Bab III Metodologi Penelitian
III.1 Diagram Alir Penelitian
Gambar III.1 Diagram Alir Penelitian Studi Pustaka
Mulai
Persiapan Studi Data
Pembuatan Model Reservoir Menggunakan Simulator Eclipse
Pembuatan Model Fasilitas Produksi Menggunakan Simulator Pipesim
Menghubungkan Model Reservoir dan Model Fasilitas
Produksi Menggunakan FPT
Memvalidasi Hubungan Model Reservoir dan Model Fasilitas Produksi (Tekanan dan Laju Alir)
Skenario Menambah Tiga Sumur Baru dan Mengoptimisasi Fasilitas Produksi
Analisis Hasil Studi
Kesimpulan dan Saran
III.2 Metodologi Penelitian
III.2.1 Persiapan Studi a. Studi Pustaka
Melakukan tinjauan pustaka dari berbagai literatur yang berkaitan dengan topik studi optimisasi transportasi jalur produksi minyak yang akan dilakukan.
b. Data lapangan: PVT
Rock Properties
III.2.2 Pembuatan Model Reservoir
Melakukan pembuatan model reservoir black oil menggunakan Simulator Eclipse, dengan menggunakan data PVT. Lalu dilakukan pengembangan model reservoir yaitu membuat model reservoir konseptual dengan menentukan grid-grid blok reservoir. Data masukan yang dipakai pada simulator Eclipse, yaitu:
III.2.2.1 Data Rock Properties Reservoir III.2.2.2 Data Sifat Fluida
Minyak
Air
III.2.2.3 Data Permeabilitas Relatif
Data ini akan digunakan untuk mengetahui saturasi dan permeabilitas minyak dalam reservoir dan keterkaitannya dengan saturasi dan permeabilitas terhadap fluida lainnya yang berada di dalam reservoir.
III.2.2.6 Data Pendukung
IPR (Inflow Performance Relationship)
Untuk mengetahui laju alir optimum dari reservoir.
Untuk mengetahui laju alir optmimum dari reservoir, dengan adanya batasan-batasan pada kondisi reservoir.
III.2.3 Pembuatan Model Fasilitas Produksi III.2.2.1 Data Flowline Produksi
Data flowline yang digunakan meliputi data diameter pipa, panjang pipa, separator.
III.2.4 Menghubungkan Model Reservoir Dengan Model Fasilitas Produksi Agar model reservoir dan model fasilitas produksi dapat digunakan secara terintegrasi, maka dibutuhkan suatu simulator penghubung yaitu FPT (Field Planning Tool).
III.2.5 Hasil Studi dan Analisis
Dari semua hasil studi simulasi yang telah didapatkan, kemudian dilakukan analisis terhadap hasil tersebut. Bagaimanakah hubungan antara hasil studi simulasi tersebut dengan dasar ilmu yang telah ada, sehingga didapatkan hasil yang meyakinkan dan memuaskan.
III.2.6 Kesimpulan dan Saran
Didapatkan kesimpulan dari berbagai hasil studi simulasi yang telah dilakukan, yang akan menjawab tujuan dari penelitian tesis ini. Saran yang disampaikan merupakan ide-ide untuk melakukan penelitian lanjutan dari penelitian ini.
III.3 Gambaran Tentang Simulator
Simulasi reservoir numerik dipakai secara luas, penting karena dapat memecahkan masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan cara lain. Simulasi merupakan salah satu cara untuk menghitung secara kuantitatif aliran multifasa dalam reservoir homogen yang memiliki data produksi dapat ditentukan tidak hanya sifat-sifat reservoir tetapi juga kebutuhan pasar, strategi investasi dan regulasi pemerintah.
Kelayakan simulator modern dan ketersediaan komputer menyarankan bahwa simulasi praktis untuk digunakan untuk semua ukuran reservoir.
Simulasi reservoir digunakan untuk melihat kinerja peramalan suatu reservoir dengan kondisi operasi yang berbeda-beda atau dengan dua atau lebih kemungkinan deskripsi reservoir. Simulasi reservoir dilakukan untuk memprediksi kasus-kasus yang diramalkan, menentukan data yang dibutuhkan, membuat transisi mudah dari history sampai prediksi, mengecek data dan hasil, mengevaluasi kinerja yang diprediksi.
III.3.1 Konsep Pembuatan Model Reservoir Menggunakan Simulator Eclipse Pada pembuatan model simulasi ada beberapa hal yang harus diperhatikan diantaranya adalah konsep gridblock, time steps, distribusi saturasi dan distribusi tekanan, history matching, manajemen sumur serta metode solusi reservoir. Namun pada penelitian ini tidak dilakukan/ diperlukan history matching seperti yang dilakukan jika menggunakan model lapangan asli, karena seluruh model yang digunakan pada penelitian ini adalah model konseptual.
