4.2. Injeksi Air (Waterflooding) Waterflooding merupakan metode perolehan tahap kedua dengan menginjeksikan air ke dalam reservoir untuk mendapatkan tambahan perolehan minyak yang bergerak dari reservoir menuju ke sumur produksi setelah reservoir tersebut mendekati batas ekonomis produktif melalui perolehan tahap pertama. Keuntungan dari pelaksanaan Waterflooding dibandingkan dengan metode perolehan tahap kedua yang lainnya (gas flooding), antara lain adalah :
tersedia dalam jumlah yang melimpah,
relatif mudah diinjeksikan dan mampu menyebar melalui formasi bearing minyak, dan
lebih efisien dalam mendesak minyak. Penginjeksian air bertujuan untuk memberikan tambahan energi kedalam
reservoir. Pada proses pendesakan, air akan mendesak minyak mengikuti jalurjalur arus (stream line) yang dimulai dari sumur injeksi dan berakhir pada sumur produksi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12, yang menunjukkan kedudukan partikel air yang membentuk batas air-minyak sebelum breakthrough (a) dan sesudah breakthrough (b) pada sumur produksi.
s u m u r p ro d u k s i
A
B
A
B
D
C D E
(a )
s u m u r in je k s i
E
(b )
Gambar 4.12. Kedudukan Air Sepanjang Jalur Arus (a) sebelum dan (b) sesudah Tembus Air Pada Sumur Produksi 3)
4.2.1. Perencanaan Waterflood Sebelum membuat perencanaan operasi waterflooding diperlukan studi pendahuluan. Data-data yang dibutuhkan dalam studi pendahuluan antara lain adalah sebagai berikut :
Sifat fisik batuan reservoir.
Permeabilitas rata-rata dalam berbagai luasan reservoir.
Data porositas dalam berbagai luasan reservoir.
Heterogenitas reservoir.
Sifat fluida reservoir. Distribusi saturasi air, baik sebelum injeksi maupun sesudah injeksi.
Model geologi, yang meliputi stratigrafi dan struktur.
Sejarah produksi dan tekanan. Data tersebut diatas, digunakan dalam studi pendahuluan mengenai
pelaksanaan waterflood, yang meliputi : Perencanaan Air Injeksi.
Air untuk injeksi harus mempunyai syarat-syarat : o
Tersedia dalam jumlah yang cukup sepanjang masa injeksi
o
Tidak mengandung padatan-padatan yang tidak dapat larut.
o
Secara kimiawi stabil dan tidak mudah bereaksi dengan elemenelemen yang terdapat dalam sistem injeksi dan reservoir.
Simulasi Reservoir. Sebelum waterflooding diterapkan terlebih dahulu dibuat simulasinya berdasarkan data-data diatas. Simulasi dapat dibuat dalam sistem 1 dimensi, 2 dimensi, dan 2 dimensi dengan teknik numerik.
Studi Laboratorium. Penelitian laboratorium dimaksudkan untuk mencari kecocokan antara proses waterflooding dengan sifat batuan dan fluidanya.
Pelaksanaan Pilot Project.
Mencoba mengaplikasikan ke dalam permasalahan di lapangan. Ada dua jenis pola injeksi yang umum digunakan, yaitu pola five-spot dan single-injection. Kedua pola ini dapat memaksimalkan jumlah migrasi minyak.
Monitoring Pelaksanaan Pilot Project. Memonitor dan mengevaluasi hasil yang diperoleh dari pelaksanaan pilot project..
Resimulasi. Hasil yang diperoleh dari pelaksanaan pilot project dibandingkan dengan simulasi reservoir yang dibuat, lalu diadakan penyesuaian antara kondisi lapangan dengan simulasi reservoirnya.
