28 BAB IV
PENGOLAHAN DAN PERHITUNGAN DATA ANALISA UJI PRODUKSI DAN ANALISA NON-CONDENSABLE GAS
Pada bab ini akan dilakukan pengolahan dan perhitungan data-data dari sumur GC yang ada di lapangan PT. Geo Dipa Energi Unit Dieng, sehingga dapat diketahui besarnya potensi dan besarnya kandungan gas dari sumur tersebut.
Pada analisa data uji produksi ini menggunakan asumsi sebagai berikut : Sumur GC merupakan sumur baru sehingga belum terjadi penurunan
produksi
Kondisi sumur belum terjadi pendangkalan akibat adanya scaling CaCO3. Belum terjadi perubahan kandungan Non Condensable Gas.
Data NCG diambil dari WHP yang termasuk kandidat WHP operasi produksi.
Data NCG merupakan data pada saat uji produksi dilakukan.
4.1. Perhitungan Potensi Sumur GC 4.1.1. Dasar Analisa
Data yang digunakan untuk analisa adalah data uji produksi sumur pada 24-03- 1997 sampai dengan 31-031997. Sedangkan data NCG merupakan data NCG sumur pada tahun 2010. Berikut contoh data hasil uji produksi pada sumur GC.
Table IV-1.
Data Uji Produksi Sumur GC pada Separator 1.
Date
Waktu (jam)
TKS THP
oC
Pc Weir Head (cm)
psig barg psig bara
3/27/1997 04.00 440 30.34 170.9 24 2.448 14 3/27/1997 05.00 430 29.66 170.7 24 2.448 14 3/27/1997 06.00 430 29.66 170.7 25 2.516 13
Table IV-2.
Data Uji Produksi Sumur GC pada Separator 2.
Date Waktu (jam)
TKS THP
oC
Pc Weir Head
(cm)
psig barg psig bara
3/27/1997 04.00 440 30.34 170.9 26 2.585 12.0 3/27/1997 05.00 430 29.66 170.7 26 2.585 11.0 3/27/1997 06.00 430 29.66 170.7 23 2.379 10.5
4.1.2. Prosedur Perhitungan
Langkah perhitungan dengan menggunakan metode lip pressure horizontal discharge (uji datar) dimulai dengan menghitung laju alir massa air di weirbox. Laju alir massa air di weir box ini merupakan sebagian dari massa fluida yang dihasilkan oleh kepala sumur. Setelah itu dihitung besarnya flowing enthalpy ( h ) dengan cara trial and error, kemudian dihitung besarnya laju alir massa total dengan persamaan Russel James, laju alir massa uap dan laju alir massa air serta dryness factor yang dihasilkan oleh sumur pada tekanan kepala sumur pengujian.
4.1.2.1. Perhitungan Laju Alir Massa Air
Syarat agar metoda ini dapat digunakan adalah air pada kondisi temperatur atmosfer tidak mendidih.
Pada sumur GC uji produksi sumur tersebut dilakukan dengan memasang dua silencer dikarenakan diperkirakan potensi sumur tersebut cukup besar. Dimana jenis wier box yang digunakan berbeda yaitu : 90o V Notches dan Rectangular Weir.
1. Data yang dibutuhkan pada metoda weir box jenis 90o V Notches dari Tabel IV-1 adalah tinggi permukaan air pada saluran weir (h) = 0.14 m.
Langkah perhitungannya adalah dengan menggunakan Persamaan (3.3) : Watm = 4720 h weir 2.5
= 4720 (0.14)2.5
= 34.615 ton/jam.