III.3.2 Konsep Pembuatan Model Fasilitas Produksi Menggunakan Simulator Pipesim
III.3.2.1 Pendahuluan
Pipesim adalah simulator yang berguna untuk memodelkan aliran fluida dalam sumur, flowline dan sistem pemipaan. Simulator ini menghitung profil temperatur dan tekanan dari titik ke titik. Dalam simulator ini tersedia berbagai korelasi aliran yamg dapat digunakan, baik untuk aliran fluida satu fasa maupun dua fasa. Fluida dapat dimodelkan dalam sifat-sifat fisik black oil atau secara teliti menggunakan sifat-sifat fisik komposisi. Pipesim telah didesain tidak hanya menyediakan solusi untuk satu masalah aliran saja, dapat juga digunakan sebagai alat analisis sistem.
Model yang dipakai memiliki kemampuan untuk kajian sensisivitas yang menghasilkan kurva kinerja sistem.
Penerapan-penerapan khusus:
• Pemodelan kinerja sumur dan flowline • Desain dan optimisasi kinerja Gas Lift
• Pemodelan sumur horizontal termasuk panjang optimum komplesi horizontal
• Profil tekanan dan temperatur sistem
III.3.2.2 Pemilihan Model Fluida
Dalam Pipesim-Net fluida yang mengalir dapat dimodelkan sebagai black oil atau sebagai komposisional.
• Pemodelan Fluida Black Oil
Pemodelan fluida Black Oil terdiri dari data “penting” dan data “pilihan”, biasanya digunakan untuk menyelaraskan sifat-sifat fisik Black Oil yang dihitung dengan data laboraturium. Input data penting sesuai dengan sifat fisik Black Oil antara lain GOR, Rs (Solution Gas Ratio), spesific gravity gas, spesific gravity air dan spesific gravity minyak. Untuk input data pilihan antara lain data viskositas, data kalibrasi dan data coning.
Korelasi penentuan visikositas yang terdapat dalam simulator ini adalah: • Lasater
• Standing & Katz • Vasquez & Beggs • Glaso
Dalam Pipesim model korelasi Black Oil digunakan untuk mensimulasikan PVT fluida dari gas/ minyak/ air. Korelasi empiris ini menganggap sistem minyak-gas sebagai sistem dua komponen, tidak seperti pada model komposisi multi-komponen. Hidrokarbon dianggap sebagai komponen minyak dan gas sesuai kondisi stock tank. Data-data yang dibutuhkan hampir semua untuk aplikasi adalah data produksi minimum, gravity minyak, gravity gas, solution gas/ oil ratio dan water cut jika pada sistem ada air.
• Kapan Menggunakan Model Fluida Black Oil
Model fluida Black Oil sangat sesuai untuk banyak aplikasi sistem fluida hidrokarbon. Secara umum, korelasi Black Oil memberikan hasil yang akurat pada evaluasi PVT fluida dalam selang temperatur dan tekanan dalam sistem produksi atau pemipaan. Pendekatan model fluida Black Oil harus berhati-hati dan akurat saat menangani volatile crude atau kondensat. Pada kasus ini, mungkin penulis harus mempertimbangkan model lain yaitu model fluida komposisi yang menganggap fluida sebagai sistem multi-komponen.
Dalam usaha untuk meningkatkan keakuratan korelasi Black Oil untuk model aliran multifasa, pipesim menyediakan fasilitas untuk menyesuaikan sifat-sifat fisik fluida yang penting dengan data laboraturium. Secara khusus, parameter-parameter berikut dapat dikalibrasi:
• Oil Saturated Gas Content pada titik gelembung. • Oil Formation Volume Factor pada titik gelembung.
• Oil Formation Volume Factor pada tekanan dan temperatur diatas titik gelembung untuk menghitung Oil Compresibility diatas titik gelembung.
• Live Oil Viscosity pada titik gelembung.
Sifat-sifat fisik fluida diatas adalah parameter-parameter penting yang mempengaruhi perhitungan aliran multifasa. Kalibrasi parameter-parameter diatas dapat meningkatkan keakuratan korelasi untuk seluruh tekanan dan temperatur. Meskipun fasilitas ini sifatnya optional, namun korelasi tersebut dapat menghasilkan harga gas/ liquid ratio, densitas minyak mengalir dan faktor volume formasi yang lebih akurat. Jika kalibrasi tidak dilakukan, Pipesim akan mengkalibrasi berdasarkan basis gravity minyak dan gas saja, sehingga keakuratan akan berkurang. Yang perlu juga diperhatikan kalibrasi hanya untuk minyak saja dan tidak cocok untuk gas.
Data penting yang perlu untuk menggambarkan sifat fisik fluida dari model korelasi Black Oil dibahas pada kotak dialog sifat fisik Black Oil dan data pilihan seperti viskositas, data kalibrasi dan data coning dibahas pada kotak dialog pilihan.
