Minyak dan Gas Bumi EVALUASI METODE PENGANGKATAN BUATAN PADA PROSES DEWATERING SUMUR-SUMUR CBM DI LAPANGAN-X Erizka Meirani Waluyo1), Gathuk Widiyanto 2), Sri Wahyuni 1) 1)
Universitas Trisakti
[email protected] 2)
Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi “LEMIGAS”
[email protected]
SARI Lapangan X terletak pada Formasi Muara Enim dan berlokasi di Muara Enim, Sumatera Selatan. Dengan total sumur pilot 5 sumur yang terdiri dari 3 sumur produksi dengan alat pengangkatan buatan dan 2 sumur suspended. Sumur-sumur CBM di lapangan X tersebut mempunyai beberapa problem produksi dan pemompaan berkaitan dengan proses dewatering. Oleh karena itu dalam tulisan ini akan dibahas mengenai analisa problem pengangkatan buatan pada proses dewatering sumur CBM secara kualitatif dan kuantitatif Kata kunci: CBM, dewatering, progresive cavity pump (PCP)
1. PENDAHULUAN Kebutuhan akan gas nasional yang terus meningkat secara signifikan hal ini terutama disebabkan oleh tingginya permintaan di sektor industri. Selain itu, tuntutan akan energi yang ramah lingkungan membuat gas menjadikan sumber daya energi yang paling kompetitif. Kenyataan ini membuat pemerintah terdorong untuk mencari dan mengembangkan sumber gas alternatif. Salah satu potensi sumber gas alternatif adalah Coal Bed Methane (CBM). CBM adalah gas metana yang terjebak di mikropori batubara akibat adanya proses thermogenic atau proses biogenik. Tidak seperti reservoir gas pada umumnya, reservoir CBM bisa jadi struktur yang antiklin ataupun sinklin. CBM terjebak di rekahan batubara dan matrik batubara.
Reservoir CBM memiliki tekanan reservoir yang rendah. Gas metana-nya tersimpan di lapisanlapisan batubara. Karena berat jenis gas metana lebih rendah daripada berat jenis air maka gas metana terdesak oleh air, oleh karena itu untuk memproduksi gas metana tersebut dilakukan proses de-watering. Dengan proses de-watering ini diharapkan methane dapat segera diproduksikan. Proses de-watering ini memakan waktu cukup lama agar gas metana dapat diproduksikan. Karena tekanan reservoir CBM rendah, pada proses de-watering ini diperlukan pengangkatan buatan untuk mem-produksikan air dalam jumlah besar dalam waktu yang relatif lama. Pada paper ini kami membahas tentang evaluasi pemilihan metode pengangkatan buatan yang paling tepat pada proses de-watering sumur CBM Lapangan X yaitu sumur CBM E, sumur
Evaluasi Metode Pengangkatan Buatan Pada Proses Dewatering ....... ; Erizka M.W, Gathuk W, Sri Wahyuni
67
Minyak dan Gas Bumi CBM M dan sumur CBM W ini agar gas metananya dapat segera diproduksikan, sesuai dengan karakteristik sumur CBM itu sendiri. Berdasarkan karakteristik dari batubara, maka terpilih 3 kandidat metode pengangkatan buatan yang cocok untuk sumur-sumur CBM Lapangan X, yaitu SRP, ESP dan PCP. Dilakukan analisa melalui 2 tahap yaitu secara analisa kualitatif dan analisa kuantitatif, dalam pemilihan pengangkatan buatan yang cocok ini.
yang menonjol dari batubara adalah tekstur poripori mikronya, yang memainkan peranan penting dalam banyak sifat kimia-fisik batubara seperti kapasitas penyimpanan (penahanan) gasnya. Gas metana berada menempel pada micropore batubara (matrix). Fracture (rekahan) pada batubara disebut cleats.
