BAB I GAS – LIFT 1.1.
PENDAHULUAN Sumur-sumur minyak yang laju produksinya (sudah) rendah atau bahkan sudah tidak mampu mengalirkan minyak ke permukaan dapat ditingkatkan/ dihidupkan kembali dengan menggunakan pompa atau gas (gas lift). Pemakaian pompa dan gas lift pada suatu lapangan perlu memperhatikan : - Karakteristik fluida yang akan diproduksi - Kemiringan sumur - Rate produksi yang diinginkan - Kekompakan formasi - Dan lain-lain Khususnya yang akan dibicarakan di bawah ini adalah cara produksi dengan gas lift. Gas lift merupakan salah satu metode pengangkatan buatan di samping metode pemompaan, setelah cara sembur alam tidak dapat dilakukan. Gas lift didefinisikan sebagai suatu proses/ metode pengangkatan fluida dari lubang sumur dengan cara menambahkan gas/ menginjeksikan gas yang relative bertekanan tinggi ke dalam kolom fluida. Pada gas lift ini diperlukan tekanan injeksi yang tinggi, sehingga diperlukan juga kompresor yang mempunyai horse power yang tinggi pula, oleh karenanya dibuat agar horse power kompresor kecil tetapi tekanannya tinggi, yaitu dengan menggunakan valve. Syarat-syarat suatu sumur dapat di gas lift : 1. Tersedianya gas yang memadai untuk injeksi, baik dari reservoir itu sendiri maupun dari tempat lain. 2. Fluid level masih tinggi Pada proses gas lift, pengangkatan fluida didasarkan pada salah satu cara sebagai berikut : 1. Pengurangan gradient fluida 2. Pengembangan dari pada gas yang diinjeksikan 3. Pendorongan fluida oleh gas Proses dari pada gas lift dapat diterangkan dari sebagai berikut : Cairan yang ada pada annulus ditekan oleh gas injeksi, akibatnya permukaan cairan sekarang berada di bawah valve, pada saat ini valve yang pertama membuka sehingga gas akan masuk pada tubing, sehingga density minyak turun akibatnya gradient tekanan kecil dan minyak dapat diangkat ke atas.
Gambar 1 Skema Gas Lift Ditinjau dari cara penginjeksian gas, gas lift dapat dibagi dalam : - Continuous gas lift - Intermittent gas lift 1. Continuous gas lift Pada continuous gas lift, gas diinjeksikan secara terus menerus ke dalam annulus dan melalui valve yang dipasangkan pada tubing, gas masuk ke dalam tubing. Secara relatif, yaitu dibandingkan dengan kedalaman sumur continuous gas lift digunakan apabila tekanan dasar sumur dan productivity index sumur tinggi. 2. Intermittent gas lift Pada intermittent gas lift, gas diinjeksikan secara terputus-putus pada selang waktu tertentu dengan dan gas diinjeksikan selama waktu tertentu dengan rate yang besar dengan demikian injeksi gas merupakan suatu siklus injeksi dan diatur sesuai dengan rate fluida dari formasi ke lubang sumur. Pengaturan frekuensi injeksi diatur di permukaan dengan menggunakan choke, pressure regulator, time cycle controlle atau spread dari valve yang didefinisikan sebagai perbedaan antara tekanan casing untuk membuka dan menutup valve. Choke di permukaan dapat diatur baik berdasarkan terjadinya kenaikan tekanan casing maupun tekanan tubing. Secara relatif terhadap kedalaman sumur, intermittent digunakan apabila productivity index besar dan tekanan static dasar sumur kecil atau productivity index kecil dan tekanan static dasar sumur besar.
Siklus intermittent Dalam metode intermittent, sebelum gas diinjeksikan, minyak dibiarkan dulu membentuk kolom (slug) di atas valve (gas lift) di dalam tubing. Karena gas diinjeksikan dan tekanan naik di dalam annulus maka valve membuka pada tekanan bukanya yang diikuti oleh aliran gas di dalam tubing. Gas ini akan mengalir kembali ke bawah. Pada waktu slug tadi mencapai permukaan, slug berikutnya telah terbentuk karena aliran dari formasi. Gas diinjeksikan, valve terbuka sehingga gas akan mendorong slug dan demikian seterusnya slug demi slug diangkat ke permukaan.
Gambar 2 Siklus Intermittent Beberapa kelebihan gas lift dibandingkan dengan metode pengangkatan buatan lain, yaitu : 1. Biaya peralatan awal biasanya lebih tinggi karena harus pakai kompresor 2. Pasir yang ikut terproduksi tidak merusak kebanyakan instalasi gas lift. Sifat pasir abrasive. 3. Gas lift tidak tergantung/ dipengaruhi oleh design sumur. Mau vertical atau directional well bisa dipakai. 4. Umur peralatan lebih lama. 5. Biaya operasi biasanya lebih kecil. 6. Ideal untuk sumur-sumur dengan GOR tinggi. Meskipun demikian metode gas lift mempunyai batasan-batasan berikut : 1. Gas harus tersedia. 2. Sentralisasi kompresor sulit untuk sumur-sumur dengan jarak terlalu jauh. 3. Gas yang tersedia sangat korosif, kecuali diolah sebelum digunakan.
Maksud dari pada intermittent dan continuous gas lift adalah identik untuk menghasilkan tekanan aliran dasar sumur (FBHP) agar dapat berproduksi pada rate yang diinginkan. Secara keseluruhan proses gas lift dapat dibagi dalam 2 (dua) tahap : 1. Tahap Un loading Yaitu : proses pengosongan sumur dari fluida workover (fluida yang digunakan untuk mematikan sumur) 2. Tahap pengangkatan fluida Pada tahap unloading, valve yang bekerja lebih dari satu valve yaitu valvevalve diatas operating valve, sedang pada proses pengangkatan valve yang bekerja hanya satu valve yaitu operating valve yang merupakan valve terbawah. 1.2.