• Sifat-sifat Fisik Black Oil
Data sifat-sifat fisik fluida Black Oil dapat diinputkan kedalam model melalui kotak dialog sifat fisik Black Oil, seperti yang terlihat pada Gambar III.2 berikut ini:
Gambar III.2 Input Sifat Fisik Black Oil
III.3.2.3 Pembuatan Model Jaringan Pada Pipesim • Well, Source, Sink dan Monifold
Dalam pemodelan jaringan pipa dengan Pipesim-net perlu didefinisikan beberapa simbol yang digunakan dalam pemodelan jaringan. Simbol yang digunakan dalam Pipesim-Net adalah: well, source, sink and manifold. Source dan well adalah fasilitas dalam Pipesim yang didefinisakan sebagai suatu sumber yang memproduksi fluida.
Perbedaan diantara keduanya adalah pada source dimasukkan data-data yang berkaitan dengan sumur seperti detail tubing, PI (Productivity Index) atau data fisik lainnya. Data source yang dimasukkan ke dalam source adalah: Laju alir fluida yang tetap, tekanan atau kurva tekanan terhadap laju alir. Sink adalah tempat dimana fluuda meninggalkan jaringan dan secara efektif sama dengan source. Nodal lainnya dalam jaringan adalah manifold, dimana pada manifold aliran harus seimbang.
Branch adalah sepanjang pipa yang menghubungkan source, well, sink dan manifold. Dalam konfigurasi branch dapat dimasukkan peralatan proses seperti pompa, separator dan kompresor. Hubungan antar branch digambarkan sebagai garis hitam dengan icon ditengah-tengah jalur aliran. Simbol yang menggambarkan well, source, sink dan manifold ditunjukkan pada Gambar III.3 berikut ini:
Gambar III.3 Simbol well, source, sink, manifold
• Input Data a. Well Data
Well data membutuhkan informasi berikut: • Nama sumur
• Block, dapat dipilih none, forward, reverse atau both untuk mencegah terjadinya aliran pada jalur tertentu. Jika dipilih reverse, maka aliran yang diblok adalah aliran balik yang terjadi.
• Temperatur, yang dimasukkan adalah temperatur dasar sumur, jika temperatur tidak diketahui maka temperatur dapat dihitung berdasarkan sifat fisik fluida dan kondisi ambient.
Data masukan untuk well dapat dilihat pada Gambar III.4 berikut ini:
Gambar III.4 Data Masukan Sumur
b. Sink Data
Kotak dialog sink data sama dengan kotak dialog source data kecuali tidak adanya tempat untuk memasukkan nilai temperatur. Hal ini karena Pipesim-Net hanya menghitung temperatur keluaran sistem.
Sink data membutuhkan informasi sebagai berikut: • Nama Sink
• Tekanan/ aliran, tekan tombol untuk menspesifikasi sink sebagai tekanan tetap, laju alir tetap, atau tekanan dan laju alir tetap.
• Kurva, tekan tombol untuk menspesifikasi kurva yang dapat diakses ke spreadsheet. Ketika memasuki kurva harus menjangkau selang operating point yang dapat dilalui sink dan masukkan sedikitnya empat set data point.
Data masukan untuk sink dapat dilihat pada Gambar III.5 berikut ini:
Gambar III.5 Data Masukan Sink
c. Branch Data • Nama branch
• Block, dapat dipilih none, forward, reverse atau both untuk mencegah terjadinya aliran pada jalur tertentu.
Data masukan untuk branch dapat dilihat pada Gambar III.6, sedangkan data masukkan untuk flowline (pipa salur) dapat dilihat pada Gambar III.7 berikut ini:
Gambar III.6 Data Masukan Branch
d. Source Data
Perbedaan utama antara source dan well adalah source dapat dispesifikasi sebagai kurva tekanan terhadap laju alir. Hal ini diperlukan ketika memodelakan output dari pompa atau ketik dada data kepala sumur tetapi tidak ingin mendefinisikan sebuah well tubing dan reservoir. Jika tidak mendefinisikan temperatur, Pipesim-Net akan mengasumsi temperatur source sama dengan temperatur ambient.
• Nama source
• Tekanan/ aliran, tekan tombol untuk menspesifikasi sink sebagai tekanan tetap, laju alir tetap, atau tekanan dan laju alir tetap.
• Kurva, tekan tombol untuk menspesifikasi kurva yang dapat diakses ke spreadsheet. Ketika memasuki kurva harus menjangkau selang operating point yang dapat dilalui sink dan masukkan sedikitnya empat set data point.
• Temperatur, masukkan temperatur dasar sumur disini, jika tidak diketahui temperatur dapat dihitung berdasarkan sifat fisik fluida dan kondisi ambient.
