METODE HYDRAULIC FRACTURING PADA PRODUKSI GAS METANA BATUBARA
TUGAS GAS METANA BATUBARA
Dibuat sebagai syarat untuk memenuhi tugas mata kuliah Gas Metana Batubara pada Jurusan Teknik Pertambangan
Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Oleh M. Feri Barkah 03121002039 UNIVERSITAS SRIWIJAYA FAKULTAS TEKNIK 2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya maka tugas gas metana batubara ini dapat diselesaikan. Tugas ini berjudul “Metode Hydraulic Fracturing pada Produksi Gas Metana Batubara”.
Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada Prof.Dr. Ir. Eddy Ibrahim, M.S. sebagai pembimbing pada tugas mata kuliah Gas Metana Batubara, penulis juga menyampaikan terima kasih kepada:
1. Ir. H. Maulana Yusuf, M.S., M.T. sebagai dosen mata kuliah Gas Metana Batubara.
2. Rekan-rekan yang membantu dalam penyelesaian tugas mata kuliah Gas Metana Batubara ini.
Dalam pembuatan tugas ini penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih banyak kesalahan dan kekurangan baik dalam segi materi maupun penyusunan kata-kata, hal ini disebabkan karena terbatasnya kemampuan yang dimiliki penulis. Akhir kata penulis mengharapkan agar tugas ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Hydraulic fracture suatu metode yang digunakan pada produksi CBM dengan cara memompakan material galon air, pasir, dan campuran bahan kimia, mulai dari garam dan asam sitrat hingga racun dan zat karsinogenik, termasuk benzena, formaldehida, dan timah dengan tekanan sampai 15.000 pon per inci persegi melalui sumur yang dibor horisontal ke lapisan batubara hingga lebih dari 3.500 meter di bawah permukaan tanah. Tekanan yang tinggi ini menyebabkan terjadinya retakan-retakan dan celah pada lapisan batubara, selanjutnya dilakukan produksi air (dewatering) dari lapisan batubara, agar terjadi perubahan kesetimbangan mekanika. Setelah tekanan turun, gas batubara akan keluar dari matriks batubaranya. Gas metana kemudian akan mengalir melalui rekahan batubara (cleat) dan akhirnya keluar menuju lobang sumur. Puncak produksi CBM bervariasi antara 2 sampai 7 tahun. Sedangkan periode penurunan produksi (decline) lebih lambat dari gas alam konvensional.
Pada penerapan metode ini dalam produksi gas metana pada reservoir CBM harus disesuaikan dengan karakteristik reservoir batubara itu sendiri, misalnya pada grade batubara sub-bituminus, bituminus dan antrasit. Hal ini dikarenakan pada masing-masing grade batubara mempunyai karakteristik masing masing sehingga perlu penyesuaian dengan teknologi yang digunakan. Misalnya pada reservoir batubara antrasit sifatnya keras dan kandungan airnya sedikit sehingga ketika melakukan pengeboran secara horizontal resiko batubara untuk hancur lebih kecil.
Untuk melakukan produksi dengan metode ini perlu dilakukan tahapan yang penuh dengan pertimbangan terkait aspek ekonomi, teknis dan lingkungan. Tahapan tersebut meliputi : A. Pengeboran
Pengeboran adalah suatu proses pengerjaan pemotongan menggunakan mata bor (twist drill) untuk menghasilkan lubang yang bulat pada material logam maupun non logam yang masih pejal atau material yang sudah berlubang. Langkah pertama sebelum dilakukan pengeboran sumur CBM yaitu pengumpulan data meliputi:
1. Kedalaman reservoir dan tekanannya 2. Drilling histories
3. Pertimbangan lingkungan Sumber informasi ini meliputi: 1. Badan terkait
2. Perusahaan jasa pengeboran 3. Operator tambang batu bara 4. Literatur yang diterbitkan
Setelah data ini dikumpulkan dan dianalisis, pengeboran awal dapat dirancang dengan masukan-masukan yang diberikan oleh personil operasi lapangan.
Kedalam sumur CBM berkisar dari ratusan meter hingga lebih dari 3000 m. Sehingga, berbagai jenis dan ukuran rig mungkin akan digunakan dalam sekali pengeboran. Jenis rig yang paling umum digunakan adalah conventional rotary drilling rig. yaitu rig yang digunakan dengan sistem pengeboran berputar untuk memotong formasi batuan. Dalam beberapa kasus, sebuah rig pengeboran hanya digunakan untuk mengebor sampai pada bagain atas lapisan batubara saja, lalu dilanjutkan dengan pengeboran pada lapisan batubara dengan rig yang telah dimodifikasi. Rig yang digunakan sebelumnya dipindahkan untuk proses pengeboran sumur berikutnya.