2. Data yang diperlukan pada metoda weir box jenis rectangular dari Lampiran C antara lain :
a. Tinggi permukaan air pada saluran weir (h) = 0.12 m b. Lebar saluran weir (b) = 0.3048 m
Langkah perhitungannya adalah dengan menggunakan Persamaan (3.1) : Watm = 6000 b h weir 1.5
= 6000 0.3048 (0.12)1.5
= 76.022 ton/jam 4.1.2.2. Perhitungan Laju Alir Massa Total
A. Perhitungan pada separator 1
Data- data yang dibutuhkan dari Lampiran B antara lain : Diameter pipa lip (d lip) : 6 in = 15.24 cm
Pc : 24 psia = 2.448 bara
Alip : r2 = (15.24 0.5)2
= 182.488 cm2
Tekanan atmosfer (Patm) : 11.5 psia = 0.79235 bar hfg @ Patm :2273.765 kJ/kg
hg @ Patm : 2664.541 kJ/kg Prosedur perhitungan :
1. Perhitungan nilai Y
Y =
=
= 0.080
2. Perhitungan enthalpi aliran (flowing enthalpy, H) :
Untuk tekanan atmosphir setempat sebesar 0.79235 bar maka diperoleh :
= 0.184 3600 - Dan bila didefinisikan
Y =
Dengan menggunakan persamaan di atas, maka harga Y dapat dihitung dengan berbagai harga H, dengan batasan besar H asumsi adalah Hf < H < Hfg pada kondisi tekanan atmosfer, dikarenakan Lapangan Panasbumi Dieng merupakan lapangan panasbumi dengan system dua fasa. Berikut perhitungan Y.
H asumsi = 1600 kJ/kg maka :
Y = 0.184 3600 -
Y = 0.09133 Log Y = -1.0394
Hasil perhitungan Y pada berbagai harga h asumsi dapat dilihat pada Tabel IV-3.
Tabel IV-3
Hasil Perhitungan Y Pada Berbagai H Asumsi H asumsi Y Log Y
1400 0.12568 -0.9007 1500 0.10727 -0.9695 1600 0.09133 -1.0394 1700 0.0774 -1.1113 1800 0.06514 -1.1861
Bila H diplot log Y maka diperoleh hubungan yang linier seperti Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Grafik H vs Log Y
Dari grafik 4.1. maka diperoleh persamaan : H = -1402 (log Y)+138.9 Maka :
H = -1042 (log Y)+138.9 = -1042 (log 0.080)+138.9 = 1674.300 kJ/kg
3. Perhitungan laju aliran massa total (M) dengan menggunakan Persammaan (3.14) :
M =
=
– = 79.482 ton/jam
4. Perhitungan laju alir massa uap (Wuap):
W uap = M – W atm = 79.482 – 34.615 = 44.867 ton/jam
y = -1402.x + 138.9
0 500 1000 1500 2000
-1.5 -1 -0.5 0
H (kJ/kg)
Log Y
5. Perhitungan derajat kekeringan fluida (x)
x =
=
= 0.564
Hasil perhitungan selengkapnya untuk separator 1 dapat dilihat pada Lampiran C, sedangkan contoh hasil perhitungan bisa dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel IV-4.
Contoh Hasil Perhitungan Potensi Sumur GC pada Separator 1
TKS Pc h Weir W atm
Y H M W uap W air
(barg) (bara) (cm) (ton/jam) (kJ/kg) (ton/jam) (to/jam) (ton/jam) x
30.345 2.448 14.000 34.615 0.080 1674.300 79.482 44.867 34.615 0.564 29.655 2.448 14.000 34.615 0.080 1674.300 79.482 44.867 34.615 0.564 29.655 2.516 13.000 28.761 0.065 1803.351 75.936 47.175 28.761 0.621
B. Perhitungan pada separator 2
Data- data yang dibutuhkan dari Lampiran B antara lain : Diameter pipa lip (d lip) : 8 in = 20.32 cm Pc : 26 psia = 2.585 bara Alip : r2 = (20.32 0.5)2
= 324.423 cm2
Tekanan atmosfer (Patm) : 11.5 psia = 0.79235 bar hfg @ Patm :2273.765 kJ/kg
hg @ Patm : 2664.541 kJ/kg
Prosedur perhitungan : 1. Perhitungan nilai Y
Y =
= = 0.094
2. Perhitungan enthalpi aliran (flowing enthalpy, H), dengan persamaan yang dihasilkan dari Grafik 4.1 :
H = -1402*(log Y)+138.9 = -1402*(log 0.094)+138.9 = 1577.645 kJ/kg
3. Perhitungan laju aliran massa total (M) dengan menggunakan Persammaan (3.14) :
M =
= –
= 159.036 ton/jam
4. Perhitungan laju alir massa uap (Wuap) W uap = M– W atm
= 159.036 – 76.022 = 83.014 ton/jam
5. Perhitungan derajat kekeringan fluida (x)
x =
=
= 0.522
Contoh hasil perhitungan bisa dilihat pada Tabel 4.5, sedangkan hasil perhitungan selengkapnya untuk separator 2 dapat dilihat pada Lampiran D. Untuk kombinasi hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.6, sedangkan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran E.
