PENGEMBANGAN KORELASI USULAN UNTUK PENENTUAN LAMA WAKTU LAJU ALIR PLATEAU PADA SUMUR GAS KONDENSAT DENGAN FAKTOR SKIN TUGAS AKHIR Oleh: ESTRI ANDROMEDA NIM : 12206038 Diajukan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Perminyakan PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2010
PENGEMBANGAN KORELASI USULAN UNTUK PENENTUAN LAMA WAKTU LAJU ALIR PLATEAU PADA SUMUR GAS KONDENSAT DENGAN FAKTOR SKIN Estri Andromeda* Ir. Tutuka Ariadji, M.Sc., Ph.D.** Sari Seiring dengan terus menurunnya produksi minyak, masyarakat dunia mulai mengembangkan sumber energi gas alam. Dalam memproduksikan gas alam, sering terbentuk cairan kondensat di lubang sumur yang dapat menghambat laju alir gas dan disebut sebagai faktor skin. Kondensat ini terbentuk karena penurunan tekanan sampai di bawah tekanan embun dari gas itu sendiri. Skin ini mengganggu laju alir konstan gas yang merupakan kebutuhan. Pada makalah ini, dengan menggunakan metode simulasi fluida komposisional, ditentukan hubungan antara skin yang terdiri dari skin damaged dan condensate blockage dengan lama laju alir plateau yang dapat dicapai oleh suatu reservoir gas kondensat. Persamaan yang dihasilkan yaitu: dimana : t adalah waktu plateau (tahun) ; S adalah skin ; q adalah laju alir gas kondensat (MMSCFD) Kata kunci : Gas kondensat, plateau time, skin Abstract Along with the continious declining oil production, the world community has begun to develop natural gas energy resources. In producing natural gas, condensate is often formed in the wellbore which can inhibit gas flow rate and is known by skin factor. This formed condensate due to pressure drops below the dew point pressure of the gas. This skin disrupts the gas flow rate constant demand. In this paper, using a compositional reservoir simulation, we determine a relationship between the skins consisting of skin damage and condensate blockage with plateau time of the condensate gas reservoir. The resulting equation is: where : t is plateau time (year) ; S is skin ; q is condensate gas flow rate (MMSCFD) Keywords : Condensate gas, plateau time, skin *) Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung **) Pembimbing, Dosen Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung. 1 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Pendahuluan Sumur gas kondensat merupakan sumur gas yang memiliki karakteristik yang unik. Keunikan ini berkaitan dengan perubahan fasa yang terjadi mulai dari reservoir sampai ke permukaan. Banyak studi yang telah mengkaji kemampuan deliverability dari suatu sumur gas kondensat. Selain itu juga telah dikaji berbagai cara yang dapat digunakan untuk menangani keunikan sumur gas kondensat agar produksi dapat berlangsung secara optimal 5. Terdapat perbedaan dalam sistem jual beli gas dibandingkan dengan minyak. Dalam penjualan gas, perusahan gas dituntut untuk dapat memproduksi gas dengan laju alir konstan dalam jangka waktu tertentu. Laju alir yang konstan ini dinamakan dengan plateau rate. Dengan demikian diupayakan untuk suatu sumur gas mengalirkan laju yang konstan dalam jangka waktu tertentu. Jangka waktu ini dinamakan dengan plateau time. Oleh karena itu perlu diadakan studi mengenai barapa lama plateau time dari sebuah sumur gas. Lebih lanjut sumur gas kondensat mempunyai kompleksitas yang lebih dari sumur gas biasa karena dengan terjadinya kondensasi di sekitar lubang sumur akibat penurunan tekanan. Kondensasi ini dapat menyebabkan terhambatnya aliran gas yang biasa disebut dengan faktor skin. Selain dari itu, faktor skin juga dapat terjadi karena rusaknya formasi akibat filtrat lumpur pemboran atau adanya padatan yang menyumbat pori - pori batuan yang disebut dengan scale. Makalah ini mengkaji pengaruh skin pada sumur gas terhadap lama plateau time yang dapat dicapai oleh sumur gas kondensat tersebut. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini yaitu untuk mengetahui pengaruh skin dan laju alir produksi sumur gas kondensat terhadap faktor perolehan dan untuk mendapatkan korelasi baru untuk memperkirakan waktu laju alir plateau yang dapat dicapai oleh suatu sumur kondensat dengan harga skin dan laju alir tertentu. sumur sampai ke permukaan tidak menyebabkan perubahan fasa. Pada wet gas, temperatur reservoir berada di atas temperatur kritik dan cricondentherm. Penurunan tekanan dan temperatur akan menyebabkan perubahan fasa di permukaan. Sehingga terdapat fasa cair di permukaan. Sedangkan pada gas kondensat, temperatur reservoir terdapat diantara temperatur kritik dan cricondentherm 8. Dengan adanya penurunan tekanan, akan timbul fasa cair di sekitar lubang sumur (Gambar-1). Namun fasa cair ini dapat berubah menjadi fasa gas kembali saat terjadi penurunan tekanan dan temperatur di lubang sumur. Cairan yang mengendap di sekitar lubang sumur inilah yang biasanya menimbulkan permasalahan di sumur gas kondensat. Permasalahan yang ditimbulkan oleh kehadiran liquid ini yaitu pressure drop di sekitar lubang sumur menjadi lebih besar. Kehadiran dari liquid ini juga akan memberikan efek skin di lubang sumur. Skin terbentuk di sekitar lubang sumur. Skin merupakan daerah dari formasi yang mengalami kerusakan maupun perbaikan. Skin berharga positif jika daerah tersebut mengalami kerusakan dan beharga negatif jika daerah tersebut mengalami perbaikan atau stimulasi. Skin yang berharga positif dapat terbentuk baik pada saat pemboran, komplesi maupun saat produksi berlangsung. Fenomena skin ini dapat dilihat pada Gambar-2. Horner dan Van Everdingen telah menunjukan hubungan penurunan tekanan (pressure drop) di sekitar lubang sumur pada saat sumur tersebut diproduksikan dengan laju dan waktu tertentu. Hubungan tersebut digambarkan dengan persamaan berikut 4 :... (1) Kemudian Van Everdingen memperhitungkan pressure drop tambahan yang disebabkan berkurangnya nilai permeabilitas di sekitar lubang sumur karena adanya kegiatan pemboran, komplesi maupun kegiatan produksi itu sendiri. Persamaan pressure drop di atas menjadi 4 : Teori Dasar Terdapat beberapa macam tipe reservoir gas, yaitu dry gas, wet gas dan condensate gas. Pada dry gas, temperatur reservoir berada jauh di atas temperatur kritik dan cricondenthermnya. Sehingga perubahan temperatur dan tekanan mulai dari lubang...(2) Persamaan di atas didapat dengan mengasumsikan permeabilitas yang nilainya berubah sebagai k a dan permeabilitas mula-mula sebagai k e. 2 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