INSTALASI GAS LIFT Yang dimaksud dengan instalasi disini adalah peralatan di dalam sumur atau cara penyempurnaan (completion) sumur pada waktu sumur dibuat. Sebaiknya pada awal pemasangan tubing perlu direncanakan metode produksi apa yang akan diterapkan suatu waktu nanti. Untuk penerapan gas lift yang penting diketahui adalah instalasi dan kondisi sumur yang bersangkutan. Intermittent atau continuous gas lift yang akan bisa diterapkan pada sumur itu. Macam-macam instalasi gas lift : 1. Open installation 2. Semi closed Installation 3. Closed Installation 4. Chamber Installation 5. Macaroni Installation 6. Dual Installation
Ad.1. Open installation Pada type ini tubing string digantung di dalam sumur tanpa packer, gas diinjeksikan ke dalam ruang annulus dan cairan didesak keluar melalui tubing. Pada umumnya type ini hanya digunakan pada continuous gas lift walaupun untuk intermittent pun dapat digunakan. Untuk kondisi ini sebaiknya packer dipasang bila memungkinkan untuk mengurangi pengaruh tekanan injeksi terhadap formasi.
Gambar 3 Open Installation Ad.2. Semi closed Installation Disini packer ditambahkan untuk menyekat tubing dengan casing. Digunakan untuk baik continuous maupun intermittent gas lift dan adanya packer dimaksudkan untuk menjaga fluida dari dasar lubang tidak masuk di dalam ruang annulus. Jadi disini pengaruh terhadap injeksi terhadap formasi dicegah oleh packer.
Gambar 4 Semi closed Installation
Ad.3. Closed Installation Disamping packer juga dipakai standing valve yang dipasang di bagian bawah dari tubing di bawah valve paling bawah. Standing valve dimaksudkan untuk menjaga tekanan gas ketika gas diinjeksikan masuk ke dalam tubing melalui valve-valve. Digunakan pada intermittent apabila : - SBHP rendah dan PI tinggi, atau - SBHP rendah dan PI rendah Untuk installation tertutup pada intermittent gas lift karena pembentukan slug tidak dipengaruhi oleh tekanan injeksi. Disini tekanan injeksi sama sekali tidak beraksi kepada formasi karena dihalangi oleh adanya stading valve.
Gambar 5 Closed Installation Ad.4. Chamber Installation Instalasi gas lift ini mirip dengan yang tertutup. Bedanya adalah pemakaian ruang akumulasi (chamber) minyak disini. Pemakaian chamber adalah untuk memperkecil tekanan kolom minyak (hydrostatichead) dalam tubing dan memperbesar rate produksi. Jika pasir terproduksi bersama minyak, maka chamber khusus harus digunakan. Type instalasi ini baik untuk sumur yang mempunyai kondisi SBHP rendah dan PI tinggi. Ada 2 (dua) macam type chamber yang penting : a. Two Packer Installation
Gambar 6 Two Packer Installation b. Insert Chamber Installation Di samping type diatas terdapat pula type chamber untuk maksudmaksud tertentu seperti :
Gambar 7 Insert Chamber Installation
c. Special Chamber Installation Digunakan untuk menangani adanya pasir yang terbawa fluida.
Gambar 8 Special Chamber Installation d. Special Deep Chamber Lift Installation Digunakan untuk sumur-sumur dalam > 10.000 ft
Gambar 9 Special Deep Chamber Lift Installation
Ad.5. Macaroni Installation Macaroni disini dimaksudkan adalah string (tubing) terkecil yang dipasang untuk mengangkat fluida ukuran tubing terkecil bisaanya 1 – 1 1/2 dan tubing yang berfungsi sebagai casing kedua bisaanya berukuran 2 3/8 – 2 7/8 inchi. Tipe ini digunakan apabila fluida sumur sangat korosive sehingga memudahkan penggantian tubing yang berfungsi sebagai casing sehingga tidak merusak casing utama.
Gambar 10 Macaroni Installation Macam-macam instalasi macaroni yaitu : a. Macaroni – Concentric Dual Completion Digunakan apabila terdapat dua zone produktif dimana pengangkatan fluida zone bagian bawah secara gas lift dan zone atas tetap sembur alami (flowing).
Gambar 11 Macaroni – Concentric Dual Completion
b.
Macaroni – Parallel String Completion
Gambar 12 Macaroni – Parallel String Completion c.
Macaroni – Multiple String Small Diameter Completion Digunakan apabila terdapat lebih dari 2 zone produktif
Gambar 13 Macaroni – Multiple String Small Diameter Completion
Ad.6. Dual C Installation a. Dual Installation With Parallel Tubing Dapat digunakan untuk : - kedua-duanya continuous - kedua-duanya intermittent - salah satu, intermittent/ continuous -
Gambar 14 Dual Installation With Parallel Tubing b. Dual Installation With Concentric String Dual installation adalah instalasi dimana dua formasi produktif diproduksikan melalui dua tubing yang terpisah dalam satu sumur. Kedua formasi itu dipisahkan dengan packer. Pada prinsipnya aplikasi gas lift untuk dual sama dengan yang single string.
