TEKNIK RESERVOIR (3 SKS) Oleh : Dr. Ir. Dyah Rini Ratnaningsih, MT
Deskripsi Mata Kuliah Memahami konsep teknik reservoir mulai dari wadah, isi dan komposisi serta kondisi, jenis-jenis mekanisme pendorong yang menggerakkan sistem fluida di dalam reservoir hidrokarbon (media porous).
Kompetensi Mata Kuliah • • • • • • • •
Mampu menjelaskan reservoar hidrokarbon yang terdiri dari komponen-komponen : wadah, isi dan kondisi. Memahami dan mendeskripsikan jenis-jenis mekanisme pendorong reservoir. Mampu mengklasifikasikan cadangan hidrokarbon. Mampu menghitung perkiraan cadangan hidrokarbon secara volumetris (berdasarkan peta isopach) baik untuk reservoir yang homogen maupun heterogen. Mampu memahami konsep kesetimbangan materi dari system eksploitasi reservoir Mampu menghitung perkiraan cadangan hidrokarbon menggunakan konsep kesetimbangan materi (persamaan kesetimbangan materi). Mampu melakukan penyederhanaan bentuk persamaan kesetimbangan materi dalam bentuk linier. Mampu menghitung perkiraan cadangan sisa reservoir hidrokarbon berdasarkan data penurunan produksi (decline curve)
Literatur : 1. Craft and Hawkins 2. Clark Norman J., ”Element of Petroleum Reservoir”, Henry L. Doherty Service, Revised Edition, AIME Inc, Dallas. 3. Dake L.P.,“Fundamentals of Reservoir Engineering”, Development in Petroleum Science 8, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam – Oxford - New York, 1978. 4. Cole 5. Paper, Journal 6. Dll
PENILAIAN 1 2 3 4 5
Kehadiran dan keaktifan dikelas Kuis Tugas Ujian Tengah Semester Ujian Akhir Semester Jumlah
5% 10 % 15 % 30 % 40 % 100 %
Dasar-dasar Teknik Reservoir
Review Mekanika Reservoir
Konsep Reservoir
Batas-batas Reservoir
Kondisi Reservoir
DEFINISI RESERVOIR Reservoir adalah merupakan suatu tempat terakumulasinya fluida hidrokarbon (minyak dan atau gas) dan air di bawah permukaan tanah
UNSUR PENYUSUN RESERVOIR 1. Wadah: - Batuan reservoir - Lapisan penutup (cap rock) - Perangkap reservoir (reservoir trap) 2. Isi : Minyak dan atau gas, air 3. Kondisi reservoir: tekanan, temperatur
PERANGKAP RESERVOIR 1. Perangkap Struktur : Perangkap yang terbentuk akibat adanya gejala-gejala tektonik atau struktur, seperti perlipatan dan patahan.
2. Perangkap Stratigrafi Perangkap yang terbentuk karena perubahan lithologi batuan, dengan kata lain batuan reservoir menghilang atau berubah fasies menjadi batuan lain atau batuan yang karakteristik reservoir menghilang sehingga merupakan penghalang permeabilitas.
3. Perangkap Kombinasi Perangkap yang terbentuk karena kombinasi antara perangkap struktur dan perangkap stratigrafi 1
Perangkap Struktur
2
Perangkap Stratigrafi
3
Perangkap Kombinasi
Interseksi suatu patahan dengan suatu bagian ujung pengendapan porous dan permeabel
Perlipatan suatu bagian reservoir pembajian 4
TENAGA PENDORONG RESERVOIR (MEKANISME PENDORONG) 1. Depletion Drive Reservoir 2. Gas Cap Drive Reservoir 3. Water Drive Reservoir 4. Segregation Drive Reservoir 5. Combination Drive Reservoir
5
Depletion Drive Reservoir
6
Gas Cap Drive Reservoir
7
Water Drive Reservoir
8
Segregation Drive Reservoir
9
Combination Drive Reservoir
10
REVIEW MEKANIKA RESERVOIR
Membahas tentang gerakan-gerakan fluida yang terjadi didalam reservoir hidrokarbon (media porous). Diharapkan mahasiswa setelah mengikuti mata kuliah ini dapat menjelaskan / mendeskripsikan struktur pori, kapilaritas dalam media berpori, saturasi, kompresibilitas permeabilitas hubungannya dengan fenomena aliran dalam satu fasa maupun multifasa. 1
•
Struktur pori kaitannya dengan peran pori-pori batuan sebagai wadah akumulasi Hidrokarbon.
•
Konsep dasar kapilaritas yang berkaitan dengan konsepkonsep tegangan permukaan dan wetabilitas.
•
Konsep penjenuhan ruang pori-pori batuan oleh fluida reservoar.
