PENELITIAN LABORATORIUM INJEKSI UDARA: PENENTUAN LAJU DAN TEKANAN INJEKSI OPTIMAL PADA PENDESAKAN TAK TERCAMPUR DAN OKSIDASI TEMPERATUR RENDAH
TUGAS AKHIR
Oleh: GILANG RIFKI ARIF NIM 12202053
Diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan Program Sarjana pada Program Studi Teknik Perminyakan
PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS ILMU KEBUMIAN DAN TEKNOLOGI MINERAL INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
PENELITIAN LABORATORIUM INJEKSI UDARA: PENENTUAN LAJU DAN TEKANAN INJEKSI OPTIMAL PADA PENDESAKAN TAK TERCAMPUR DAN OKSIDASI TEMPERATUR RENDAH
TUGAS AKHIR
Oleh: GILANG RIFKI ARIF NIM 12202053
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…………………………….
(Prof.Dr.Ir H.P. Septoratno Siregar)
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur hanya kepunyaan Allah Ar-Rahman yang senantiasa menyempurnakan cinta-Nya pada setiap makhluk-Nya. Yang menyelimuti setiap helaan nafas dan degup jantung dengan kelembutan kasih sayang. Yang telah membentangkan jalan kebaikan dan memberikan kekuatan untuk menjalaninya. Sungguh tiada Tuhan melainkan Dia Yang Satu. Allah-lah yang telah membukakan pikiran, kelapangan waktu dan kemudahan dalam berusaha sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir yang mengangkat judul “Penentuan Laju dan Tekanan Injeksi Udara Optimal Pada Pendesakan Tak Tercampur dan Oksidasi Temperatur Rendah” ini. Allah pulalah yang telah menitipkan cinta dan pertolongan-Nya melalui Tangan-Tangan yang luar biasa, yang senantiasa hadir, mengulurkan bantuan dan mewarnai perjalanan penulis hingga hari ini. Tak ada penghargaan layak yang mampu penulis persembahkan selain ucapan terima kasih dan doa tulus semoga Allah Al-Kariim memuliakan setiap kebaikan yang tertuang dalam berbagai perkataan dan tindakan yang telah dilakukan untuk penulis. Adapun Tangan-Tangan Allah tersebut, adalah: 1. Ibundaku Tercinta, Terima kasih untuk cinta yang selalu terbalut dalam setiap kelembutan nasihat, dalam setiap ketulusan doa dan dalam setiap kehangatan tutur kata. Sungguh beruntung memiliki seorang teladan kesabaran dan keteguhan hati. Semoga Allah senantiasa memuliakan dan membahagiakan Ibu di tempat yang terbaik. 2. Ayahanda yang selalu kuhormati, Terima kasih telah mengajarkan besarnya makna harapan dan cita-cita. Semoga Allah mengganti setiap kesabaran dan keikhlasan Ayah dengan tukaran terbaik. 3. Tegar Maulana, Idzni Mitsali dan Fahrizan Rasyad Adik-adik yang selalu memberikan motivasi, semangat, kehangatan dan kebahagiaan yang menakjubkan hati dan mewarnai hari. 4. Prof. Dr. Ir. H.P Septoratno Siregar. Dosen yang membimbing penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Seorang guru yang penulis kagumi. Pribadi yang tetap menjaga nilai kesahajaan, kesederhanaan dan kebaikan hati bersamaan dengan segala atribut intelektualitas yang dimiliki. Terima kasih atas ilmu dan kesempatan yang diberikan kepada penulis. 5. Dr. Ir. Sudjati Rachmat dan Dr. Ir. Nenny Miryani Dosen Wali yang penuh perhatian dan selalu dapat dimintai bantuan. Terima kasih atas dorongan semangat dan bimbingannya yang tak pernah surut selama penulis menjalani berbagai fase naik turun di ITB. Semoga tak ada lagi mahasiswa yang semenyusahkan penulis yang harus Abah dan Mbak Nenny tangani. 6. Seluruh staf pengajar program studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung. Terima kasih atas setiap ilmu dan buah pikiran yang ditanamkan. Semoga ilmu tersebut mampu tumbuh dalam diri penulis dan berbuah manfaat bagi bangsa. 7. Mbak Ita dan Mas Thoifur, Dua staf andalan Mas Septo di Ogrindo. Terima kasih atas kesempatan dan berbagai kemudahan yang selalu ditawarkan kepada penulis. 8. Mas Zinnun dan Mas Dedi Rekan kerja sekaligus pembimbing yang canggih selama penulis melakukan penelitian dan beraktivitas di Ogrindo. 9. Om Ano, Pak Oman, Pak Haryanta, Pak Paryono, Pak Rohenda, Pak Idi, Pak Acep dan Teh Yuti. Tokoh-tokoh Tata Usaha Prodi TM yang banyak sekali membantu kemudahan akademis penulis. Semoga penulis berkesempatan membalas budi baik yang telah diberikan.