B. Coring
Coring adalah pemboran khusus untuk mendapatkan besaran-besaran fisik dari reservoir CBM dalam hal ini untuk mengetahui distribusi gas methane pada reservoir batubara tersebut. Pemboran khusus ini sangat mahal biayanya karena membutuhkan peralatan khusus dan memakan waktu lebih lama dari pemboran biasa ( pemboran sumur keseluruhan). Coring dilakukan pada interval tertentu yang diperlukan data-data petrofisiknya terutama pada zone produktif. Hasil dari coring diharapkan merupakan data yang valid sehingga perlu penanganan yang cermat. Banyak factor yang dapat mempengaruhi kualitas maupun kuantitas coring antara lain :
1. Konstruksi dari peralatan 2. Kondisi dari formasi
3. Teknik pelaksanaan operasi Coring
Coring pada batubara menggunakan beberapa metode yang biasa digunakan antaralain metode konvensional, wireline, dan pressure coring. Peralatan transportasi coring konvensional menggunakan pipa pengeboran yang kurang efektif dan efisien sehingga dapat memakan waktu hingga berjam-jam. Pada saat sampel batubara mulai melepaskan gas metana dari lapisan batubara, apabila semakin panjang perjalanan keatas maka semakin banyak juga gas yang hilang. Sebagai alternatif, banyak operator menggunakan peralatan wireline-coring, yang dapat membawa gas methan ke permukaan dalam 15 sampai 20 menit, secara signifikan mengurangi volume kehilangan gas.
Beberapa operator menggunakan pressure coring, dengan perangkap lubang bawah tanah batubara yang disegel dengan semacam pipa, yang bertujuan untuk mencegah kehilangan gas. Teknik ini memerlukan peralatan khusus, yang sulit didapat dan mempunyai harga sekitar lima kali lebih mahal dari coring konvensional. Penerapan
terbaik pada pressure coring yaitu pada kasus-kasus di mana terdapat perbedaan besar antara data kandungan gas yang ada dan kondisi lapangan. Sebagai contoh, pressure coring di beberapa cekungan San Juan menunjukkan bahwa tingkat produksi gas dua kali lebih tinggi dari coring konvensional.
Untuk mendapatkan nilai kandungan gas yang representatif, maka kualitas recovery core harus tinggi. Sayangnya, recovery cenderung rendah karena batubara berkualitas tinggi biasanya mempunyai banyak rekahan (cleat) dan biasanya rapuh, sehingga menyebabkan lapisan batubara mudah hancur. Apabila lapisan batubara tersebut hancur dan menyebabkan tebal lapisan menurun hingga terlalu tipis, maka kemungkinan gas methane tidak dapat di produksi lagi.
C. Completion
Well Completion adalah pekerjaan tahap akhir atau pekerjaan penyempurnaan untuk mempersiapkan suatu sumur pemboran menjadi sumur produksi. Untuk mendapatkan hasil produksi yang optimum dan mengatasi efek negatif dari setiap lapisan produktif maka harus dilakukan pemilihan metode well completion yang tepat dan ukuran peralatan yang sesuai untuk setiap sumur. Tidak ada dua jenis well completion yang sama persis antara sumur satu dengan yang lainnya, tetapi selalu bervariasi tergantung dari faktor yang dipertimbangkan. Tujuan dari well completion adalah mengatur aliran fluida dari formasi produktif dasar sumur ke permukaan sebaik mungkin. Jenis-jenis well completion yang biasa digunakan adalah:
Gambar 1. Jenis well completion (petrowiki, 2015)
1. Open Hole Completion
Open Hole completion merupakan jenis well completion dimana pemasangan casing hanya diatas zona produktif sehingga formasi produktif dibiarkan tetap terbuka tanpa casing kebawahnya. Sehingga formasi produktif secara terbuka diproduksikan ke permukaan.