•
Pengukuran parameter sifat - sifat fisik batuan antara lain : porositas, saturasi, permeabilitas, tekanan kapiler
•
Konsep tingkat kemudahan pengaliran fluida yang dimiliki oleh batuan reservoar baik secara absolut maupun relatif.
•
Konsep dasar keaneka ragaman (heterogenitas) distribusi sifat – sifat fisik batuan reservoar.
•
Laju aliran fluida baik satu fasa maupun multifasa dalam media porous (reservoir), dan memahami konsep Indek Produktivitas Sumur.
2
• Konsep pembentukan batuan kaitannya dengan proses terbentuknya ruang pori. • Sifat-sifat Fisik Batuan.
3
Batuan Reservoir • Butiran • Ruang Pori • Semen
4
5
6
KLASIFIKASI POROSITAS
Berdasar cara terbentuknya Porositas Primer Porositas Sekunder
Industri Perminyakan Porositas total Porositas efektif
7
DEFINISI POROSITAS • Adalah perbandingan dari volume ruang pori terhadap volume batuan PERSAMAAN MATEMATIS φ=
Volume pori
x 100 %
Volume batuan
8
9
10
11
12
13
Sifat-sifat Fisik Batuan (Lanjutan) Saturasi : Didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori-pori batuan yang ditempati oleh suatu fluida tertentu dengan volume pori-pori total pada suatu batuan berpori. Saturasi minyak (So) adalah : volume pori − pori yang diisi oleh min yak So = volume pori − pori total
1
Saturasi air (Sw) adalah : volume pori − pori yang diisi air Sw = volume pori − pori total
Saturasi gas (Sg) adalah volume pori − pori yang diisi oleh gas Sg = volume pori − pori total
• Jika pori-pori batuan diisi oleh gas-minyakair maka berlaku hubungan: Sg + So + Sw = 1 • Jika diisi oleh minyak dan air saja maka: So + Sw = 1 2
Wetabilitas • Apabila dua fluida bersinggungan dengan benda padat, maka salah satu fluida akan bersifat membasahi permukaan benda padat tersebut, hal ini disebabkan adanya gaya adhesi. • Suatu cairan dikatakan membasahi zat padat jika tegangan adhesinya positip (θ < 90o), yang berarti batuan bersifat water wet. Sedangkan bila air tidak membasahi zat padat maka tegangan adhesinya negatip (θ > 90o), berarti batuan bersifat oil wet.
3
Tekanan Kapiler • didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara permukaan dua fluida yang tidak tercampur (cairan-cairan atau cairan-gas) sebagai akibat terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkan mereka. Perbedaan tekanan dua fluida ini adalah perbedaan tekanan antara fluida “nonwetting fasa” (Pnw) dengan fluida “wetting fasa” (Pw) atau : Pc = Pnw - Pw
4
• Tekanan kapiler dalam batuan berpori tergantung pada ukuran pori dan macam fluidanya, yang secara kuantitatif dapat dinyatakan dalam hubungan sebagai berikut: 2. σ.cos θ Pc = = ∆ ρ. g. h r
dimana : Pc = tekanan kapiler σ = tegangan permukaan antara dua fluida cosθ = sudut kontak permukaan antara dua fluida r = jari-jari lengkung pori-pori ∆ρ = perbedaan densitas dua fluida g = percepatan gravitasi h = tinggi kolom 5
Permeabilitas • Definisi Adalah ukuran kemampuan batuan reservoir (media berpori) untuk mengalirkan/melalukan fluida. Hukum Darcy A. Persamaan darcy mendeskripsi aliran fluida melalui media berpori :
0,001127 A.∆P.k q= ,B/ D µL q
P2 A
P1
L
6
dimana : k : permeabilitas, md A : penampang aliran, ft2 ∆P :
perbedaan tekanan hulu – hilir, psig atau psia µ : viskositas fluida, cp L : panjang media berpori, ft 0,001127 adalah faktor konversi satuan Hkm Kontinuitas Aliran
q =V x A V : kecepatan A : Area 7
A1.Asumsi-asumsi 1. 2. 3. 4.
Aliran Linier Fluida incompressible Kondisi Aliran mantap Media berpori homogen & isotropik
A2. Definisi satuan Darcy K = 1 Darcy jika : q = 1 cm3 / detik ∆P = 1 atm L = 1 cm µ = 1 cp A = 1 cm2 8
• A3. Analisis Dimensi qµL K= A∆P
L3 Ft (L ) 2 t L = L2 F 2 L
( )
= L2 ≈ cm 2 (kons tan ta )
9
B. Analogi2 thd Hkm Darcy 1.
Persamaan utk Aliran Panas : q = K’ A ∆ T/L Aliran Fluida Aliran Panas
q, B / D ∆P / L, psi / ft K / µ , md / cp
q , Btu / hr ∆T / L , o F / ft K ' , Btu ft .hr .o F
2. Hukum Ohm utk Aliran Listrik : I =A E/ρL Aliran Fluida
s.d.a
Aliran Panas
I, amp E/L, Volt/cm 1/ρ , 1/ Ω cm 10
C. Pengaruh2 ukuran butir dan sortasi /pilahan terhadap K Butir-butir kasar dengan sortasi amat sangat bagus (extremely good) mempunyai harga K terbesar /tertinggi. Sementara butir-butir sangat halus dengan sortasi jelek (poor) mempunyai harga K rendah.