Gambar 15 Dual Installation With Concentric String
1.3. MEKANIKA VALVE Secara umum valve harus memenuhi keadaan sebagai berikut : 1. Untuk aliran continue suatu valve harus mampu mengalirkan gas ke dalam tubing dan mempertahankan tekanan konstan di dalam tubing. Continuous flow valve bisa terbuka oleh : a. Tekanan casing (build – up) b. Tekanan tubing (build up) c. Kombinasi dari kenaikan tekanan di casing dan tubing 2. Untuk intermittent flow, valve harus mampu terbuka (selebar ukuran port) selebar mungkin segera setelah mulai terbuka (tringgered too open). Harus tetap terbuka lebar sampai waktu penutupan. Ukurann port sekitar ¼ - 1 inchi, yang tergantung dari ukuran tubingnya. Intermittent valve bisa terbuka dengan beberapa cara : a. hanya dengan kenaikan tekanan di casing b. hanya oleh beban fluida di dalam tubing c. oleh kombinasi kenaikan tekanan di casing dan tubing Di dalam banyak hal, kenaikan tekanan buka valve akibat temperatur dalam sumur diimbangi oleh berat kolom gas di casing dan tekanan kolom fluida di dalam tubing. Dengan demikian mengapa valve dirancang (set-up) pada kondisi permukaan akan bekerja baik pada kondisi dalam sumur. Namun demikian sedikit banyak kenaikan temperatur akan mempengaruhi tekanan buka valve. Di dalam menganalisa gaya-gaya yang bekerja dalam sistem valve, baiklah kita perhatikan untuk bellow valve. - Intermittent Bellow Valve Perhatikan gambar 6a-1 - Gaya agar valve tertutup adalah : Fo = Pd . Ab …………………………………(1-1) - Gaya untuk membuka valve adalah : Fo = Pc . (Ab – Ap) + Pt . Ap …………………………………(1-2) Dalam keadaan seimbang : Pd . Ab = Pc . (Ab – Ap) + Pt . Ap …………………………………(1-3) Dimana : Pd = tekanan di “dome”, psia Ab = luas permukaan bellow, sq - in Pc = tekanan untuk membuka valve, psia Ap = luas penampang port (tubing entry port), in2 Pt = tekanan dalam tubing, psia Dari pers (1-3) bisa diperoleh : Pc =
Pd A b − Pt A p
Jika :
Ab − Ap
=
Pd − Pt ( A p /A b ) 1 − ( A p /A b )
…………………………………(1-5)
A p / Ab = R, diketahui untuk suatu valve tertentu
Maka : P − Pt R Pc = d 1−R Tepat pada saat valve akan membuka
…………………………………(1-5)
Contoh : Data diketahui sebagai berikut : Pd = 700 psig Pa = 14,7 psia Pt = 0 psig Ap = 0,1 in2 R = 0,1 / 1 = 0,1 Ab = 1 in2 Dari pers (1-3) bisa diperoleh : Apabila : Pt = 0 psig, maka : Tekanan buka valve adalah : Pc =
714,7 −14,7(0,1) 1 − 0,1
= 791,7 psia
= 777 psig Dengan demikian valve terbuka sehingga gas dapat masuk ke tubing akibatnya Pc akan/ makin lama turun hingga menyamai tekanan dari pada dome sehingga valve kembali tertutup. Dengan demikian harga maksimum spread valve adalah : 777 – 700 = 77 psig Jika sekarang Pt = 400 psig, maka tekanan buka valve adalah Pc =
714,7 − 414,7(0,1) 1 − 0,1
= 747,7 psia = 733 psig
Jadi dengan adanya atau makin besar tekanan di dalam tubing tekanan buka valve akan berkurang. Sehingga maximum spread adalah 733 – 700 = 33 psig Jadi kesimpulannya bahwa : Spread dari pada valve akan turun dengan naiknya tekanan tubing. Dalam intermittent, valve harus membuka penuh ketika tekanan buka tercapai. Gas akan mengangkat slug diatas valve tersebut. Karena alasan ini adalah penting untuk mempunyai port yang besar agar gas secara cepat ditransfer dari casing ke dalam tubing. Harga minimum ukuran port yang dianjurkan adalah ½ in. -
Continuous Bellow Valve Valve untuk continuous gas lift mirip dengan yang intermittent. Bedanya yaitu terdapat choke pada valve (lihat Gb. 6a-2). Guna choke ini adalah
agar tekanan pada “stem dan seat” tidak besar karena adanya kehilangan tekanan setelah melewati choke tersebut. Jadi valve macam ini sesuai untuk aliran continuenya, jika valve yang mempunyai port kecil digunakan, maka jarak antara valve (spaci) diperkecil. Hal ini karena volume gas yang mengalir melalui port tidak besar dalam proses unloading. Gaya yang bekerja pada valve ini adalah Gaya menutup = Pd . Ab Gaya membuka = Pc (Ab – Ap) + Pt . Ap Namun demikian ketika valve terbuka, gaya yang cenderung untuk menutupnya berbeda dengan yang bekerja pada intermittent valve : pada continuous valve tidak harus turun sampai gaya di dome.
-
Balance Pressure Valve Tujuan permakaian valve ini adalah agar dapat menggunakan port dengan ukuran besar tetapi valve spread tidak besar. Untuk valve ini, R = R’ =
As − A p Ab
Gaya-gaya pembukaan, Fopen 1. Gaya yang bekerja pada bellow Pc (Ab + As) 2. Gaya yang bekerja pada stem Pt (As – Ap) 3. Gaya yang bekerja pada port Pc (Ap) Gaya-gaya penutupan, Fclosed Pd. Ab Sehingga keseimbangan gaya, Fopen = Fclosed Pc (Ab – As) + Pt (As – Ap) + Pc. Ap = Pd.Ab Pd − Pt (( As − A p ) / Ab ) Pc = 1 − ( ( As − A p ) / Ab ) Pc =
Pd − Pf .R ' 1 − R'
Gambar 16 Balance Pressure Valve -
Pilot Operated Valve Apabila tekanan casing bekerja pada pilot bellow, maka pilot port akan terbuka dan gas akan masuk ke ruangan di atas piston pada power section. Gas ini akan mendorong piston pada power section tersebut dan akan membuka main port dan gas akan masuk ke dalam tubing.