Tabel IV-5.
Hasil Perhitungan Potensi Sumur GC pada Separator 2
TKS Pc h Weir W atm
Y H M W uap W air
(barg) (bara) (cm) (ton/jam) (kJ/kg) (ton/jam) (to/jam) (ton/jam) x
30.345 2.585 12.000 76.022 0.094 1577.645 159.036 83.014 76.022 0.522 29.655 2.585 11.000 66.720 0.083 1657.115 150.587 83.867 66.720 0.557 29.655 2.379 10.500 62.223 0.083 1650.849 139.569 77.346 62.223 0.554
Tabel IV-6.
Kombinasi Hasil Perhitungan Potensi Sumur GC
TKS H M W air W uap
(barg) (kJ/kg) (ton/jam) (ton/jam) (to/jam) x
30.345 1625.973 238.518 110.637 127.881 0.536 29.655 1665.708 230.069 101.335 128.734 0.560 29.655 1727.100 215.505 90.984 124.521 0.578
4.1.3. Output Curve
Salah satu hasil uji produksi adalah kurva produksi (output curve), yaitu kurva yang menggambarkan kemampuan produksi sumur dalam bentuk gambar, yaitu berupa hubungan antara laju alir massa total, laju alir massa uap, enthalpy dan fraksi uap atau dryness.
Dari data hasil perhitungan pada Lampiran E di ambil beberapa data yang menunjukkan parameter-parameter paling konstan (TKS, laju alir massa uap, enthalpy dan dryness factor).
Table-tabel berikut memperlihatkan beberapa data yang menunjukan parameter TKS, W total, Enthalpy dan dryness factor yang paling konstan. Dari parameter yang menunjukkan konstan di plot dalam grafik antara TKS dengan laju alir massa total, enthalpy dan dryness factor, grafik tersebut menunjukkan output dari sumur yang menunjukkan kemampuan sumur untuk berproduksi, dan dapat digunakan acuan untuk mengatur pada TKS berapa sebaiknya sumur GC dapat diproduksikan agar dapat diperoleh laju produksi yang optimum.
Table IV-7.
Output TKS vs W uap, Enthalpy dan Dryness Sumur GC TKS W uap Enthalpy
Dryness (psig) (ton/jam) (kJ/kg)
760 76.997 1749.710 0.578 450 129.422 1741.000 0.591 405 117.338 1734.602 0.588 230 128.827 1765.636 0.598
Gambar 4.2. Kurva output TKS vs W total Sumur GC.
0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
W Uap (ton/jam)
TKS (psig)
TKS vs W Uap
Gambar 4.3. Kurva output TKS vs Enthalpy Sumur GC.
Gambar 4.4. Kurva output TKS vs Dryness Sumur GC.
1500.000 1600.000 1700.000 1800.000 1900.000 2000.000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Enthalpy (kJ/kg)
TKS (psig)
TKS vs Enthalpy
0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0.550 0.600 0.650 0.700
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Dryness
TKS (psig)
TKS vs Dryness
4.1.4. Tekanan Kepala Sumur Yang Memenuhi Annular Flow
Penentuan laju produksi optimum dapat dilakukan dengan penentuan pola aliran yang terjadi hanya pada pola aliran annular flow, karena pada pola aliran ini uap bersih mengalir dengan kecepatan tinggi sedangkan fasa liquidnya menempel pada dinding membentuk lapisan tipis. Kondisi ini dianggap kondisi paling ideal dalam penentuan laju produksi optimum yang dikontrol dengan pengaturan tekanan kepala sumur dipermukaan. Penentuan kondisi annular flow dapat ditentukan dengan menggunakan peta pola aliran oleh Mundhane (1974).
Nilai VSG (superficial gas velocity) vs VSL (superficial Liquid Velocity) ditentukan dari data tekanan dan laju alir uap maupun laju alir air yang kemudian diplot ke dalam peta pola aliran Mundhane. Dari hasil plot akan didapatkan TKS serta laju alir massa total, laju alir massa uap, maupun laju alir massa air yang memenuhi anular flow yang merupakan kondisi optimum dalam pengoperasian sumur.
Langkah-langkah penentuan daerah annular flow dari data uji produksi adalah menghitung superficial uap dan air (VSG dan VSL).
