Cap rock dan base rock merupakan batuan yang homogen dan isotropik dengan
ketebalan tidak terhingga
Mekanisme panas konduksi dalamarah radial diabaikan Uap mendesak minyak tanpa hot water bank
Minyak yang didesak adalah tidak kompresibel. Laju injeksi dan kualitas uap konstan
Pada zona uap temperatur uap seragam
Kehilangan panas ke cap rock dan base rock hanya oleh makanisme konduksi Tidak ada kehilangan panas ke dalan zone liquid di depan front kondensasi B. Model Willman et al
Hampir sama dengan model Marx dan Langenheim. Model ini menghitung ukuran daerah penyapuan pada suatu waktu sejak permulaan injeksi uap. Untuk memprediksi perolehan minyak digunakan model saturasi Buckley-Leverett.
Willman juga melakukan studi percobaan untuk memperkirakan kelakuan lapangan pada proses injeksi panas. Kesimpulan yang didapat adalah :
Injeksi uap memiliki perolehan minyak yang lebih banyak dibandingkan dengan injeksi air biasa.
Perolehan meningkat karena adanya penurunan viskositas dan ekspansi panas minyak.
Injeksi digunakan khususnya untuk minyak kental karena dapat menurunkan perbandingan viskositas minyak-air dengan tajam.
Perolehan dengan injeksi uap lebih tinggi dibandingkan dengan injeksi air panas. Minyak terproduksi sesaat sebelum uap breakthrough memiliki API yang lebih
rendah dibandingkan dengan OOIP karena distilasi uap.
Prosentase peningkatan dalam perolehan minyak dengan tekanan dan temperatur uap tinggi lebih rendah dibandingkan dengan prosentase peningkatan dalam panas yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur uap tersaturasi tekanan tinggi Saturasi minyak sisa setelah injeksi uap tidak tergantung saturasi minyak awal. Massa air yang dibutuhkan dalam bentuk uap untuk memanasi reservoir lebih
Untuk meminimalkan panas yang dibutuhkan, laju injeksi harus tinggi, pola injeksi harus kecil dan formasi harus tebal.
Jika saturasi minyak awal tinggi, perolehan minyak tiap bbl uap yang diinjeksi juga akan tinggi.
3.3.4.3. Mekanisme Pendesakan Uap Dalam Reservoir
Mekanisme injeksi uap merupakan proses yang serupa dengan pendesakan air. Suatu pola sumur yang baik dipilih dan uap diiinjeksikan secara terus menerus melalui sumur injeksi dan minyak yang didesak dan diproduksikan melalui sumur lain yang berdekatan. Uap yang diinjeksikan akan membebtuk suatu zona jenuh uap (steam saturated zone) disekitar sumur injeksi seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.49.
Diagram Skematik Injeksi Uap Dan Distribusi Temperatur Formasi
Temperatur dari zona ini hampir sama dengan temperatur uap yang diinjeksikan. Kemuadian uap bergerak menjauhi sumur, temperaturnya berkurang secara kontinyu disebabkan oleh penurunan tekanan. Pada jarak tertentu dari sumur (tergantung dari temperatur uap mula-mula dan laju penurunan tekanan), uap akan mencair dan membentuk hot water bank. Pada zona uap, minyak tergiring oleh distilasi dan pendorongan uap. Pada hot water, perubahan sifat-sifat fisik minyak dan batuan reservoir mempengaruhi dan menghasilkan perolehan minyak. Perubahan tersebut adalah ekspansi panas dari minyak, penurunan viskositas dan saturasi minyak sisa dan merubah permeabilitas relatif.
