40 BAB IV
PERENCANAAN HYDRAULIC FRACTURING PADA SUMUR MAY#37
Pada bab ini akan membahas mengenai sistematika perencanaan hydraulic fracturing yang meliputi desain geometri rekahan dengan pendekatan metode Perkins, Kern & Nordgren (PKN) yang mencakup panjang rekahan (Xf), lebar rekahan di depan perforasi (Wo) dan tinggi rekahan (hf) serta perhitungan Productivity Index (PI) dengan metode Cinco-ley. Sumur MAY#37 merupakan sumur dengan batuan formasi sandstone. Beberapa alasan dilakukan stimulasi perekahan hidraulik pada sumur MAY#37, antara lain:
1. Meningkatkan harga Productivity Index (PI), dengan harga PI sebelum perekahan hidraulik adalah : 0.12 (STB/D)/Psi.
2. Tekanan reservoir (Pr) masih tinggi yaitu 2793.76 psi. Sumur-sumur dengan harga Pr yang masih tinggi merupakan kandidat yang baik untuk dilakukan perekahan hidraulik.
3. Formasi dengan batuan sandstone, merupakan kandidat yang baik untuk dilakukan perekahan hidraulik.
4.1. Penentuan Model
Model yang akan digunakan dalam desain geometri rekahan adalah model PKN dimana panjang rekahan lebih besar dari tinggi rekahan, didasarkan pada teori dari berbagai referensi, salah satunya menurut buku “Modern Hydraulic Fracturing” karangan Michael Economides dan Tony Martin, bahwa untuk formasi dengan harga permeabilitas kecil (low permeability) sebaiknya didesain dengan menitikberatkan pada length (panjang) rekahan. Model ini dikembangkan oleh Perkins dan Kern, kemudian disempurnakan oleh Nordgren sedangkan untuk sumur-sumur yang memiliki permeabilitas besar (high permeability) desain geometri Hydraulic Fracturingnya lebih difokuskan untuk mendapatkan konduktivitas rekahan yang besar.
Untuk membatasi nilai yang sangat variatif, maka digunakan beberapa asumsi dalam melakukan perencanaan hydraulic fracturing seperti terlihat pada Tabel IV-1.
Tabel IV-1
Asumsi Yang Digunakan
Model PKN
Fluida Perekah PrimeFRAC 30
Additive Tabel IV-11
Proppant (Mesh)
C-Lite 20/40
4.2. Penentuan Parameter
Dalam melakukan perencanaan perekahan hidraulik diperlukan beberapa data penunjang yang meliputi: data reservoir, data fluida reservoir, data tubing dan casing serta data perforasi.
Parameter disini akan dijadikan sebagai acuan untuk perencanaan hydraulic fracturing yang meliputi desain geometri rekahan secara manual, adapun parameter yang digunakan adalah: data batuan meliputi young modulus (E), poisson ratio, data karakteristik fluida perekah seperti N’base gel, K’base gel, spurt loss (Sp), koef leak-off total (Cl) serta laju injeksi (qi) dan waktu treatment total (Tt), sedangkan untuk menghitung Productivity Index (PI) dengan metode Cinco-ley parameter yang digunakan adalah: permeabilitas, re, rw, konduktivitas rekahan (Wkf) dan panjang rekahan (Xf).