Diketahui Data :
Diameter casing = 13.3/8 in (13.375 in) Luas casing produksi = d2
= 3.14 13.375
= 140.4291 in2 = 0.975202 ft2
Tabel IV-8.
Data Hasil Uji Produksi Pada Tekanan Output
TKS W (total) W (steam) W (water)
x (psig) (barg) (ton/jam) (kg/sec) (ton/jam) (kg/sec) (ton/jam) (kg/sec)
760 52.364 133.304 37.029 76.997 21.388 56.307 15.641 0.514 450 31.034 218.860 60.794 129.422 35.951 89.438 24.844 0.582 405 27.905 199.648 55.458 117.338 32.594 81.467 22.630 0.574 230 15.847 215.420 59.839 128.827 35.785 85.682 23.801 0.587
Dari data hasil uji produksi dicari suatu harga volume spesifik dengan steam table dari parameter tekanan. Dengan mengguanakan steam table, dan dengan ekstrapolasi data maka diperoleh suatu harga volume spesifik seperti di bawah:
Tabel IV.9.
Volume Spesifik Fungsi Tekanan Kepala Sumur
TKS Volume Spesifik
(m3/kg) (ft3/kg)
(psig) (barg) (uap) (air) (uap) (air) 760 52.364 0.03757 0.001294 1.326966 0.045717 450 31.034 0.06448 0.001124 2.277423 0.039688 405 27.905 0.07134 0.001125 2.519717 0.039736 230 15.847 0.11945 0.001125 4.218955 0.039737
1. Mencari Superficial Velocity, untuk mengetahui dimana terjadinya daerah annular flow. Superficial velocity dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:
P g g
A Vsg M
0.975202
1.326966 21.388
Vsg = 14.9588 ft/detik
P L L
A
Vsl M
0.975202 0.045712 15.460
VsL = 0.352ft/detik
Tabel IV-10.
Data Hasil Perhitungan Superficial velocity
TKS Superficial velocity (psig) (barg) (uap) (air)
760 52.364 14.9588 0.35635 450 31.034 48.9029 0.42215 405 27.905 48.3398 0.39281 230 15.847 90.8769 0.40053
2. Memplot antara Vsg vs Vsl dalam chart superficial velocity, diperoleh:
Gambar 4.5.
Superficial Steam Velocity VS Superficial Water Velocity sumur GC
0.010 0.100 1.000 10.000
0.100 1.000 10.000 100.000
3. Dari peta pola aliran dapat diketahui superficial velocity yang memenuhi pola aliran annular flow dapat dilihat pada Tabel IV-11.
Tabel IV-11.
Superficial Velocity Yang Memenuhi Annular Flow pada Sumur GC TKS Superficial
velocity pola aliran (psig) (barg) (uap) (air)
760 52.364 14.9588 0.35635 Slug Flow 450 31.034 48.9029 0.42215 Annular Flow 405 27.905 48.3398 0.39281 Annular Flow 230 15.847 90.8769 0.40053 Annular Flow
4.1.5. Perhitungan Daya Listrik Sumur GC
A. Perhitungan Laju Alir Massa Uap dari Separator.
Data yang dibutuhkan dari Lampiran F antara lain : P Separator = 11.4 bara.
Hf Separator = 787.8 kJ/kg.
Hfg Separator = 1994.4 kJ/kg.
H pada TKS 30.345 bara = 1625.973 kJ/kg.
M total pada TKS 30.345 bara= 238.518 ton/jam.
1. Menghitung fraksi uap (x) pada separator, dengan menggunakan Persamaan (3.21) :
x = -
= –
= 0.420.
2. Menghitung laju alir massa uap dari separator, dengan menggunakan Persamaan (3.22) :
Mu = M total dryness (x) = 238.518 0.420 = 100.240 ton/jam.
B. Perhitungan Daya Listrik.
Data yang dibutuhkan darilampiran F antara lain :
P in turbin = 9 bara.
P out turbin = 0.075 bara.
H in turbin = Hg 9 bara = 2772.9 kJ/kg.
Hf pada P 0.075 bara = 168.77 kJ/kg.
Hfg pada P 0.075 bara = 2405.5 kJ/kg.
Sg pada P 9 bara = 6.631 kJ/kg oK.
Sf pada P 0.075 bara = 0.576 kJ/kg oK.
