Pengujian Laboratorium Pengaruh Kandungan Lempung dalam Stimulasi Vibrasi terhadap Perubahan Permeabilitas dan Faktor Perolehan Minyak Oleh : Joko Mulyono* Sari Pada tulisan ini, pengaruh kandungan lempung dalam stimulasi vibrasi terhadap perubahan permeabilitas dan faktor perolehan minyak ditentukan dalam percobaan laboratorium stimulasi vibrasi. Eksperimen ini menggunakan 5 sampel core lapangan dengan kandungan lempung yang beragam, yaitu : 0%, 11.5%, 12%, 26.2%, dan 31%. Scanning Electrone Microscope (SEM) menunjukkan bahwa dominasi lempung penyusun matrik batuan adalah kaolinite berukuran 10-100 mikron dan pori-pori batuan berkisar 1-100 mikron. Dengan menggunakan ultrapermeameter, ultraporosimeter, hasler dan vibrator sirkular, diperoleh hasil bahwa semakin tinggi kandungan lempung suatu batuan maka perubahan faktor perolehan minyak akan semakin kecil ketika diberi efek vibrasi. Penambahan 10% kadar lempung akan menurunkan perubahan faktor perolehan minyak rata-rata 2%. Hal ini disebabkan matrik lempung yang runtuh sebagian menyumbat pore throat sehingga memperbesar nilai turtousity batuan. Peningkatan turtousity akan menghambat perolehan minyak. Ilustrasi perubahan mikroskopik sampel core diinterpretasikan dari hasil Scanning Electrone Mocroscope (SEM). Untuk meramalkan pengaruh efek stimulasi vibrasi terhadap kinerja perolehan minyak, paper ini menggunakan hasil thesis Beni Setiawan yang menerapkan persamaan Tsiklauri-Beresnev. Untuk menghitung kumulatif produksi minyak yang diperoleh selanjutnya diusulkan adanya nilai koefisien waktu vibrasi dan volume produksi minyak pada persamaan tersebut. Estimasi nilai koefisien waktu berpatokan pada hasil pembagian waktu vibrasi dengan 3.5. Sedangkan koefisien volume diperoleh dari perkalian prosentase kandungan lempung dengan kuadrat porositas yang mewakili kontribusi lempung terhadap dinding pori. Kata kunci : lempung, vibrasi, frekuensi optimum, faktor perolehan minyak, permeabilitas. Abstract This study presents the influence of clay level in stimulation vibration to the alteration of permeability and oil recovery factor. This experiment used 5 field core samples with various clay levels: 0%, 11.5%, 12%, 26.2%, and 31%. Observation by Scanning Electrone Microscope (SEM) indicated that dominant clay rock matrix materials are caolinites sized 10-100 micron and pores 1-100 micron. By using ultrapermeameter, ultraporosimeter, hasler and circular vibrator, the treatment of vibration effect resulted that higher clay in rock hence lower oil recovery factor. Increasing 10% clay level degrade oil recovery factor by mean of 2%. This phenomenas caused by collapsed clay matrix corking on throat pores so that increased turtousity and decreased the oil recovery. Illustration of microscopic core samples was interpreted from result of Scanning Electrone Mocroscope (SEM). To predict the influence of stimulation vibration effect to the performance of oil recovery, based on Beni’s thesis applying equation of Tsiklauri-Beresnev. To calculate cumulative oil production, proposed the existence of vibration time coefficient and oil production volume coefficient in the equation. The estimation of time coefficient based on vibration time divided by 3.5. Volume coefficient obtained from multiplication of clay content percentage by quadrate of porosity representing clay contribution to pore wall. Keywords : clay, vibration, optimum frequency, oil recovery factor, permeability *
Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan ITB.
I.
PENDAHULUAN
Berbagai eksperimen dan aplikasi vibrosesimik telah membuktikan bahwa teknologi ini dapat meningkatkan perolehan minyak. Sebagai teknologi yang prospektif dikembangkan maka kinerja vibroseismik ini perlu diuji dengan kajian yang lebih komprehensif mengenai parameter-parameter yang diperkirakan akan mempengaruhi kinerjanya di lapangan. Mineral
lempung adalah unsur yang hampir terdapat di setiap matrik batuan reservoir. Mineral lempung yang regas (mudah patah) ini adalah unsur pengikat antar grain yang utama. Pengaruh keberadaan lempung pada batuan reservoir adalah parameter penting yang akan ditentukan dalam penelitian ini. Menurut Ariadji1, terdapat hipotesis yang menyatakan bahwa saat batuan divibrasi, maka lempung pada matrik batuan akan runtuh dan berpindah tempat mengisi bagian pore throat batuan. Hal ini mengakibatkan turtousity batuan
Joko Mulyono, 12201053, Sem1 2007/2008
1
1.1. Latar Belakang
Berbagai fenomena alamiah dan hasil eksperimen laboratorium mengindikasikan bahwa stimulasi vibrasi mampu memberikan pengaruh atau perubahan sifat petrofisik batuan maupun sifat fluida yang ada di dalamnya. Diantaranya : porositas, permeabilitas relatif, saturasi minyak tersisa (Sor), pemanasan batuan, temperatur fluida, komposisi fluida, viskositas, tegangan permukaan dan tegangan kapiler, penggabungan droplet minyak, mobilitas minyak, dan lain-lain2,3,4.