2. TEORI DASAR 2.1. Pengertian CBM CBM merupakan gas metana yang berada dilapisan batubara. CBM ini tidak berwarna dan juga tidak berbau namun mudah terbakar. Gas Metana ini terbentuk bersama air, nitrogen dan karbondioksida ketika material tertimbun dan berubah menjadi batubara karena perbedaan suhu dan tekanan dan proses kimia selama waktu geologi. Proses ini disebut juga coalification. CBM adalah model pengambilan gas metana dimana dilakukan proses dewatering atau produksi air terlebih dahulu. Proses dewatering ini dilakukan sampai air yang terkandung dalam reservoir CBM berangsur-angsur menurun dan habis, dan gas metana yang terkandung dalam lapisan batubara mampu keluar sendiri dan secara signifikan meningkat rate-nya.
Gambar 1. Cleats atau Rekahan Batubara Cleats atau rekahan batubara tersebut dapat juga berisi gas bebas atau gas yang tersaturasi air. Sistem tersebut disebut dengan Dual Porosity Reservoirs.
2.2. Karakteristik Reservoir CBM Reservoir CBM sangat berbeda dengan reservoir lapangan minyak dan gas. CBM adalah gas yang tersimpan karena adsorpsi dalam micropore batubara. Gas tersebut juga disebut dengan sweet gas, karena tidak ada kandungan H2S. CBM sangat berbeda dari sandstone gas reservoir, di mana gas metana yang tersimpan didalam batubara adalah akibat suatu proses yang disebut dengan A dsorption. Salah satu ciri
68
Gambar 2. Sistem Reservoir Dual Porosity CBM
M&E, Vol. 9, No.3, September 2011
Minyak dan Gas Bumi ekanan dari batuan diatasnya dan air di dalam rekahan-rekahan batubara (cleat) menahan gas metana untuk tetap menyatu dalam lapisan batubara. Reservoir CBM yang merupakan batubara yang tidak mempunyai pori seperti pori pada batuan reservoir migas. Oleh karena itu, perlu dilakukan upaya stimulasi sumur setelah sumur selesai dibor. Karakteristik batubara yang mempunyai potensi besar CBM dan dapat diproduksikan adalah sebagai berikut: a. Umumnya mempunyai kandungan gas yang tinggi, yakni dalam kisaran 15-30 m3. b. Mempunyai permeabilitas yang bagus, umumnya dalam kisaran 30-50 mD. c. Kedalamannya dangkal. d. Coal rank. Umumnya diproduksi dari batubara Bitumenous, namun tidak tertutup kemungkinan untuk memproduksi gas dari batubara Anthracite.
Tabel 1. Pengelompokan Peringkat Batubara Kelas
Grup
Singkatan
Anthracitic
Meta-Anthracite
Ma
Anthracite
An
Semianthracite
Sa
Low Volatile
Lvb
Medium Volatile
Mvb
High Volatile A
hvAb
Bituminous
Subbituminous
Lignitic
High Volatile B
hvBb
High Volatile C
hvCb
Subbituminous A
subA
Subbituminous B
Sub
Subbituminous C
subC
Lignite A
ligA
Lignite B
ligB
3. KARAKTERISTIK PRODUKSI CBM Kebanyakan sumur-sumur CBM di dunia mempunyai kedalaman yang dangkal berkisar antara 1900-3300 ft, namun ada juga yang mempunyai kedalaman diatas 4000 ft. biasanya lapisan batubara terdapat dikedalaman kurang dari 4000 ft, sehingga pengeboran untuk sumursumur CBM relatif lebih mudah. Secara umum tipe dan model sumur serta komplesi sumur CBM sama saja dengan sumur migas. Perbedaan mendasar sumur CBM hanyalah pada reservoir. Untuk bottomhole equipmentnya pun hampir sama, hanya mungkin spesifikasinya yang agak berbeda tergantung dari sifat fisik dan kimia fluida air. 4. PROSES DEWATERING SUMUR CBM Tahap awal produksi gas metana adalah sebagian besar memproduksi air. Sampai pada akhirnya volume air menurun dan produksi gas meningkat. Bergantung ada kondisi geologi dan jenis pompa yang digunakan, mungkin perlu beberapa tahun untuk memproduksi gas secara penuh. Secara umum, reservoir batubara yang semakin dalam memiliki sedikit air, sehingga semakin cepat menghasilkan gas. Ada 3 tahapan utama dalam memproduksi CBM, yaitu (1) dewatering stage, dimana sejumlah besar air akan diproduksi bersama dengan sejumlah kecil CBM, (2) stabil stage, tahapan ini merupakan tahapan produksi yang stabil yang terjadi setelah pengurangan tekanan reservoir setelah tahap pertama dilakukan, dimana pada tahap ini sejumlah gas yang diproduksi akan meningkat sedangkan jumlah air yang diproduksi akan menurun, dan (3) decline stage, yaitu terjadi penurunan jumlah gas yang diproduksi serta produksi air yang tetap rendah.