11
D. Pengaruh jenis-jenis batuan terhadap harga permeabilitas 1.
Batupasir (SS); Sistem porinya merupakan tipikal intergranular mempunyai K = 10 – 1000 md.
2.
Karbonat (LS, Gp, Dolomit) Sistem porinya merupakan individual atau gabungan dari tipikal pori antar matriks, porositas sekunder, atau rekahan-rekahan alami. Harga K bisa > 1000 md.
12
DEFINISI FLUIDA RESERVOIR PETROLEUM Adalah suatu istilah/term umum yg digunakan pada seluruh campuran yg terjadi secara alamiah dari sebagian besar Hidrokarbon (Martinez 1987). Petroleum meliputi natural gas, crude oil dan natural bitumen CRUDE OIL Adalah bagian dari petroleum yg berwujud fasa liquid di res. dan tetap berwujud liquid pada kondisi permukaan. (@ Kondisi P,T atmosfir) (Martinez 1987). • Crude oil ini bisa mengandung sejumlah kecil komponen non HK. • Mempunyai viskositas ≤ 10.000 cp @ P,T permukaan dimana tanpa mengandung gas bebas. (kira-kira viskositas crude oil pada 8o API) 13
Crude oil dapat dikelompokkan menjadi : o • Extra heavy (stock tank gravity ≤ 10 API ) • Heavy (stock tank gravity 10 o − 22,3o API ) o o • Medium (stock tank gravity 22,3 - 31,1 API ) o • Light (stock tank gravity ≥ 31,1 API ) NATURAL GAS Adalah bagian dari petroleum yg berwujud baik fasa gas atau gas yg terlarut dalam crude oil @ kond reservoir dan pada kond. permuk. Natural Gas bisa mengandung sejumlah kecil komponen non HK. Natural Gas dapat dikelompokkan menjadi : - Associated gas Res. Gas Alam yg behub atau mengandung crude oil @ P,T res - Non associated gas Res. Gas Alam yg tidak mengandung crude oil @ P,T res 14
SOLUTION GAS Adalah gas alam yang terlarut dalam reservoir minyak dibawah kondisi P dan T reservoir mula-mula dan akan terbebaskan gas dari larutan dengan berkurangnya P dan T sebagaimana bila minyak diproduksikan melalui peralatan pemisah gas/minyak di permukaan.
LEASE CONDENSATE Disebut juga sebagai kondensat adalah cairan petroleum yang mengandung komponen pentana dan komponen2 lebih berat dalam fasa gas (uap) dibawah kondisi res. mula-mula dan mengalami kondensasi ke fasa cair apabila gas dioproduksikan ke permukaan.
15
KARAKTERISTIK FLUIDA RESERVOIR Kebanyakan komponen hidrokarbon tersusun dari parafin, yaitu terdiri dari methane, ethane, propane, butane dsb. Komposisi dari endapan petroleum mengandung seluruh komponen pada kisaran berat dan kekomplekan apakah hidrokarbon berat atau ringan.
Gambar 1. Formula dari empat seri hidrokarbon
1
Gambar 2. Formulasi struktur dari 4 komponen parafin ringan.
2
KELAKUAN FASA HIDROKARBON Terdapat 4 faktor yg mempengaruhi perilaku material HK : a. Pressure b. Molecular attraction c. Kinetic energy (molecular motion associated with temperature) d. molecular repulsion (gbr 3)
Gbr. 3. Gaya-gaya yg berhubungan dgn perilaku HK. 3
PERUBAHAN FASA Hidrokarbon Murni.(komponen Tunggal)
Gbr. 4. Tekanan uap vs Temperatur pada komponen tunggal. 4
Campuran Hidrokarbon
Gbr. 5. Kurva Tekanan uap untuk dua komponen murni dan diagram fasa untuk campuran 50 : 50 dari komponen yg sama. 5
Gbr. 6. Diagram Fasa untuk Low Shrinkage Oil
6
Gbr. 7. Equilibrium vaporization dari Low Shrinkage Oil
7
Gbr. 8. Diagram Fasa dari High Shrinkage Oil
8
Gbr. 9. Diagram Fasa dari Retrograde Condensate Gas
9
Gbr. 10. Equilibrium Retrograde dari Gas Kondensat
10
Gambar. 11. Diagram Fasa dari Wet Gas dan Dry Gas
11
PERKIRAAN CADANGAN RESERVOIR Cadangan (Reserves) Cadangan adalah sejumlah akumulasi minyak yang dapat diproduksikan ke permukaan secara komersial berdasarkan data yang ada.