3.3.4.4. Effisiensi Injeksi Uap
Effisiensi injeksi uap dipengaruhi oleh sifat homogenitas reservoir dan pola susunan sumur injeksi-produksi. Menurut SPE, effisiensi recovery didefinisikan sebagai perbandingan antara volume hidrokarbon yang diproduksikan dengan volume hidrokarbon mula-mula sebelum proyek mulai dilaksanakan. Effisiensi recovery dapat dinyatakan denga hubungan :
ET = Es x Ed x Ei ...(3.13) dimana :
Es = Effisiensi penyapuan pola
Ed = Effisiensi pendesakan mikroskopik Ei = Effisiensi invasi
Bursel dan Pitman telah melakukan percobaan injeksi uap untuk menentukan besarnya efisiensi penyapuan dari pola five spot. Gambar 3.51. menunjukkan hasil percobaannya, dimana terlihat bahwa sweep efficiency dipengaruhi oleh viskositas minyak dan temperatur uap.
Gambar 3.50.
Hasil Percobaan Injeksi Uap Pada Pola Five Spot 17
Bila viskositas minyak dan temperatur uap semakin tinggi maka sweep efficiency-nya akan bertambah kecil.
Gambar 3.51.
Sweep Efficiency versus Laju Produksi Uap Pada Model Stream-Channel Untuk Pola Five-Spot 17
Farouq Ali juga melakukan percobaan pada model stream-channel untuk pola
five spot. Gambar 3.52. menunjukkan hasil percobaannya dimana harga sweep efficiency dipengaruhi oleh besarnya laju injeksi.
Untuk laju injeksi yang semakin besar didapatkan sweep efficiency yang semakin besar pula.
3.3.4.5. Peramalan Recovery
Performance dalam injeksi uap terantung dari konsep pendesakan fluida yang
digunakan, keseragaman media berpori dan geometri dari susunan sumur injeksi produksi. Pendekatan untuk mendapatkan solusi atau performance adalah memilih
suatu bagian dari reservoir yang akan dikembangkan dengan pola injeksi tertentu (pilot injeksi). Performance dari pilot injeksi ini digunakan untuk mengevaluasi
performance dari seluruh reservoir bila diinjeksi dengan pola yang sama.
Dalam segi pendesakan fluida umumnya dibagi dalam dua konsep yaitu prinsip desaturasi dan prinsip kerja torak. Prinsip desaturasi oleh Bucley dan Laverett (1942). Gerakan fluida pendesak dan fluida yang didesak (minyak) di dalam reservoir dipisahkan oleh suatu bidang batas (front) antar fasa diantara kedua fluida tersebut. Dalam prinsip ini fluida yang mengalir didepan front terdiri atas satu fasa, sedangkan di belakang front fluida pendesak dan yang didesak mengalir bersama-sama dengan kecepatan yang berbeda sesuai dengan mobilitasnya. Pendesakan ini berlangsunghingga mencapai harga residunya. Anggapan-anggapan dalam prinsip desaturasi adalah :
Keadaan aliran mantap.
Sistem pendesakan dari dua macam fluida yang tidak saling larut. Fluida reservoir tidak dapat dimampatkan.
Aliran terjadi pada media berpori yang homogen.
Prinsip kerja torak dikembangkan oleh Stiles (1949) serta Dykstra dan Parsons (1950). Dalam prinsip ini fluida pendesak mengalir dibelakang front, sedangkan didepan front mengalir fluida yang didesak. Pendesakan ini berlangsung hingga mencapai saat breakthrough. Anggapan anggapan dalam prinsip kerja torak adalah : Aliran terjadi pada media berpori yang homogen.
Geometri media berpori linier dengan ketebalan konstan. Kecepatan fluida pendesak dan didesak adalah sama.
Selama berlangsungya proses pendesakan tidak ada perubahan mobilitas.
Pada proyek injeksi uap, dalam prinsip desaturasi maupun prinsip kerja torak diambil anggapan bahwa setelah steam breakthrough tidak ada lagi produksi minyak. Peramalan recovery dihitung dengan persamaan Volek dan Pryor yang menyatakan bahwa minyak yang diproduksikan sama dengan volume zone uap sampai saat breahthrough yang diekivalenkan dengan bulk volume pattern (pola) berbentuk radial dikalikan dengan sweep efisiensi-nya. Anggapan-anggapan yang digunakan dalam persamaan Volek dan Pryor adalah :
Reservoir homogen dan isotropik. Ketebalan lapisan merata.