Evalusi Ekonomi. Meliputi: Perkiraan biaya yang dibutuhkan, perhitungan-perhitungan dan presentasi. Hasil dari studi pendahuluan untuk selanjutnya digunakan dan dijadikan
acuan dalam perencanaan operasi waterflood. Perencanaan tersebut meliputi penentuan lokasi sumur injeksi dan sumur produksi,
penentuan pola sumur
(pattern) serta penentuan debit dan tekanan injeksi. Penentuan Lokasi Sumur Injeksi-Produksi Pada umumnya dipegang prinsip bahwa sumur-sumur yang sudah ada sebelum injeksi dipergunakan secara maksimal pada waktu berlangsungnya injeksi nanti. Jika masih diperlukan sumur-sumur baru maka perlu ditentukan lokasinya. Untuk memilih lokasi sebaiknya digunakan peta distribusi cadangan minyak tersisa. Di daerah yang sisa minyaknya masih besar mungkin diperlukan lebih banyak sumur produksi daripada daerah yang minyaknya tinggal sedikit. Peta isopermeabilitas juga membantu dalam memilih arah aliran supaya penembusan fluida injeksi (breakthrough) tidak terjadi terlalu dini. Penentuan Pola Sumur Injeksi-Produksi Salah satu cara untuk meningkatkan faktor perolehan minyak adalah dengan membuat pola sumur injeksi-produksi, yang bertujuan untuk mendapatkan
pola penyapuan yang seefisien mungkin. Tetapi kita harus tetap memegang prinsip bahwa sumur yang sudah ada sebelum injeksi harus dapat digunakan semaksimal mungkin pada waktu berlangsungnya injeksi nanti. Pertimbangan-pertimbangan dalam penentuan pola sumur injeksi produksi tergantung pada:
Tingkat keseragaman formasi, yaitu penyebaran permeabilitas ke arah
lateral maupun ke arah vertikal.
Struktur batuan reservoir meliputi patahan, kemiringan, dan ukuran.
Sumur-sumur yang sudah ada (lokasi dan penyebaran).
Topografi.
Ekonomi. Pada operasi waterflooding sumur-sumur injeksi dan produksi umumnya
dibentuk dalam suatu pola tertentu yang beraturan, misalnya pola tiga titik,lima titik, tujuh titik, dan sebagainya. Pola sumur dimana sumur produksi dikelilingi oleh sumur-sumur injeksi disebut dengan pola normal. Sedangkan bila sebaliknya yaitu sumur-sumur produksi mengelilingi sumur injeksi disebut dengan pola inverted. Masing-masing pola mempunyai sistem jaringan tersendiri yang mana memberikan jalur arus berbeda-beda sehingga memberikan luas daerah penyapuan yang berbeda-beda. Diantara pola-pola yang paling umum digunakan :
Direct line drive : sumur injeksi dan produksi membentuk garis tertentu dan saling berlawanan. Dua hal penting untuk diperhatikan dalam sistem ini adalah jarak antara sumur-sumur sejenis (a) dan jarak antara sumur-sumur tak sejenis (b)
Staggered line drive : sumur-sumur yang membentuk garis tertentu dimana sumur injeksi dan produksinya saling berlawanan dengan jarak yang sama panjang, umumnya adalah a/2 yang ditarik secara lateral dengan ukuran tertentu.
Four spot : terdiri dari tiga jenis sumur injeksi yang membentuk segitiga dan sumur produksi terletak ditengah-tengahnya.
d ire c t lin e d riv e
s t a g g e r e d lin e d riv e
re g u la r f o u r s p o t p a tte rn
sk e w e d f o u r s p o t p a tte rn
f iv e s p o t p a t te r n
s e v e n s p o t p a tte rn
in v e r t e d s e v e n s p o t p a tte rn
n in e s p o t p a tte r n
in v e r t e d n in e s p o t p a tte r n
in je c tio n w e ll
p r o d u c t io n w e ll
Gambar 4.13 Pola-pola Sumur Injeksi-Produksi 3)
Five spot : Pola yang paling dikenal dalam waterflooding dimana sumur
injeksi membentuk segi empat dengan sumur produksi terletak ditengahtengahnya. Seven spot : sumur-sumur injeksi ditempatkan pada sudut-sudut dari
bentuk hexagonal dan sumur produksinya terletak ditengah-tengahnya. Penentuan Debit dan Tekanan Injeksi Debit injeksi yang akan ditentukan di sini adalah untuk sumur-sumur dengan pola tertutup dengan anggapan bahwa mobility ratio (M) sama dengan satu. Besarnya debit injeksi tergantung pada perbedaan tekanan injeksi di dasar sumur dan tekanan reservoirnya. Bentuk persamaan dikembangkan dari persamaan Darcy sesuai dengan pola sumur injeksi-produksi,sebagai berikut :