10. Dinda Andini God greatest gifts. Best Ally ever. Perempuan separuh malaikat yang tak pernah kelelahan membagi perhatian dan kesabarannya. Terima kasih sudah selalu menemani dan menghangatkan jiwa. Definitely the world is much better with u around. 11. Adenita Matahari kecil yang selalu menumbuhkan semangat dan keyakinan dalam hati. Your honesty helps me see my weakness and your support helps me turn then into strengths. You challenge me to be the best me, yet accept for who I am. Thank You Sun. 12. Khresno Sang Mahasinganada. Manusia hebat yang selalu bisa diandalkan dan selalu ada dalam hati penulis, sebagai sahabat, kakak, teladan. Terima kasih untuk semua dukungan dan kebersamaannya, it’s truly beyond words. 13. Dhanie Marstiga Birds of a feather. Sahabat yang sering menghilang saat dibutuhkan dan muncul disaat yang tidak diharapkan. Terima kasih telah membuka cakrawala yang luas tentang banyak hal. 14. Hanifah dan Amelia My two beloved Home-Made Friends. Dua sahabat yang selalu dekat di hati. Yang senantiasa menghadirkan perhatian made in Singapura dan Malaysia. Terima kasih sudah selalu memacu berlari untuk menggenggam mimpi. 15. Tina Lusiana Mahaguru kehidupan dan perempuan hebat yang begitu setia mengajarkan banyak makna dan menguraikan arti kesabaran dan keikhlasan pada saat yang bersamaan. I truly bless the day that I find you. I’m a different person, a better one, because of you. And for that I can’t thank you enough. 16. Aulia Nugraha, Dede M. Nashir, Rizky Sulaksono dan Alfonso Riantino Brother in Arms. Kawan seperjuangan semenjak Ospek, TPB, Sarmud, KP dan akhirnya, Wisuda… Semoga waktu hanya akan mempererat kebersamaan kita. 17. Ranov Fasalo dan Mardhani Cahyanto Two Simply Good Friends. Sahabat yang selalu membuka sudut pandang baru dalam berpikir, yang selalu membuat suasana lebih ringan dan menyenangkan, no matter what. 18. HMTM PATRA dan Patra Mania Komunitas yang telah banyak memperkaya wawasan berpikir dan bertindak penulis, khususnya kawankawan angkatan 2004. Always remember, don’t crack under pressure, Dodol!!! Penulis menyadari begitu banyak ketidaksempurnaan dalam penelitian ini. Karenanya setiap saran dan masukan untuk perbaikan akan selalu penulis nantikan agar di masa mendatang dapat menyajikan karya yang lebih baik lagi. Bandung, 19 Juni 2008 Penulis,
Gilang Rifki Arif
My will shall shape the future. Whether I fail or succeed, Shall be no man's doing but my own.
I am the force. I can clear any obstacle before me, Or I can be lost in the maze. My choice, My responsibility, Win or Lose,
Only I hold the key to my destiny.
For my beloved mother …Ibunda Teti Hartati
PENELITIAN LABORATORIUM INJEKSI UDARA: PENENTUAN LAJU DAN TEKANAN INJEKSI OPTIMAL PADA PENDESAKAN TAK TERCAMPUR DAN OKSIDASI TEMPERATUR RENDAH AIR INJECTION LABORATORY STUDY: LIGHT OIL OPTIMUM INJECTION RATE AND PRESSURE INVESTIGATION IN IMMISCIBLE DISPLACEMENT AND LOW TEMPERATURE OXIDATION Gilang Rifki Arif* Prof.Dr.Ir.Septoratno Siregar** .
.
SARI Lapisan atmosfer bumi mengandung udara bebas dalam jumlah yang sangat besar. Sebagai sumber daya yang terbaharui dengan jumlah tak terbatas, udara dimanfaatkan dalam berbagai aspek kehidupan manusia. Salah satunya adalah penggunaan udara sebagai material injeksi untuk meningkatkan nilai perolehan cadangan hidrokarbon dari reservoir. Hal ini sangat terkait dengan keberadaannya yang murah, melimpah dan bersih. Salah satu kunci keberhasilan pemanfaatan udara ini adalah dengan melakukan penelitian injeksi udara di laboratorium untuk melihat pengaruhnya pada kenaikan nilai perolehan cadangan saat udara diinjeksikan pada minyak ringan dengan menggunakan alat Jeffri Slim-tube Apparatus. Injeksi dilakukan pada kondisi low temperature oxidation (LTO) dan pendesakan tak tercampur dimana tekanan injeksi dibatasi oleh minimum miscible pressure (MMP). Berbagai kondisi ini dipenuhi dengan menyesuaikan parameter pada percobaan. Hasil akhir dari penelitian ini adalah mengetahui laju injeksi optimum serta tekanan injeksi optimum yang menghasilkan nilai perolehan cadangan hidrokarbon terbesar, sehingga dapat dijadikan dasar pada aplikasi injeksi udara di lapangan minyak.
Kata kunci : injeksi udara, perolehan cadangan, low temperature oxidation. ABSTRACT We have almost unlimited amount of air in the atmosphere. It is one of renewable and unlimited resource for mankind benefits. One of its benefits is as an injected material to improve the recovery of oil and gas, is because it is unlimited, inexpensive and clean. A laboratory strategy was proposed to assess the recovery potential by air injection into light-oil reservoir and to help determinate the optimal operating condition. The displacement was conducted under low temperature oxidation (LTO) and immiscible condition, which means that the injection pressure is below the minimum miscible pressure (MMP). The study was conducted in the laboratory using the Jeffri Slim-tube Apparatus, and was emphasized on searching the optimum injection pressure and injection rate applied in oil fields which resulted the maximum oil recovery. Keywords : air injection, recovery, low temperature oxidation. *) **) .
Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung Dosen Pembimbing Program Studi Teknik Perminyakan – Institut Teknologi Bandung .