Perkembangan zone uap berbentuk radial.
Dengan anggapan-anggapan tersebut, maka persamaannya berbentuk :
Np = − 6146 , 5 Vst Bo Sor So ht hn φ ...(3.14) Dimana :
Np = produksi minyak kumulatif, STB.
φ = porositas, fraksi.
hn =ketebalan bersih lapisan, ft. ht = ketebalan total lapisan.
So = saturasi minyak mula-mula, fraksi. Sor = saturasi minyak residual, fraksi.
Bo = faktor volume formasi minyak, bbl/STB. Vst = volume zone uap, ft3.
3.3.4.6. Keuntungam Dan Kerugian Injeksi Uap A. Keuntungan
1. Uap mempunyai kandungan panas yang lebih besar dari pada air, sehingga efisiensi pendesakan lebih efektif.
2. Recovery lebih besar dibandingkan dengan injeksi air panas untuk jumlah input energi yang sama.
3. Didalam formasi akan berbentuk zone steam dan zone air panas, dimana masing-masing zone ini akan mempunyai peranan terhadap proses pendesakan minyak ke sumur produksi.
4. Efisiensi pendesakan sampai 60 % OOIP. B. Kerugian
1. Terjadinya kehilangan panas di seluruh transmisi, sehingga perlu pemasangan isolasi pada pipa.
2. Spasi sumur harus rapat, karena adanya panas yang hilang dalam formasi. 3. Terjadinya problem korosi, scale maupun emulsi.
4. Karena adanya perbedaan gravitasi, formasi pada bagian atas akan tersaturasi steam, sehingga efisiensi pendesakan pada formasi bagian atas sangat baik. Oleh karena itu secara keseluruhan, efisiensi pendesakan vertikalnya kurang baik.
5. Kecenderungan terjadinya angket oil sangat besar, tergantung pada faktor heterogenitas batuan.
3.3.5. Pembakaran Di Tempat (In-Situ Combustion)
In-situ combustion adalah proses pembakaran sebagian minyak dalam reservoir
untuk mendapatkan panas , dimana pembakaran dalam reservoir dapat berlangsung bila terdapat cukup oksigen (O2) yang diinjeksikan dari permukaan.
Pemakaian in-situ combustion memakan biaya relatif besar dibandingkan dengan metode lainnya. Karena itu diharapkan peningkatan perolehannya lebih besar dan lebih cepat. Secara teknis in-situ combustion dikatakan berhasil bila pembakaran dapat berlanjut sampai sumur produksi. Hal ini dapat tercapai jika reservoir dapat menyediakan cukup bahan bakar untuk proses pembakaran. Disamping itu pembakaran tidak padam oleh hilangnya panas dan liquid blocking. Keberhasilan metode In-Situ Combustion ditentukan dari keadaan reservoir, yaitu sifat batuan, sifat fluida reservoir, ukuran reservoir dan kedalaman lapisan.
Gambar 3.52.
Penampang Melintang Formasi16 3.3.5.1. Jenis-Jenis In-Situ Combustion
In-Situ Combustion disebut juga fire flood. Penyalaan yang terjadi di satu tempat
di reservoir akan merambat ke arah dimana terdapat bahan bakar yang telah tercampur dengan udara injeksi. Berdasarkan perambatan pembakaran ini In-Situ Combustion dibagi dalam forward combustion dan reverse combustion.
Udara yang diinjeksikan dapat ditambah air, artinya udara injeksi bukan udara kering. Berdasarkan kadar air pada udara injeksi forward combustion digolongkan ke dalam dry combustion, wet combustion dan combination of forward combustion and
water flood (partially quenched combustion atau pemadaman sebagai pembakaran).
