BAB III

INJEKSI AIR PADA OPERASI PRESSURE MAINTENANCE

Berkurangnya produksi minyak dari suatu reservoir dapat diakibatkan oleh

makin menurunnya tekanan reservoir selama diproduksikan, sehingga tekanan

drawdown tidak mampu lagi memberikan laju produksi yang ekonomis dan produksi

terpaksa harus berhenti, walaupun sebenarnya jumlah cadangan minyak yang

tertinggal (remaining reserve) masih cukup besar.

Menurunnya tekanan reservoir disebabkan oleh adanya pengosongan

reservoir akibat diproduksikannya minyak. Hal ini terutama terjadi pada reservoir

yang mempunyai jenis mekanisme pendorong depletion drive. Pada reservoir

depletion, disamping tekanannya cepat menurun, recovery yang diperoleh juga relatif

kecil. Oleh karena itu pada reservoir jenis ini perlu sekali dilakukan pemeliharaan

tekanan reservoir (pressure maintenance) untuk meningkatkan recovery minyaknya,

yaitu dengan cara menginjeksikan air atau gas ke dalam reservoir tersebut.

Selain pada reservoir depletion drive, pressure maintenance ini kadang-

kadang juga dilakukan pada reservoir-reservoir water drive dan gas cap drive yang

kurang aktif (lemah), dengan maksud untuk meningkatkan efektivitas water drive

atau gas cap drive tersebut.

Jadi, Pressure maintenance adalah salah satu cara untuk meningkatkan

perolehan minyak kumulatif atau laju produksi minyak dengan jalan menginjeksikan

fluida ke dalam reservoir pada saat tenaga pendorong reservoir masih mampu untuk

memproduksikan minyak ke permukaan. Injeksi fluida ini dimaksudkan untuk

mengendalikan tekanan reservoir agar tidak mengalami penurunan yang tajam

selama berlangsungnya produksi. Fluida yang diinjeksikan dapat berupa air atau gas

tergantung dari kondisi reservoirnya. Dipilihnya air sebagai fluida untuk operasi

injeksi dikarenakan air mempunyai sifat keefektifan yang baik dalam proses

pendesakan minyak untuk berbagai kondisi dan karakteristik reservoir, jenis-jenis

batuan dan sifat-sifat fluidanya.

Maka dari itu, tujuan utama dari pressure maintenance adalah untuk menjaga

tekanan agar tetap tinggi, sehingga dengan tingginya tekanan diharapkan gas yang

ada akan tetap terlarut pada minyak sehingga viskositas minyak akan turun dan ini

berarti minyak tersebut makin ringan, dengan kata lain mobilitas minyak makin

besar.

Pada dasarnya, prinsip pressure maintenance ini adalah mengusahakan agar :

a. Depletion Drive Index (DDI) menurun atau tidak dominan, yaitu dengan cara

menjaga tekanan reservoir agar tetap tinggi, atau

b. Mengganti tenaga pendorong alamiah dengan tenaga pendorong buatan yang

lebih efisien, misalnya dengan mengganti gas cap drive dengan water drive

buatan.

Adapun keuntungan dari terjaganya tekanan reservoir pada harga yang cukup

tinggi adalah sebagai berikut :

a. Viscositas minyak akan turun, hal ini disebabkan gas tertahan/tidak keluar dalam

larutannya.

b. Permeabilitas effektif terhadap minyak bertambah, juga dikarenakan dari

berkurangnya gas yang terbebaskan dari minyak.

c. Bertambahnya umur dari produksi sumur.

Injeksi air bisa juga dilakukan untuk reservoir dengan tenaga pendorong air

yang normal, sedangkan jika ternyata drive mekanismenya adalah strong water drive

maka injeksi air tidak akan banyak berpengaruh terhadap perolehan yang diinginkan,

karena itu injeksi air sebaiknya tidak dilakukan pada strong water drive reservoir.