Tabel IV-2 Data Reservoir
Tekanan Reservoir (Pres) 2793.76 psi
Tekanan alir Dasar Sumur (Pwf) 365 psi
Permeabilitas (K) 0.249 mD
Viskositas Minyak (µo) 0.0271 cp
Faktor Vol. Formasi Minyak (Bo) 1.3252 bbl/stb
Re 820.21 ft
Rw 0.2916 ft
Interval Perforasi 7303.2 ft – 7313.0 ft
Ketebalan 11.5 ft
Porositas 13 %
Spasi 60 acres
Tabel IV-3 Data Fluida Reservoir
Jenis Sumur Minyak
Temperatur Reservoir 262 0F
Oil Gravity 33 oAPI
GOR 4110.2 scf/bbl
Bubble Point Pressure 3535 psi
Tabel IV-4
Data Tubing dan Casing
Data OD (in) Weight (lb/ft) ID (in) Depth (ft)
Tubing 2.875 6.4 2.441 7204.7
Casing 7.000 26.0 6.276 7532.5
Tabel IV-5 Data Perforasi
Tabel IV-6 Data Batuan
Lapisan
MD at Bottom
(ft)
Fracture Gradient (psi/ft)
In-situ Stress (psi)
Young’s Modulus (psi)
Poisson’s Ratio
Fracture Toughness
(psi)
Clossure Pressure (psi) Sandstone 7313.0 0.626 4575 2.638E+06 0.25 700 4577.94
4.3. Perencanaan Perekahan Hidraulik
Sumur MAY#37 diproduksi dari formasi sandstone pada interval perforasi 7303.2 ft – 7313.0 ft dari total depth 7545.9 ft dengan ketebalan lapisan produktif 11.5 ft.
Fluida perekah yang digunakan dalam perencanaan ini didasarkan pada kriteria sebagai berikut: mempunyai viscositas yang cukup besar, tingkat kehilangan cairan (friction loss) kecil, tidak menimbulkan kerusakan formasi, bersifat stabil pada tekanan yang tinggi serta mudah didapat, ekonomis, mudah dipompakan dan aman. Proppant yang digunakan didasarkan pada kriteria sebagai berikut: mampu menahan in-situ stress formasi, bentuk butiran proppant semakin bulat dan halus permukaannya semakin tahan terhadap tekanan. Laju injeksi fluida perekah merupakan faktor yang mempengaruhi berhasil atau tidaknya model geometri rekahan yang telah ditentukan. Untuk mendapatkan hasil sesuai yang diinginkan, maka laju injeksi harus disesuaikan dengan model geometri rekahan yang diinginkan sehingga dilakukan trial and error. Fluida perekah, proppant dan laju injeksi yang dipakai dalam perencanaan ini dapat dilihat pada Tabel IV-7, Tabel IV-8 dan Tabel IV-9.
Top MD (ft)
Top TVD
(ft)
Bottom MD
(ft)
Bottom TVD
(ft)
Shot Density (shot/ft)
Total Number
Diameter (in)
7303.2 7303.2 7313.0 7313.0 6.00 59 0.32
Tabel IV-7
Fluida Perekah Yang Dipakai Dalam Perencanaan Hydraulic Fracturing Fluida Temp. Fluida Jenis Fluida Perekah Fluida 1 (PrimeFRAC 30) 200 oF - 375 oF Water Base Fluid
Tabel IV-8
Proppant Yang Dipakai Dalam Perencanaan Hydraulic Fracturing
Proppant Ukuran (Mesh) Stress on Proppant (psi)
C-Lite 20/40 5000
Tabel IV-9
Laju Injeksi Yang Dipakai Dalam Perencanaan Hydraulic Fracturing Laju Injeksi
4 bbl/min 8 bbl/min 12 bbl/min 16 bbl/min 20 bbl/min 30 bbl/min
Karakteristik fluida perekah yang digunakan, seperti terlihat pada Tabel IV-10.
Tabel IV-10
Karakteristik dari Fluida Perekah
(FracCADE, “Hydraulic Fracturing Design and Evaluation”, Schlumberger)
Fluida
Perekah n’ k’
lbf.sn/ft2
Viskositas (cp)
Cw (ft/min
0.5)
Ct (ft/min
0.5)
Spurt gal/ft2
Leakoff Viskositas
(cp) PrimeFRAC
30 0.60 6.10E-2 382.303 1.4E-3 9.00E-4 1.2 1.0
Fluida perekah juga mengandung additive dasar, seperti terlihat pada Tabel IV-11.