Evaluasi Metode Pengangkatan Buatan Pada Proses Dewatering ....... ; Erizka M.W, Gathuk W, Sri Wahyuni
69
Minyak dan Gas Bumi 5.1. Evaluasi Secara Kualitatif Evaluasi secara kualitatif dilakukan dengan membandingkan beberapa parameter seperti lokasi, produktifitas sumur, kadar air, kondisi tekanan alir dasar sumur, kedalaman sumur dan temperature reservoir pada masing masing metode pengangkatan buatan. Metode pengangkatan buatan yang dianalisa secara kualitatif adalah Sucker Rod Pump (SRP), Electric Submergible Pump (ESP) dan Progresive Cavity Pump (PCP).
Gambar 3. Tahap Pengembangan CBM
Untuk itu maka pada sumur CBM, begitu selesai komplesi maka langsung dipasang pompa atau artificial lift untuk proses dewatering. Umumnya diset setelah dilakukan fracturing coal seam CBM. 5. PEMBAHASAN
Berikut adalah data uji sumur-sumur CBM Lapangan X: Sumur CBM E
70
Lokasi Produktifitas Sumur < 100 BPD Kadar Air yang Tinggi Tekanan Alir Dasar Sumur yang rendah Kedalaman yang Dangkal Temperatur <250 F
Sumur-sumur CBM Lapangan X mempunyai kedalaman yang dangkal dengan tekanan reservoir yang rendah. Selain itu laju alir yang kecil dan water cut yang tinggi sehingga perlu dianalisa kembali metode pengangkatan buatan yang ada sebelumnya.
Sumur CBM M
Sumur CBM W
Kedalaman (ft) Q (BPD) Pwf (psia) Pr (psia)
2997 25 276 297
3072 72 310 367
3100 17 487 506
Water cut (%)
100
100
99
Temperatur (0F)
123
123
125
pH @ 770F
7.75
7.70
7.65
Pompa
ParameterParameter
SRP
ESP
PCP
Ya
Ya
Ya
Ya
Tidak
Ya
Tidak
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
Ya
5.2. Evaluasi Secara Kuantitatif Berikut adalah perhitungan masing-masing sumur CBM Lapangan X. a. Sumur CBM E Dengan Q sebesar 25 bpd, Pr 297 psia dan pwf 276 psia maka didapat harga PI adalah: PI = Q/(Pr-Pwf) = 25/(297-276) = 1.190 Setelah itu dibuat IPR dengan memplot laju alir dan Pwf sehingga didapat laju maksimum 353,57 bpd.
