah diketahui, maka kecepatan rata-rata merupakan indikasi dari laju alir fluida yang mengalir. Banyak sistem yang sudah dikenal telah diimplementasikan untuk melakukan kegiatan pengukuran laju alir fluida, baik fluida cairan maupun fluida gas. Alat yang dapat digunakan harus disesuaikan dengan sifat fluida tertentu, baik merupakan fluida multi-fase, basah, kering, korosif, kental, dan lain-lain. Sebagai salah satu studi kasus dari implementasi pengukuran laju alir dapat ditinjau dari area 11 yang merupakan salah satu area di Duri Field dengan wilayah operasi di Riau, Sumatra yang dimiliki PT. Chevron Pacific Indonesia. Area 11 termasuk dalam wilayah Duri Steamflood yang merupakan wilayah penerapan metode injeksi uap sebagai bentuk dari metode EOR (Enhanced Oil Recovery) agar meningkatkan produksi dari Heavy Oil di wilayah tersebut. 1
2 Wilayah Duri Steamflood dilengkapi dengan berbagai fasilitas produksi yang salah satunya berupa Well Testing Facility [1]. Kegiatan Well Test diperlukan sebagai upaya untuk mengukur atau menguji produksi dari setiap sumur dengan tujuan dalam memperoleh data dari fluida yang dihasilkan, baik minyak, air, dan gas (aliran multi-fase) terkait temperatur, tekanan masuk dan keluar, water cut rata-rata, tingkat produksi rata-rata untuk minyak, air, total fluida dan gas, hasil kumulatif untuk minyak, air, total fluida dan gas selama pengetesan serta datadata lainnya. Well Test Facility di PT. Chevron Pacific Indonesia terdiri dari 3 tipe, diantaranya Well Test Facility berbasis Manual (Area 1, 2/3, DM/KL), Auto Batch (Area 4-9 dan Area 10) serta Continuous (Area 11). Area 11 merupakan satusatunya area dengan 1 Test Station (sebanyak 7 unit) yang menggunakan pengukuran secara Continuous, pengukuran dilakukan dengan menggunakan MPFM dari Accuflow TM SR Series MPFM [1]. Salah satu skema Multi-phase Metering System atau Multi-phase Flow Metering (MPFM) yang digunakan dalam pengukuran pada Well Test Facility tersaji pada Gambar 1.1. Gambar 1.1. Skema MPFM (Accuflow TM SR Series) Unit 370A.
3 MPFM terdiri dari beberapa jenis yang digunakan berdasarkan maksud dan tujuan tertentu yang dapat dibahas secara lebih mendalam pada Lampiran D, namun sebagian besar memiliki beberapa komponen utama seperti bagian pipa vertikal (vertical pipe). Baik pipa vertikal utama sebagai media separasi awal, maupun pipa vertikal dengan diameter lebih kecil dibandingkan pipa vertikal utama dan bagian pipa horizontal (horizontal pipe) yang dihubungkan bersama. Aliran multi-fase (minyak, air, dan gas) memasuki pipa vertikal tangensial sehingga menciptakan bentuk siklon yang membuat adanya proses pemisahan antara gas yang mengalir ke atas dan cairan (minyak dan air) yang mengalir ke bawah. Proses pemisahan awal antara gas dan cairan ditemukan adanya proses pemisahan tidak sempurna yakni gas terikut dalam cairan yang dipisahkan ke arah bawah pada pipa vertikal, gas yang terikut dalam cairan ditemui sebagai gelembung-gelembung gas atau dapat disebut dengan istilah gas carry under (GCU). Gelembung-gelembung gas tersebut akan ikut mengalir bersama cairan hingga mencapai pipa horizontal, pipa horizontal dilengkapi dengan pipa vertikal yang memiliki diameter lebih kecil dibandingkan pipa vertikal utama sebagai media separasi cairan dan gas awal dan terletak tepat di bagian atas pipa horizontal, pipa vertikal tersebut memiliki fungsi sebagai tempat mengalirnya gas yang tersisa di dalam cairan dalam bentuk gelembung-gelembung gas sehingga gas akan benar-benar terpisah dari cairan dan bergabung dengan gas yang sudah dipisahkan dalam proses separasi awal di pipa vertikal utama, maka akan diperoleh pemisahan sempurna. Level cairan dalam pipa horizontal dikendalikan di pusat pipa dengan menggunakan control valve yang terletak di garis aliran gas. MPFM dilengkapi dengan meter aliran gas, meter aliran cairan dan meter kadar air untuk melakukan pengukuran terhadap gas dan cairan yang telah terpisah, hingga pada akhirnya gas dan cairan akan kembali bersatu untuk dilanjutkan ke fasilitas separasi [2]. Dalam MPFM, aliran multi-fase sebagai input yang memasuki pipa vertikal akan dipisahkan menjadi aliran 1 fasa maupun aliran 2 fasa, maka dari itu