Gambar 17 Pilot Operated Valve
-
Gas Charged Bellow Type - pembukaan dan penutupan valve diatur oleh tekanan dari tubing. - Tekanan casing hanya bekerja pada port saja pada waktu valve tertutup. - Apabila valve terbuka karena adanya restri pada entry akan mengurangi tekanan yang bekerja pada main port, sehingga yang bekerja pada main port hanya tekanan tubing. Keseimbangan gaya pada saat sebelum terbuka. Pt - (Ab – Ap) + Pc.Ap = Pd.Ab Sehingga : Pt = Pt =
Pd − Pc ( A p / Ab ) 1 − ( A p / Ab )
Pd − Pc .R 1−R
Gambar 18 Gas Charged Bellow Type -
Balanced Tubing Pressure Operated Valve Keseimbangan gaya saat/ sebelum valve terbuka : - Gaya pembukaan Pada bellow : Pt (Ab – As) Pada port : Pt . Ap Pada stem : Pc (As – Ap) - Gaya penutupan Pd . Ab Pt (Ab – As) + Pt.Ap + Pc (As – Ap) = Pd.Ab
Pc Ab – Pt (As – Ap) = Pd Ab – Pc (As – Ap) Pt (1 −
As − A p Ab
Pd − Pc ( Pt = 1−(
R’ =
) = Pd − Pc (
As − A p
Ab As − A p
Ab As − A p .R '
As − A p Ab
)
)
)
1 − R'
Sehingga P − Pc R ' Pt = d 1 − R'
Gambar 19 Balanced Tubing Pressure Operated Valve 1.4. JENIS-JENIS VALVE GAS LIFT Pada prinsipnya fungsi semua valve adalah sama, yaitu : 1. Untuk mengosongkan sumur dari fluida workover atau kill fluid supaya injeksi gas dapat mencapai titik optimum di dalam tubing. 2. Mengatur aliran injeksi gas ke dalam tubing baik proses unloading maupun proses pengangkatan fluida. Secara umum valve gas lift dibagi berdasarkan :
1. Pada penggunaannya 2. Pada elemen yang mengatur kerja valve ad.1. Berdasarkan penggunaannya valve gas lift dibagi menjadi a. Continuous flow - Fixed orifice - Variable orifice b. Intermittent flow - Yang diatur oleh tekanan tubing maximum - Yang diatur oleh tekanan tubing minimum ad.2. Berdasarkan elemen yang mengatur kerja valve, maka valve gas lift dibagi menjadi : a. Gas charged bellow chamber b. Gas charged piston chamber c. Gas Charged Rubber/ Flexible sleeve chamber d. Spring – loaded differential Valve e. Spring pilot loaded f. Kombinasi spring dan gas charged bellow g. Liquid charged diaphragma Jadi elemen utama dari pada valve adalah bellow, spring, piston, kombinasi bellow dan spring, rubber/ Flexible sleeve dan diaphragma. Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja menutup dan membuka valve untuk mengontrol aliran gas, maka jenis valve dikelompokkan dalam dua bagian, yaitu : 1. Unbalanced Valve, terdiri dari : a. Pressure operated unbalanced valve b. Fluid operated unbalanced valve 2. Balanced valve, terdiri dari : a. Pressure operated balanced valve b. Fluid operated balanced valve Pressure Charged Valve Atau dikenal juga sebagai bellow valve. Bellow valve mempunyai bellow berisi gas (nitrogen) dengan tekanan tertentu. Jenis valve ini paling disukai dewasa ini. Sebagian valve ini dikombinasikan pula dengan spring untuk membantu kerja bellow. Valve ini mudah dikontrol dan tahan lama serta dapat digunakan untuk intermittent dan continuous gas lift. Spring-loaded differential Valve Valve jenis ini mempunyai spring. Spring ini mempunyai tekanan tertentu untuk menutup aliran gas. Dalam keadaan normal (di udara terbuka) valve akan terbuka. Di pabrik valve jenis ini sudah diset dengan tekanan spring antara 100 – 150 psi yang mana berarti bila selisih tekanan annulus – tubing melebihi harga ini valve akan tertutup. Valve jenis ini hanya digunakan untuk continuous gaslift.
Gambar 20 Jenis-jenis Valve
Gambar 21 Operated unbalanced dan balanced valve
Flexible Sleeve Valve Yang mengontrol aliran gas masuk ke dalam tubing adalah karat yang mudah melentur (flexible). Perhatikan Gb.5. Valve ini mempunyai dome (ruang) berisi gas alam kering dengan tekanan tertentu. Tekanan buka velve sama dengan tekanan tutupnya dan juga sama dengan tekanan gas dalam dome. Valve ini dapat digunakan untuk aliran intermittent maupun continous dengan injeksi gas diatur / dikontrol dipermukaan. Pada prinsipnya perbedaan antara unbalanced dan balance valve terletak pada perbedaan tekanan membuka dan menutup valve. Unbalanced valve mempunyai perbedaan tekanan untuk membuka dan menutup valve. Perbedaan tekanan ini disebut “Spread”, sedangkan pada balanced valve, tekanan membuka sama dengan tekanan untuk menutup valve tersebut. Jadi pada balanced, spreadnya sama dengan nol. 1 – 5 PERENCANAAN GAS LIFT Terdiri dari perencanaan terhadap : 1. Jumlah gas yang tersedia 2. Spasi / jarak valve. 3. Jenis valve yang digunakan. 4. Tekanan pambukaan dan penutupan valve. 5. Kompresor. Hal-hal yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum melakukan perencanaan gas lift adalah menentukan caa gas lift mana yang akan dilakukan, continous atau intermittent gas lift. Untuk itu perlu ditinjau : 1. Produktivitas sumur (PI) 2. Tekanan statis dasar sumur (SBHP) Batasan-batasan secara relative yang sering digunakan untuk : PI besar adalah apabila PI > 0,5 PI kecil adalah apabila PI < 0,5 SBHP besar apabila SBHP ekivalen 70% ketinggian kolom fluida SBHP kecil apabila ekivalen 40% ketinggian kolom fluida. Valve yang dipasang pada tubing, antara satu dengan yang lainnya mempunyai jarak tertentu dan letak dari pada valve dipengaruhi oleh : 1. Tekanan gas yang tersedia untuk proses unloading 2. Gradient fluida dalam sumur pada saat unloading 3. Inflow performance sumur pada saat unloading 4. Fluida level dalam casing 5. Tekanan dasar sumur dan karakteristik produksi sumur 1-5. 1. PERENCANAAN CONTINOUS GAS LIFT Untuk memberi gambaran tentang perencanaan continous gas lift perhatikan grafik berikut ini.
Gambar 22 Kurva penurunan tekanan Grafik diatas adalah curva penurunan tekanan selama aliran dasar sumur (pwf) sampai ke permukaan (pt). Apabila dapat diperkirakan gradient tekanan aliran rata-rata di bawah dan di atas titik injeksi, maka Pwf dapat dihitung, dengan : P wf = P t + Gfa L + Gfb (D-L) Dimana : Pt L D G fa G fb
= tekanan pada well-head = kedalamam titik injeksi = kedalaman sumur, Depth = gradient tekanan aliran rata-rata diatas titik injeksi. = gradient tekanan aliran rata-rata dibawah titik injeksi.