Keuntungan Open Hole Completion: a. Biaya murah dan sederahana
b. Mudah bila ingin dilakukan Logging kembali c. Mudah untuk memperdalam sumur
d. Tidak memerlukan biaya perforasi Kerugian Open Hole Completion:
a. Biaya perawatan mahal (perlu sand clean-up rutin) b. Sukar melakukan stimulasi pada zona yang berproduksi c. Tidak dapat melakukan seleksi zona produksi
d. Batuan pada formasi harus Consolidated 2. Cased Hole Completion
Cased Hole Completion merupakan jenis completion yang menggunakan casing secara keseluruhan hingga menutupi zona formasi produktif lalu dilakukan perforasi untuk memproduksikannya.
Keuntungan Cased Hole Completion: a. Bisa melakukan multiple completion
b. Zona produktif antar lapisan tidak saling berkomunikasi sehingga memudahkan perhitungan flowrate tiap lapisan
c. Lebih teliti dalam penentuan kedalaman subsurface equipment. Karena wireline logging dilakukan sebelum produksi.
Kerugian Cased Hole Completion:
a. Penambahan Biaya terhadap Casing, Cementing & Perforasi
b. Kerusakan formasi akibat perforasi bisa mengakibatkan terhambatnya aliran produksi dan menurunkan produktivitas sumur.
c. Efek cementing kurang baik dapat mengganggu stabilitas formasi d. Well deepening akan menggunakan diameter yang lebih kecil
D. Hydrolic fracturing
Gambar 2. Metode hydraulic fracturing (National Geographic, 2012)
Setelah analisa data pada tahap sebelumnya sehingga diketahui distribusi gas methane pada reservoir batubara maka dapat dilakukan persiapan hydrolic fracturing. Terdapat beberapa tahapan pada proses ini yaitu :
1. Pengeboran horizontal
Yaitu proses pengeboran secara horizontal pada lapisan batubara. Sebelum melakukan ini telah dilakukan pengeboran secara vertikal pada lapisan tanah diatasnya.
2. Pemasangan casing
Yaitu setelah dilakukan pengeboran maka dilakukan pemasangan casing pada lubang bor tersebut, kemudian dilapisi dengan semen pada sepanjang lubang bor.
3. Pembuatan lubang kecil pada sisi horizontal drilled
Yaitu dengan cara memasang detonator kecil pada bagian tertentu lubang bor untuk menghasilkan lubang-lubang kecil pada sisi horizontal drilled yang diinginkan pada reservoir batubara tersebut.
4. Injeksi air, pasir dan bahan kimia
Yaitu pemompaan campuran air, pasir dan bahan kimia yang telah disiapkan sebelumnya pada lubang bor horizontal agar mengisi lubang-lubang kecil pada sisi horizontal drilled yang telah dibuat sebelumnya.
5. Pembuatan fissure
Campuran air, pasir dan bahan kimia yang telah terakumulasi pada masing-masing lubang kecil pada sisi horizontal drilled akan membentuk fissure pada lapisan batubara sehingga pada saat diperoleh keseimbangan mekanika setelah proses dewatering maka gas methane dapat ter-desorbsi melalui fissure yang telah dibuat tersebut.
Metode hydraulic secara umum telah digunakan di Amerika serikat untuk memproduksi gas methane pada reservoir batubara. Sejak tahu 1980-an, amerika telah mengembangkan teknologi untuk merintis CBM menjadi alternatif sumber energi. Dan pada tahun 1990-an di Amerika telah banyak sumur-sumur yang aktif memproduksi gas methana dari reservoir batubara. Keberhasilan ini memicu negara-negara lain untuk mengembangkan hal serupa demi memenuhi kebutuhan energi negaranya. Berikut merupakan daerah-daerah yang menggunakan teknologi hydrolic fracturing untuk memproduksi CBM :
1. the Arkoma basin of Oklahoma, USA
(oklahoma geological survey, 2010) 2. Pennsylvania, USA
Gambar 4. Sumur CBM di Pennsylvania, USA (wikipedia, 2015)
3. China
Gambar 5. Sumur CBM dalam tahap pengembangan di china ( Jerry C. Tien, 2008)
4. Mpumalanga, South Africa
Gambar 6. Sumur CBM dalam tahap pengembangan di Mpumalanga, South Africa (oilreview africa, 2013)
CBM dapat menjadi alternatif dalam pemenuhan kebutuhan energi suatu negara, berikut merupakan perbandingan perkembangan produksi CBM dari beberapa negara :
Gambar 7. Perbandingan produksi CBM Beberpa negara (CBMAsia, 2015)