M&E, Vol. 9, No.3, September 2011
Minyak dan Gas Bumi Pwf (psia) 297 250 239 200 150 100 50 0
Q (bpd) 0.00 55.95 69.05 115.48 175.00 234.52 294.05 353.57
kecepatan pompa sebesar 200 RPM. Dengan chart maka dapat ditentukan ukuran rod yang digunakan adalah 7/8 in dengan drive head tipe right angel DH 20. b. Sumur CBM M Dengan Q sebesar 72 bpd, Pr 367 psia dan pwf 310 psia maka didapat harga PI adalah: PI
= Q/(Pr-Pwf) = 72/(367-310) = 1.263
Setelah itu dibuat IPR dengan memplot laju alir dan Pwf sehingga didapat laju maksimum 463,58 bpd.
Pwf (psia)
Setelah diketahui laju alir maksimum dan kedalaman sumur, dengan menggunakan metode Quick Selection, pompa yang sesuai untuk sumur CBM E adalah pompa Moyno 40N-165 yang berproduksi 165 BPFD per 100 RPM dengan elektrik motor sebesar 7.5 HP. Berdasarkan pH maka dipilih stator jenis RM102 Elastomer dan rotor jenis Platted Alloy Steel Rotor. Kemudian total dynamic head (TDH) dihitung sebagai berikut:
Q (bpd)
367
0.00
300
84.63
250
147.79
200
210.95
150
274.11
100
337.26
50
400.42
0
463.58
TDH = PFL (ft) + Flow line press (psi) x 2,31 (ft/psi) = 1646.95 + 31.7 x 2,31 = 1720.177 ft TDH untuk menentukan RPM pompa dengan chart Performance Data 40-N-165 diperoleh
Evaluasi Metode Pengangkatan Buatan Pada Proses Dewatering ....... ; Erizka M.W, Gathuk W, Sri Wahyuni
71
Minyak dan Gas Bumi Setelah diketahui laju alir maksimum dan kedalaman sumur, dengan menggunakan metode Quick Selction, pompa yang sesuai untuk sumur CBM M adalah pompa Moyno 40N-165 yang berproduksi 165 BPFD per 100 RPM dengan elektrik motor sebesar 15 HP. Berdasarkan pH maka dipilih stator jenis RM102 Elastomer dan rotor jenis Platted Alloy Steel Rotor. Kemudian total dynamic head (TDH) dihitung dan didapat sebagai berikut: TDH = PFL (ft) + Flow line press (psi) x 2,31 (ft/psi) = 1726.84 + 15.9 x 2,31 = 1756.906 ft TDH untuk menentukan RPM pompa dengan chart Performance Data 40-N-165 diperoleh kecepatan pompa sebesar 300 RPM. Dengan chart maka dapat ditentukan ukuran rod yang digunakan adalah 7/8 in dengan drive head tipe right angel DH 20. c. Sumur CBM W Dengan Q sebesar 17 bpd, Pr 506 psia dan pwf 487 psia maka didapat harga PI adalah: PI
TDH = PFL (ft) + Flow line press (psi) x 2,31 (ft/psi) = 1726.84 + 15.9 x 2,31 = 1756.906 ft
= Q/(Pr-Pwf) = 72/(367-310) = 1.263
Setelah itu dibuat IPR dengan memplot laju alir dan Pwf sehingga didapat laju maksimum 452.74 bpd. Pwf (psia)
72
Setelah diketahui laju alir maksimum dan kedalaman sumur, dengan menggunakan metode Quick Selction, pompa yang sesuai untuk sumur CBM W adalah pompa Moyno 40N-165 yang berproduksi 165 BPFD per 100 RPM dengan elektrik motor sebesar 15 HP. Berdasarkan pH maka dipilih stator jenis RM102 Elastomer dan rotor jenis Platted Alloy Steel Rotor. Kemudian total dynamic head (TDH) dihitung dan didapat sebagai berikut:
Q (bpd)
367
0.00
300
84.63
250
147.79
200
210.95
150
274.11
100
337.26
50
400.42
0
463.58
TDH untuk menentukan RPM pompa dengan chart Performance Data 40-N-165 diperoleh kecepatan pompa sebesar 300 RPM. Dengan chart maka dapat ditentukan ukuran rod yang digunakan adalah 7/8 in dengan drive head tipe right angel DH 30.