Dengan demikian tujuan dari pada perencanaan gas lift ini adalah menentukan Pwf yang diperlukan supaya sumur dapat berproduksi dengan rate produksi yang diinginkan yaitu dengan cara menginjeksikan gas pada suatu kedalaman tertentu ke dalam tubing, sehingga Pwf pada dicapai. Faktor-faktor yang digunakan sebagai pertimbangan di dalam perencanaan continous gas lift : 1. Keperluan valve-valve continous flow. 2. Tekanan separator dan tekanan aliran well-head. 3. Tekanan dan volume injeksi gas. 4. Gradient unloading dan spasi valve. 5. Lokasi valve teratas 6. Ukuran tubing dan rate produksi. 7. Setting dan tekanan valve. 8. Type instalasi yang digunakan.
Secara garis besar prosedur perencanaan continous gas lift dapat dibagi menjadi 3 bagian : 1. Penentuan titik injeksi 2. Penentuan spasi valve 3. Pemilihan valve dan pengaturan tekanan operasi valve sebelumvalve dipasang. Data-data yang perlu untuk perencanaan antara lain : 1. Kedalaman sumur 2. Uuran casing dan tubing 3. Kondisi produksi seperti sand problem, paraffin 4. Ukuran dan panjang flow line dipermukaan. 5. Back pressure dari separator 6. Tekanan aliran di tubing (Pt) yang diperlukan 7. Rate produksi yang diperlukan 8. Water cut 9. Specific gravity gas injeksi 10. Volume dari tekanan gas injeksi yang tersisa 11. Productivity Index 12. Temperatur dasar sumur 13. Temperatur aliran di permukaan O 14. API minyak 15. Specific gravity air 16. SBHP (static bottom hole pressure) 17. Specific gravity dan jumlah gas yang terlarut pada berbagai tekanan. 18. BO pada berbagai tekanan 19. Viskositas minyak, tegangan permukaan dan sebagainya. 1-5. 2. LANGKAH-LANGKAH PENENTUAN TITIK INJEKSI 1. Plot kedalaman pada ordinat dengan titik nol diatas. 2. Plot tekanan pada absis dan makin kekanan makin besar. 3. Plot SBHP pada total kedalaman sumur 4. Dari harga PI hitung tekanan drwawdown, sesuai dengan rate produksi yang diinginkan. 5. Tentuan P wf = P s – drawdown, plot P wf ini sesuai dengan kedalaman sumur. 6. Dari P s buat grafik gradient tekanan statis sampai memotong sumbu ordinat, titik perpotongan ini merupakan static fluid level sumur. Apabila sumur tidak berisi fluida workover, titik ini dapat digunakan sebagai titik letak valve yang pertama. 7. Dari P wf buat kurva penurunan tekanan di bawah titik injeksi, kurva ini dapat dibuat berdasarkan : - Methoda penentuan pressure drop aliran. - Grafik pressure traverse curve, missal. Gilbert. Cara lain yang sering kali digunakan adalah dengan menganggap bahwa gradient tekanan dibawah titik injeksi dapat didekati dengan gradient campuran air dan minyak. Apabila cara terakhir ini dilakukan maka pembuatan garis gradient aliran dibawah titik injeksi dibuat dengan cara
menarik garis sejajar, dimulai dari P wf, dengan garis statis yang diplot pada langkah 6. 8. Plot tekanan kick-off dipermukaan setelah dikurangi 50 psi dan tekanan operasi permukaan (Pso) pada sumbu tekanan. Pso bisaanya diambil 100 psia lebih kecil dari pada tekanan yang tersedia. 9. Dari Pko – 50 dan Pso – 100 buat garis gradient tekanan gas dengan memperhitungkan berat kolom gas (dengan menggunakan grafik). Perpanjang grafik tersebut sampai memotong garis gradient aliran yang diperoleh dari langkah 7. 10. Titik perpotongan ini merupakan titik keseimbangan antara tekanan gas dalam annulus dengan tekanan dalam tubing. Untuk instalasi gas lift terbuka, titik ini merupakan tinggi kolom fluida dalam sumur saat operasi. 11. Tekanan pada titik dari langkah 10 dikurangi 100 psi, kemudian perpanjang garis gradient aliran dimulai dari titik akhir tersebut dengan panjang yang ekivalen dengan 100 psi. titik yang terakhir ini merupakan titik injeksi gas. Pengurangan 100 psi tersebut diperlukan untuk memastikan bahwa : - gas dapat masuk ke dalam tubing - proses unloading dapat dilaksanakan sampai titik injeksi. 12. Plot P wh diabsis dipermukaan. 13. Hubungkan P wh dipermukaan dengan titik injeksi dengan menggunakan pressure treverse curve (dapat dipilih dari salah satu grafik Gilbert), grafik tersebut menunjukkan GLR total yang diperlukan untuk memproduksi sumur. Dengan demikian gas yang diperlukan untuk injeksi dapat ditentukan dari : GLR total – GLR formasi Apabila pressure treverse curve tidak tersedia maka antara injeksi dan P wh dapat ditarik garis lurus. Hal ini dilakukan hanya untuk perhitungan spasi valve, sedangkan untuk perencanaan jumlah gas yang diinjeksikan harus digunakan pressure treverse curve. CONTOH 1 – 1 Kedalaman sumur Rate produksi yang diinginkan Ukuran tubing Water cut O API minyak SG gas Tekanan separator Tekanan aliran dikepala sumur THP SBHP Produktivity Index Tekanan kick-off (Pho) Tekanan operas dipermukaan Temperatur dipermukaan Temperatur dasar sumur
: 8000 ft : 700 BPD : 2-in : 95 % : 40O API : 0,65 : 60 psig : 100 psig : 100 psig : 2900 psig :7 : 950 psig : 900 psig : 150 OF : 210 OF
