6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Cross Flow Cross flow atau aliran silang terjadi terutama karena

22 Pages·2017·0.7 MB·Indonesian

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Cross Flow
Cross flow atau aliran silang terjadi terutama karena reservoir multilayer
yang memiliki tekanan berbeda yang ada dalam sumur produksi. Cross flow yang
terjadi pada sumur produksi dapat mengakibatkan terdorongnya aliran fluida pada
interval perforasi yang berada di atasnya yang menyebabkan terjadinya
kehilangan aliran. Hal ini diakibatkan oleh besarnya laju alir (rate per hour) fluida
dari interval perforasi di bawahnya. Penanganan arus silang ini akan menjadi
solusi yang efektif untuk menghadapi tantangan spesifik ini sehingga
menghasilkan tingkat produksi yang optimal.

2.1.1 Mekanisme Aliran Silang atau Cross flow
Ladang minyak yang telah diproduksi cukup lama memiliki karakteristik
reservoir yang berbeda dibandingkan dengan ladang minyak yang baru
diproduksi. Tentu saja memiliki kecenderungan untuk memiliki probabilitas yang
lebih tinggi untuk mengalami masalah aliran silang, terutama jika terdiri dari
reservoir multilayer.

Gambar 2.1 Mekanisme formation cross flow pada reservoir multilayer.
(Heungjun Park, 1990)
6
Universitas Islam Riau
7

Perbedaan karakteristik reservoir dan sifat formasi dalam satu lapisan ke
lapisan lainnya juga berkontribusi terhadap konduktivitas lapisan pada
keseragaman. Tekanan satu atau lebih lapisan produktif mendominasi produksi
sumur saat sumur tersebut telah diproduksi cukup lama. Adanya perbedaan
tekanan akan berpengaruh terhadap besarnya laju alir (rate per hour) fluida yang
masuk dari interval perforasi pada sumur. Maka, pada reservoir multilayer yang
mengalami formasi cross flow dapat berlaku persamaan P (Dimensionless
D
Preassure) dan t (Time Dimensionless) sebagai berikut:
D
(Heungjun Park,1990, p.10)
(𝑘ℎ)
𝑃 = 𝑡 (𝑝 −𝑝 )…………………………………….………….….(1)
𝐷 𝑖 𝑤𝑓
141,25𝑞 𝜇
𝑡
0,0002637(𝑘ℎ) 𝑡
= 𝑡
𝑡 …………………………………………….……...…..(2)
𝐷 (∅ℎ) 𝜇𝑐 𝑟2
𝑡 𝑡 𝜔
Keadaan ini akan merugikan bila lapisan dominan ini menghasilkan
potongan air yang tinggi sementara lapisan atas bertekanan rendah memiliki
pemotongan minyak yang lebih baik. Sehingga dapat memicu terjadi water coning
disekitar perforasi. Di sinilah penanganan cross flow berperan penting sebagai
solusi efektif dan efisien biaya untuk sumur ladang minyak yang matang.
(Mechanical Cross-flow Handler from Weatherford, 2009, p.3)
Multilayer pada reservoir homogen memiliki porositas dan permeabilitas
dengan ketebalan lapisan yang berbeda pada setiap lapisan. Perbedaan porositas
dan permeabilitas pada reservoir multilayer menghasilkan persamaan dengan
Allocation Factor untuk mengetahui laju alir fluida setiap lapisan pada reservoir
homogen. (E.P. Lolon. 2008, p.5)
𝜙𝑖
Allocation Factor (AF) = [ ] × Np ………………………………………(3)
𝑖
Σ 𝜙𝑗
𝑗
𝑞 = (AF) × 𝑞 ……………………………………………………………….…(4)
𝑖 𝑡
Keterangan :
𝜙𝑖 = Porositas lapisan yang dicari, %
Σ𝑖𝜙𝑗 = Jumlah porositas lapisan yang diproduksi, %
𝑗
Universitas Islam Riau
8

Np = Total kumulatif produksi sumur, STB
𝑞 = Laju alir produksi lapisan yang dicari, stb/d
𝑖
𝑞 = Total produksi lapisan yang dicari, stb/d
𝑡

Gambar 2.2 Reservoir multilayer. (E.P. Lolon. 2008)

2.1.2 Penanganan Aliran Silang (Cross flow Handler)
Secara teknis, penanganan cross flow dapat disesuaikan dengan cara yang
tepat untuk memenuhi masalah lintas arus yang spesifik, salah satunya
menggunakan packer dengan open ended tail (OET). Packer dengan open ended
tail (OET) digunakan pada keadaan sumur yang mengalami cross flow aliran yang
terjadi di dalam wellbore. Jika terjadi water coning disekitar perforasi, maka
packer yang diset dengan tail pipe dapat mengurangi dan mempertahankan
ketinggian water coning yang terbentuk.