minyak bergerak dan bercampur (coalescence) kemudian mengalir bersama-sama. Teori ini dapat didekati dengan kemungkinan yang terjadi pada saat osilasi berupa penggabungan droplet-droplet menjadi aliran minyak, pemecahan droplet minyak menjadi ukuran yang lebih kecil dari saluran pori dan penurunan tekanan kapiler. Pengaruh stimulasi vibrasi terhadap perubahan saturasi minyak sisa juga dapat didekati dengan penjelasan perubahan porositas dan permeabilitas relatif7. Stimulasi vibrasi dapat mengakibatkan perubahan susunan butir3 dari tidak teratur menjadi teratur, mengagitasi partikel dalam rongga pori sehingga mudah terbawa, terjadi disintegrasi material organik dan agregat yang menyumbat pori serta peronggaan. Karena terbentuknya hubungan antar pori-pori batuan maka kemampuan batuan melewatkan fluida akan meningkat, dan minyak dapat dikeluarkan lebih banyak sehingga menurunkan nilai saturasi minyak tersisa.
1.2.1 Porositas
1.2.4 Viskositas Minyak
Harga porositas biasanya dipengaruhi oleh susunan butir, kompaksi, ada tidaknya mineral pengotor dalam pori, dan sebaran distribusi butir batuan. Mursalim5 melakukan percobaan laboratorium stimulasi vibrasi untuk beberapa sampel lapangan yang menghasilkan kenaikan porositas sebesar 1,6%-12,45%. Adanya stimulasi vibrasi ternyata memberikan pengaruh terhadap harga porositas batuan. Bahkan, Scanning Electrone Microscope (SEM) yang pernah dilakukan menunjukkan adanya ruangan pada matrik penyusun batuan yang menambah harga porositasnya6.
Perubahan temperatur akan mempengaruhi viskositas suatu fluida. Penurunan viskositas yang terjadi selama vibrasi dikarenakan efek pemanasan. Dalam penelitian mengenai stimulasi vibrasi dan viskositas fluida, Ariadji1 menggunakan sampel dengan viskositas 0,66 cp dan 1,1 cp pada tekanan 1000 psig. Viskositas diukur pada temperatur 70o C, 85oC, dan 95o C untuk 1000 psig, 1500 psig, 2000 psig, 2500 psig, dan 3000 psig. Untuk viskositas yang lebih rendah pada temperatur 70o C, viskositas mengecil saat frekuensi optimum dan amplitude maksimum, hal ini terbukti bahwa peningkatan viskositas dipengaruhi pressure dan temperatur, besarnya berkisar 19,38% -22,6%. Untuk temperatur 85o C viskositas berkurang sekitar 30%, dan untuk temperature 95o C sekitar 15%. Pada sampel dengan viskositas terbesar yield viscocitynya menurun pada temperatur 85o C pada interval 27-28%.
meningkat dan meningkatnya turtousity diperkirakan menurunkan perubahan permeabilitas. Runtuhan lempung ini akan mempengaruhi osilasi dinding pori yang menjadi penentu external force aliran fluida di dalamnya. Oleh karena itu, penelitian ini akan memberikan penjelasan dan kuantifikasi mengenai hipotesis tersebut. 1.2 Pengaruh Stimulasi Vibrasi Terhadap Sifat Fisik Batuan dan Fluida
1.2.2 Permeabilitas Perubahan struktur pori juga akan mempengaruhi hasil stimulai vibrasi. Dalam paper Ariadji1 ditemukan bahwa penurunan produksi minyak setelah vibrasi untuk batuan yang berpermeablitas rendah erat kaitannya dengan harga turtousity yang terbentuk pasca vibrasi. Vibrasi ini menyebabkan matrik lempung runtuh kemudian menyumbat pore throath batuan. Tersumbatnya pore throath batuan akan meningkatkan turtousity batuan sehingga mengecilkan nilai permeabilitas. 1.2.3 Saturasi Minyak Tersisa Saturasi minyak tersisa (Sor) tersebar di rongga pori dalam bentuk droplet yang terisolasi atau film. Droplet-droplet ini terdapat bersamaan pada aliran air dalam pori batuan. Suatu bukti bahwa perubahan produksi minyak dan air dalam aplikasi lapangan vibroseismik menunjukkan bahwa stimulasi vibrasi dapat membuat droplet-droplet
2
1.2.5 Tekanan Kapiler Perubahan porositas batuan akan mempengaruhi harga tekanan kapilernya. Penurunan tekanan kapiler1,3 menyebabkan fluida relatif lebih mudah mengalir. Tekanan kapiler yang berbanding terbalik dengan jari-jari kapiler dapat menjelaskan hubungan antar pori-pori dan penurunan tekanan kapiler. 1.3 Hasil Penelitian Vibroseismik 1.3.1
Pengurangan air/minyak
rasio
permeabilitas
Studi laboratorium yang komprehensif tentang pengaruh energi ultrasonik dalam media berpori
TM-FIKTM-ITB Sem1 2007-2008
dilakukan oleh Duhon10,12. Duhon mengkaji karakteristik perpindahan minyak oleh air dalam kondisi adanya vibrasi ultrasonik. Hasil menunjukkan bahwa terjadi peningkatan perolehan minyak akibat adanya stimulasi ultrasonik. Hal lain yang terjadi adalah perubahan rasio permeabilitas air dan minyak. 1.3.2
Memperbesar droplet minyak gelembung gas dalam air
dan