M&E, Vol. 9, No.3, September 2011
Minyak dan Gas Bumi 6. KESIMPULAN 1) Penggunaan pompa sebelumnya pada sumur-sumur CBM Lapangan X kurang efektif dibandingkan dengan penggunaan metode progressive cavity pump. Penggunaan pompa PCP ini didasarkan pada karakteristik reservoir sumur-sumur CBM Lapangan X yang produktifitas sumurnya rendah dan memiliki watercut sangat tinggi. 2) Dilakukan analisa pemilihan ulang pompa pada sumur-sumur CBM Lapangan X untuk meningkatkan kembali produksi sumurnya. Ada 2 analisa yg dilakukan, yang pertama adalah analisa kualitatif setelah itu pompa yang terpilih dianalisa secara kuantitatif. 3) Setelah dilakukan evaluasi secara kualitatif didapat pompa yang cocok adalah metode progressive cavity pump. 4) Pada evaluasi secara kuantitatif pompa cavity yang cocok untuk sumur CBM E, sumur CBM M dan sumur CBM W adalah pompa 40-N-165 dengan jenis RM-102 Elastomer pada stator dan jenis rotornya adalah chrome plated alloy steel rotor.
DAFTAR PUSTAKA "Down Hole Pump Training", R&M Energy Systems.
Mukti MM., Ir. Nazimudin, Ir. Rini Setiati MT., "Panduan Metode Penulisan Ilmiah", Program Studi Teknik Perminyakan, Universitas Trisakti, Jakarta 2009. Nurizky, Hasriadi, "Evaluasi Perencanaan Progressive Cavity Pump pada Lapangan Kenali Asam", Tugas Akhir-Jurusan Teknik Perminyakan Universitas Trisakti, Jakarta, 2005. Putranto, Suryo Adi, "Evaluasi Electric Submergible Pump (ESP) Sumur KAS-189 Dan Kas 244 Di Lapangan Kenali Asam Pertamina UBEP Jambi", Tugas AkhirJurusan Teknik Perminyakan Universitas Pembangunan Nasional, Yogyakarta, 2007. Rogers, Dr. Rudy E., et al, Coalbed Methane: Principles and Practices, Third Edition, Oktibbeha Publishing Co. LLC, USA, 2007. Sitaresmi, Ratnayu, dkk, " Metode Peramalan Kelakuan dan Produksi Gas Metana Batubara Menggunakan Korelasi Dari Data Produksi Aktual", IATMI, Jakarta, 2008. Tuti Fitria, "Evaluasi Effisiensi Kinerja Sucker Rod Pump (SRP) dengan Melakukan Perencanaan ulang Pompa Di Lapangan "ALTI"", Kolokium II-Jurusan Teknik Perminyakan Universitas Islam Riau, Pekanbaru, 2008. Wahyudi, Panca, dkk, "Proses Uji Produksi (Dewatering) Lanjutan Untuk Menghasilkan Gas Metana Dari Sumur Batubara", PPPTMGB LEMIGAS, Jakarta, 2008.
"Well File: Lapangan X, Sumatera Selatan", PPPTMGB LEMIGAS. Cockcroft, Peter, "Coal Bed Methane In Indonesia", Luncheon Talk Indonesian Petroleum Association (IPA), Jakarta, 2008.
Evaluasi Metode Pengangkatan Buatan Pada Proses Dewatering ....... ; Erizka M.W, Gathuk W, Sri Wahyuni
73
Minyak dan Gas Bumi
Lampiran 1. Spesifikasi pompa Moyno 40-N-16
74
M&E, Vol. 9, No.3, September 2011
Minyak dan Gas Bumi
Lampiran 2. Grafik performance pompa Moyno 40-N-165
Evaluasi Metode Pengangkatan Buatan Pada Proses Dewatering ....... ; Erizka M.W, Gathuk W, Sri Wahyuni
75