Prosedur Pengerjaan 1. Plot skala kedalaman (0 – 8000 ft) pada sumbu vertical 2. Plot skala tekanan pada sumbu horizontal 3. Tentukan BHP static ( = 2900 psig pada kedalaman 8000 ft) 4. Hitung drawdown : PI =
q Drawdown
Drawdown
=
700 7
= 100 psig 5. Tentukan titik P wf pada kedalaman 8000 ft P wf = P s – Drawdown = 2900 – 100 = 2800 psig 6. Dari titik P ws buat garis gradient statik hingga memotong sumbu kedalaman. - Gunakan grafik gradient for salt water – oil mix Water cut = 95 % minyak 40 OAPI SG oil
141,5
= 131,5 + 40 = 0,83 SG air formasi = 1,07 (harga pada umumnya) ρ campuran = (0,95 x 1,70 + 0,05 x 0,83 ) 62,4 = 66,02 Jadi gradient statistik =
66,02 = 0,46 psi/ft 144
Perhitungan diatas juga dapat kita pakai untuk mencari gradient tekanan statik. Jika kita menggunakan grafik langsung untuk harga 95% air dan 40 OAPI minyak diperoleh gradient nya kira-kira juga 0,46 psi/ft. - Misal diambil pada kedalaman 6000 ft, berarti untuk panjang kolom cairan 2000 ft tekanan statik ny adalah : = 2000 x 0,46 = 920 psi Pada kedalaman 6000 ft mempunyai tekanan static sebesar = 2900 – (2000 x 0,46) = 1980 psig - Plot titik ini (1980 psi) pada kedalaman 6000 ft, kemudian dari SBHP tarik melalui titik ini hingga sumbu ordinat. 7. Dari titik P wf ( = 2800 psig) tarik / buat garis gradient aliran dengan mempergunakan grafik gradient aliran (sesuai dengan data ukuran tubing, GLR dan laju produksi yang diinginkan) atau buat garis melalui titik P wf dan sejajar dengan garis gradient tekanan statik. 8. Plot titik tekanan (P ko – 50) dan data tekanan surface operating kurang 100 psig. Dalam hal ini : * Pko – 50 = 950 – 50 = 900 psig * Tekanan operasi dipermukaan – 100 = 900 – 100 = 800 psig kedua titik ini diplot pada kedalaman nol. 9. Buat garis gradient tekanan (kebawah) dari titik Pko – 50 dan Pso dengan memperhitungkan berat kolom gas. Untuk ini digunakan grafik A-2. SG gas = 0,65 ) didapat gradient gas = 21,2 psi per 1000 ft Pko – 50 = 900 )
SG gas = 0,65 ) didapat gradient gas = 19 psi/1000ft Pso = 800 ) - Ambil untuk kedalaman 2000 ft untuk Pko = 900 psig maka tekanan pada 2000 ft = 900 + 2 x 21,2 = 942,4 psi - Plot 942,4 psi pada kedalaman 2000 ft - Untuk Pso =800 psi, missal kota ambil untuk kedalaman 3000 ft maka tekanannya = 8000 + 3 x 19 = 857 psi - Plot 857 psi pada kedalaman 3000 ft. 10. Potongkan garis-garis yang dibuat pada langkah 7 dan 9 diatas. Perpotongan garis operating casing pressure dan garis tekanan aliran (dalam langkah 7) merupakan “titik keseimbangan” (antara tekanan dalam casing dengan dalam tubing). 11. Tekanan pada titik keseimbangan dikurangi 100 psig (= 875 – 100 = 775 psi). Garis 775 psi ini akan berpotongan dengan garis gradient tekanan aliran dan perpotongan ini disebut “Point of Injection” (titik injeksi gas). Didapatkan bahwa titik injeksi terletak pada kedalaman 3620 feets.
Gambar 23 Penentuan titik injeksi 1-5.3. PENENTUAN LETAK VALVE
Perencanaan letak gas lift valve tergantung pada faktor-faktor berikut : 1. Jenis valve yang digunakan. Apabila balanced valve yang digunakan maka tekanan pada valve adalah harus Pso – (15 s/d 25 psi per valve) Apabila unbalanced valve yang digunakan maka tekanan pada valve sebaiknya Pso – 10 psi per valve. 2. Apakah fluida yang akan diproduksikan akan dialirkan ketempat bertekanan atmosdfir atau tidak. Bisaanya ini hanya untuk proses unloading saja. Jika proses unloading dilakukan ke tangki pengumpul dengan tekanan sama dengan tekanan atmosfer dan berlangsung sampai injeksi gas mencapai dasar maka letak masing-masing valve bisa diperdalam. 3. Statik fluid level dan apakah sumur berisi fluida workover Jika static fluid level lebih rendah dari (P c – P t) / Gs, maka valve pertama bisa dipasang pada kedalaman static fluid level. 4. Apakah gas yang tersedia tidak terbatas untuk proses unloading yang akan dilakukan. Ini akan mempengaruhi spacing (letak dan jarak antara valve), yaitu dalam menentukan gradient unloading minimum didalam tubing. Sebagaimana telah dikemukakan bahwa penentuan letak dan jarak antar valve dapat dilakukan dengan methode grafis dan methode analitis. Kedua methode tersebut akan kita bicarakan dan untuk mempersingkat uraian maka prosedur kerja akan dibicarakan sekaligus diberikan dengan menggunakan contoh. Didalam perencanaan penentuan letak velve, perlulah kita menentukan lebih dahulu jumlah gas yang perlu untuk pelaksanaan gaslift ini. Kita perhatikan lagi soal lalu. Titik injeksi ada pada kedalaman 3620 ft dengan tekanan 775 psi, dari data ini dan dengan menggunakan grafik gradient tekanan untuk aliran vertical, dalam hal ini grafik C 198, akan disa diperoleh Gas Liquid Ratio (GLR) hasil pengangkatan buatan ini, sekaligus garis gradient aliran diatas titik injeksi juga bisa dibuat. Prosedur : (dalam soal ini anggap GLR mula = 50 cuft/bbl) 1-5.4. PENENTUAN SPACING VALVE PADA CONTINOUS GAS LIFT Dalam penentuan spacing valve dapat dilakukan dengan dua cara yaitu : 1. Secara grafis 2. Secara analitis Faktor-faktor yang mempengaruhi spacing continous gas lift valves : 1. Type dari pada valve gas lift yang digunakan a. Balanced valve b. Unbalanced valve 2. Apakah pada proses unloading fluidadialirkan ke pit atau ke block station, apabila fluida dialirkan ke pit, maka THP = 0 3. Gradient fluida yang digunakan untuk mematikan sumur 4. Statik fluida level dari pada fluida dalam sumur. MACAM-MACAM PENENTUAN SPACING BALANCED VALVES