Simkin dan Surguchev10,14 mengamati pertumbuhan intensif dari droplet minyak untuk waktu 2 menit setelah eksperimen stimulasi vibrasi yang dilakukan. Ternyata peningkatan respon getar akan membentuk coalescence. 1.3.3 Perubahan produksi minyak akibat vibrasi gempa Beberapa investigasi menunjukkan adanya pengaruh vibrasi gempa terhadap produksi minyak. Steinbruge dan Moran10 melaporkan bahwa terjadi fenomena yang beragam dari produksi minyak di Kern akibat gempa bumi Southern California yang bermagnetudo 7,6 dan berepisentrum 80 km. Sebuah sumur mengalami kenaikan produksi dari 20 bbl/D menjadi 34 bbl/D dan setelah gempa bumi berlangsung, sumur yang lainnya mengalami penurunan produksi dari 54 bbl/D menjadi 6 bbl/D. Ada pula beberapa sumur yang tidak berubah produksinya. Simkin dan Lopukhov10 melaporkan dari lapangan minyak Staroznenskoye di Northern Caucasus, dimana pengaruh gempa menyebabkan peningkatan produksi sebesar 45%. Voytoy10 melaporkan bahwa gempa dengan magnitudo 6,5 dengan episentrum 300-500 km menyebabkan perubahan yang besar terhadap produksi minyak pada berbagai lapangan di Dagestan dan Northern Caucasus. Ternyata gempa mempunyai korelasi terhadap perubahan produksi minyak. Perubahan peningkatan produksi terbesar terjadi sesaat setelah kejutan besar terjadi. Sedangkan setelah penurunan kejutan produksi minyak akan menurun. Duhon10 mengamati pengaruh ultrasonik terhadap perubahan laju produksi pada sumur yang diinjeksi air. Frekuensi ultrasonik 1-5,5 MHz dengan intensitas 50 W dan waktu stimulasi selama 6-9 jam. Hasilnya ternyata meningkatkan perolehan selama injeksi air dan meningkatkan laju produksi dari sumur injeksi. 1.3.4 Peningkatan Mobilitas Kuznetsov dan Simkin10 melakukan eksperimen terhadap sampel pasir dengan fraksi berat minyak 0,05 dan fraksi air laut 0,4 yang berada pada pengaruh eksitasi gelombang secara kontinyu dengan frekuensi 1,2 Hz dan Amplitudo 4 µ. Sebelum pelaksanaan stimulasi berada pada
Joko Mulyono, 12201053, Sem1 2007/2008
keadaan tidak bergerak dan setelah 48 jam perlakuan stimulasi minyak mengalami pengaliran. Dyblenko10,20 melakukan studi penerapan suara dengan frekuensi 200 Hz untuk meningkatkan pemindahan kerosene oleh air pada sampel core reservoir. Mereka mengukur kenaikan perolehan kerosene sebesar 12%. Selama eksitasi terjadi, terjadi peningkatan mobilitas dari sisa minyak. 1.3.5 Peningkatan pendesakan minyak Efek gelombang akustik kontinyu terhadap perpindahan fluida tak tercampur dikaji oleh Neretin dan Yudin10. Selama pendesakan hidrokarbon oleh air dibawah pengaruh ultrasonik ternyata, waktu pendesakan berkurang dan hasil hidrokarbon meningkat 65% menjadi 85%. Penelitian serupa dilakukan oleh Gadiev29 dengan melakukan eksperimen batu pasir tersaturasi dan tak terkonsolidasi dengan cara menggetarkannya dengan alat electromagnetic shaker. Stimulasi ternyata mempercepat penetrasi fluida dalam kapiler. Hasilnya, efisiensi pendesakan minyak oleh air ternyata meningkat 10-15% dan waktu pendesakan tiga kali lebih singkat dibanding tanpa ultrasonik. 1.4 Model Matematika Stimulasi Vibrasi Aliran Fluida Pada Media Berpori Thesis Beni3 menggunakan tiga teori sebelumnya untuk memvalidasi model matematika dengan model fisik yang diperoleh dari percobaan laboratorium, yaitu : 1.4.1 Biot Biot mengembangkan teori perambatan gelombang elastik pada medium berpori. Beberapa asumsi yang digunakan Boit adalah : - Material dianggap kontinyu - Fluida tersaturasi adalah fluida Newtonian. - Dinding pori berosilasi longitudinal terhadap dinding pori. - Tidak ada friksi antara fluida dan dinding pori. - Panjang gelombang (λ) sangat panjang dibandingkan dimensi pori. - Permeabilitas isotropik dan seluruh pori-pori tersaturasi fluida. Asumsi di atas memodelkan pori-pori sebagai dinding dengan posisi saling sejajar yang berosilasi dalam arah longitudinal di bawah pengaruh osilasi gradien tekanan luar3. 1.4.2 Del Rio Dalam eksperimen lain, del Rio mengembangkan model matematika stimulasi vibrasi yang hampir sama dengan model Biot. Del Rio menggunakan fluida non-Newtonian tipe Maxwellian sebagai fluida penyaturasi sampel. 3
Fluida non-Newtonian tipe Maxwellian adalah fluida yang propertinya mendekati hidrokarbon (minyak). Del Rio mengasumsikan bahwa dinding pori tidak ikut berosilasi sehingga pengaruh vibrasi hanya dirasakan oleh fluida di dalam pori3. 1.4.3 Model Tsiklauri-Beresnev Tsiklauri dan Beresnev mengkombinasikan model yang dibuat Biot dengan del Rio. Biot menerangkan adanya fenomena pergerakan relatif antara fluida dan dinding pori. Hal ini berarti bahwa suatu saat akan terdapat dua kondisi dimana fluida dan pori-pori akan bergerak dalam satu fasa atau berbeda fasa pergerakan. Parameter baru yang dimasukkan Tsiklauri-Beresnev ke dalam persamaan Biot adalah faktor waktu relaksasi dari fluida Maxwellian. Di mana fluida Maxwellian adalah fluida yang dipakai oleh del Rio dalam model yang dibuatnya. Sehingga model yang dibuat oleh Tsikaluri-Beresnv berlaku untuk aliran fluida Maxwellian dalam tabung berosilasi longitudinal. Dari ketiga model di atas Beni3, melakukan validasi model matematika Tsikaluri-Beresnev dengan model fisik yang dibuat di laboratorium. Salah satu plot hasil vaidasi dilakukan di Matlab yang hasilnya menunjukkan kesesuian dengan frekuensi optimum 15 Hz pada amplitudo 45 mikron. 1.6 Maksud dan Tujuan 1. 2.
