Bab II Tinjauan Pustaka
II.1 Injeksi Air Injeksi air merupakan salah satu metode Enhanced Oil Recovery (waterflood) untuk meningkatkan perolehan minyak yang tergolong injeksi tak tercampur. Air injeksi dinjeksikan dengan laju alir sebesar tertentu akan memberikan pendasakan dan penyapuan minyak di dalam reservoir. Diharapkan air bergerak dibelakang front minyak bergerak di depan front. Pada saat air injeksi tiba di sumur produksi, maka produksi air akan meningkat dengan cepat. Kondisi ini dinamakan breakthrough. Setelah breakthrough saturasi air dalam reservoir menjadi sangat tinggi sehingga pada akhir proses ini fluida yang diproduksikan didominasi oleh air, yang ditunjukan dengan meningkatnya water cut.
Proses penyapuan minyak oleh air mempengaruhi terhadap jumlah minyak yang dapat diperoleh. Semakin tinggi effisiensi penyapuan, maka akan dihasilkan minyak dalam jumlah besar. Pada injeksi air, penyapuan akan lebih dominan terjadi di bagian bawah reservoir yang diakibatkan oleh gaya berat air yang cukup memadai. Hal ini berbeda pada injeksi gas yang dominasi penyapuan terjadi pada lapisan atas karena gas yang lebih ringan daripada gaya berat oil.
II.2 Faktor-Faktor Penentu Keberhasilan Waterflood Ada beberapa faktor penting yang diperhatikan untuk menjamin keberhasilan suatu proses waterflood. Semakin baik proses waterflood dilaksanakan, maka semakin besar recovery factor yang dihasilkan. Adapun faktor-faktor tersebut meliputi kondisi reservoir dan fluida, antara lain : 1. Kedalaman reservoir Dari segi teknik, jika kedalaman kecil maka tekanan injeksi yang dapat dikenakan terhadap reservoir juga kecil, karena tekanan dibatasi oleh tekanan rekah. Dari segi ekonomi, jika kedalaman makin dalam, maka biaya yang dikeluarkan semakin mahal.
4
2. Kemiringan Faktor kemiringan mempunyai arti penting jika perbedaan rapat massa antar fluida pendesakan dan fluida yang didesak cukup besar. Apabila fluida pendesakan air, maka akan cenderung untuk bergerak lebih cepat kebagian bawah. Bila fluida pendesakannya gas, maka akan cenderung untuk menyusun dibagian atas dan membentuk payung. Fenomena tidak terlalu besar jika kecepatan pendesakan besar sekali. 3. Tingkat heterogenitas reservoir Heterogenitas suatu reservoir ditentukan oleh : ¾ Keseragaman ukuran butiran. ¾ Keseragaman stratigrafi/jenis batuan ¾ Kontinunitas yang dipengaruhi struktur/ stratigrafi ¾ Ada atau tidak skin effect dan berapa besar pengaruhnya terhadap injeksi. 4. Sifat-sifat petrofisik Beberapa sifat petrofisik batuan yang ikut menentukan faktor perolehan dengan metode injeksi air yaitu : porositas, permeabilitas relatif sebagai fungsi saturasi, tekanan kapiler, saturasi air dan wettability. Jika porositas yang besar akan menghasilkan cadangan sisa semakin besar pula, sehingga membuat prospek waterflood lebih baik. 5. Mekanisme pendorong Peranan mekanisme pendorong sangat penting sekali, contohnya jika suatu reservoir mempunyai tenaga pendorong air yang sangat kuat (strongly water drive), maka penerapan injeksi air atau injeksi kimiawi tidak memberi dampak yang berarti. . 6. Cadangan minyak tersisa Cadangan minyak tersisa adalah minyak yang tersisa dalam reservoir.
5
7. Saturasi minyak tersisa Besarnya saturasi minyak tersisa menetukan mudah tidaknya pendesakan yang dilakukan oleh fluida injeksi. Secara ekonomi,makin kecil harga saturasi minyak, maka pengurasan minyak akan tidak ekonomis. 8. Viscositas minyak Dalam hal pendesakan tak tercampur (immiscible), besar yang menentukan efektivitas penyapuan adalah perbandingan mobilitas fluida pendesak dengan minyak yang didesak. Semakin kecil perbandingan mobilitas maka semakin baik efisiensi penyapuannya. Hal ini terjadi jika viscositas fluida semakin kecil2.
II.2.1 Faktor Untuk Melakukan Injeksi Air Ada beberapa alasan untuk melakukan injeksi air. Lima alasan melakukan injeksi air adalah sebagai berikut : 1
Evaluasi reservoir. Evaluasi reservoir artinya mekanisme pendorong, dan tekanan seperti water drive,gas drive,dan lain-lain.