Pengelompokan Cadangan Didasarkan pada derajat kepastian Cadangan yang bertitik tolak pada hasil evaluasi data Geologi dan Geofisik, Keteknikan ( Engineering) serta ditunjang data Sumuran yang meliputi data Produksi, data Tekanan, data Sifat Fisik Batuan, data Log dan data Geofisika.
1
KLASIFIKASI CADANGAN A. Cadangan Terbukti (Proven Reserves) B. Cadangan Potensial :
Cadangan Mungkin (Possible) Cadangan Harapan (Probable)
2
Cadangan Terbukti (Proven Reserves) • Cadangan Terbukti Merupakan Cadangan minyak yang jumlahnya telah dibuktikan dengan derajat kepastian yang tinggi, berdasarkan pada hasil dari pembuktian melalui analisis secara Geologi, Keteknikan dan Keekonomian. Derajat kepastian Cadangan terbukti ini adalah minimal 90 % Cadangan tersebut bisa diambil.
3
Besar cadangan akan mengalami perubahan dgn pertambahan waktu yang disebabkan oleh : • Perubahan status suatu lapangan, dengan telah dimulainya produksi pada lapangan tersebut. • Adanya perhitungan ulang dengan adanya pengeboran-pengeboran baru, ataupun oleh adanya data penunjang baru yang lain. • Diketemukannya lapangan-lapangan baru/lapanganlapangan yang baru dilaporkan. • Adanya studi-studi atau analisa-analisa baru yang dilakukan
4
Cadangan Potensial Adalah Cadangan minyak yang berdasarkan pada data Geologi dan Keteknikan, jumlahnya masih harus dibuktikan dengan pemboran dan pengujian lebih lanjut. Dengan dmk Cadangan Potensial ini mempunyai derajat kepastian yg masih rendah.
5
Cadangan Mungkin (Possible Reserves) Merupakan Cadangan yang mempunyai derajat kepastian minimal 50 %.
Cadangan Harapan (Probable Reserves) Merupakan Cadangan yang mempunyai derajat kepastian masih rendah yaitu minimal 10 % dari Cadangan yang dapat diambil.
Cadangan Awal Minyak (OOIP,Original Oil in Place) Jumlah minyak mula–mula yang menempati sebuah reservoir, yang mana tidak ada kaitannnya dengan kelakuan reservoir tersebut.
6
• Ultimate Recovery,UR Adalah maksimum Cadangan Minyak yang dapat diambil dengan teknologi tahap primer (primary recovery). • Sisa Cadangan Selisih Cadangan Minyak mula-mula dengan Cadangan yang bisa diambil dgn teknologi tahap primer (primary recovery) sampai dengan saat ini. • Current Recovery Factor (CRF). Adalah Cadangan Minyak yang dapat diambil dengan teknologi tahap primer (primary recovery) sampai saat ini. 7
Metode Perkiraan Cadangan Perkiraan Initial Oil In Place ( IOIP ) Untuk batuan reservoir yang mengandung satu acre–feet pada kondisi awal, maka volume minyak dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
Ni = dimana : Ni = Vb = φ = Swi = Boi = 7758 =
( 1 − Swi ) 7758 × Vb × φ Boi
initial oil in place, STB bulk volume batuan reservoir, acre–feet porositas batuan, fraksi saturasi air formasi mula–mula, fraksi faktor volume formasi minyak mula–mula, bbl / STB faktor konversi, bbl / acre–feet
8
Initial gas in place Gi =
( 1 − Swi ) 43560 × Vb × φ Bgi
dimana : Gi = initial gas in place, SCF. Bgi = FVF gas mula–mula, bbl/SCF 43560= Faktor konversi, cuft/acre–feet
9
• Ultimate Recovery ( UR ) UR = N x RF Secara volumetris, ultimate recovery dapat ditentukan dengan persamaan sbb :
1 − Swi Sor UR = 7758 × Vb × φ − Boa Boi Reservoir gas dengan mekanisme pendorong air, RF dapat ditentukan dengan persamaan :
1 − Swi Sgr UR = 43560 × Vb × φ − Bga Bgi 10
Recovery Factor recoverable reserve RF = initial oil in place volume minyak awal − volume sisa = volume minyak awal Atau
Vb × φ × Soi − Vb × φ × Soa βoi βoa RF = Vb × φ × Soi βoi Soi − Soa βoi βoa Soa βoi = = 1− × Soi βoa Soi βoi 11