3. 4.
Mengetahui perubahan susunan mikroskopik matrik sampel setelah divibrasi. Mengetahui pengaruh berbagai komposisi lempung pada core yang divibrasi terhadap perubahan faktor perolehan minyak. Mengetahui pengaruh berbagai komposisi lempung pada core yang divibrasi terhadap perubahan permeabilitas batuan. Melakukan modifikasi matematika stimulasi vibrasi dari penelitian terdahulu untuk memprediksikan pengaruh komposisi lempung terhadap faktor perolehan minyak.
Metode penelitian yang digunakan adalah kajian literatur, analisis data laboratorium dan aplikasi model matematika Tsiklauri-Beresnev untuk mengevaluasi pengaruh stimulasi vibrasi terhadap sifat petrofisik batuan karena pengaruh kandungan lempung yang berbeda-beda. Percobaan di laboratorium meliputi pengukuran perubahan saturasi minyak tersisa (Sor) terhadap 5 sampel core lapangan yang divibrasi dengan frekuensi optimum rata-rata 15 Hz. Stimulasi vibrasi ini diberikan pada semua sampel core dengan tipe vibrasi sirkular. Gelombang yang dikenakan pada core adalah getaran yang kontinu sehingga bukan getaran berbentuk mekanik/pulsa. Ilustrasi tipe vibrasi ini seperti pada gambar 1 di bawah ini :
Gambar 1 Vibrasi Sirkular
Dari hasil laboratorium tersebut dibandingkan dengan persamaan matematika yang memodelkan stimulasi vibrasi dengan parameter tambahan berupa berbagai komposisi lempung. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Perubahan Faktor Perolehan Minyak Sampel core yang dipakai dalam eksperimen ini terdiri dari 0%, 11,5%, 12%, 26,2% , dan 31% lempung. Semua core divibrasi mengalami perubahan faktor perolehan minyak. Perubahan faktor perolehan minyak akan menunjukkan perubahan perilaku aliran dalam batuan selama vibrasi. Tampak pada gambar 2 bahwa efek vibrasi tidak langsung memberikan pengaruh produksi minyak pada sampel. Gelombang yang merambat melalui sampel mulai terlihat efeknya setelah periode tertentu.
1.7 Pembatasan Masalah 1. 2. 3.
Sampel core yang digunakan adalah sampel lapangan dengan interval komposisi lempung 0% - 31%. Frekuensi optimum yang digunakan adalah 15 Hz mengacu pada percobaan sebelumnya8. Tipe vibrasi yang digunakan adalah model sirkular.
II. METODOLOGI
4
TM-FIKTM-ITB Sem1 2007-2008
Tabel 1 Porositas
Gambar 2 Grafik faktor perolehan minyak vs waktu vibrasi setelah vibrasi untuk berbagai komposisi lempung.
