hf_mekbat

5/12/2018 HF_MEKBAT - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/hfmekbat 1/6

HYDRAULIC FRACTURING(PEREKAHAN HIDROLIK)

Hydraulic fracturing adalah suatu teknik stimulasi yang digunakan untuk memperbaiki atau meningkatkan produktivitas sumur. Tujuan adalah membentuk saluran

konduktif dan kontinyu yang menembus zona skin (yang mengalami kerusakan), jauh ke

dalam reservoar. Untuk mencapai tujuan itu, maka dibuat rekahan untuk jalan mengalirnya

fluida reservoir ke lubang sumur dengan cara menginjeksikan fluida perekah dengan laju dan

tekanan tertentu diatas tekanan rekah formasi. Setelah formasi mengalami perekahan fluida

terus diinjeksikan untuk memperlebar rekahan yang terjadi. Untuk menjaga agar rekahan

tidak menutup kembali, maka rekahan yang terjadi diberi pengganjal (proppant). Proppant

yang digunakan harus mampu mengalirkan fluida dan dapat menahan agar rekahan tidak

menutup kembali, oleh karena itu proppant tersebut harus memiliki permeabilitas yang besar

dan kekuatan yang cukup baik agar tidak mudah hancur terkena tekanan dan temperatur

tinggi. Gambar 1. memperlihatkan skematik proses stimulasi hydraulic fracturing.

Gambar 1.

Skematik Proses Stimulasi Hydraulic Fracturing(8)

MEKANIKA BATUAN

Batuan dalam bumi akan mengalami tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh gaya-

gaya yang bekerja atau dikenakan kepadanya. Gambar 2. memperlihatkan skematik normal

stress dan shear stress pada batuan

In-situ Stress : gaya per unit area

0Δ lim

A

Δ A

Δ F………………………………………...……….....(1)



Gambar 2.

Skematik Normal Stress dan Shear Stress(8)

Overburden Stress : gaya akibat beban formasi diatasnya

dz(z)g

H

0

ov …………………………………..………………...(2)

dimana rata-rata gradient (g) berkisar 0.95 – 1.1 psi/ft ; densitas formasi (ρ ) berdasarkan hasil

penelitian diketahui bahwa densitas batuan berkisar antara 125 hingga 200 lb/ft3.

Strain : deformasi/alterasi posisi relatif titik-titik pada benda yang dikenakan stress. Strain

dikomposisikan sebagai perubahan panjang dan perubahan angular.

1

11lim

*

01

………………………………………..…………….....(3)

Gambar 3.

Elemen Tegangan dan Bidang Rekahan



Gambar 3. memperlihatkan Elemen Tegangan dan Bidang Rekahan. Penjabaran akan

hal ini adalah perbandingan poisson (poisson ratio) dimana apabila suatu benda ditekan ke

satu arah tertentu, maka benda itu bukan saja mengalami perubahan panjang (memendek)

sepanjang arah pembebanan, melainkan juga akan melebar kearah lateral (gaya yang kecil).

Atau didefinisikan sebagai rasio dari ekspansi lateral terhadap kontraksi longitudinal.

v =1

2εε

……………………………………………………….... (4)

dimana ε 1 dan ε 2 masing-masing adalah strain arah tegak lurus satu sama lainnya. Harga v

berkisar antara 0.15 – 0.30 dan untuk batupasir = 0.25, sedangkan untuk shale = 0.27.

Gambar 4.

Penggambaran Mengenai Efek Poisson

Atau dengan persamaan sebagai berikut :

E = 2 G(1 + v) ……………………………………………………..... (5)

keterangan : E = (slope) Modulus Elastisitas Young, psi

Gambar 4. memperlihatkan penggambaran mengenai efek poisson Modulus

Elastisitas Young merupakan ukuran kekenyalan (stiffness) dimana untuk batuan harganya

berkisar antara 1 x 106

(soft rock) sampai dengan 10 x 106

(hard rock). Dalam hydraulic

fracturing dikenal istilah plane-strain modulus (E`) yang ditulis sebagai berikut :

E` = E / (1 – v2) …………………………………………………..... (6)

dimana untuk sandstone :

E` = 1.07 E dan v = 0.25

Hubungan antara stress dan strain dapat digambarkan dengan grafik stress vs strain pada

Gambar 5., sebagai berikut :



Gambar. 5.