dimana ukuran grid dalam arah i dibuat secara cartesian dengan mengikuti rumus: (3) Kemudian tambahan pressure drop pada persamaan (3) di atas ditambahkan kedalam persamaan (1), maka:...(4) Bila pesamaan (4) dibandingkan dengan persamaan (2), maka didapatkan 4 : Dalam memproduksikan suatu sumur gas, perlu diperhitungkan umur dari sumur gas tersebut. Dengan kata lain, kita harus mengetahui berapa lama sumur gas tersebut dapat berproduksi dengan laju alir yang konstan. Hal ini berhubungan dengan kontrak penjualan. Lamanya waktu yang dapat dicapai sumur gas untuk mengalirkan gas secara konstan disebut dengan plateau time. Profile lamanya plateau time terhadap laju alir dapat dilihat pada Gambar-3 Metodologi Metodologi yang digunakan dalam studi yang dilakukan yaitu dengan melakukan simulasi. Simulasi dilakukan dengan menggunakan piranti lunak fluida komposisional. Hal ini dilakukan karena dalam studi ini ingin dilihat pengaruh dari adanya condensate blockage. Model reservoir yang digunakan adalah model konseptual reservoir yang telah divalidasi. Gambar model reservoir dapat dilihat pada Gambar- 4, Gambar-5, Gambar-6. Model reservoir yang digunakan dalam studi ini yaitu model reservoir berbentuk radial dengan ukuran grid 1280 (16*8*10) Harga permeabilitas yang digunakan dalam pemodelan ini yaitu sebesar 25 md. Sedangkan porositas batuan sebesar 20%. Sifat fisik reservoir dan sifat fisik fluida lainnya yang digunakan dalam pemodelan ini dapat dilihat pada Tabel-1. Sedangkan jenis fluida yang dijadikan sebagai objek kajian yaitu gas kondensat dengan komposisi C7+ sebesar 6.5% (lean condensate). Komposisi gas kondensat yang digunakan dapat dilihat pada Tabel- 2. Temperatur reservoir sebesar 231 0 F. Sedangkan titik embun (dew point) dari gas kondensat ini yaitu senilai 2800 psi dan tekanan reservoir dari model yaitu sebesar 2900 psi. Diagram fasa dari model fluida yang digunakan dapat dilihat pada Gambar-7. Sedangkan hasil simulasi berupa cadangan awal (OGIP) dari simulasi yang dilakukan dapat dilihat pada Tabel-3. Dengan model reservoir dan model fluida yang telah dijelaskan di atas, dilakukan sensitivitas terhadap harga laju alir dan faktor skin. Sensitivitas dilakukan untuk mengetahui pengaruh faktor skin awal dan laju alir pada suatu sumur terhadap lamanya plateau time dan faktor perolehan (recovery factor). Recovery factor diperoleh dengan melakukan simulasi pada model mulai dari tahun 2010 sampai tahun 2030. Rentang nilai laju alir yang digunakan dalam sensitivitas adalah rentang 5 MMSCFD sampai 20 MMSCFD. Sedangkan rentang nilai laju skin yang digunakan yaitu 3 sampai 9. Analisis Dengan metodologi yang dilakukan, didapatkan bahwa adanya gas kondensat pada jarak tertentu dari lubang sumur. Gambar-8 menunjukan saturasi gas kondensat yang semakin besar ketika mendekati lubang sumur. Dengan bertambahnya waktu, saturasi kondensat semakin bertambah banyak. Hal inilah yang dapat menambah nilai skin dari sumur gas kondensat. Analisis yang dilakukan adalah terhadap faktor perolehan dan lamanya waktu plateau pada sumur gas kondensat. 3 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Sensitivitas Faktor Perolehan Pada Akhir Peramalan Sensitivitas ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh skin dan laju alir suatu sumur gas kondensat terhadap besar faktor perolehan dari sebuah sumur gas kondensat. Gambar-9 memperlihatkan bahwa untuk suatu harga laju alir yang sama, faktor perolehan yang dihasilkan oleh setiap sumur dengan berbagai harga skin akan berharga hampir sama. Fenomena ini terjadi pada sumur dengan laju alir gas kondensat sebesar 5 MMSCFD sampai 12 MMSCFD. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan nilai skin tidak akan memberikan pengaruh yang berarti terhadap faktor perolehan untuk sumur gas dengan laju alir yang tidak terlalu besar. Namun dapat dilihat untuk sumur dengan laju alir 15 MMSCFD sampai dengan 20 MMSCFD tidak memberikan kecenderungan (trend) yang teratur untuk menggambarkan hubungan antara skin dan faktor perolehan, tetapi secara garis besar trend yang dihasilkan cenderung menurun untuk setiap penambahan nilai skin. Pada Gambar-9 juga dapat dilihat pengaruh laju alir terhadap faktor perolehan untuk setiap harga skin yang sama. Faktor perolehan yang dihasilkan akan cenderung membesar seiring dengan bertambahnya nilai laju alir. Namun untuk faktor skin 5, sumur dengan laju alir 18 MMSCFD mengasilkan faktor perolehan lebh kecil daripada fakor perolehan pada sumur dengan laju alir 16 MMSCFD. Setelah itu penambahan laju alir tidah memberikan penambahan yang berarti untuk faktor perolehan. Untuk faktor skin 6, penambahan laju alir di atas 16 MMSCFD tidak memberikan penambahan faktor perolehan yang signifikan. Sedangkan untuk faktor skin 7.5 dan 9, penambahan laju alir di atas 15 MMSCFD sudah tidak memberikan penambahan faktor perolehan yang besar. Dari fenomena ini dapat kita simpulkan bahwa setiap harga faktor skin mempunyai batas laju alir tertentu agar dapat menghasilkan faktor perolehan yang lebih besar. Semakin besar nilai faktor skin, batas laju alir yang dapat menambah faktor perolehan akan semakin kecil. Sensitivitas Plateau time Sensitivitas dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari faktor skin dan laju alir gas terhadap kemampuan sumur gas kondensat untuk dapat berproduksi dengan laju alir yang konstan. Gambar- 10 memperlihatkan bahwa untuk suatu harga faktor skin tertentu, memproduksikan gas dengan laju yang relatif tinggi akan mempersingkat waktu produksi dari sumur tersebut. Hal ini ditunjukkan dengan grafik yang semakin menurun seiring dengan pertambahan laju alir. Fenomena ini dapat dijelaskan bahwa laju alir yang besar akan mempercepat penurunan tekanan (pressure drop) dari suatu sumur. Sehingga sumur tersebut tidak mampu mengalirkan gas kondensat dengan laju alir yang konstan dengan waktu yang lebih lama. Selain itu, Gambar-10 juga memperilihatkan untuk suatu harga laju alir yang sama, sumur dengan harga faktor skin yang lebih kecil akan dapat mengalirkan gas kondensat lebih lama dibandingkan dengan sumur dengan harga faktor skin yang lebih besar. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan Persamaan (2), bahwa adanya faktor skin yang berharga positif akan menambah pressure drop, terutama di sekitar lubang sumur. Sehingga semakin besar harga faktor skin yang positif pada suatu sumur gas kondensat, plateu time nya pun akan semakin cepat. Dari hubungan antara plateau time dengan keberadaan faktor skin dan laju alir pada suatu sumur gas kondensat, dapat kita buat suatu korelasi, yaitu: dimana S = skin q = laju alir, MMSCFD t = waktu plateau, tahun Persamaan di atas menggunakan bentuk logaritmik karena kesalahan yang dihasilkan lebih kecil bila dibandingkan jika menggunakan bentuk linear. Sedangkan harga R 2 yang dihasilkan dengan menggunakan bentuk logaritmik akan lebih besar bila dibandingkan dengan menggunakan bentuk linear. Persamaan plateau time di atas mempunyai R 2 sebesar 0.988. Kesalahan rata rata dari persamaan di atas yaitu sebesar 20%. Perbandungan