Sampel A-1 seharusnya lebih mudah mengalir karena kenaikan porositas yang lebih besar dari A6 dan A-5. Sehingga disimpulkan bahwa efek rontoknya lempung cukup signifikan memperbesar turtoisity batuan. Turtoisity yang dimiliki sampel A-1 (lempung 12%) relatif lebih besar dibandingkan 4 sampel yang lain. Hal ini dikarenakan sebaran lempung pada sample A-1 yang kurang homogen. Sebaran lempung lebih terkonsentrasi pada ujung sampel. Pada saat fluida mengalir, jalur pori efektif yang dilalui lebih panjang daripada sampel A-6 dan A-5 sehingga delay yang terjadi lebih panjang. Hal ini bisa dilihat pada gambar 4 dan 5. Time vs RF A-1 18 16 14 12 RF (%)
Dari gambar 2 di atas dapat diketahui bahwa sampel core yang mengandung lempung akan bergeser semakin ke kanan. Efek vibrasi terhadap batuan maupun fluida dijelaskan sebagai berikut : 1. Pada awal vibrasi, ikatan grain/matrik batuan masih terlalu kuat dibanding efek frekuensi dan amplitudo vibrasi untuk mendeformasi sistem pori batuan. Kalaupun terjadi deformasi sistem pori batuan maka hasilnya belum memberikan kontribusi siginfikan terhadap perubahan aliran fluida. 2. Setiap fluida dalam media berpori memiliki harga tekanan kapiler yang tertentu. Pada awal vibrasi, efek gelombangnya belum bisa melewati ambang untuk merubah tekanan kapiter fluida dan dinding pori bantuan. Belum tercapainya nilai ambang tekanan kapiler ini menyebabkan adhesi fluida dan batuan belum terganggu. Selama vibrasi akan terjadi proses pengumpulan energi dalam batuan dan fluida (coalescence) untuk menyatukan droplet-droplet minyak, penurunan tekanan kapiler akibat pembesaran pori, dan deformasi sistem pori secara umum. Masing-masing grafik memiliki 2 trend perubahan. Pada sampel yang mengandung lempung perubahan trend ini terlihat sangat jelas. Sehingga dapat diperkirakan bahwa lempung memiliki pengaruh signifikan untuk menghambat efek vibrasi. Waktu untuk mencapai kestabilan faktor perolehan minyak pada sampel yang mengandung lempung relatif lebih panjang dibanding sampel yang tidak mengandung lempung. Deformasi sistem pori yang signifikan mempengaruhi perbedaan grafik di atas, yaitu terjadi rontokan matrik lempung selama vibrasi sehingga menutupi pore throath sebagaimana diilustrasikan pada gambar 3 di bawah ini :
before vibrate
10 8
after vibrate
6 4 2 0 0
20
40
60
80 100 120 140 160 180
Time (minutes)
Gambar 4 RF vs waktu vibrasi sampel A-1
P ermukaan Grain
Sebelum vibrasi P ermukaan Grain
Gambar 5 RF vs waktu vibrasi sampel A-5
Sesudah vibrasi Gambar 3 Ilustrasi penutupan pore throath oleh lempung setelah divibrasi
Joko Mulyono, 12201053, Sem1 2007/2008
Penurunan nilai Sor setelah vibrasi, terjadi karena pembentukan droplet-droplet minyak yang lebih besar sehingga lebih mudah bermigrasi. Butir-butir minyak bergerak lebih cepat daripada droplet air, menyatu dengan mekanisme coalescence. Selain itu, vibrasi dapat mengurangi tegangan permukaan dan memungkinkan droplet minyak mengalir lebih banyak. Akan tetapi, penurunan Sor tersebut menunjukkan perubahan
5
% Clay vs Delta RF
% clay vs delta permeabilitas 25.00
delta permebility (%)
yang semakin mengecil. Mengecilnya perubahan Sor berarti mengecilkan pula faktor perolehan minyak. Seperti halnya perubahan permeabilitas maka runtuhnya lempung akan menyumbat pore throath batuan sehingga perubahan faktor perolehan minyak semakin mengecil sebagaimana ditunjukan dalam gambar 6.
15.00
13.63
5.00
3.95
8.69
-5.00 0
5
10
15
20
25
30
35
-15.00 -25.00
14 0%; 11,8
12
clay (% )
11,5%; 10,60
delta RF(%)
10
Gambar 7 Komposisi % lempung vs perubahan permeabilitas
8 31%; 5,99 6
12%; 6,67
26,2%; 6,25
4 2 0 0
-31.98
-35.00
5
10
15
20
25
30
35
clay (% )
Gambar 6 Grafik perubahan faktor perolehan minyak setelah vibrasi Tabel 2 Data perubahan faktor perolehan minyak setelah vibrasi
Data tabel 2 diplot pada grafik 7 sehingga diketahui bahwa semakin besar kandungan lempung maka nilai perubahan permeabilitas semakin kecil. Efek vibrasi ini menyebabkan matrik yang tersusun oleh lempung runtuh dan menyumbat pore throat batuan. Hal ini sesuai dengan hasil yang pernah disampaikan melalui paper Ariadji1. Ilustrasi penyumbatan throat pori ini bisa dilihat pada gambar 3 di depan. Jika dilihat pada hasil Scanning Electrone Microscope (SEM) seperti pada gambar 8 dan 9 maka diketahui bahwa core dengan kandungan lempung 31% setelah divibrasi terjadi bukaan/rekahan.