1. SECARA GRAFIS a. Gambarkan garis gradient fluida dalam sumur, mulai dari THP = 0 atau pada THP tertentu. b. Perpanjangan garis tersebut sampai memotong garis gradient gas yaitu Pko– 50, titik potong ini merupakan letak dari valve pertama. c. Buat garis horizontal kiri, dari titil valve pertama sampai memotong garis gradient aliran diatas titik injeksi. d. Dari titik potong pada langkah-langkah dibuat garis sejajar dengan garis pada langkah 2 sampai memotong (Pko – 50) – 25 titik ini adalah tempat valve kedua. e. Kurangi tekanan valve kedua dengan 25 psi, kemudian buat gasir ke bawah sejajar dengan gariske bawah sejajar dengan garis gradient gas (Pko– 50). f. Dari titik valve kedua, buat garis horizontal ke kiri sampai memotong garis gradient aliran diatas titik injeksi. g. Dari titik potong langkah 6 buat garis sejajar dengan garis langkar b sampai memotong garis dari langkah e, titik potong ini merupakan letak valve ke tiga. h. Ulangi langkah e, f, g sampai tercapai titik injeksi. i. Tambahkan satu atau dua valve di bawah titik injeksi untuk keperluan yang akan daang apabila produktivitas sumur telah menurun. CONTOH Merupakan kelanjutan contoh penentuan titik injeksi, bila gradient fluida workover = 0,5 psi/ft, proses unloading fluida dialirkan ke pit THP = 0 JAWAB Misal pada 1000 ft, tekanan fluida = 1000 x 0,5 = 500 psi
Gambar 24 Kedalaman tiap-tiap valve Dengan menarik garis horizontal kekiri dari spacing valve telah didapatkan akan kedalaman dari tiap-tiap valve. 2. SECARA ANALITIS - Cara ini dilakukan apabila data sumur (PI, Pt dan sebagainya) tidak tersedia. - Data yang diperlukan antara lain. 1. Pko 2. Pwh / THP 3. Gradient unloading (dicari dengan menggunakan grafik) 4. Gradient static fluida yang mematikan sumur. - Persamaan-persamaan yang digunakan : 1. Dv1 dimana :
= Dv1 Pko GS THP
( Pko − 50) − THP GS
= kedalaman valve pertama, ft = tekanan kick-off yang tersedia, psig = gradient fluida statis dalam sumur psi/ft = tubing head pressure
Diambil = 0, untuk press unloading dimana fluida dialirkan ke pit atau suatu harga tertentu apabila dialirkan ke block station. Pso1 − Gu ( Dv1 ) − THP 2. Dv2 = Dv1 + GS dimana : Pso 1 = surface operating pressure valve pertama atau Pso yang trsedia THP = tidak sama dengan nol lagi Gu = gradient unloading yang dicari dari grafik.
Gambar 25 Gradien unloading vs laju produksi
Pso 2 − Gu ( Dv 2 ) − THP GS Pso3 − Gu ( Dv3 ) − THP 4. Dv4 = Dv3 + GS Pso 4 − Gu ( Dv 4 ) − THP 5. Dv5 = Dv4 + GS dan seterusnya dimana : Pso 2 = Pso – 25 ) Pso 3 = Pso – 50 ) Pso 4 = Pso – 75 dst ) 3. Dv3 = Dv2 +
CONTOH Kedalaman sumur Rate yang diinginkan Water cut
: 2000 ft : 700 BPD : 95 %
untuk balanced velve
Ukuran tubing : 2-in Pwh : 100 psig Gs : 0,5 psi/ft Pko : 950 psig Pso : 900 psig Preses unloading ke pit Tentukan spacing valve untuk balanced valve ? Penyelesaian Dv1 =
( 950 − 50) − 0 0,5
= 1800 ft
Dari grafik untuk q = 700 BPD, Qt = 2 in didapatkan Gu = 0,16 psi/ft 900 − ( 0,16 x1800 ) −100 = 2824 ft 0,5 875 − ( 0,16 x 2824 ) −100 = 2824 + = 3470 ft 0,5 850 − ( 0,16 x3470 ) −100 = 3470 + = 3860 ft 0,5
Dv2 = 1800 + Dv3 Dv4
dan seterusnya LANGKAH-LANGKAH PENENTUAN SPASI UNBALANCED VALVE 1. SECARA GRAFIS a. Kurangi Pso dengan 100 psig dan buat garis gradient gas sesuai dengan berat kolom gas, garis ini disebut Pc design. b. Tambah THP dengan 200 psig (pada kedalaman nol) kemudian hubungkan titik ini dengan titik injeksi, garis ini disebut Pt design. c. Buat garis gradient fluida yang mematikan sumur mulai dari THP = 0 atau THP = tertentu. d. Perpanjang garis tersebut sampai memotong garis Pko – 50 titik ini adalah titik valve pertama. e. Buat garis horizontal ke kiri sampai memotong Pt design. f. Dari perpotongan langkah e, buat garis sejajar dengan garis dari langkah c sampai memotong Pc design, titik valve kedua. g. Ulangi langkah-langkah tersebut antara Pt design dengan Pc design, sampai titik injeksi tercapai. 2. SECARA ANALITIS Persamaan yang digunakan sama seperti balanced valve hanya untuk Dv2, Dv3 dan seterusnya adalah konstan dan jika perbedaan kedalaman antara 2 valve berurutan =300 ft maka perhitungan dihentikan. Apabila selisih kedalamannya < 300 ft, maka valve diletakkan pada 100 ft dibawah tempat yang seharusnya dan perhitungan dihentikan.
