teknik reservoir

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