3.2 Perubahan Permeabilitas Permeabilitas adalah parameter penting yang harus diketahui dalam properti batuan reservoir. Permeabilitas efektif dalam eksperimen ini diukur dengan ultrapermeameter digital. Semua core divibrasi dengan frekuensi optimum 15 HZ dan semuanya mengalami perubahan permeabilitas. Hasil pengukuran perubahan tersebut seperti pada tabel 3 berikut :
Gambar 8 Sampel A-5 31% lempung sebelum vibrasi Gambar 3.5 Sampel A-5 mengandung 31% lempung
Tabel 3 Data Perubahan Permeabilitas
Gambar 9 Sampel A-5 31% lempung sesudah vibrasi
Foto SEM batuan sampel A-5 sebelum vibrasi ditunjukkan gambar 8 dengan lempung yang mendominasi adalah kaolinite (berbentuk segi enam) dan terkumpul menjadi matrik pengikat grain batuan. Diperkirakan jumlah kaolinite yang terdapat dalam matrik adalah 90% dan sisanya illite. Foto SEM batuan sampel A-5 sesudah vibrasi 6
TM-FIKTM-ITB Sem1 2007-2008
ditunjukkan dengan gambar 9 terlihat bahwa pori utama batuan bersih dari lempung dan hanya tersisa sedikit (yang dilingkari). Diameter pori baru yang terbentuk mencapai 60 mikron (garis putih) dan sedikit bukaan rongga antara matrik dan grain. Salah satu petunjuk bahwa terjadi perubahan dalam batuan tersebut adalah adanya bukaan antara lempung dan grain tersebut. Sebagian agregat lempung terbawa fluida yang sempat mengalir adalah terlihatnya rekahan lempung yang ditunjukan oleh anak panah putih. Pada gambar 9 bagian bawah terlihat rekahan matrik lempung yang berjejal di antara pore thoath. Tidak terdapatnya sisa matrik pada pori utama dikarenakan terlalu banyaknya lempung yang runtuh sehingga pori-pori baru yang terbentuk sedemikin besar. Lempung adalah mineral yang regas dan mudah patah jika mengalami gangguan. Karena banyak matrik lempung yang runtuh, grain batuan diperkirakan ikut terkikis dan lempung terbawa aliran fluida yang mengalir dalam pori saat dilakukan flooding. Lempung dan grain yang runtuh, hanyut terbawa aliran fluida yang mengalir di pori tersebut. Sebagai penjelas, pada gambar 10 dan 11 merupakan hasil SEM terhadap batuan dengan lempung 26,6%. Dari hasil SEM terhadap batuan yang terkena vibrasi terlihat rekahan matrik lempung yang berada dalam pori batuan. Rekahan ini diperkirakan menjadi penyumbat aliran fluida dalam pori.
Sebelum vibrasi, lempung jenis kaolinit bertumpuk mengikat grain kuarsa. Sesudah vibrasi, terlihat gerombolan lempung yang merekah berada dalam pori batuan di antara grain-grain kuarsa. 3.3 Modifikasi Model Matematika Pengaruh Stimulasi Vibrasi Pada Media Pori Yang Mengandung Lempung Dengan menggunakan persamaan TsiklauriBeresnev mengenai kecepatan relatif fluida U (r) terhadap pergerakan osilasi pori yang terdapt dalam thesis Beni7, dilakukan trial error koefisien waktu vibrasi dan potensi volume kumulatif minyak maksimum untuk modifikasi model matematika yang paling mendekati hasil eksperimen laboratorium. Persamaan Tsiklauri-Beresnev adalah: .
U ( r) =−
ωXa2 (1−iωtm ) 1 J0(βr) 1− 2 µ ( βa) J0(βa)
(1)
Persamaan (1) di atas dikalikan dengan luas penampang pori sehingga menjadi persamaan debit aliran fluida dalam pori.
Q = U (r ) ×π × r2
(2)
Model yang dibuat Beresnev-Tsiklauri merupakan kumpulan pori yang berhubungan membentuk pipa-pipa mikro yang saling sejajar. Kumpulan pipa mikro dan fluida di dalamnya saling berosilasi sesuai getaran frekuensi optimum yang diberikan. Dalam model ini digunakan diameter pori 1 mikron dan diameter sampel core 2,54 cm. Ilustrasi model pori dibuat oleh Beni7 sebagaimana gambar 12 di bawah ini :
Gambar 10 Sampel A-2 sebelum vibrasi (lempung 26,2%)
Gambar 12 Kumpulan pipa mikro dalam core sebagai analogi pori efektif7 Nilai 1 Q debit pada persamaan (2) harus dikalikan dengan jumlah pori efektif yang berkontribusi dalam satu sampel core yang berbentuk tabung. Dari hasil persamaan debit (2) tersebut diubah menjadi persamaan kumulatif volum produksi oil. Persamaan debit ini kemudian dikalikan dengan kumulatif waktu vibrasi. Vol = Q × tvibrasi (3)
Gambar 11 Sampel A-2 sesudah vibrasi (lempung 26,2%)
Joko Mulyono, 12201053, Sem1 2007/2008
Dari penurunan persamaan kumulatif volum produksi oil di atas, ditambahkan faktor-faktor yang merepresentasikan pengaruh lempung.