A.1. Dry Combustion
Pada dry combustion, injeksi udara kering dilakukan melalui sumur injeksi udara ini akan bereaksi dengan bahan bakar di reservoir, dimana campuran ini pada temperatur tertentu akan terbakar (menyala). Daerah didepan “muka pembakaran” akan naik temperaturnya dan dengan adanya udara bercampur dengan bahan bakar di situ perambatan pembakaran akan terjadi. Dibagian lain, daerah dibelakang muka pembakaran, pembakaran akan berlangsung terus hingga bahan bakar di daerah tersebut habis. Pemabakaran ini akan mengambil O2 dari udara injeksi sehingga mengakibatkan udara yang sampai didepan muka pembakaran merupakan udara sisa. Hal ini meruapakan kelemahan pemakaian dry combustion pada reservoir yang mengandung bahan bakar dalam jumlah yang besar, karena untuk mendapatkan laju pembakaran minimum diperlukan laju injeksi udara yang besar berarti menaikkan biaya kompresi udara, dimana biaya ini memegang peranan penting dalam menentukan keberhasilan proyek secara ekonomis. Di lain pihak, secara teknis, kompresor juga memiliki kemampuan terbatas.
A.2. Wet Combustion
Pada wet combustion, udara yang diinjeksikan ke dalam reservoir, bukan merupakan udara kering tetapi mengandung air. Kegunaan air yang diikutsertakan pada udara injeksi adalah untuk menaikkan efisiensi panas.
Panas yang ditimbulkan pembakaran pada in situ combustion dimaksudkan untuk menaikkan temperatur minyak agar viskositas minyak menurun. Zone pembakaran bergerak lebih lambat dari pergerakan fluida, berarti dibelakang zone pembakaran diharapkan tidak ada lagi minyak yang bergerak. Daerah dibelakang zone pembakaran mempunyai temperatur yang sangat tinggi. Apabila dibiarkan, panas akan menyebar ke lapisan atas lapisan bawah dari lapisan sasarannya, berarti ini merupakan panas yang terbuang. Air yang terkandung dalam udara injeksi akan menyerap panas dengan efek konduksi, kemudian terjadi penguapan.
Uap yang terjadi akan masuk ke dalam zone pembakaran dan karena lajunya lebih besar dari laju muka pembakaran, uap akan menembus muka pembakaran dan memasuki daerah yang lebih dingin. Pada daerah yang lebih dingin ini akan terjadi lagi pelepasan panas oleh uap air tersebut dan terjadi kondensasi. Jadi dapat dilihat bahwa panas yang tertinggal pada batuan dibelakang front zone pembakaran oleh air yang terkandung pada udara injeksi dipindahkan ke zone di depan muka pembakaran. A.3. Kombinasi Forward Combustion Dengan Water Flooding (COFCAW)
Combination of Forward Combustion and Water Flooding di sebut juga partially quenched combustion (pemadaman sebagian pembakaran). Kadar air pada
udara injeksi lebih besar dibandingkan wet combustion.
Air yang terdapat pada udara injeksi tidak akan teruapkan seluruhnya, pada batuan panas di belakang zone combustion hingga temperatur zone combustion turun tetapi dijaga di atas temperatur untuk melanjutkan pembakaran dan temperatur di depan muka pembakaran masih dapat melakukan destilasi crude oil (mengendapkan bahan bakar pada batuan dan mengalirkan komponen ringan hidrokarbon). Makin kecil temperatur zone combustion, makin kecil pula panas yang hilang ke lapisan atas dan bawah lapisan target. Pada gambar 3.54. dapat dilihat distribusi temperatur dan pemindahan panas pada ketiga forward combustion.
Pemadaman sebagai pembakaran disini diartikan karena tidak semua bahan bakar yang terendap pada batuan dipakai. Penurunan temperatur zone combustion secara terus-menerus mengakibatkan pembakaran padam sebelum bahan bakar tersedia habis.