Universitas Islam Riau
9

Gambar 2.3 Mekanisme terjadi cross flow on wellbore pada reservoir multilayer.
(Mechanical Cross-flow Handler from Weatherford, 2009)
Keterangan Gambar 2.3 :
A : Cross flow pada reservoir multilayer.
B : Cross flow dengan water coning pada reservoir multilayer.
C : Penanganan cross flow menggunakan packer dengan open ended tail (OET)

Packer dengan open ended tail didesain dengan philosophy-nya mengubah
arah aliran vertikal langsung ke-atas menjadi vertikal langsung ke-bawah dan
aliran masuk ke open ended tail yang diset di bawah bottom perforasi. Bottom
packer akan disambung dengan beberapa join tubing yang diset sesuai ketinggian
coning pada batas tertentu yang ujung bawahnya tetap terbuka agar fluida yang
mengalir dari perforasi mengalir ke bawah perforasi dan masuk lewat ujung yang
terbuka (open ended tail). Ujung yang terbuka (Open Ended) yang di setting di
bawah bottom perforasi sekaligus dapat me-reverse atau menarik water coning ke
bawah. (Mechanical Cross-flow Handler from Weatherford, 2009, p.5)

Universitas Islam Riau
10

2.2 Water Coning
Water coning adalah pergerakan air secara vertikal dengan melewati batas
air-minyak menuju atau masuk ke dalam perforasi. Hal ini dapat terjadi akibat
gradien tekanan alir yang bekerja pada suatu sumur relatif lebih besar jika
dibandingkan dengan gradien gravitasi fluidanya. Sehingga batas minyak air akan
naik ke lubang formasi sampai batas tertentu. Kehadiran water coning kedalam
sumur akibat dari tekanan drawdown yang sangat besar disekitar sumur. Jika
tekanan drawdown, ∆P lebih besar dari ∆Pg, dimana minyak cenderung diam di
atas air, maka coning akan terjadi.

Gambar 2.4 Water Coning (Brown, K.E, 1980)
Keterangan Gambar 2.5 :
hc = Tinggi water coning dari WOC awal.
ht = Tinggi kolom minyak atau ketebalan lapisan minyak.
kv = Arah aliran vertikal atau permeabilitas vertikal.
kh = Arah aliran horizontal atau permeabilitas horizontal.
Lp = Jarak perforasi terbawah dengan puncak perforasi formasi.
re = Jari-jari reservoir
Keadaan ini berhubungan dengan besarnya laju produksi yang diperoleh,
dimana laju produksi yang tinggi akan berpengaruh terhadap besarnya tekanan alir
minyak ke lubang sumur dan selanjutnya akan menyebabkan kesetimbangan
antara tekanan alir dan gaya gravitasi antar fluidanya menjadi tidak stabil dan
Universitas Islam Riau
11

dapat membentuk coning, sehingga air akan lebih mudah mengalir ke dalam
lubang bor. Pengidentifikasian water coning dapat dilakukan dengan menganalisis
1. Meningkatnya laju produksi air karena menurunnya laju produksi minyak.
2. Adanya perbedaan densitas minyak dengan densitas air.
3. Jarak antara bottom perforasi dengan WOC.
4. Permeabilitas vertikal dan permeabilitas horizontal.
5. Penyebab daya dorong Water drive.
Agar tidak terjadi problem water coning di dasar lubang sumur, maka
pengurasan terhadap reservoir harus diatur sedemikian rupa sehingga perbedaan
tekanan aliran antara reservoir dengan sumur lebih kecil dari tekanan yang
disebabkan oleh densitas minyak dan air. Untuk mengatasi hal ini, yaitu dengan
memproduksikan sumur tidak melebihi rate produksi maksimumnya juga dan
mengatur perbedaan tekanan aliran antara reservoir dengan sumur agar tidak
terlalu tinggi.
2.2.1 Mekanisme Terjadinya Water Coning
Pada kondisi statis, air yang memiliki densitas lebih besar daripada minyak
akan menempati bagian bawah dari production section. Jika zona transisi
diabaikan, dapat dianggap bahwa batas kontak antara air dan minyak merupakan
bidang datar dan rata. Jika sumur diproduksikan ketika harga perubahan tekanan
mencapai water level, maka batas kontak antara minyak dan air tersebut akan
berubah menjadi seperti sebuah kerucut yang puncaknya mengarah ke perforasi
sumur. Bentuk kerucut ini disebabkan oleh terjadinya gradien tekanan alir di
sekitar lubang sumur yang lebih besar dari gradien tekanan hidrostastis fluida di
bawahnya (gradien gaya gravitasi). Akan tetapi jika gradien tekanan alir fluida
lebih kecil dari gradien tekanan hidrostatik fluida maka puncak kerucut yang
terbentuk tidak mencapai dasar lubang sumur. Gradien tekanan aliran berkaitan
dengan besarnya laju produksi sumur, sedangkan gradien tekanan hidrostatik
dipengaruhi oleh perbedaan densitas fluida (minyak dan air). Saat puncak water
coning tepat berada di bawah dasar lubang perforasi sumur merupakan saat kritis.
Universitas Islam Riau
12