Pressure maintenance dengan injeksi air memiliki keuntungan dalam

effisiensi pendesakan fluida. Saturasi minyak sisa pada water drive biasanya lebih

rendah dari pada gas drive. Hal ini disebabkan terutama pada mobilitas ratio (kw/ko

o/w) reservoir water drive dan wetabilitas kebanyakan batuan reservoir, karena

umumnya lebih water wet. Pendesakan air berjalan lebih kurang seperti pendesakan

torak dengan sedikit breakthrough.

Dasar pertimbangan dilakukannya pressure maintenance diantaranya adalah :

a. Jumlah cadangan minyak yang memungkinkan untuk dapat diproduksikan masih

cukup besar.

b. Tekanan reservoir masih cukup mampu untuk mengalirkan minyak ke

permukaan.

c. Tenaga atau energi pendorong yang dimiliki reservoir (tekanan reservoir)

mengalami penurunan dengan cepat selama periode produksi, sehingga

menurunkan laju produksi.

d. Fluida yang akan digunakan sebagai fluida injeksi mudah diperoleh dan tersedia

dalam jumlah yang cukup besar.

3.1. Pemilihan Sumur Injeksi

Pressure maintenance dengan cara injeksi air umumnya dilakukan dengan

menginjeksikan air ke pinggir reservoir atau pada bagian bawah/dasar dari reservoir

(di aquifer), dimana sumur produksinya berada pada bagian atas atau lebih tinggi dari

struktur reservoir (top structure). Tujuan dalam operasi injeksi air adalah untuk

memungkinkan tercapainya pengembangan frontal (frontal advance) yang seragam

pada air. Hasil yang lebih baik dapat tercapai dengan mempelajari aspek-aspek

geologi reservoir dan perencanan injeksi yang sesuai. Sebagai contoh injeksi air ke

dalam struktur yang berbentuk kubah (domal-type structure), kemungkinan

penginjeksian akan bagus diselesaikan dengan sumur-sumur yang tersebar secara

seragam/merata di seluruh reservoir, daripada dengan injeksi di dasar reservoir

(aquifer). Dengan cara injeksi air ini, diharapkan reservoir dapat bekerja sebagai

water drive buatan.

Untuk memperoleh suatu hasil dari pressure maintenance yang optimum,

maka perlulah dipilih penempatan dari sumur injeksinya, sehingga dengan

penempatan sumur tersebut dapat diperoleh suatu hasil yang diharapkan. Ada

beberapa faktor yang mempengaruhi didalam pemilihan untuk penempatan letak

suatu sumur ini, yaitu distribusi dari tekanan, struktur perangkapnya, mekanisme

pendorong, stratigrafi seperti distribusi permeabilitas. Injeksi air pada pressure

maintenance dapat dibagi dalam tiga klasifikasi berdasarkan tempat dimana air

diinjeksikan, yaitu :

1. Bottom water, dimana air diinjeksikan kedalam aquifer yang terletak dibawah

zone minyak, kemudian mendesak minyak ke arah vertikal. Karena terdapatnya

perbedaan berat jenis antara air dan minyak, maka gaya gravitasi dapat

membantu pendesakan. (Gambar 3.1.).

2. Edge water, dimana air diinjeksikan kedalam reservoir melalui zone air yang

terletak di samping zone minyaknya. (Gambar 3.2.).

3. Crestal water injection (injeksi air dari arah puncaknya). yaitu suatu injeksi air

yang dilakukan pada batas minyak-gas (gas-oil contact). Dalam injeksi ini gaya

gravitasi juga turut membantu proses pendesakan. (Gambar 3.3.).

Gambar 3.1.

Bottom Water Injection (from aquifer)

Gambar 3.2.

Edge Water Injection

Gambar 3.3.

Crestal Water Injection

Ketiga jenis injeksi air di atas adalah yang paling banyak dilakukan pada

injeksi air untuk pressure maintenance. Sedangkan injeksi air kedalam zone minyak

atau dispersed water injection, dimana air injeksi mendesak minyak yang ada dalam

arah lateral menuju sumur-sumur produksi sesuai dengan pola injeksinya, umumnya

untuk water flooding.