• Tekanan tetap pada source.
• Laju alir gas/ liquid, laju alir gas/ liquid yang tetap pada kondisi stock tank (dapat berbeda dari kondisi aliran terutama pada sistem gas kondensat).
Gambar III.8 Data Masukan Source
III.3.2.4 Persamaan Korelasi Aliran Fluida Pada Simulator
Dasar pengembangan persamaan aliran fluida dalam pipa mengikuti hukum konversi energi. Hukum tersebut menyatakan bahwa energi yang masuk ke titik input ditambah dengan kerja-kerja yang dilakukan oleh dan terhadap fluida diantara titik input dan output, dikurangi dengan energi yang hilang diantara kedua titik tersebut sama dengan energi yang keluar pada titik output.
• Persamaan Umum Kehilangan Tekanan Aliran Dalam Pipa
Suatu sistem yang berada dalam kondisi seimbang dapat dinyatakan secara matematis pada Persamaan III.1 berikut ini:
c c c c g mgZ g mV V p U w Q g mgZ g mV V p U 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 2 + + − = + + + + + ...(III.1) Dimana: U = energi dalam
c g mV 2 2 = energi kinetic c g mgZ = energi potensial Q = energi panas W = kerja
Untuk memperoleh persamaan kesetimbangan yang dinyatakan dalam energi per satuan massa, maka Persamaan III.1 harus dibagi dengan m sehingga persamaan yang dihasilkan dalam bentuk differensial dapat dilihat dalam Persamaan III.2 berikut ini:
0 1 1 = − + + + + + dZ dQ dw g g g vdv p d dU c c ρ ...(III.2)
Persamaan III.2 diatas dapat dikonversi menjadi persamaan kesetimbangan energi mekanik dengan menggunakan persamaan-persamaan termodinamika, dapat dilihat pada Persamaan III.3 dan III.4 berikut ini:
ρ dp Tds dh= + ...(III.3) Dan ρ ρ ρ p dp Tds p d dh dU = + − − = 1 ...(III.4) Dimana: h = enthalpy s = entropy T = temperatur
Dengan mensubstitusikan Persamaan III.4 ke Persamaan III.2, maka akan diperoleh: 0 1+ + = + + + = dZ dQ dw gc g gc vdv dp Tds dh ρ ...(III.5)
Untuk proses irreversibel berlaku Ketidaksamaan Clausius yaitu: T dQ dS ≥ ...(III.6) Atau
( )
lw d dQ Tds=− + ...(III.7)Dengan lw adalah lost work yang menyatakan kehilangan yang terjadi pada suatu proses irreversibel. Dengan mensubstitusikan Persamaan III.7 ke Persamaan III.5 maka akan diperoleh Persamaan III.8 berikut ini:
( )
0 1+ − = + + dZ d lw dw gc g gc vdv dp ρ ...(III.8)Dengan mengasumsikan tidak ada kerja terhadap atau yang dilakukan fluida (dw=0), maka Persamaan III.8 akan berubah menjadi:
( )
0 1+ = + + dZ d lw gc g gc vdv dp ρ ...(III.9)Untuk kasus umum, pipa biasanya membentuk suatu sudut tertentu terhadap permukaan yang horizontal, oleh karena itu, dZ mempunyai harga sebesar:
dZ = dL sin θ...(III.10) Apabila harga dZ itu disubstitusikan ke Persamaan III.9 maka:
( )
0 sin + = + + dL d lw gc g gc vdv dp θ ρ ...(III.11)Dengan mengasumsikan bahwa setiap kehilangan tekanan adalah positif pada setiap arah aliran, maka Persamaan III.11 dapat dituliskan sebagai berikut:
dL g vdv dL dp g g dL d c f c ρ θ ρ ρ + + = sin ...(III.12)
Persamaan III.12 diatas merupakan persamaan dasar aliran fluida dalam pipa. Bentuk umum persamaan tersebut adalah:
acc friksi elevasi Total dL dP dL dP dL dP dL dP + + = ...(III.13) Dengan: θ ρ sin c elevasi g g dL dP = = gradien elevasi...(III.14)
( )
D g v f dL lw d dL dP c friksi 2 2 ρ ρ = = = gradien gesekan...(III.15) dL g vdv dL dP c acc ρ = = gradien akselerasi...(III.16) Dimana:v = kecepatan aliran, ft/sec D = diameter pipa
gc = faktor konversi gravitasi = 32.17 lbm ft/ lbf sec2 F = f (NRe, K)
NRe = Reynold’s Number K = Kekasaran
III.3.3 Konsep Simulator FPT (Field Planning Tool) Untuk Menghubungkan Model Reservoir Dengan Model Fasilitas Produksi
Simulator dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu black oil, komposisional, dan steam. Pada penelitian ini, yang digunakan adalah jenis yang pertama yaitu simulator black oil.