Penambahan laju produksi yang kecil dapat menyebabkan puncak water cone
tersebut masuk kedalam lubang sumur. Keadaan ini disebut coning breakthrough.
2.2.2 Pencegahan Water Coning
Usaha-usaha yang dilakukan guna pencegahan terjadinya water coning
adalah sebagai berikut :
1. Mengatur besarnya perbedaan tekanan statis dasar sumur (Ps) dengan
tekanan alir dasar sumur (Pwf) agar laju produksinya tidak melampaui
kapasitas aliran kritisnya.
2. Mengatur letak dari interval perforasi reservoir yang bersangkutan.
Merencanakan perforasi yang baik agar sumur dapat diproduksikan
dengan kapasitas produksi yang optimum tanpa terjadi coning.
3. Pada sumur yang telah diperforasi, pencegahan dapat dilakukan dengan
cara mengontrol kapasitas produksi dari sumur tersebut agar tidak
melampaui kapasitas produksi kritisnya, sedangkan untuk sumur-sumur
yang belum diperforasi coning dapat dicegah dengan mengatur letak
interval perforasi dari sumur tersebut.

2.2.3 Penanggulangan Water Coning
Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk menanggulangi water coning
salah satunya adalah pembuatan artificial barrier, yaitu berupa penghalang yang
sengaja dibuat untuk mencegah ikut megalirnya air bersama minyak kedalam
lubang sumur akibat water coning. Penghalang buatan tersebut dapat berupa
penghalang padat maupun berupa fluida. Jenis artificial barrier yang paling
banyak digunakan dan mudah dioperasikan salah satunya adalah dengan
penggunaan packer, sehingga dapat menekan atau menahan (mengisolasi) air
yang mengalir ke dalam lubang sumur akibat water coning.
(Dadang Rukmana, 2012, p.287)

2.2.3.1 Penggunaan Packer
Packer berasal dari kata “PACK” yang artinya membungkus. Tetapi yang di
maksudkan disini adalah memisahkan atau mengisolasi. Packer merupakan suatu
Universitas Islam Riau
13

alat mekanis yang ditempatkan di dalam sumur untuk memisahkan atau
mengisolasi zona atau interval yang tidak ekonomis atau dengan kata lain packer
dapat di definisikan sebagai peralatan bawah permukaan yang digunakan untuk
menyekat antara tubing dan casing, serta mencegah aliran vertikal disepanjang
annulus casing tubing. Dalam industri perminyakan dan gas bumi berarti bahan
atau alat yang diset untuk menciptakan kondisi pembatas (sealing) antara tubing
dengan casing, atau drill pipe dengan casing. (L.Douglas, 1980, p.4.1)

2.2.3.1.1 Fungsi Packer
Adapun fungsi dari packer yaitu sebagai berikut ini:
1. Memisahkan atau mengisolasi zona–zona pada interval (perforasi)
tertentu.
2. Menjaga sumur dari tekanan–tekanan yang besar, yang terjadi pada
saat melakukan simulasi job (fracturing dan acidizing).
3. Mempertahankan fluida reservoir dan menjaga tekanan casing.
4. Membungkus lubang perforasi selama squeeze cementing.
5. Mengisolasi casing atau liner yang bocor.
6. Menutup secara sementara satu interval dengan interval lain yang sedang
diproduksi.
7. Untuk melakukan multiple completion pada suatu sumur.