7
Estimasi Koefisien_volume = % clay × φ 2
(5)
Fungsi yang terjadi dari model yang dibuat oleh Tsikaluri-Beresnev ternyata mirip fungsi sinusoidal sehingga harga maksimumnya diambil sebagai volume maksimum produksi minyak setelah vibrasi dan setelah itu volume minyak dianggap konstan. Karena mirip fungsi sinusoidal maka persamaan Tsiklauri-Beresnev yang diplot dalam matlab diberi batasan waktu vibrasi yang akan berhenti runningnya setelah mencapai volume maksimum produksi minyak. Dalam script program dinyatakan sebagai faktorwaktu oleh Beni7. Faktor waktu ini diperoleh dari interval penentu waktu vibrasi yang dirumuskan sebagai : 1 faktorw aktu = linspace 0, × 100,100 frekuensi
(6)
Tabel 4 Koefisien (C) %Lempung Porositas (Ф)
0 % 26,3 %
11,5 % 22,57 %
12 % 16,44 %
26,2 % 14,4 %
31 % 18,23 %
Koefisien Hitungan
5,7
18,9
15,7
5,7
14,3
koef isien waktu (C1)
4.5
19
16.5
6
14.8
Hitungan
0
0,58
0,32
0,48
1,04
koefisien volume (C2)
2.4
0,76
0,27
0,75
0,78
C3
10,8
14,44
4,455
4,5
11,544
8
C-1 vs %clay
nilai C-1
20 15 C1 (TIME)
10
Linear (C1 (TIME))
5 0 0
10
20
30
40
% clay
Gambar 13 Kurva C-1 vs kadar lempung
C-2 vs %clay 3 nilai C-2
Faktor-faktor tersebut berupa koefisien waktu vibrasi dan koefisien volum produksi minyak. Dalam plot di matlab kedua koefisien ini berfungsi membentuk grafik profil produksi sehingga nilainya harus dicari. Koefisien tersebut merepresentasikan hubungan parameter kadar lempung dan porositas batuan. Kedua parameter ini diperkirakan sangat mempengaruhi osilasi dinding pori. Secara analitis dalam persamaan Biot dan Tsiklauri-Beresnev external force volume dinyatakan dalam variabel X sebagai parameter kontribusi dinding pori. Dalam modifikasi model matematika ini tidak diarahkan pada perubahan persamaan Tsikaluri-Beresnev (variabel X) secara analitis tetapi lebih ditekankan pada upaya penyesuaian dengan hasil laboratorium sehingga digunakan trial error angka untuk menentukan koefisien waktu maupun volume. waktu produksi (4) Estimasi Koefisien_waktu = 3,5 Angka 3,5 adalah faktor waktu yang diambil dari persamaan Tsiklauri-Beresnev awal sebelum modifikasi.
2
C2
1
Linear (C2)
0 0
5
10
15
20
25
30
35
% clay
Gambar 14 Kurva C-2 vs kadar lempung Persamaan lengkap yang digunakan untuk menentukan profil produksi minyak didefinisikan sebagai : . ω Xa2(1−iωtm ) U ( r) = −
µ
1
( )
J0 ( β r ) 2 1− × π a × ( tvibrasi ) × n pori × C J 0 ( β a)
( β a)2
Dimana C = C3 = C1 × C2
(
)
(7)
Persamaan profil produksi dari stimulasi vibrasi pada media pori harus diturunkan secara semianalitis sehingga memerlukan faktor C-3. Dari gambar 13 dan 14 menunjukan bahwa faktor koefisien waktu (C-1) memiliki kecenderungan naik sebanding dengan pertambahan prosentase kandungan lempung sedangkan faktor koefisien volume (C-2) cenderung turun seiring pertambahan kadar lempung. Kecenderungan tersebut digunakan untuk memperkirakan nilai koefisien waktu vibrasi dan volume produksi minyak. Dari koefisien tersebut diperoleh hasil plot grafik dari persamaan (7) seperti di bawah ini :
TM-FIKTM-ITB Sem1 2007-2008
Gambar 19 Kurva hasil laboratorium dan model matematika untuk kadar lempung 31%
Gambar 15 Kurva hasil laboratorium dan model matematika untuk kadar lempung 0%
Kurva Model Matematika 1.8 Kumulatif Produksi Oil (cc)
1.6 1.4 1.2
0% 11,5% 12%
1 0.8
26,2% 31%
0.6 0.4 0.2 0 0
Gambar 17 Kurva hasil laboratorium dan model matematika untuk kadar lempung 12%
50
100
150
200
Waktu Vibrasi (menit ke-)
Gambar 16 Kurva hasil laboratorium dan model matematika untuk kadar lempung 11,5%
Gambar 20 Kurva Model Semua Matematika
Dari gambar 15 sampai dengan 20 masih terlihat perbedaan antara model matematika dan hasil di laboratorium. Perbedaan ini terjadi karena variasi aliran fluida dalam sampel core selama produksi minyak. Trend kemiringan kurva hingga pencapaian volume maksimum minyak relatif masih sama. Perbedaan volume kumulatif maksimum produksi minyak hanya sekitar 0,1 cc atau setara 8,3%. Dalam aplikasi vibroseismik selanjutnya, model persamaan matematika yang diusulkan diharapkan mampu memperkirakan potensi maksimum produksi minyak setelah produksi untuk berbagai kandungan lempung. Penentuan delay waktu beberapa saat sebelum produksi minyak yang terjadi memerlukan studi lebih lanjut untuk memperkirakannya. Sebagaimana dibahas pada point 3.2 bahwa delay ini ditentukan secara spesifik dengan memperhitungkan deformasi sistem pori dan perubahan properti fluida di dalamnya. V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 1.
Gambar 18 Kurva hasil laboratorium dan model matematika untuk kadar lempung 26,2%
Joko Mulyono, 12201053, Sem1 2007/2008
Dari hasil SEM, dominasi lempung dalam sampel core yang diteliti adalah kaolinit sebesar 90% dan sisanya adalah illite.
9
2.
3. 4. 5.
Lempung pada matrik yang runtuh menyumbat pore throat yang memperbesar nilai turtousity batuan sehingga perubahan faktor perolehan minyak semakin mengecil. Penambahan 10% kadar lempung akan menurunkan perubahan faktor perolehan minyak rata-rata 2%. Semakin membesarnya kandungan lempung dalam batuan yang divibrasi maka nilai perubahan permeabilitas semakin kecil. Delay efek stimulasi vibrasi yang terjadi pada batuan yang mengandung lempung berkisar 10-110 menit.