Tabel IV-11
Additive pada Masing-masing Fluida Perekah
(FracCADE, “Hydraulic Fracturing Design and Evaluation”, Schlumberger)
Fluida Perekah Additive
Tipe Nama
PrimeFRAC 30 Stabilizer J353, HI TEMP GEL STABILIZER Buffer J464, BUFFERING AGENT
Buffer J488, ACID BUFFER Buffer J494, BUFFERING AGENT X-Linker J513, CROSSLINKER
Gel J916, SLURRIABLE POLYMER
Clay Stabilizer L64, CLAY STABILIZER
Ukuran dan karakteristik proppant yang digunakan dalam perencanaan hydraulic fracturing dapat dilihat seperti pada Tabel IV-12.
Tabel IV-12
Ukuran dan Karakteristik Propppant
(FracCADE, “Hydraulic Fracturing Design and Evaluation”, Schlumberger) Proppant
(Mesh)
Mean Diameter
(in) SG Pack Porosity (%)
K (mD)
C-Lite 20/40 0.028 2.73 35.0 513648
4.3.1. Perencanaan Model Geometri Rekahan
Model geometri rekahan adalah parameter opsional yang harus ditentukan terlebih dahulu agar terbentuk model rekahan sesuai dengan yang diinginkan.
Dalam perencanaan ini parameter yang dihitung adalah dimensi (geometri) rekahan yang terbentuk (panjang rekahan, lebar rekahan di depan perforasi, lebar rekahan rata-rata, tinggi serta konduktivitas rekahan), dengan melakukan perhitungan manual dengan model PKN, maka didapat geometri rekahan dari stimulasi perekahan hidraulik Sumur MAY#37 adalah sebagai berikut:
Tabel IV-13
Data Sumur MAY#37 Untuk Perhitungan Geometri Rekahan (Proposal dan Post Job Fracturing Report Sumur MAY#37)
Parameter Data Field Unit Konversi
Young Modulus (E) ave 2638000 psi -
Poisson Ratio (v) 0.25 -
n’ base gel 0.60 -
K’ base gel 0.061 -
Laju injeksi (qI) 1 sayap x 4 = 2 bpm 0.0053 m3/detik Waktu treatment total (Tt) 2.7 jam 162 menit
Spurt loss (Sp) 1.2 gal/ft2 0,0489 m3/m2 Koef. Leak-off total (CL) 1.8E-2 ft/menit 9.00E-4 m/detik
Metode PKN
Metode PKN (Perkins, Kern (ARCO), Nordgren) digunakan dalam perhitungan geometri rekahan secara manual pada Sumur MAY#37 yaitu : fluida perekah (PrimeFRAC 30), proppant C-Lite 20/40 dengan laju injeksi 4 bpm.
Langkah-langkah perhitungan geometri rekahan dengan metode PKN adalah sebagai berikut :
1. Menghitung Plain Strain Modulus (E’) dengan persamaan : Eˈ =
1-Ev2
=
26380001-0.252
2813867psi2. Menentukan panjang rekahan awal iterasi (Xf iterasi) = 15 ft = 4.4 m.
Xf =
2 L f
i
C h 4
q 2Sp
=
0.0009
4.4m) 5075 . 3 ( .14) 3 ( 4
0.0053 0.0489
2
2
Harga 4.4 m dipakai sebagai start awal iterasi, dengan alasan agar target menembus zona produktif yang berjarak 4.4 m dapat tercapai.
3. Menghitung lebar rekahan di depan perforasi (wo) dengan persamaan :
4. Menghitung lebar rekahan rata-rata ( w ) :
w = 0.2 π w(o) = 0.23.140.0093394 m = 0.005865 m 5. Harga β dihitung dengan persamaan :
β =
p
t
2S w
t
2C
= 0.391618
) 0489 . 0 2 ( 005865 .