1.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang EOR Diawal masa produksi minyak bumi, mekanisme pengangkatan fluida dari bawah permukaan memanfaatkan tenaga pendorong alami yang dimiliki reservoir minyak tersebut. Tenaga pendorong alami tersebut akan berkurang seiring dengan waktu produksi sebelum mampu menguras seluruh cadangan, nilainya hanya sekitar 10-15% dari nilai initial oil in place (IOIP) reservoir tersebut. Jumlah perolehan ini dikenal dengan istilah primary recovery. Tahap produksi selanjutnya umumnya menggunakan metode artificial lift yang dapat berupa pemanfaatan metode pumping atau gaslift. Keduanya mendasarkan pada usaha mekanis dalam menurunkan pressure drop aliran fluida dari dasar sumur hingga permukaan. Nilai perolehan hidrokarbon yang diperoleh dari tahap produksi ini dinamakan secondary recovery. Karena sifatnya yang mekanis, nilai perolehan dari metode artificial lift ini umumnya berkisar 40%, karena tidak ada sifat reservoir yang diubah. Untuk dapat memaksimalkan nilai perolehan minyak bumi dari reservoir yang diproduksikan maka dipakailah teknik tahap lanjut (enhanced oil recovery). Metode ini mengubah sifat-sifat reservoir dengan memanfaatkan tenaga pendorongan dari luar reservoir. Metode ini dapat dikelompokan seperti ditunjukkan pada tabel 1.1. Tabel 1.1 Pengelompokan Metode Peningkatan Perolehan Tahap Lanjut.1)
Injeksi Tercampur
Injeksi TakTercampur Injeksi Kimia
Injeksi Thermal
• Injeksi Gas CO2 • Injeksi Gas Diperkaya • Injeksi Gas Tak Reaktif • Injeksi Gas Kering • Injeksi Udara • Injeksi Air • Injeksi Gas • Injeksi Alkalin • Injeksi Polimer • Injeksi Surfactant • Injeksi Air Panas • Injeksi Uap • In-Situ Combustion
Nilai perolehan cadangan yang diperoleh dari berbagai penerapan teknik enhanced oil recovery (EOR) ini disebut sebagai tertiary recovery dan nilainya bervariasi bergantung Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
pada banyak faktor, antara lain sifat batuan dan fluida reservoir tersebut. 1.2 Latar Belakang Injeksi Udara Berbagai metode EOR yang dipakai untuk meningkatkan perolehan cadangan umumnya tidak hanya mempertimbangkan faktor teknis saja, tetapi juga faktor ekonomis dan operasional. Gas methane, karbondioksida (CO2), flue gas, nitrogen dan udara merupakan gas yang biasa dipakai sebagai fluida injeksi. Idealnya gas alam (methane) yang dihasilkan dari hydrocarbon solvent bank sebaiknya diinjeksikan untuk menghindari kontaminasi antara minyak dan gas yang diproduksikan. Namun harga gas methane yang tinggi untuk dipasaran secara komersil dan jumlahnya yang terbatas untuk memenuhi kebutuhan penginjeksian menjadikan aplikasi gas alam ini sebagai fluida injeksi menjadi sulit dilakukan. Penggunaan CO2 dapat memberikan keuntungan berupa pengurangan nilai viskositas minyak dan menurunkan tekanan pencampuran antara CO2 dengan minyak yang lebih rendah dibandingkan nitrogen. Disamping itu CO2 juga dapat memeberikan efek oil swelling pada fluida reservoir. Namun untuk memperoleh CO2 ini sulit, biasanya sumber CO2 adalah hasil sampingan dari pabrik yang menggunakan pembakaran batubara dan pabrik semen. Sehingga untuk daerah yang jauh dari sumber CO2 tersebut biaya yang dikeluarkan menjadi besar. Selain hal tersebut penggunaan CO2 pada tekanan dan temperatur tinggi dapat meningkatkan kecenderungan munculnya korosi pada downhole equipment . Flue gas memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan. Tetapi dengan kandungan carbon dioxide, nitrous oxides dan H2O membuat sifatnya korosif terhadap downhole equipment. Disamping itu juga jika ditinjau dari segi harga, flue gas memiliki harga cukup tinggi. Sedangkan untuk nitrogen, gas ini dapat diekstraksi dari udara yang jumlahnya tidak terbatas di bumi. Sifatnya seperti inert gas (immisicible) memiliki harga yang lebih murah dibandingkan dari gas-gas yang disebutkan sebelumnya. Metode injeksi udara kini semakin diperhitungkan untuk dijadikan alternatif peningkatan perolehan hidrokarbon dari reservoir. Hal ini terkait dengan ketersediaannya di alam yang sangat melimpah dan bebas biaya. Faktor ini sangat mendukung peningkatan perolehan hidrokarbon dari lapangan-lapangan 7
yang letaknya jauh dari sumber gas atau air yang biasa dipakai dalam metode EOR. Pada awalnya injeksi udara biasa diterapkan pada reservoir yang memiliki minyak berat. Pada proses ini oksigen yang terkandung dalam udara akan mengoksidasi fraksi minyak. Oksidasi tersebut pada akhirnya akan meningkatkan temperature di reservoir dan menyebabkan minyak berat menjadi mencair. Dengan kata lain terjadi perubahan viskositas minyak akibat efek thermal yang dihasilkan. Fenomena ini dikenal istilah in-situ combustion. Pada penelitian ini injeksi udara diapliksikan di laboratorium menggunakan slim-tube apparatus pada minyak ringan dengan temperature relatif rendah (90oC) untuk melihat perilaku peningkatan perolehan minyak ringan pada pendesakan 1-dimensi. Penelitian difokuskan pada optimasi laju dan tekanan injeksi udara yang dapat menghasilkan nilai perolehan maksimal.
2.