8.
9.
10.
5.2. Saran 11. 1.
2.
Untuk menambah akurasi maka perlu dilakukan penambahan jumlah sampel dengan interval kandungan lempung yang tidak terlalu besar. Perlu penelitian khusus untuk menentukan besarnya delay yang akan terjadi setelah stimulasi vibrasi.
12.
VI. Daftar Pustaka 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
10
Ariadji, T. : “Effect of Vibration On Rock and Fluid Properties : On Seeking The Vibroseismic Technology Mechanisms,” paper SPE 93112 prepared for presentation at the 2005 Asia Pacific Oil & Gas Conference and Exhibition held in Jakarta, Indonesia, 5 – 7 April 2005. Rudiono, Agus : “Teori Analisis dan Aplikasi Teknologi vibroseismik Untuk Peningkatan Perolehan Minyak pada Lapangan X,” Tugas Akhir Departemen Teknik Perminyakan ITB, Bandung, Indonesia, 2001. Setiawan, I Gusti Ngurah Beni : “Validasi Model Matematika dengan Model Fisik di bawah Pengaruh Stimulasi Vibrasi,” Tugas Akhir Departemen Teknik Perminyakan ITB, Bandung, Indonesia 2006. Poerwanto J. Herry, Douglas B. Scarborough, Igor V. Tischenko : “VSIT Applications In Sumatran Oil Reservoirs, 12 Case Histories,” Proceedings Indonesian Petroleum Association (IPA), Jakarta, Indonesia, 2005. Mardin, Mursalim : “Penentuan Persamaan Pengaruh Frekuensi Vibrasi Terhadap Perubahan Porositas Batuan Reservoir,” Tugas Akhir Departemen Teknik Perminyakan ITB, Bandung, Indonesia, 2005. Panggabean, Hermes : “Hasil Analisa Sccanming Electrone Microscope terhadap 2 Contoh “Core” (Contoh No. 3A dan 6A),” Laporan Akhir, PusLitBang Geologi, Bandung, Indonesia, 2004. Mirawan, Trisna, I Made : ”Studi Laboratorium Pengaruh Vibrasi Terhadap Saturasi Minyak Sisa dan Permeabilitas Relatif
13. 14.
15.
16. 17. 18. 19.
Minyak-Air,” Tugas Akhir Departemen Teknik Perminyakan ITB, Bandung, Indonesia, 2001. Biot, M.A., : “Theory of Propagation of Elastic Waves in a Fluid-Saturated Porous Solid, LowFrequency Range”, Journal Acoustic Society of America, Vol. 28, hal. 168-178, 1956. Tsiklauri, D. and Beresnev, I. : “Enhancement in The Dynamic Response of a Viscoelastic Fluid Flowing Through a Longitudinally Vibrating Tube,” Phys. Rev. E 63, 046304-14, Paper I, 2001. Beresnev, I.A., Johnson, P.A, : “Elastic Wave Stimulation of Oil Production, A Review of Methods and Results, Geophysics”, Vol 59 No.6 hal 1000-1017, 1994. Del Rio, J.A., de Haro, M. L. and Whitaker, S. : “Enhancement in The Dynamic Response of a Viscoelastic Fluid Flowing in Tube,” Phys. Rev. E 58, 6323-6327, 1998. Duhon, R.D., Cambell, J.M. : “The Effect of Ultrasonic Energy on The Flow of Fluid in Porous Media,” paper SPE 1316, presented at the Second Annual Eastern Regional Meeting of the Society of Petroleum Engineers of AIME,to be held at Charleston,West Va, Nov 4-5; 1965. Kuznetsov, V. V., Efimova, S. A., : “Application of Ultrasonic in Oil Industry, Nedra Press, 1983. Simkin, E. M., Surguchev, M. L., : “Advanced Vibroseismic Techniques for Water Flooded Reservoir Stimulation, Mechanism and Field Results”, Proc. 6th Europe Symp. On Improved Oil Recovery (Stavanger, Norway), Book I, hal 233-241, 1991. Nikolaevskiy, N.V., Lopukhov, G.P., Liao, L., and Economides, M.J.: “Residual Oil Reservoir Recovery With Seismic Vibrations,” SPE Production Facilities hal. 89-94, May 1996. Simkin, E. M., : “Oil Will Return in Three Months”, Energy No.3 hal 44-47.1985 Kuznetsov, O. L., Vakitov, G., Simkin, E. M., : “Thousand Time Faster, Technology and Science,” No. 9, hal 12-13, 1986. Amix, J.W., Bass, M.Jr. : “Petroleum Reservoir Engineering, Physical Properties,” McGraw-Hill Books Company, 1960. Prapansya, Ridaliani, Onnie : Prediksi Perubahan Sifat Fisik Batuan Reservoir dengan Studi Laboratorium Stimulasi Vibrasi Terhadap Contoh Batuan Lapangan pada Berbagai Tekanan Overburden,” Thesis Tugas Akhir Departemen Teknik Perminyakan ITB, Bandung, Indonesia, 2003.
20. Dyblenko, V.P. R.J. Sharifullin : “Results Of Investigation Of Filtration Processes In Oil And Water Saturated Reservoirs Under Stimulation By Elastic Vibrowavering,” Oil Engineering Ltd., Ufa.
TM-FIKTM-ITB Sem1 2007-2008