Grafik Hubungan Stress vs Strain

Ketika suatu sumur dibor, maka tegangan yang bekerja pada batuan akan mengalami

perubahan. Suatu pendekatan perhitungan perubahan atau kelainan ini dibuat dengan asumsibatuan elastis, lubang sumur lurus dan silindris serta sumbu sumur vertikal. Sedangkan gaya-

gaya tangensial yang bekerja disekitar lubang sumur adalah dua kali tegangan horizontalnya,

sehingga tekanan yang diperlukan untuk merekahkan batuan secara vertikal adalah jumlah

dari tekanan yang diperlukan untuk mengurangi compressive stress pada dinding lubang

sampai nol ditambah tensile strength dari batuannya, atau :

ttf Szv1

v2Sh2P

…………………..……..……..….. (7)

keterangan :Pf = Internal pressure, psi

St = Tensile strength batuan, psi

Dengan menggunakan kisaran tensile strength 0 sampai 500 psi untuk batupasir dan

limestone, maka akan didapat harga tekanan yang diperlukan untuk membuat rekahan

vertikal yaitu antara :

D0,4400,181

D1,0x0,18x2Pf

psi

500D0,745000,271

D1,0x0,18x2Pf

psi

Menurut Hubert dan Willis, tekanan injeksi dasar sumur minimum yang diperlukan

untuk menjaga rekahan tetap terbuka adalah sedikit lebih besar dari tegangan yang bekerja

pada bidang rekahan tersebut, dan masuknya fluida ke dalam formasi akan mengurangi

besarnya tekanan yang diperlukan untuk tekanan vertikal.

Dalam hal rekahan horizontal, tekanan yang diperlukan untuk menahan atau

mengembangkan rekahan sama dengan efektif overburdennya pada kedalaman rekahan.

Dengan demikian rekah horizontal akan terjadi bila :

Pf = δ z ..………………………..…….……………....………….... (8)



Pendekatan ke dalam maksimum dimana rekah horizontal terjadi, kecuali dalam daerah di

bawah kompresif aktif dapat ditentukan dari persamaan-persamaan diatas dengan anggapan :

σ zSzv1

v2

t

…………………..………………..……..……….. (9)

Bila diketahui gradien tekanan vertikal (overbuden) adalah 1 psi/ft, poisson ratio 0.25 dan

tensile strength 1000 psi, maka kedalaman maksimum rekah horizontal adalah 3000 ft. Untuk

rekahan yang terjadi pada sudut tertentu () dari horizontal, Crittendon menyajikan suatu

rumus tekanan rekah sebagai berikut :

θcos

v1

v21

v1

v21

2

PP ov

f .……………....……..………... (10)

keterangan :

Pov = tekanan overbuden, psi

= sudut yang diukur dari horizontal

Jenis-jenis rekahan dapat dilihat pada Gambar 6.. Untuk mengetahui hubungan

antara efek perekahan terhadap produktivitas sumur dapat ditinjau dengan mengetahui sifat-

sifat atau karakteristik fluida injeksi, karakteristik fluida reservoar, dan karakteristik batuan

reservoarnya disekitar daerah perekahan. R.D.Carter mendiskripsikan persamaan untuk

menghitung luas daerah perekahan baik dengan perekahan secara vertikal maupun horizontal.

Gambar 6.

Jenis-jenis Arah Rekahan



Asumsi yang digunakan untuk menghitung luas daerah perekahan adalah :

1. Luas rekahan uniform.

2. Aliran fluida perekah ke dalam formasi linear dan arah aliran tegak lurus permukaan

rekahan.

3. Kecepatan aliran di dalam formasi pada setiap titik dipermukaan rekahan adalah fungsi

waktu titik alirnya.4. Fungsi kecepatan V = F(t) sama untuk setiap titik di dalam formasi.

5. Tekanan di dalam rekahan sama dengan tekanan injeksi didepan formasi serta harga

konstannya.

hf_mekbat

Documents