antara ln(t) dari rumus dan ln(t) hail simulasi diperlihatkan pada Gambar-11. Hal ini menunjukan bahwa korelasi di atas masih cukup valid untuk menggambarkan hubungan skin dan laju alir gas kondensat terhadap lamanya plateu time 4 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Validasi dan Batasan Korelasi Validasi dilakukan untuk menguji apakah korelasi yang dihasilkan mempunyai tingkat kesalahan yang cukup kecil sehingga dapat digunakan dalam kasus lainnya. Contoh 1: Suatu sumur mempunyai : Skin = 6 q = 18MMSCFD maka: t rumus = 1.2428 tahun t simulasi = 1.2418 tahun kesalahan = 0.08 % Korelasi di atas akan memiliki keakuratan yang cukup tinggi untuk kasus : 1. Fluida reservoir berupa lean gas kondensat 2. Rentang harga faktor skin antara 3 sampai 9 3. Rentang harga laju alir antara 5 MMSCFD sampai 20 MMSCFD. 4. Reservoir dengan jari jari ± 7000 ft (reservoir tak terbatas bila dibandingkan dengan jari jari terbentuknya condensate). 5. Permeabilitas rendah (± 25mD). 6. Tekanan reservoir berharga medium (± 3000 psi). Kesimpulan 1. Untuk laju alir gas dibawah 15 MMSCFD, faktor perolehan yang dihasilkan akan cenderung sama untuk setiap harga skin (Gambar-9). Dengan kata lain, pada kondisi ini skin tidak berpengaruh terhadap besar faktor perolehan dari sumur gas tersebut. 2. Setiap harga skin mempunyai batas laju alir tertentu agar dapat menghasilkan faktor perolehan yang lebih besar. 3. Semakin besar nilai skin, batas laju alir yang dapat menambah faktor perolehan akan semakin kecil (Gambar-9). Dengan penambahan harga faktor skin sebesar 200 %, maka penurunan batas laju alir yang dapat menambah faktor perolehan sebesar 40 %. 4. Semakin tinggi nilai skin awal sebuah sumur gas kondensat, maka waktu plateau dari sumur tersebut akan semakin kecil. Penambahan faktor skin sebesar 200% akan menurunkan waktu plateau sebesar 100%. 5. Semakin tinggi laju alir pada suatu sumur gas kondensat, maka waktu plateau dari sumur tersebut akan semakin kecil. Dengan peningkatan laju alir sebesar 7%, maka penurunan waktu plateau sebesar 30% sampai 70%. 6. Korelasi yang dihasilkan mempunyai tingkat keakuratan yang memadai untuk selang harga laju alir gas antara 5 MMSCFD sampai 20 MMSCFD dan harga faktor skin antara 3 sampai 9. Saran 1. Perlu dilakukan studi lebih lanjut yang melibatkan parameter reservoir lainnya seperti permeabilitas dan parameter fluida lainnya seperti komposisi berat gas (C7+). 2. Perlu dilakukan studi lebih lanjut dengan menggunakan data data lapangan. Daftar Simbol q = Laju alir gas, MMSCFD µ = Viscositas gas, cp c f = kompresibilitas formasi, psi -1 r w = jari jari sumur, ft r a = jari jari skin, ft t = waktu, hari k e = Permeabilitas rata rata reservoir, md k a = Permeabilitas skin, md S = Skin Δp e = Pressure drop reservoir, psi Δp t = Pressure drop total, psi Δp s = Pressure drop skin, psi Daftar Pustaka 1. Van Everdingen, A.F. : "The Skin Effect And Its Influence On The Productive Capacity Of Weels", Trans.AIME (1953),198,71 2. Irawan, Andi : Model Konseptual Untuk Analisa Pengaruh Komposisi Fluida Resrvoir Gas Retrograde Dan Rancangan Fasilitas Permukaan.Thesis TM ITB.2010 3. Vico, Hendro : Estimasi Recovery Factor Gas Condensate Pada Saat Plateau Rate.TA TM ITB.2009 4. Hawkins Jr., Murray F. et al.: A Note on the Skin Effect. Paper SPE 732-G.1956 5 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