Pola direct line drive (d/a ≥1), i=
d + 1,571 a − 1,838
................................. (4-12)
(
)
3,541 k w h ∆P x 10 −3 a d µw ln r + 1,571 a − 1,838 w
................................. (4-13)
Pola five spot (d/a = 0,5), i=
a µw ln rw
)
Pola staggered line drive (d/a ≥1), i=
(
3,541 k w ∆P x 10 −3
(
)
3,541 k w h ∆P x 10 −3 d µw ln r − 0,619 w
.................................................. (4-14)
Pola seven spot, i=
4,72 k w h d µ w ln rw
(∆P x 10 −3 )
− 0,619
................................................... (4-15)
Persamaan yang disebutkan diatas adalah laju injeksi dari fluida yang mempunyai mobilitas yang sama (M=1) karena reservoir minyak terisi oleh cairan saja. Untuk menentukan laju injeksi sampai dengan terjadinya interferensi digunakan persamaan: iw =
7,07 x 10 −3 k h ∆P µ w r µ o re + ln ln k rw rw k ro r
................................................. (4-16)
Untuk mencapai keuntungan ekonomis yang maksimal biasanya diinginkan debit injeksi yang maksimal, namun ada pembatasan-pembatasan yang harus diperhatikan. Batas bawah debit injeksi adalah debit yang menghasilkan produksi minyak yang merupakan batas ekonomisnya. Batas atas debit injeksi adalah debit yang berhubungan dengan tekanan injeksi yang mulai menyebabkan terjadi rekahan di reservoir. Analisa berikutnya adalah injeksi air dari interface sampai dengan fill-up. Besarnya laju injeksi pada perioda ini dinyatakan dengan persamaan : iwf = τ x i .........................................................................................
(4-17)
Dengan diketahuinya laju injeksi pada setiap periode dari perilaku water flood, maka diramalkan waktu injeksi dari setiap periode. 4.2.2. Perhitungan Performance Injeksi Berpola Percobaan model fisik berskala kecil menghasilkan beberapa grafik performance dalam bentuk hubungan Es (effisiensi penyapuan) terhadap Vid (volume yang diinjeksikan, tak berdimensi), atau fw (fraksi laju aliran dari fluida pendesak, misalnya air) terhadap M (perbandingan mobilitas air terhadap minyak). Model fisik ini menggambarkan reservoir dan aliran sebagai berikut :
Tebal lapisan dibandingkan dengan ukuran reservoir adalah kecil, sehingga persoalan dapat dianggap 2 dimensi.
Tidak ada pengaruh gravitasi atau kemiringan reservoir adalah kecil (<10o)
Reservoir bersifat homogen
Pendesakan torak dan aliran mantap berlaku pada proses injeksi. Hasil percobaan diperoleh dari perekaman daerah yang didesak dan
dinyatakan dalam hubungan Es terhadap bermacam-macam harga fw dan Vid luas daerah di belakang front Es = luas unit pola injeksi
Vid =
(4-18)
volume yang telah diinjeksi ( Vi ) volume pori − pori yang didesak ( Vd )
Vd = Vb φ (1 – Swc –Sor)
(4-19)
(4-20)
Hasil percobaan ini dapat digunakan untuk menentukan performance dari reservoir yang mengalami injeksi berpola, baik untuk lapisan tunggal maupun untuk reservoir berlapis-lapis. Dalam hal ini akan dibahas untuk reservoir lapisan tunggal. Pada waktu injeksi dimulai reservoir akan mengandung gas bebas bila tekanan reservoir berada dibawah tekanan jenuh. Gas bebas ini baru dapat mengalir bila saturasi gas sudah melampaui harga saturasi yang kritis (Sg > Sgc). Gas bebas pada saat saturasi mencapai Sg ≤ Sgc masih belum dapat mengalir, sehingga injeksi air tidak dapat mendesak gas ke arah sumur-sumur produksi melainkan tertinggal di belakang front atau larut kembali dalam minyak. Perhitungan Performance apabila Sg memenuhi keadaan 0≤ Sg≤ Sgc Besaran yang digunakan adalah Np (produksi minyak kumulatif, bbl), Wp(produksi air kumulatif, bbl), Wi (injeksi air kumulatif, bbl) dan WOR (perbandingan debit produksi minyak dan debit produksi air) Parameter yang dibutuhkan untuk perhitungan: 1. Perbandingan mobilitas M=
k rw Sor µo k ro S wr µw
2. Volume pori yang dapat didesak oleh air
(4-21)
(
VD = Vb φ 1 − S wc − S g − S or
)
(4-22)