2.2.3.1.2 Konstruksi Packer
Sebagaimana diketahui bahwa komponen dasar dari sebuah packer adalah
terdiri dari sistem penyekat (sealing assembling), slip, friction element, hold down
assembling, dan sistem pemasangan dan pelepasan.
1. Sistem penyekat
Sistem penyekat pada sebuah packer terbuat dari campuran senyawa
karet sintetis untuk menguji berbagai macam kekerasan. Untuk pengesetan packer
dapat dilakukan dengan cara menggerakkan rangkaian packer tersebut naik atau
turun dengan menambah beban, menarik tegangan pada tubing. Sedangkan untuk
melepaskan packer dapat dilakukan dengan cara memutar pipa produksi kekanan
Universitas Islam Riau
14

atau kekiri dan ditarik bersamaan dengan rangkaian tubing. Penarikan dilakukan
dengan kuat agar dapat mematahkan shear pin.
Sewaktu melakukan pengesetan packer, sistem penyekat ini tertekan oleh
metal ring, sehingga penyekat mengembang dan menimbulkan sekatan antara
tubing dan pipa selubung produksi.
2. Slip
Slip mempunyai bentuk berbeda–beda dan ukurannya bermacam– macam
tergantung dari perbedaan tekanan di dalam sumur, slip harus memiliki
permukaan yang bergerigi yang tajam dan cukup luas untuk menahan packer
ditempatnya terhadap perbedaan tekanan dari atas dan bawah.
3. Elemen Friksi
Elemen friksi (friction element) sering disebut dengan friction block,
kegunaan dari friction element ini untuk membantu kedudukan packer pada saat
dilakukan pengesetan dan pelepasan packer. Posisi friction block pada sebuah
friction element diset di bawah slip.
4. Hold Down Assembly
Hold down assembly atau sering disebut hydraulic anchor berfungsi
untuk mencegah bergesernya packer yang telah dipasang bila terkena beban atau
tekanan. Khususnya yang berlawanan dari kedudukan slip.
5. Sistem Pemasangan dan Pelepasan
Proses pengesetan packer dilakukan pada saat pekerjaan penyelesaian
sumur produksi. Sedangkan pelepasan packer dilakukan pada kondisi tertentu,
misalnya dilakukan penggantian packer karena mengalami kerusakan atau pada
proses kerja ulang sumur.
a. Mekanisme pemasangan packer ada bermacam – macam antara lain:
1. Compression, yaitu menambah beban sehingga berat dari tubing
string akan menekan packer yang telah diset. Contohnya: packer
Type G single grip.
2. Tension, yaitu tubing string akan ditarik sehingga rubber pada
packer akan mengembang. Contohnya : packer Type AD-1 single
grip.
Universitas Islam Riau
15

3. Compression and tension, yaitu menambah beban serta menarik
tegangan pada tubing (tension). Contohnya: Lock Set Packer
(LSP).
b. Mekanisme pelepasan packer dapat dilakukan dengan cara:
1. Memutar pipa produksi (pipa tubing)
2. Langsung menarik bersamaan rangkaian tubing
3. Menarik dengan kuat agar mematahkan shear pin.

2.2.3.1.3 Jenis – jenis Packer Secara Umum
Packer merupakan salah satu peralatan produksi yang diperlukan pada
sumur produksi, dimana pada saat pemasangan dipengaruhi oleh tekanan fluida
reservoir dan temperatur yang berada di dalam atau di luar pipa produksi yang
dapat berpengaruh terhadap rangkaian pipa produksi, khususnya packer. Tekanan
yang terjadi pada pemasangan packer dapat mengakibatkan karet–karet (seal) dan
memperkuat kedudukan antara tubing produksi dengan dinding pipa selubung.
Terdapat dua jenis packer yang dapat digunakaan untuk melakukan
penyelesaian dan kerja ulang sumur serta dapat digunakan pada metode water shut
off untuk menutup zona yang memiliki produksi air yang tinggi (high water cut)
akibat adanya water coning. Dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
2.2.3.1.3.1 Drillable Packer (permanent packer)
Drillable packer adalah packer yang tetap, dengan kata lain packer tidak
bisa digeser ke atas maupun ke bawah, jika packer tersebut telah ditempatkan di
lubang sumur. Packer ini dimasukkan kedalam sumur dengan wireline atau
dengan tubing. Tubing dapat dilepas atau ditarik dari packer dan meninggalkan
packer di casing, kemudian tubing dapat diturunkan kembali dan bersatu dengan
packer.
Permanent Packer disebut juga dengan Production Packer. Production
Packer berfungsi untuk menyekat annulus tubing dengan casing pada zona
produktif. Production Packer setelah dirangkaikan dengan tubing, kemudian
dimasukkan ke dalam lubang sumur sampai ke formasi produktif. Production
Packer ini bekerja secara hidrolik yang secara otomatis akan menyekat annulus
Universitas Islam Riau