5. Ahmed, Tarek. et al.: Wellbore Liquid Blockage in Gas-Condensate Reservoir. Paper SPE 51050.1998 6. Hurst, William. et al.: The Skin Effect in Producing Wells. 1854-PA.1969 7. Mc Cain Jr., William D.,: THE PROPERTIES OF PETROLEUM FLUIDS. Pennwell Publishing Company, 1990 6 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Tabel-1 Sifat Fisik Reservoir dan Fluida Reservoir Tabel-2 Komposisi Gas Parameter Satuan Nilai Komponen % Mol Jenis Sumur - Vertikal H2S 0 Zona Interval ft 6664.17-6614.17 CO2 3.0385 Ketebalan ft 50 N2 0.8907 Temperatur Reservoir 0F 231 C1 63.5504 Tekanan Awal Reservoir Psia 2900 C2 9.65 Permeabilitas md 25 C3 9.8281 Porositas % 20 IC4 2.029 Jari - Jari Sumur ft 0.29 NC4 2.4942 Jari - Jari Reservoir ft 7700 IC5 0.8413 Tekanan embun fluida reservoir Psia 2800 NC5 0.6136 FC6 0.5643 C07-C08 4.2049 Tabel-3 Kondisi Awal Hasil Simulasi C09-C10 1.3302 C11 0.3392 Original Gas In Place (OGIP) 2.43663E+11 STD ft3 C12+ 0.6256 Original Oil In Place (OOIP) 1.28025E+07 STD bbl Original Water In Place (OWIP) 8.99046E+07 STD bbl Total Bulk Volume Reservoir 9.26446E+09 res ft3 Total Pore Volume Reservoir 1.85288E+09 res ft3 Total Hydrocarbon Pore Volume 1.34315E+09 res ft3 7 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Gambar-1 liquid yang terbentuk di sekitar lubang sumur 5 Gambar-2 fenomena skin 6 8 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
q,mmscfd 6 time vs q 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 time, year Gambar-3 Plateau time Gambar-4 Dimensi Model Reservoir 9 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Gambar-5 Penampang Atas Model Reservoir Gambar-6 Penampang Samping Model Reservoir 10 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
Pressure (psia) P-T Diagram 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0-200 -100 0 100 200 300 400 Temperature (deg F) 2-Phase boundary Critical 5.0000 mole % 10.000 mole % 20.000 mole % Gambar-7 Diagram Fasa Model Fluida Reservoir 1 r vs S condensate S condensate 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 t = 0 tahun t = 1 tahun t = 5 tahun t = 10 tahun t = 15 tahun t = 20 tahun 0 1 10 100 1000 10000 r, ft Gambar-8 Profil saturasi kondensat vs jarak dari lubang sumur tiap waktu 11 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
plateau time, year RF 60 50 40 30 20 10 rate 5MM rate 8MM rate 10MM rate 12MM rate 15MM rate 16MM rate 18MM rate 19MM rate 20MM 0 3 5 6 7,5 9 skin Gambar-9 Skin vs RF Untuk Setiap Laju Alir 20 rate vs plateau time 15 10 5 0-5 0 5 10 15 20 rate, MMSCFD skin 3 skin 5 skin 6 skin 7.5 skin 9 Gambar-10 Hubungan Antara Laju Alir Gas terhadap Plateau Time 12 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
ln(t) Pred(ln(t)) / ln(t) 3 2 1-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3-1 0-2 -3-4 -5 Pred(ln(t)) -6 Gambar-11 Pebandingan ln(t) rumus dan ln(t) simulasi 13 Estri Andromeda 12206038, Sem II 2009/2010
PENGEMBANGAN KORELASI USULAN UNTUK PENENTUAN LAMA WAKTU LAJU ALIR PLATEAU PADA SUMUR GAS KONDENSAT DENGAN FAKTOR SKIN TUGAS AKHIR Oleh: ESTRI ANDROMEDA NIM 12206038 Diajukan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Perminyakan Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan Institut Teknologi Bandung Disetujui oleh: Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Tanggal 24 Juni 2010 Ir. Tutuka Ariadji, M.Sc., Ph.D NIP 131875447