Sfg pada P 0.075 bara = 7.674 kJ/kg oK.
turbin = 75%.
M uap = 100.24 ton/jam.
1. Menghitung fraksi uap (x) yang keluar dari tubin, dengan menggunakan Persamaan (3.23) :
x = -
= –
= 0.789.
2. Menghitung enthalpy yang keluar dari turbin (H out), dengan menggunakan Persamaan (3.24) :
H out = Hf + (x Hfg)
= 168.77 + (0.789 2405.5) = 2066.777 kJ/kg.
3. Menghitung daya listrik yang dihasilkan, dengan menggunakan Persamaan (3.25) :
MW = Mu (H in – H out)
= 100.24 0.75 (2772.9 – 2066.777) = 14746.247 kW
= 14.746 MW.
Tabel IV-12
Hasil Perhitungan Daya Listrik Sumur GC
Date/Time TKS Enthalpy Massa
Total X Massa
Uap
Massa Uap
Daya Listrik
Daya Listrik Psig (kJ/kg ºK) (ton/jam) (di Separator) (ton/jam) (kg/dtk) (Kwatt) (Mwatt) 3/27/1997
4:00 440 1625.973 238.518 0.420 100.240 27.845 14746.247 14.746
3/27/1997
5:00 430 1665.708 230.069 0.440 101.273 28.131 14898.186 14.898
3/27/1997
6:00 430 1727.100 215.505 0.471 101.496 28.193 14930.996 14.931
4.2. Perhitungan Kandungan Non Condensable Gas Data hasil pengukuran :
TKS = 440 psig = 30.345 barg
P line (outlet separator) = 10.6 barg = 11.4 bara
CO2 = 27348 ppm
H2S = 953 ppm
Gas sisa = 621.16 ppm
Mole H2O/1 kg Sampel = 53.95 mole Perhitungan :
1. % NCG dalam berat sampel :
=
100
= 2.89 %
2. Fraksi mol gas (xi) terhadap uap dan gas :
xi =
.
mol CO2 = = 621.556/1000 = 0.6216 mol/kg
mol H2S = = 27.965/1000 = 0.0280 mol/kg
mol residu = = 22.174/1000 = 0.0222 mol/kg maka :
xi =
= 0.0123.
3. Menghitung tekanan parsial gas (Ppg) : Ppg = P xi
= 11.3923 0.0123
= 0.140 bara.
4. Menghitung tekanan parsial uap murni : Ppu = P - Ppg
= 11.3923– 0.140
= 11.252 bara.
5. Menghitung laju alir massa uap yang terkoreksi NCG : Muc = Mu %NCG
= 100.240 2.805%
= 97.43 ton/jam.
6. Menghitung daya listrik yang terkoreksi NCG dilakukan dengan persamaan (3.25) = 14.333 Mw.
Tabel IV-13.
Hasil Perhitungan Kandungan NCG Pada TKS 440 psig Sumur GC
Waktu
mol %
NCG - w
xi P parsial gas
P parsial H2O CO2 H2S residu uap
6/7/2010 53.949 0.6216 0.0280 0.0222 2.892 0.0123 0.130 10.470 7/27/2010 53.969 0.6137 0.0278 0.0220 2.857 0.0121 0.129 10.471 8/23/2010 54.219 0.5135 0.0279 0.0184 2.406 0.0102 0.108 10.492 9/13/2010 53.812 0.6760 0.0285 0.0237 3.138 0.0134 0.142 10.458 10/17/2010 54.032 0.5880 0.0289 0.0204 2.742 0.0117 0.124 10.476 11/5/2010 53.953 0.6197 0.0285 0.0218 2.885 0.0123 0.130 10.470 12/3/2010 54.048 0.5819 0.0276 0.0211 2.713 0.0115 0.122 10.478
Tabel IV-14.
Hasil Perhitungan Daya Listrik Yang Terkoreksi NCG
Date/Time TKS Massa Uap
Massa Uap Terkoreksi
Daya Listrik
Daya Listrik Terkoreksi
Psig (kg/dtk) (kg/dtk) (Mwatt) (Mwatt) 3/27/1997
4:00 440 27.845 27.063 14.746 14.333
3/27/1997
5:00 430 28.131 27.342 14.898 14.480
3/27/1997
6:00 430 28.193 27.403 14.931 14.512