4 diperlukan adanya pemodelan karakteristik dinamik berdasarkan analisis control volume untuk aliran 1 fasa, yakni gas dan analisis control volume untuk aliran 2 fasa menjadi aliran 1 fasa, yakni cairan yang terdiri dari minyak dan air. Dengan menggunakan data yang diperoleh sebagai report dari PT. Mitra Prana Abadi Sentosa (MPAS) sebagai oil exploration equipment and supplies dengan produk Accuflow MPFM maka dapat diperoleh verifikasi hasil pemodelan dengan data yang diperoleh dari proses Well Testing, baik data aktual maupun data standard sehingga pemodelan tersebut dapat menjadi dasar kajian dan modal dalam pengembangan MPFM yang serupa lebih lanjut. I.2. Perumusan Masalah Melakukan pemodelan karakteristik dinamik pada aliran multi-fase dengan melakukan simplifikasi model aliran menjadi aliran 1 fasa dan aliran 2 fasa berdasarkan analisis control volume untuk aliran 1 fasa, yakni gas dan analisis control volume untuk aliran 2 fasa menjadi aliran 1 fasa, yakni cairan yang terdiri dari minyak dan air pada MPFM dengan studi kasus yang bertempat di PT. Mitra Prana Abadi Sentosa (MPAS). I.3. Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Memodelkan karakteristik dinamik pada aliran multi-fase dengan melakukan simplifikasi menjadi aliran 1 fasa, yakni gas dan aliran 2 fasa menjadi aliran 1 fasa, yakni cairan yang terdiri dari minyak dan air dengan menggunakan neraca massa, persamaan Bernoulli dan persamaan geometri pada MPFM secara teoritis. 2. Memodelkan karakteristik dinamik pada aliran multi-fase dengan menggunakan software MATLAB R2010a dilengkapi dengan SIMULINK, sehingga dapat menjadi basis simulasi proses dari aliran multi-fase yang dialirkan ke dalam MPFM untuk memperoleh karakteristik dinamik model sistem
5 3. Melakukan verifikasi model dengan data pembanding dari data hasil penelitian di PT. Mitra Prana Abadi Sentosa (MPAS) sehingga dapat diperoleh keakuratan dari model yang dibuat sebagai dasar kajian untuk peralatan yang serupa. I.4. Batasan Masalah Dalam penelitian Tugas Akhir ini, diambil batasan masalah sebagai berikut : 1. Model karakteristik dinamik pada aliran multi-fase (minyak, air dan gas) disederhanakan menjadi aliran 1 fasa untuk gas dan aliran 1 fasa untuk cairan yang sudah mencakup minyak dan air dengan studi kasus di PT. Mitra Prana Abadi Sentosa (MPAS). 2. Pemisahan antara cairan dan gas pada pipa vertikal, dinyatakan sebagai pemisahan sempurna pada gas yang mengalir ke atas dan pemisahan tidak sempurna pada cairan yang mengalir ke bawah pada pipa vertikal, yakni dengan adanya gelembung-gelembung gas yang terikut pada cairan yang disebut sebagai gas carry under (GCU). 3. Pemisahan sempurna pada cairan yang membawa gelembung gas akan terjadi pada pipa horizontal, yakni dengan adanya aliran gelembung gas hingga terlepas dari cairan dan gas tersebut akan mengalir pada pipa vertikal di bagian atas pipa horizontal sehingga gas yang terpisah pada pipa horizontal akan bergabung dengan gas yang sudah terpisah sejak awal pada pipa vertikal. Dengan demikian, gas yang mengalir pada titik pertemuan antara gas dari pemisahan pipa vertikal dan pipa horizontal merupakan gas dengan pemisahan sempurna, selain itu cairan yang sudah terpisah dengan gas pada pipa horizontal juga merupakan cairan dengan pemisahan sempurna. 4. Penggunaan control valve pada garis aliran gas, yang dinyatakan dengan pipa menyebabkan perbedaan tekanan antara input dan output aliran gas, perbedaan tekanan pada control valve adalah sama dengan perbedaan ketinggian yang terjadi pada pipa vertikal cairan setelah pipa horizontal
6 yang berhilir pada titik temu dengan pipa aliran gas, sebelum pada akhirnya cairan dan gas akan kembali menyatu sebagai output. Perbedaan tekanan pada control valve adalah sama dengan perbedaan ketinggian pada pipa vertikal cairan dinyatakan pada Gambar 1.2. Gambar 1.2. Skema hubungan perbedaan tekanan (dp) dan perbedaan ketinggian (dh) pada MPFM Unit 370A. I.5. Manfaat berikut : Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai 1. Diperoleh verifikasi model dengan data hasil penelitian di PT. Mitra Prana Abadi Sentosa (MPAS) adalah dengan error yang relatif kecil. Hasil verifikasi yang diperoleh tersebut mampu digunakan sebagai dasar kajian peralatan yang sama, khususnya alat pengukuran aliran multi-fase atau MPFM. 2. Mengetahui perbandingan antara hasil simulasi dinamik dengan data hasil penelitian di PT. Mitra Prana Abadi Sentosa (MPAS). 3. Mengetahui keakuratan pemodelan karakteristik dinamik untuk kondisi operasi steady pada MPFM.