3. Dari grafik pada Gambar 4.14 dapat ditentukan hubungan Es dan ViD, kemudian dibuat gambarnya seperti Gambar 4.15.
0 ,9
3 ,0
1 ,0
0 ,8
2 ,0 0 ,9
BR
1 ,5
EA KT
0 ,7
0 ,8
HR G OU
0 ,6
0 ,7
H
A re a l s w e p t e f f ic ie n c y , E s
1 ,0
0 ,6
0 ,5 0 ,4 0 ,3 0 ,1
0 ,5 in je c t e d v o lu m e d i s p la c e a b l e p o re v o lu m e
1
10
M o b ility r a tio , M
100
1000
Gambar 4.14 Grafik Hubungan antara Es vs ViD untuk berbagai Harga M. 2)
1 .0
M = 2
M - 2, M >
Es
0 .0
0
1
2
V iD
3
Gambar 4.15 Grafik Hubungan antara ViD vs Es Dari grafik tersebut dapat dihitung :
4
2)
1. ( f o )
res t∆ViD → 0 = lim
( f w ) =1 − ( f o )
∆E s dE s = ∆ViD dViD
(4-23)
res
( f w ) res 2. ( WOR ) res = 1 − ( f w ) res ( WOR ) s = ( WOR ) res
.................................................................... (4-24)
Bo Bw
(4-25)
(WOR)res dan (WOR)s berturut-turut adalah perbandingan debit produksi air dan minyak di reservoir dan di permukaan.
( E s ) mod el x ( VD )
3. N p = Wi =
Bo
( WiD ) mod el x ( VD ) Bw
Wp =
Wi B w − N p B o Bw
(4-26) (4-27) (4-28)
Dari hasil perhitungan di atas dapat dihitung :
(fo )s
=
(
dN p
d Wp + N v
( WOR ) =
)
1 − (fo )s
(fo )s
(4-29)
(4-30)
Penentuan Performance apabila Sg Memenuhi Keadaan Sg>Sgc Anggapan yang digunakan adalah sebagai berikut :
Oil bank bertemu pada sumur produksi yang dikelilingi oleh sumur injeksi
Minyak telah mengisi seluruh bagian reservoir, kecuali daerah yang diisi air. Oil bank breakthrough bersamaan di semua sumur injeksi berpola
Selama pengisian minyak pada pori-pori yang telah ditinggalkan gas hingga oil bank breakthrough tercapai (fill up), sumur tetap memproduksikan minyak dengan debit qo seperti sebelum injeksi dimulai
Volume air dan situasi minyak pada saat oil bank breakthrough :
Displaceble pore volume ( VD ) = Vb φ(1 − S wc − S gr − Sor )
1. Keadaan minyak pada oil bank
(
S o = 1 − S wc − S gr
)
(4-31)
2. Jumlah air yang telah diinjeksikan WiDf =
(Sg − Sgr ) 1 − q o B o t w Bw
1 − S wc − S gr − S or
(
)
(4-32)
a. Sampai dengan fill up, minyak yang diproduksi : N pf = q o x
Wif V V = q o x D iDf i w Bw i w Bw
(4-33)
b. Sesudah fill up, produksi minyak kumulatif :
N p − N pf =
( E s − ViDf ) VD
(4-34)
Bo
Volume air yang telah diinjeksikan sejak operasi dimulai :
Wt =
V i VD
xVD mod el Bw
(4-35)
Produksi air kumulatif (Wp) sebanding dengan selisih antara volume air yang diinjeksikan sebelum fill up dengan volume air yang menggantikan minyak sesudah fill up. Wp =
( ViD − ViDf ) VD ( E s − ViDf ) VD Bw
−
Bw =
( ViD − E s ) VD Bw (4-36)
Perbandingan air-minyak di permukaan :
( WOR ) s =
dWp dN p
(4-37)