DASAR TEORI
2.1 Efisiensi Lanjut
Perolehan
Minyak
Tahap
Nilai perolehan atau Recovery Factor (RF) yang terjadi pada proses EOR diperoleh dari total kontribusi tiga faktor efisiensi, seperti dinyatakan dalam persamaan berikut :
2.1.3
Vertical Sweep Efficiency (EV)
EV merupakan fraksi yang menyatakan perbandingan panjang vertikal reservoir yang berhasil didesak oleh fluida injeksi dengan ketebalan pay zone. Faktor yang mempengaruhi efisiensi penyapuan ini antara lain: a. Derajat gravity segregation b. Heterogenitas vertikal c. Mobilitas fluida d. Volume total fluida injeksi Selain itu, nilai tertiary recovery ini juga dipengaruhi oleh karakteristik reservoir yang dimiliki. Baik itu batuan maupun fluida reservoir. 2.1.4
Pengaruh Reservoir
Karakteristik
Batuan
Faktor-faktor sifat batuan yang berpengaruh terhadap nilai tertiary recovery yaitu: a. Petrofisik Batuan Nilai porositas yang lebih besar memiliki kecenderungan menyisakan cadangan yang lebih besar pula. Sementara itu sifat permeabilitas memiliki pola sebaliknya, semakin besar nilainya akan cenderung membuat cadangan tersisa semakin sedikit. Sifat batuan lain yang mempengaruhi jumlah cadangan tersisa adalah tekanan kapiler dan wettability. Nilai cadangan tersisa akan semakin besar seiring dengan turunnya tekanan kapiler dan sifat batuan yang oil-wet.
……………….(1) Dimana : RF : Recovery Factor ED : Displacement Efficiency EA : Areal Sweep Efficiency EV : Vertical Sweep Efficiency 2.1.1
Displacement Efficiency (ED)
ED merupakan fraksi yang menyatakan perbandingan volume minyak yang berhasil didesak dengan volume minyak mula-mula. 2.1.2
Areal Sweep Efficiency (EA)
EA merupakan fraksi yang menyatakan perbandingan luas area penyapuan dengan luas area cakupan hidrokarbon. Umumnya efisiensi penyapuan ini dipengaruhi oleh faktor : a. Mobilitas fluida b. Pola Aliran c. Heterogenitas Lapisan d. Volume total fluida injeksi
Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
b. Tingkat Heterogenitas Batuan dengan tingkat heterogenitas yang tinggi akan memiliki kecenderungan memiliki harga permeabilitas yang beragam. Ketidakseragaman ukuran, jenis, dan sifat butir batuan yang menyusun reservoir ini pada akhirnya akan lebih cenderung membuat efisiensi penyapuan menjadi lebih kecil, dan pada akhirnya jumlah cadangan tersisa menjadi semakin besar. c. Kedalaman Reservoir Reservoir dangkal memiliki batasan harga tekanan rekah yang lebih kecil dari reservoir dalam. Dalam praktiknya batasan nilai tekanan ini akan cenderung membuat proses pendesakan menjadi tidak efektif. d. Kemiringan Reservoir Reservoir miring akan sangat mempengaruhi efektifitas pendesakan. Saat pendesakan melibatkan fluida dengan perbedaan densitas yang sangat besar, semisal pendesakan minyak oleh gas, maka gas akan lebih cenderung mudah naik dan membuat efektifitas pendesakan dan penyapuan menjadi kecil. 8
2.1.5
Pengaruh Reservoir
Karakteristik
Fluida
Keberhasilan dalam meningkatkan jumlah cadangan reservoir pada tahap tertiary recovery juga ditentukan oleh karakteristik fluida reservoir tersebut, yaitu: Viskositas Fluida Viskositas menyatakan ukuran keengganan fluida untuk mengalir. Semakin besar nilai viskositas fluida reservoir maka akan semakin sulit memaksimalkan perolehan cadangan hidrokarbon dari reservoir. Dalam proses EOR parameter viskositas fluida yang dipertimbangkan tidak hanya fluida reservoirnya saja, tetapi juga fluida pendesak yang diinjeksikan. Parameter viskositas kedua fluida tersebut dinyatakan dalam bentuk mobilitas fluida λ, yang merupakan perbandingan antara permeabilitas dengan viskositas (k/µ). Perbandingan antara mobilitas fluida pendesak (kd/µd) dengan fluida yang didesak (ko/µd) dinyatakan sebagai mobility ratio (M). Jika pendesakan dilakukan menggunkan gas, maka mobility ratio dapat dinyatakan secara matematis dalam bentuk:
…………(2)
!"#$% &'(% (% * " ) + !" #$% &'(% * ) +
…………(3) Dengan : = mobility ratio antara gas dengan Mg,o minyak λ = mobility krg = permeabilitas relatif gas, milidarcy = permeabilitas relatif minyak, kro milidarcy = viskositas gas, centipoises µg = viskositas minyak, centipoises µo Parameter mobility ratio dapat dipakai untuk prediksi kelakukan pendesakan. Saat mobility fluida pendesak lebih besar daripada mobility fluida yang didesak (M > 1), maka kecenderungan terjadi fingering menjadi lebih besar dan breakthrough akan lebih cepat terjadi, sehingga efektifitas pendesakan dan penyapuan menjadi semakin kecil.
Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
2.2 Injeksi Udara Saat udara diinjeksikan ke dalam reservoir, oksigen yang terkandung dalam udara akan bereaksi dengan hidrokarbon, dan dari reaksi ini dilepaskan panas ke reservoir. Semakin tinggi temperature awal reservoir maka semakin besar pula panas yang dilepaskan ke reservoir tersebut. Proses ini dapat menghasilkan dua keadaan yang berbeda, yakni: a) High Temperature Oxidation (HTO) Terjadi jika panas yang dihasilkan oleh reaksi oksidasi jauh lebih besar dibanding dengan kehilangan panas melalui batuan reservoir. Keadaan ini menyebabkan kenaikan temperature yang signifikan di reservoir. Pada kondisi HTO oksigen yang terkandung dalam udara akan mengoksidasi hidrokarbon pada zona daerah yang terbatas yang disebut combustion front. Temperature reservoir dengan minyak ringan dapat memiliki combustion zone antara 200-400oC, dan menghasilkan perbandingan gas CO/CO2 ≈ 0.15. b) Low Temperature Oxidation (LTO) Terjadi apabila panas yang dihasilkan oleh reaksi oksidasi tidak terlalu besar atau lebih kecil dari thermal loss di reservoir. Pada keadaan ini reaksi oksidasi akan berlangsung pada suhu sekitar temperature reservoir. Area combustion front lebih besar dengan perbandingan gas CO/CO2 yang dihasilkan lebih kecil dibanding dengan proses HTO. HTO akan lebih disarankan untuk dicapai saat reservoir yang kita miliki mengandung fraksi minyak berat, dimana oksidasi diharapkan terjadi pada fraksi minyak ringan. Panas yang ditimbulkan kemudian dimanfaatkan untuk menurunkan viskositas fraksi minyak berat tersebut. Tetapi jika reservoir yang dimiliki adalah minyak fraksi ringan, kondisi LTO lebih dipilih untuk dicapai. Karena jika oksidasi dilakukan pada temperature tinggi, minyak ringan yang teroksidasi jumlahnya akan besar pula, sehingga cadangan tersisa menjadi semakin sedikit. 2.2.1
Mekanisme Perolehan Cadangan Injeksi Udara pada Low Temperature Oxidation.
Pada proses LTO di lapangan, reservoir dapat dibagi menjadi tiga zona seperti yang diilustrasikan oleh gambar 3.1.
9
Daerah pertama merupakan zona sekitar sumur injeksi udara. Pada zona ini saturasi minyak umumnya rendah, karena sebagian telah teroksidasi dan menyisakan sedikit hidrokarbon yang sudah tidak mampu lagi dioksidasi oleh oksigen. Mekanisme penyapuan hidrokarbon dilakukan oleh udara yang diinjeksikan ke dalam reservoir.
mencari tekanan optimum yang menghasilkan nilai perolehan terbesar. Dari kedua hasil ini kemudian diperoleh parameter operasi yang menghasilkan peroleha perolehan minyak yang paling maksimal. 3.2 Alat dan Bahan Alat yang dipakai dalam penelitian ini adalah Jeffri Slim-tube Apparatus,, seperti dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 3.1 Mekanisme Pendesakan Hidrokarbon dengan Injeksi Udara Daerah didepannya merupakan daerah yang mengalami oksidasi, dimana oksigen dikonsumsi sumsi oleh minyak dan dihasilkan flue gas. Flue gas inilah yang kemudian menyapu hidrokarbon hingga akhirnya dapat terproduksi. Daerah ke tiga merupakan daerah yang kaya akan minyak, dimana tidak terjadi oksidasi melainkan hanya penyapuan oleh flue gas yang dihasilkan akibat oksidasi pada zona sebelumnya. Berbeda dengan mekanisme perolehan cadangan dengan metode in-situ situ combustion yang hanya menginjeksikan oksigen dan memanfaatkan efek thermal yang dihasilkan, injeksi udara memanfaatkan efek flue-gas flue yang dihasilkan sebagai akibat proses oksidasi hidrokarbon oleh udara yang diinjeksikan sebagai mekanisme penyapuan yang utama. Ditambah efek thermal yang dihasilkan dalam menurunkan viskositas, sehingga nilai perolehannya diharapkan akan lebih besar. Hal ini pula yang menjadi salah satu kelebihan injeksi udara dibanding dengan in-situ combustion. 3. STUDI PENELITIAN
Gambar 3.2 tube Apparatus Jeffri Slim-tube Alat ini memiliki slim-tube tube yang dimensi ukuran n dan spesifikasi teknis seperti tercantum pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Dimensi dan Spesifikasi Slim--tube 2) Slimtube Property Panjang Diameter Luar Diameter Dalam Volume Bulk Porositas Volume Pori Permeabilitas Jenis pasir
Dimensi 13 m 0.8 cm 0.535 cm 292 cc 35% % 102.2 2 cc 5 darcy Ottawa sand
Adapun sample minyak yang digunakan adalah minyak ringan yang berasal dari lapangan X. Minyak tersebut memiliki densitas 0,85 gr/cc dan 38,5oAPI. Reservoir asal sample minyak ini memiliki temperature 92oC dan tekanan ekanan reservoir sebesar 1300 psi.
3.1 Metode Penelitian 3.3 Strategi Percobaan Penelitian dilakukan dengan melakukan percobaan di laboratorium EOR Teknik Perminyakan ITB. lah mencari nilai Tahap pertama penelitian adalah rate injeksi optimum pada berbagai nilai tekanan injeksi. Kemudian dilanjutkan dengan Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
Jeffri Slim-tube apparatus merupakan alat yang dapat mensimulasikan pendesakan satu-dimensi satu pada reservoir. Minyak mula-mula mula disaturasi ke dalam slim-tube,, dan kemudian diberi tekanan sesuai dengann kondisi di reservoir. Tekanan ini berasal dari pendorongan merkuri (Hg) terhadap sample minyak dalam slim-tube. 10
Mekanisme kerja alat Jeffri slim-tube apparatus ini dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini.
3.4 Hasil Percobaan 3.4.1 Laju Injeksi Optimal Pengukuran pertama yang dilakukan adalah menentukan laju injeksi udara optimal yang menghasilkan perolehan cadangan maksimal. Percobaan dilakukan dengan cara memvariasikan laju injeksi pada rentang tekanan injeksi yang akan diujikan dalam waktu yang relatif singkat. Hasilnya ditunjukkan oleh tabel 3.2 dan kemudian diplot antara laju injeksi dengan recovery minyak yang diperoleh, seperti ditunjukkan oleh gambar 4.1 dibawah ini.