0
162 .14 3 0009 . 0
2
Dengan menggunakan Tabel III-3 Harga Fungsi Persamaan Mark- Langenheim Untuk Fluid Loss, maka untuk harga = 0.391618,
didapatkan harga 2 1 0.12214
) ( 2)
exp(
erfc
6. Menghitung Konduktivitas rekahan (Wkf) : Wkf = Wf × Kproppant
= 0.005865 × 513648 = 3012 mD-m
7. Menghitung harga Xf(iterasi+1) :
Xf =
-1
π β 2β β erfc
exp C
h 4
q 2Sp
w 2
2 L f
i
=
0.12214
6.596169m 0009. 0 ) 5075 . 3 ( .14) 3 ( 4
0.0053 0.0489
2 005865 .
0
2
2n'2
1
f n' 1 f n' 2 i 2n' 2 1
2n' n' 2
2n' n' 2
2n' 1
E' X h
K' q n'
2.14n' 3.98 1
9.15 w(o)
m 0093394 .
0 ) o ( w
2813867
4 . 4 5075
. 3 0.0053 061
. 0
0.60 0.60 2.14 3.98 1
9.15 w(o)
2 0.60 2
1 60
. 0 1 0.60
2 0.60 2
1
2 0.60 2
0.60 2
0.60 2
0.60 2
0.60 2
1
8. Menghitung error (kesalahan) dengan persamaan sebagai berikut : Error = Xf(iterasi+1) - Xf(iterasi)
= 6.59 m – 4.4 m = 2.162688655 m
Bila didapat harga error > 0.0001, maka perhitungan diulang kembali dengan mempergunakan harga Xf(iterasi+1) sebagai harga Xf(iterasi), demikian seterusnya sampai didapat harga error 0.0001. Hasil dari perhitungan metode PKN Sumur MAY#37 secara trial and error dapat dilihat pada Tabel IV-14.
Sehingga didapatkan harga :
Xf (Panjang rekahan) = 6.06 m Wo (Lebar rekahan di depan perforasi) = 0.010298 m Wf (Lebar rekahan rata-rata) = 0.006467 m (Asumsi hf = Tebal formasi) hf = 3.5075 m
Tabel IV-14
Perhitungan Metode PKN Sumur ‘‘MAY#37”
Secara Trial and Error
Xf int Wo Wf Xf int+1 Error Wkf
4.433 0.0093 0.0058 0.3916 0.12214 6.59 2.162688 3012
6.596 0.0105 0.0066 0.3887 0.11158 6.07 -0.525223 3410
6.070 0.0103 0.0064 0.3893 0.11158 6.06 -0.009880 3323
6.061 0.0102 0.0064 0.3893 0.11158 6.06 -0.000191 3321
6.060 0.0102 0.0064 0.3893 0.11158 6.06 -3.7096E-06 3321
2 1
) ( 2)
exp(
erfc
Tabel IV-15
Hasil Perhitungan Geometri Rekahan secara Manual Model PKN dengan berbagai Peningkatan Laju Injeksi Pompa
Laju Injeksi (bbl/min)
Xf iterasi +1 (m)
Xf iterasi + 1 (ft)
Wo
(m)
Wo
(in)
Wf
(m)
Wf
(in) hf
(ft)
Wkf (mD-m)
2 6.06 19.8 0.0102 0.402 0.0064 0.252 11.5 3321
4 12.4 40.6 0.0146 0.575 0.0092 0.362 11.5 4736
6 17.2 56.4 0.0175 0.689 0.0110 0.433 11.5 5658
8 23.3 76.4 0.0203 0.799 0.0127 0.500 11.5 6567
10 29.6 97.1 0.0228 0.898 0.0143 0.563 11.5 7375
15 41.0 134.5 0.0273 1.075 0.0171 0.673 11.5 8811
Dari model geometri rekahan dengan perhitungan manual menunjukkan bahwa dapat dikatakan model rekahan yang terbentuk adalah model rekahan PKN karena Xf >> hf, dikarenakan rekahan dengan model PKN cocok untuk formasi sumur dengan harga permeabilitas rendah atau kecil serta lapisan formasi yang tipis.