2
Potensi untuk dilakukan injeksi air. Potensi untuk dilakukan injeksi air artinya suatu reservoir melihat saturasi water, saturasi oil dan bentuk lapangan.
3
Estimasi nilai injeksi dan produksi. Estimasi nilai injeksi dan produksi artinya beberapa nilai injeksi air dan nilai produksi minyak.
4
Estimasi perolehan minyak saat awal untuk dilakukan injeksi air. Estimasi perolehan minyak saat awal untuk dilakukan injeksi air artinya berapa perolehan minyak awal sebelum injeksi, seperti saturasi minyak dan faktor perolehan.
5
Indetifikasi variabel yang boleh menyebabkan ketidak-pastian di analisa secara teknis Indetifikasi variabel yang boleh menyebabkan ketidak-pastian di analisa secara teknis artinya analisis lapangan.8
6
II.3 Parameter Untuk Injeksi Air
II.3.1 Perbandingan Mobilitas Efisiensi perpindahan pada suatu proses pendesakan bervariasi terhadap jenis fluida dan sifat-sifat batuan. Oleh sebab itu sulit membandingkan kelakukaan pendesakan jika parameter-parameter ini berubah.
Perbandingan mobilitas dinyatakan sebagai perbandingan antara mobilitas fasa pendesakan dibelakang front terhadap mobilitas fasa yang terdesak di depan front, dinyatakan dengan :
M=
λ pendesakan λdidesak
Untuk fluida pendesak air, maka persamaan menjadi : krw
λ μw M= w = λo kro μo
II.3.2 Efisiensi Perolehan Daya efisiensi keseluruhan pendesakan/injeksi dinyatakan dengan hubungan : ET = EA x EV x ED ET merupakan efisiensi total yang menunjukkan banyaknya variasi teknik
waterflood yang dapat dilakukan untuk meningkatkan perolehan minyak dengan modifikasi satu atau lebih dari tiap-tiap efisensi4.
Efisiensi penyapuan EA merupakan Efisiensi penyapuan yang dinyatakan sebagai perbandingan antara luas daerah yang sudah tersapu dibelakang front terhadap luas total unit pola injeksi.
Vertikal sweep efficiency EV menunjukan daerah vertikal yang kontak dengan injeksi. EV Merupakan fungsi keheterogen vertikal dan tingkat gravity segregation
7
yang tergantung pada kemiringan dan permeabilitas vertikal dan horizontal dalam reservoir.
Displacement efficiency (ED) menunjukan bagian dari minyak yang bergerak di zona penyapuan yang telah terdesak. ED merupakan fungsi dari volume yang diinjeksi, viscositas, fluida, dan kurva relatif dari batuan.
II.3.3 Waktu Tembus Fluida Waktu tembus fluida pendesak (breakthrough time) adalah waktu yang diperlukan fluida pendesak pertama kali memasuki sumur produksi. Dalam hubungnya dengan perbandingan mobilitas, jika M lebih besar dari satu berarti fluida pendesak mendahului fluida yang didesak, maka waktu tembus fluida pendesak akan cepat terjadi sehingga menurunkan jumlah minyak yang terproduksikan.6
II.4 Studi pendekatan Model
II.4.1 Model Dykstra Person Model Dykstra Person t merupakan injeksi air dalam suatu reservoir menggunakan model mutilayer/ model
3 D. Menurut model Dykstra Person
faktor yang mempengaruhi injeksi air mobiltas, viscositas dan distribusi permeabilitas. Model ini dengan asumsi; tiga dimensi, isotropik, isothermal, dan tiga fase.2
II.4.2 Model Dua Fasa Model dua fasa merupakan model yang dapat dari 2 fasa dalam reservoir. Darcy Menyatakan persamaan disffusivity model 2 fasa sebagai berikut : ∂ ⎡⎛ Rso ko Rsw k w ⎞ ∂P ⎤ ∂ ⎡ ⎛ Rso So Rsw S w ⎞ ⎤ + + ⎢⎜ ⎟ ⎥ = ⎢φ ⎜ ⎟⎥ ∂x ⎢⎣⎝ μo Bo μ w Bw ⎠ ∂x ⎥⎦ ∂t ⎢⎣ ⎝ μo Bo μ w Bw ⎠ ⎥⎦
Sedangkan persamaan disffusivity model 3 fasa sebagai berikut :
8
R k R k ⎞ ∂P ⎤ ∂ ⎡ ⎛ S g R S R S ⎞⎤ ∂ ⎡⎛ k g + so o + sw w ⎟ ⎥ = ⎢φ ⎜ + so o + sw w ⎟ ⎥ ⎢⎜⎜ ∂x ⎢⎣⎝ μ g Bg μo Bo μ w Bw ⎟⎠ ∂x ⎥⎦ ∂t ⎢⎣ ⎜⎝ μ g Bg μo Bo μ w Bw ⎟⎠ ⎥⎦
Dalam penelitian ini model 2 fasa yaitu minyak dan air.