Gambar 3.3 Diagram Kerja Jeffri Slim-tube Apparatus
Tabel 3.2 Laju Injeksi Udara vs Perolehan Cadangan Laju Injeksi (cc/min) Oil Recovery (%) 0,8 25,7 3,3 33,1 6,7 40,6 8,3 53,8 9,7 62,1 11,2 60,1 12,9 53,8
Penggunaan Jeffri slim-tube apparatus sangat mendukung untuk memperkirakan nilai perolehan yang maksimal. Karena alat ini menganggap bahwa efisiensi pendesakan vertical (Ev) dan efisiensi pendesakan areal (EA) masing-masing memiliki nilai = 1. Jeffri slim-tube apparatus juga dilengkapi oleh heater yang kemudian di set pada suhu 92OC sesuai dengan temperature reservoir asal sample minyak yang digunakan. Untuk udara yang diinjeksikan, digunakan tabung dan kompresor udara tambahan yang dapat mendukung percobaan hingga tekanan 2400 psi. Dengan mendasarkan tekanan fracture reservoir asal sample minyak yang digunakan, tekanan tertinggi yang digunakan untuk injeksi adalah 2000 psi, dan berangsur turun menjadi 1800 psi, 1500 psi, 1400 psi, 1300 psi, 1200 psi, 1100 psi dan 1000 psi.
3.4.2 Tekanan Injeksi Optimal Percobaan selanjutnya adalah menentukan perolehan cadangan pada berbagai tekanan injeksi menggunakan data laju injeksi optimal yang diperoleh dari percobaan sebelumnya. Setiap tekanan injeksi yang berbeda diuji masing-masing tiga kali, dan hasilnya kemudian dirata-ratakan. Injeksi dilakukan hingga jumlah volume udara yang diinjeksikan mencapai 1,2 PV. Hasilnya dapat dilihat pada tabel 3.3 dibawah ini. Tabel 3.3 Nilai Perolehan Minyak Rata-rata Hasil Percobaan Laboratorium Dengan variasi tekanan dan PV Injeksi
Sementara untuk laju injeksi udara diatur menggunakan valve yang terhubung langsung dengan tabung dan compressor udara. Besaran yang diukur selama percobaan adalah perolehan minyak kumulatif (cc), Perbedaan tekanan (∆P), tekanan BPR, temperatur air bath (ruang pemanas slimtube). Sedangkan besaran-besaran yang dihitung adalah volume minyak awal (IOIP, cc), volume pori fluida yang telah didesak (%), perolehan minyak pada kondisi percobaan (cc), perolehan minyak (% recovery). Untuk memastikan konsistensi dan akurasi hasil yang diperoleh maka pengambilan data setiap percobaan dilakukan masing-masing sebanyak tiga kali.
Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
Pressure (Psi) 2000
1800
PV
1500
1400
1300
1200
1100
0,9
Recovery (%)
0,1
1,4
1,3
1,2
1,2
1,1
1
0,2
10,7
4,3
3,4
3,4
3,1
2,7
2
0,3
17,8
7,6
6,9
6,9
6,2
5,9
2,1
0,4
29,1
12,5
12
11
10,2
9,5
2,3
0,5
48,5
24
15,8
14,4
12,9
12,3
10,4
0,6
58,2
37,3
27
26,9
22,7
21,5
18,1
0,7
60,8
49,5
36,6
35,4
31,8
30,6
25,3
0,8
62,6
55,5
41,8
39,6
34,1
33
32,1
0,9
63,6
61
44,6
42
40,2
35,3
35,9
1,0
64,5
62,1
47
44
41,2
38,8
37,7
1,1
64,9
62,9
47,4
45,3
42,2
39,8
39,2
1,2
65,2
63,5
48,8
46,2
43
40,5
39,9
11
Ilustrasi grafik dari tabel tersebut menunjukkan perilaku nilai perolehan yang hampir sama dari setiap tekanan injeksi yang diberikan. Nilainya akan naik dan cenderung mendatar pada saat volume injeksi semakin emakin besar, seperti sepe ditunjukkan oleh gambar 3.4 .4 (Untuk melihat nilai perolehan saat diujikan pada satu tekanan tertentu dapat dilihat pada lampiran).
Hasil Percobaan Injeksi Udara PV Injected vs Oil Recovery
Gambar 4.1 rve Kurva Stable Front Curve
70
Recovery (%)
60 50 40 30 20 10 0 0
0,5 PV Injected
1100 psi
1200 psi
1300 psi
1500 psi
1800 psi
2000 psi
1 1400 psi
Gambar 3.4 Grafik Hasil Percobaan Laboratorium Nilai Perolehan dengan variasi Tekanan dan PV Injeksi Parameter utama yang diperhatikan dari hasil percobaan adalah besar recovery setelah 1,2 PV diinjeksikan. Dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 3.5 dibawah ini. Tabel 3.5 Hasil Percobaan Laboratorium Nilai Perolehan Minyak Maksimum Tekanan (psi) 2000 1800 1500 1400 1300 1200 1100
Recovery y (%) 65,2 63,5 48,8 46,2 43,0 40,5 39,9
4.