Gambar 26 Secara analitis Soal – Soal 1. Kedalaman sumur : 6000 ft Produksi yang diinginkan : 400 BPD Diameter tubing : 2 7/8-in (2 ½ - in ID) PI :1 SBHP : 2500 psi Dengan menggunakan continous balanced gas lift valve rencanakan titik injeksi gas spacing valve. 2. Kedalaman sumur : 8500 ft Pws : 2600 psig PI : 1,5 Pt : 150 psig Rate yang diinginkan : 6000 BPD (90% air formasi) Diameter tubing nominal : 2-in Carilah titik injeksi untuk Pso = 400, 800, 1200 dan 1500 psig ? 1-5.5. PENENTUAN SPACING VALVE PADA INTERMITTENT GAS LIFT Langkah-langkah penentuan spacing Balanced Valve 1. SECARA GRAFIS Langkah-langkah yang harus dilakukan untuk perencanaan : a. Plot tekanan pada absis dan kedalaman pada ordinat b. Plot Pko – 50 pada permukaan c. Tentukan gradient gas (dengan grafik) dan buat garis gradient gas dalam sumur mulai dari Pko – 50 dan perpanjangan garis tersebut sampai didasar sumur.
d. Plot Pso dipermukaan dan buat garis gradient seperti langkah c e. Plot tekanan tubing di permukaan (untuk intermittent gas lift, tekanan ini equivalent dengan tekanan separator) f. Tentukan gradient unloading dengan menggunakan grafik sesuai dengan ukuran tubing dan rate yang diinginkan. g. Plot garis gradient unloading, berdasarkan Gu dari langkah f mulai dari THP ( = 0 / sesuatu harga tertentu) perpanjang garis tersebut sampai dasar sumur. Penentuan spasi valve h. Tentukan kondisi sumur, apakah dimatikan dengan fluida atau tidak. a. Apabila sumur tidak dimatikan, maka static fluid level akan merupakan letak dari pada valve ke.1 b. Apabila sumur dimatikan dengan fluida sampai dipermukaan, buat garis gradient fluida yang mematikan sumur mula-mula dari permukaan, sesuai dengan gradient statid (Gs) i. Perpanjang garis tersebut (dari langkah g) sampai memotong garis Pko-50, titik p[otong ini merupakan letak valve ke satu. j. Dari titik potong tersebut ( i ) buat garis horizontal kekiri sampai memotong garis gradient unloading. k. Dari titik potong ( j ) buat garis sejajar dengan garis gradient fluida yang mematikan sumur ( h ) sampai memotong garis Pko – 50, titik ini merupakan letak valve ke 2 l. Buat garis (Pko – 75), (Pko – 100) dan seterusnya dan Pso – 25, Pso – 50 dan seterusnya, yang masing-masing sejajar dengan (Pko – 50) dan Pso. m. Lanjutkan prosedur I, j, dan k antara garis gradient – unloading dengan masing-masing garis pada langkah l sampai dasar sumur tercapai. CONTOH Ukuran tubing : 2-in nominal Ukuran casing : 5 ½-in, 17 lb/ft Tekanan separator : 50 psig Tekanan kick-off : 850 psig Tekanan operasi : 800 psig SG gas : 0,6 O API minyak : 35 OAPI Temperatur formasi : 192 OF Temperatur permukaan (aliran) : 80 OF Kedalaman packer : 7030 ft Kedalaman perforasi : 7050 - 7030 ft Gradient kill fluid : 0,5 psi/ft Proses unloading dialirkan ke pit Rate produksi yang diinginkan : 100 BPD Rencanakan spasi valve untuk intermittent Unbalanced Penyelesaian 1. Plot kedalaman dan tekanan
2. Plot Pko – 50, 850 – 50 = 800 psig 3. Berat kolom gas untuk : P = 800 psig ) gradient gas = 17 psi/1000 ft SG = 0,6 ) 4. Plot Pso = 8000 psig 5. Plot tekanan tubing = 50 psig 6. Tentukan gradient unloading Untuk : q = 0,5 BPD ) 0,04 psi/ft Qt = 2-in ) 7. Buat garis gradient unloading dari THP 8. Fluida unloading dialirkan ke pit Gradient statis = 0,5 psi/ft Buat garis gradient statis dari titik tekanan 0 sampai memotong garis Pko – 50 = psig, dan ini titik letak valve pertama. 9. Buat garis horizontal kekiri dari titik valve pertama sampai memotong garis gradient unloading, kemudian dibuat garis sejajar dengan garis gradient ( 8 ) sampai memotong garis Pko – 50, ini letak valve ke dua. dan seterusnya ikuti seperti dalam prosedur.
Gambar 27 Penentuan valve gas lift secara grafis Kemudian tabulasikan hasil-hasilnya. 2. SECARA ANALITIS Dengan menggunakan contoh seperti diatas dapat pada grafis sistem : Pko − 50 850 − 50 = = 1600 ft Gs 0,5
- Dv1
=
- Dv2
= Dv1 +
Pso1 − GUDv1 − Pt Gs
= 1600 + - Dv3
= Dv2 + = 1600 +
800 − ( 0,04 )(1600 ) − 50 = 2972 ft 0,50
Pso 2 − GUDv 2 − Pt Gs
775 − ( 0,04 )( 2972 ) − 50 = 4182 ft 0,50
dan seterusnya. Langkah-langkah penentuan spasi Unbalanced valve Prosedur pengerjaan adalah sebagai berikut : 1. Plot pengerjaan dan kedalaman. 2. Plot Pko – 50 di permukaan 3. Tentukan gradient gas melalui mulai dari Pko – 50 sampai dasar. 4. Plot Pso dipermukaan dan dibuat garis gradient gas seperti pada langkah 3 5. Tentukan Pc design yaitu Pso – 100 dan dibuat garis gradient gas seperti langkah 3 6. Plot THP di permukaan 7. Tentukan gradient unloading dari grafik 8. Buat garis gradient unloading dan perpanjang sampai dasar sumur Perencanaan Spasi Valve 9. Apabila sumur dimatikan dengan fluida sampai permukaan maka buat garis gradient fluida tersebut mulai dari THP = 0 (apabila dialirkan ke pit) atau THP tertentu. 10. Perpanjang garis tersebut sampai memotong garis Pko – 50 titik potong ini adalah letak valve pertama. 11. Dari titik potong ini buat garis horizontal kekiri sampai memotong garis gradient unloading. 12. Dari titik potong langkah 11, buat garis sejajar dengan garis fluida yang mematikan sumur sampai memotong garis Pc design ( 5 ). 13. Lanjutkan prosedur tersebut, antara Pc design dengan garis unloading. 14. Buat tabulasi hasilnya dari masing-masing valve. 15. Gambarkan gradient temperature kemudian tabulasikan hasilnya dari masingmasing valve. Apabila valve yang digunakan spring loaded hal ini perlu dilakukan. 16. Perkirakan tekanan penutupan dipermukaan (psc) dengan jalan menetapkan tekanan penutupan permukaan konstan atau dikurangi 10 psi tiap-tiapo valve (Psc) jika tidak merencanakan untuk sistem dual.
Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