II.5 Pola Geometri Injeksi
II.5.1 Pendesakan Tak Tercampur Satu Dimensi Pada injeksi air tidak terjadi perpindahan massa antara minyak dengan fluida injeksi. Hal ini berarti bahwa fluida injeksi tidak masuk ke dalam minyak. Agar kondisi ini tercapai maka proses pendesakan terjadi harus dibawah kondisi kesetimbangan. Kondisi kesetimbangan ini sangat dipengaruhi oleh komposisi dari kedua fluida yang terlibat, selain itu besarnya tekanan injeksi dan temperatur saat proses berlangsung.1
Mekanisme pendesakan immiscible antara minyak dan fluida pendesak dibagi menjadi konsep. Mekanisme pendesakan immiscible antara minyak dan fluida pendesak dibagi menjadi satu konsep adalah Konsep berdasarkan prinsip Torak.
II.5.1.1 Prinsip Torak Konsep dasar prinsip torak adalah anggapan adanya bidang pemisah antara kedua fluida. Dalam hal ini, minyak di depan sedangkan air pendesak mengalir dibelakang front. Jadi daerah yang berhasil didesak dengan segera saturasi minyak akan berubah menjadi saturasi minyak residu (Sor). Pendesakan model torak ini merupakan model khusus dan pendesakan frontal, dimana saturasi pendesak pada front sama dengan satu dikurangi saturasi residual fluida pendesaknya.
9
Gambar II.1 Pendesakan model frontal dan model torak
II.5.2 Pendesakan Tak Campur Dalam Area Dua Dimensi Sifat dan karakteristik dari fluida yang didesak maupun pendesaknya serta karakteristik reservoirnya akan menentukan efisiensi penyapuan dari metode injeksi yang dilakukan. Injeksi air dikatakan pendesakan dua dimensi, jika reservoir tipis sehingga variasi saturasi dalam arah vertikal dapat diabaikan.
Keberhasilan metode injeksi yang dinyatakn dalam besaran efisiensi penyapuan tergantung dari bentuk-bentuk geometri injeksinya. Gambar dibawah ini memperhatikan beberapa macam bentuk geometri injeksi yang dapat diterapkan pada suatu reservoir minyak. Tiap reservoir yang akan dilakukan proses injeksi terdapat sumur-sumur injeksi yang terletak pada bagian tengah atau tepi dari pola geometri tersebut, seperti terlihat padaGambar II.2 berikut :
10
Gambar II.2 Berbagai macam pola sumur injeksi-produksi4
II.6 Fluida Tidak Baur Adanya dua fasa fluida atau lebih disebut tidak baur (immiscible) pada tekanan dan temperatur tertentu jika setelah dilakukan pengadukan pada waktu yang cukup lama, terbentuk antar muka yang jelas. Air dan minyak tidak dapat baur hampir pada semua kondisi reservoir dan permukaan karena kelarutan minyak dalam air dan kelarutan air dalam minyak sangat kecil.
II.6.1 Wettability Wettability adalah kecenderungan dari suatu fluida untuk menyebar diatas atau
menempel pada suatu permukaan padat dalam fluida immiscible lain. Dalam hal ini permukaan padat adalah batuan reservoir, sandstone, limestone, atau dolomite. Fluida yang terdapat pada rongga pori-pori batuan sepanjang injeksi air adalah
11
minyak, air dan gas. Bagaimanapun, kondisi gas dibawah lebih baik dari liquid, akan membasahi permukaan batuan, dan hanya minyak dan air yang paling mungkin sebagai wetting phase.2
II.6.2 Tekanan Kapiler Konsep tekanan kapiler adalah karakteristik dari suatu batuan berpori yang direpresentasikan oleh fenomena kapilaritas pada tabung kapiler. Suatu antar muka minyak/air atau udara/air dalam suatu tabung yang besar adalah datar karena gaya-gaya pembasah(wettibility forces) pada dinding-dinding tabung terdistribusi pada daerah kelling tabung yang besar. Karenanya, tekanan fluidafluida pada antar muka adalah sama. Pori-pori pada batuan reservoir analog dengan tabung kapiler karena diameternya sangat kecil. Jika diameter kecil, gayagaya permukaan disebabkan oleh kebasahan padatan dari salah satu fluida disemua bagian antar muka, menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan antar kedua fasa fluida sepanjang antar muka.
Distribusi cairan di dalam media berpori tergantung pada sifat wettability. Sangat penting untuk mengetahui fluida mana yang membasahi , untuk memastikan fluida mana yang mengisi ruang pori.8
12