ANALISIS
4.1
Analisis Rate Injeksi Optimal
Dari percobaan ini diperoleh profil perilaku kenaikan jumlah perolehan (recovery recovery) yang naik seiring kenaikan laju injeksi. Perilaku ini disebabkan oleh lambatnya pembentukan front pendesakan saat udara diinjeksikan dengan laju yang kecil. Nilai perolehan akan mencapai maksimum saat injeksi dilakukan pada laju 9,7 cc/min, yakni sebesar 62,1%. Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
Kenaikan laju injeksi selanjutnya ternyata memberikan penurunan jumlah perolehan cadangan. Pada awalnya hal al ini diperkirakan terjadi akibat oleh fenomena slippage, slippage dimana udara bergerak lebih cepat daripada pembentukan front flue-gas,, sehingga menciptakan akan jalur penetrasi udara pada slimtube. Tetapi ukuran pipa yang kecil membuat kemungkinan ini menjadi kecil terjadi. Penggunaan slim-tube tube apparatus justru dimaksudkan untuk mencegah terjadinya hal seperti ini. Analisis selanjutnya membawa pada kemungkinan nan efek oksidasi yang terjadi. Pada laju injeksi yang rendah, proses oksidasi tentunya akan berjalan lebih lambat, sehingga pembentukan front flue gas jadi lebih lama terbentuk. Pendesakan menjadi lebih efektif saat laju injeksi naik hingga angka 9,7 cc/m cc/min. Lalu turun sebagai akibat terlalu besarnya laju injeksi, sehingga proses oksidasi tidak berjalan dengan sempurna dan pembentukan front pendesakan menjadi tidak efektif. 4.2
Analisis Tekanan Injeksi Optimal
Pada gambar 3.4 terlihat pada awal udara diinjeksikan ke dalam slim-tube, tube, nilai recovery saat injeksi dilakukan pada tekanan 1100 psi cenderung landai hingga mencapai volume injeksi 0,4 PV. Sementara saat diinjeksikan pada tekanan 1200 psi, nilai perolehan naik dengan landai hingga mencapai volume injeksi in 0,3 PV. Untuk tekanan injeksi 1300 psi, 1400 psi dan 1500 psi kenaikan dengan landai dapat ditemukan hingga volume injeksi mencapai 0,2 PV. Sedangkan untuk tekanan injeksi 1800 dan 200 psi, keduanya memiliki nilai kenaikan recovery yang landai hanya hingga volume injeksi mencapai 0,1 PV. Hal ini disebabkan oleh belum terbentuknya front flue-gas yang kemudian dapat mendorong minyak untuk terproduksi. Nilainya ternyata dipengaruhi oleh besarnya tekanan injeksi udara ke dalam slim-tube.. Semakin besar tekanan te injeksi yang digunakan akan semakin cepat pula 12
front flue-gas terbentuk dan pendesakan terhadap minyak.
melakukan
Pendesakan yang terjadi setelah front flue-gas ini ditandai oleh kenaikan yang curam pada masing-masing kurva. Semakin besar tekanan injeksi yang digunakan, akan menghasilkan perolehan minyak yang lebih besar pula. Kenaikan drastis ini akan berakhir pada saat volume gas yang diinjeksikan mencapai jumlah tertentu, sebelum nilai perolehan minyak kembali melandai akibat gas breakthrough. Fenomena breakthrough pada pendesakan minyak ini dibuktikan dengan munculnya gelembung gas pada fluida terproduksi. Semakin tinggi tekanan injeksi yang digunakan, maka gelembung gas akan cenderung lebih mudah muncul. Kemunculan gas pada fluida terproduksi dapat dilihat pada tabel 3.4. Tabel 3.4 Hasil Percobaan Laboratorium Gas Breakthrough Tekanan (psi) 2000 1800 1500 1400 1300 1200 1100
Recovery (%) 60,8 61,0 47,0 44,0 41,2 39,9 -
Sor 0,39 0,39 0,53 0,56 0,59 0,60 -
PVinj 0,7 0,9 1,0 1,0 1,0 1,1 -
besar akan menghasilkan nilai hidrokarbon yang lebih besar pula.
Analisis terhadap fluida terproduksi hanya berupa pengamatan dan pengukuran sederhana terhadap beberapa parameter penting, seperti kandungan gas dalam minyak dan temperature. Sementara viskositas tidak dapat diamati karena tidak adanya alat ukur yang dapat digunakan. Meskipun demikian, viskositas fluida dapat dikatakan tidak berubah. Karena nilai viskositas minyak ini bisa dipengaruhi oleh dua faktor utama, yakni perubahan temperature serta kenaikan kelarutan gas. Berdasarkan hasil pengukuran temperature terhadap sample minyak yang digunakan, tidak terdapat perubahan temperature yang signifikan antara kondisi sebelum dan sesudah pendesakan. Sementara kelarutan gas dalam minyak dapat diasumsikan tidak berubah karena tekanan injeksi yang digunakan dibawah minimum miscible pressure (MMP) udara. 5.
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan 1.
2. Saat terjadi gas breakthrough ini, slim-tube masih mengandung minyak dalam jumlah yang cukup besar. Kenaikan perolehan tak lagi signifikan seiring dengan kenaikan volume udara yang diinjeksikan. Hal ini dapat terjadi karena front flue-gas atau udara yang dinjeksikan telah sampai di ujung slim-tube, sehingga gas sudah memiliki free-path sendiri, dan ketika ini tercapai maka gas/udara dapat dikatakan sudah breakthrough, dan proses pendesakan tak lagi efektif dilakukan. Kenaikan perolehan setelah breakthrough dapat terjadi diakibatkan oleh minyak yang terbawa oleh gas yang mulai terproduksi, karenanya jumlahnya jauh lebih kecil dibanding saat produksi terjadi akibat pendesakan front flue-gas. Dari hasil pada tabel 3.5 terlihat bahwa saat injeksi dilakukan pada tekanan 2000 psi, nilai perolehan yang didapat adalah 65,2% dari initial oil in place-nya. Dan menghasilkan Sor sebesar 0,35.
perolehan
3.