3.2. Perencanaan Injeksi Air

3.2.1. Saat Penginjeksian Optimum

Keadaan reservoir dapat ditunjukkan oleh besarnya tekanan, saturasi fluida

dan distribusi saturasi-saturasinya. Hal ini dapat diketahui dari analisa perilaku

reservoir secara material balance.

Seperti kita ketahui bahwa pressure maintenance dilaksanakan pada keadaan

tekanan dan laju produksi minyak yang masih tinggi. Oleh karena itu untuk

mendapatkan recovery yang sebesar-besarnya injeksi air dapat dilaksanakan pada

saat awal reservoir dikembangkan. Tetapi kondisi yang paling baik dilaksanakannya

pressure maintenance adalah pada saat tekanan mencapai titik gelembungnya (bubble

point), karena pada kondisi ini viscositas minyak mencapai harga yang minimum dan

faktor volume formasi mencapai maksimum, sehingga sisa minyak yang akan

ditinggalkan setelah injeksi air pada pressure maintenance akan mencapai harga

minimum.

Walaupun secara teoritis dapat ditentukan saat injeksi yang tepat untuk

memperoleh recovery secara maksimum tetapi ada faktor lain yang harus

dipertimbangkan, yaitu faktor ekonomi. Untuk menentukan saat injeksi yang

optimum sudah tentu harus dipertimbangkan perolehan minyak, laju produksi

minyak, investasi, dan pendapatan yang diperoleh untuk waktu yang diasumsikan

sejak dimulainya injeksi air. Selanjutnya dilihat pengaruh faktor-faktor tersebut

sehingga dapat ditentukan sasaran yang diinginkan.

3.2.2. Lokasi dan Pola Sumur Injeksi

Umumnya untuk menentukan lokasi sumur injeksi sangat tergantung pada

kondisi geologi reservoir dari sumur yang bersangkutan, termasuk tipe reservoir dan

jumlah hidrokarbon yang masih ada. Untuk memilih lokasi yang tepat sebaiknya

dipakai peta distribusi dari cadangan minyak yang tersisa. Begitu pula dengan peta

iso-permeabilitas, dapat membantu dalam pemilihan pola sumur injeksi, karena

dengan peta ini dapat dipilih arah aliran fluida reservoir, sehingga diharapkan fluida

pendesak tidak terlalu dini. Untuk menerapkan pola teratur harus diperhatikan masa

produksinya, spasi sumur, injektifitas waktu reaksi, produktifitas dan

keekonomisannya.

3.2.3. Kedalaman Injeksi

Kedalaman injeksi disini adalah kedalaman reservoir itu berada, serta interval

mana yang harus dipilih untuk diinjeksi. Hal ini perlu diketahui agar injeksi dapat

diarahkan secara tepat ke reservoir yang dituju.

Letak air yang akan diinjeksikan ke dalam reservoir, tergantung pada keadaan

geologi reservoir dan volume distribusi hidrokarbon yang berada. Karena dengan

mengetahui kondisi ini, maka daerah sasaran yang dituju akan tercapai.

3.2.4. Debit dan Tekanan Injeksi

Debit injeksi ditentukan untuk mendapatkan keuntungan yang maksimal,

dimana batas bawah debit injeksi adalah debit yang menghasilkan produksi minyak

yang merupakan batas ekonomis. Sedangkan batas atas debit injeksi berhubungan

dengan tekanan injeksi yang mulai menyebabkan terjadinya rekahan.

Laju injeksi yang optimum adalah laju injeksi air yang dapat mengimbangi

besarnya pengurasan reservoir, sehingga tekanan reservoir tidak cepat mengalami

penurunan. Jadi laju injeksi air optimum ditujukan untuk dapat memelihara tekanan

reservoir agar relatif konstan dan dalam kondisi yang relatif tinggi.

Laju injeksi air mula-mula tergantung pada permeabilitas effektif, viscositas

air dan minyak, ketebalan pasir, jari-jari sumur, tekanan reservoir, dan tekanan yang

diberikan air. Bila air mulai masuk mengisi reservoir faktor-faktor lain akan muncul

mempengaruhi kelakuan sumur injeksi. Faktor tersebut adalah pengaruh

bertambahnya tahanan aliran jika air berkembang ke dalam reservoir dan kualitas air

injeksi.