4.3.2. Evaluasi Perencanaan Perekahan Hidraulik
Evaluasi perencanaan perekahan hidraulik dilakukan untuk mengetahui keberhasilan perencanaan perekahan hidraulik. Evaluasi ini dilakukan dengan menghitung kenaikan produktivitas, kemudian dibandingkan dengan produktivitas sumur sebelum perekahan. Jika terjadi kenaikan PI maka perencanaan perekahan hidraulik dikatakan berhasil, dan sebaliknya jika PI tidak berubah atau mengalami penurunan maka perencanaan perekahan hidraulik dikatakan gagal.
Untuk menghitung PI kita melakukan dengan menggunakan metode Cinco-Ley yang hasil selengkapnya bisa dilihat pada perhitungan kenaikan PI sebagai berikut :
Metode Cinco-Ley Data Reservoir :
Permeabilitas (K) : 0.249 mD
re : 820.21 ft
rw : 0.2916 ft
A. Perhitungan J/Jo dengan metode Cinco-Ley untuk fluida 1 (PrimeFRAC 30) dengan C-Lite 20/40 dengan laju injeksi 4 bbl/min berdasarkan hasil perencanaan manual model PKN :
1. Perhitungan Fcd :
K Xf
Fcd WKf
673
8 . 19 249 . 0
3321
Fcd
2. Perhitungan rw’ dengan melihat grafik hubungan antara rw’ dengan Fcd :
Fcd > 30, rw’ = 0.5 Xf
Fcd < 0.5, rw’ = 0.28 WKf/K
rw'0.519.89.9ft
Gambar 4.1.
Grafik Hubungan Antara rw' dengan Fcd (Cinco-Ley)
3. Peningkatan produktivitas setelah perekahan hidraulik (K2P) :
ln ' ln
rw re rw re Jo
J
1.79
9 . 9
21 . ln 820
2916 . 0
21 . ln 820
Jo
J
4. Jadi harga productivity index sesudah perekahan ( J ) adalah :
1.79 Jo
J
J 1.79 Jo
J 1.790.12 = 0.21 (STB/D)/Psi
Tabel IV-16
Perhitungan J/Jo Fluida 1 (PrimeFRAC 30) Metode Cinco-Ley berdasarkan hasil Perencanaan Manual Model PKN Proppant
(Mesh)
Laju Injeksi (bbl/min)
Conductivity (mD-ft)
Xf
(ft) Fcd rw' (ft)
K2P Cinco-Ley C-Lite
20/40 2 3321 19.8 673 9.9 1.79
C-Lite
20/40 4 4736 40.6 468 20.3 2.14
C-Lite
20/40 6 5658 56.4 402 28.2 2.35
C-Lite
20/40 8 6567 76.4 345 38.2 2.58
C-Lite
20/40 10 7375 97.1 305 48.5 2.80
C-Lite
20/40 15 8811 134.5 263 67.2 3.17
Tabel IV-17
Harga Productivity Index Sebelum dan Sesudah Perekahan berdasarkan hasil Perencanaan Manual Model PKN Xf
(ft)
Conductivity (mD-ft)
rw' (ft)
K2P Cinco-Ley
PI sebelum perekahan (Jo)
(STB/D)/Psi
PI sesudah perekahan (J)
(STB/D)/Psi
19.8 3321 9.9 1.79 0.12 0.21
40.6 4736 20.3 2.14 0.12 0.25
56.4 5658 28.2 2.35 0.12 0.28
76.4 6567 38.2 2.58 0.12 0.30
97.1 7375 48.5 2.80 0.12 0.33
134.5 8811 67.2 3.17 0.12 0.38