4.
5.
Injeksi Udara merupakan salah satu metode peningkatan perolehan cadangan yang bekerja dengan cara melakukan pendesakan hidrokarbon menggunakan flue-gas yang terbentuk dari hasil oksidasi dengan hidrokarbon di dalam reservoir. Proses oksidasi yang menghasilkan flue-gas tersebut dapat berlangsung pada temperature tinggi (high temperature oxidation, HTO) atau temperature rendah (low temperature oxidation, LTO) Percobaan injeksi udara menggunakan Jeffri Slim-tube Apparatus menghasilkan Laju Injeksi udara optimum sebesar 9,7 cc/min, yang menghasilkan proses low temperature oxidation dengan nilai perolehan maksimal. Tekanan injeksi optimum yang menghasilkan nilai perolehan terbesar untuk proses immiscible displacement adalah sebesar 2000 psi. Nilai perolehan minyak maksimal untuk proses low temperature oxidation dan immiscible displacement adalah sebesar 65,2 % dari IOIP.
Hasil ini didukung oleh dasar teori yang menyatakan bahwa tekanan injeksi yang lebih Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
13
4.2 Saran 1.
2.
3.
5.
DAFTAR SIMBOL RF ED EA EV Mg,o λ krg kro µg µo
6.
Diperlukan suatu alat bantu untuk mengukur sifat fluida yang digunakan dalam percobaan, yakni alat ukur viskositas (Rolling Ball Viscosimeter), Temperatur fluida terproduksi dan Kandungan kompisisi fluida terproduksi (Gas Chromatograph). Percobaan dilakukan pada sample minyak dengan sifat yang berbeda sehingga dapat dilihat pengaruhnya saat diterapkan injeksi udara. Perbaikan pada alat Jeffri Slim-tube Apparatus, terutama pada Back Pressure Regulator yang pada percobaan ini sering menimbulkan masalah.
: Faktor Perolehan : Displacement Efficiency : Areal Sweep Efficiency : Vertical Sweep Efficiency : mobility ratio antara gas dengan minyak : mobility : permeabilitas relatif gas, milidarcy : permeabilitas relatif minyak, milidarcy : viskositas gas, centipoises : viskositas minyak, centipoises
d. Lake, R.W, “Enhanced Oil Recovery”, Prentice Hall, New Jersey, 1989 e. Willhite, G.P. and Green, D.W., “Enhanced Oil Recovery”, Textbook series, SPE, Richardson, Texas, 1998. f. Hearn, C.L. and Whitson, C.H., “Evaluating Miscible and Miscible Gas Injection in Safah Field, Oman”. SPE 29115, 1995 g. Warren and Gosgrove, ”The Effective Mobility Ratio For Immiscible Displacement” SPE 789. Septoratno., “Teknik h. Siregar, Peningkatan Perolehan (EOR)”, Diktat Kuliah Enhance Oil Recovery, 2000. i. Sandrea, R. dan Nielsen, R.F.: “Dynamics of Petroleum Reservoir Under Gas Injection”, Gulf Publishing Company, Texas, 1974. j. Irwan., “Perkiraan Efisiensi Pendesakan Minyak dengan Injeksi Nitrogen Tak Tercampur : Perbandingan antara Percobaan Slimtube dengan Perhitungan Persamaan Buckley-Leverett”, Tugas Akhir Sarjana, November 2004.
ACKNOWLEDGEMENT
Terima kasih atas batuan dana, data dan fasilitas yang diberikan oleh perusahaan-perusahaan minyak dan gas bumi yang tergabung dan mendukung berbagai penelitian peningkatan perolehan minyak dan gas yang dilakukan oleh Konsorsium Riset Oil and Gas Recovery for Indonesia (OGRINDO-ITB).
7.
DAFTAR PUSTAKA a. Clara, Cedric., Durandeau, Marc., Nguyen, Tuyet-Hang., “Laboratory studies for light-oil air injection project: Potential Application in Handil Fields.”. SPE Reservoir Eval.&Eng., Vol 3 No.3, June 2000. b. Greaves, M., Ren, S.R., Xia, T.X., “New Air Injection Technology for IOR Operation In Light and Heavy Oil Reservoirs”. SPE 57295. c. Shokoya.O.S., Metha.S.A., Moore.R.G., Maini.B, “Effect of Oil and Flue-Gas Composition on Oil Recovery an The Flue-Gas/Light-Oil Injection Process”. SPE 97262.
Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
14
LAMPIRAN
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 2000 psi
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 1400 psi
Recovery (%)
Recovery (%)
70 60 50 40 30 20 10 0 0
0,5 1 PV Injected
70 60 50 40 30 20 10 0 0
1,5
70 60 50 40 30 20 10 0 0
0,5 1 PV Injected
1,5
0
Recovery (%)
Recovery (%)
Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
0,5
1 PV Injected
1,5
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 1200 psi
70 60 50 40 30 20 10 0 0,5 PV Injected 1
1,5
70 60 50 40 30 20 10 0
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 1500 psi
0
1 PV Injected
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 1300 psi
Recovery (%)
Recovery (%)
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 1800 psi
0,5
1,5
70 60 50 40 30 20 10 0 0
0,5
1 PV Injected
1,5
15
Recovery (%)
Oil Recovery vs PV Injected @Pinj = 1100 psi 70 60 50 40 30 20 10 0 0
0,5 1 PV Injected
Gilang Rifki Arif, 12202053, Sem 2 2007/2008
1,5
16