Persamaan dasar untuk laju injeksi air ke dalam suatu sumur dinyatakan

dengan rumus :

.............................................................................. (3-1)

jika air diinjeksikan terus-menerus maka jari-jari pendesakan (re) akan bertambah,

sedangkan laju injeksi (i) akan berkurang dengan bertambahnya waktu. Jari-jari

pendesakan tergantung pada volume air injeksi kumulatif didalam ruang yang dapat

dilewati air injeksi tersebut dan dapat dinyatakan dengan persamaan :

................................................................................ (3-2)

dimana : V = volume air injeksi kumulatif, bbl

f = bagian batuan yang dapat ditempati air, fraksi

h = ketebalan pasir, ft

re = jari-jari pendesakan, ft

Umumnya harga f adalah perkalian dari porositas batuan dengan saturasi gas.

Minyak mungkin bisa digerakkan oleh kemajuan air, tetapi mungkin pula tidak. Bila

minyak tidak bergerak maka air akan mengisi ruang gas. Bila minyak bergerak di

depan water bank, volume injeksi air untuk mengisi reservoir dengan cairan (minyak

dan air) untuk jarak pendesakan tertentu masih merupakan volume yang diisi dengan

gas.

Bila prosentase minyak yang digerakkan cukup besar, maka persamaan (3-1)

menjadi kurang tepat. Sedangkan persamaan yang lebih sesuai adalah :

..................................................... (3-3)

dimana : Rw = jari-jari perembesan air, ft

Dari persamaan (3-1) dan (3-2) perubahan laju intake dapat dihitung dengan

persamaan :

..................... (3-4)

Persamaan (3-4) adalah untuk sumur tunggal (aliran radial). Bila terjadi

interferensi antar sumur dimana didorong menyebar ke arah sumur produksi, maka

intake pressure akan turun dan akhirnya stabil.

Untuk pola five-spot, laju injeksi stabil dapat dinyatakan dengan persamaan :

.............................................................................. (3-5)

dimana : P = perbedaan tekanan injeksi di dasar dengan tekanan reservoir ,psi

Besarnya laju injeksi untuk pola-pola sumur yang lain akan dibicarakan pada bagian

lain, yaitu water flooding.

3.2.5. Peralatan Injeksi

Operasi injeksi air dalam proyek pressure maintenance dalam pelaksanaannya

menggunakan dua jenis sumur yang berbeda fungsinya, yaitu sumur injeksi dan

sumur produksi. Kedua jenis sumur ini masing-masing dilengkapi dengan peralatan

permukaan dan peralatan bawah permukaan (lubang sumur) atau disebut juga dengan

komplesi (yang disesuaikan dengan fungsi sumur-sumur tersebut).

Peralatan untuk sumur injeksi dapat dikelompokkan menjadi dua bagian

besar, yaitu berupa fasilitas injeksi dan komplesi injeksi. Fasilitas injeksi yang

dimaksud mencakup pompa, tangki penyimpanan air (storage), sistem preparasi air

(water treatment), saringan-saringan, dan pipa-pipa salur. Komplesi sumur injeksi

dapat mempergunakan open hole maupun perforated completion hole. Pada gambar

3.4. dapat dilihat contoh komplesi sumur injeksi yang digunakan pada suatu proyek

injeksi air di lapangan East Venezuela.

Gambar 3.4.

Komplesi Sumur Injeksi

Peralatan sumur produksi juga dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu,

fasilitas produksi dan komplesi sumur produksi. Yang dimaksud fasilitas produksi

adalah peralatan-peralatan yang digunakan untuk mengalirkan minyak yang berasal

dari dasar lubang sumur sampai ke penyimpanan sementara sebelum minyak dijual.

Peralatan mencakup kepala sumur, pipa salur, tangki pemisah, tangki penyimpanan,

dan lain-lain. Komplesi sumur produksi pada proyek injeksi air sama seperti

komplesi sumur-sumur pada umumnya, baik dalam hal komplesi formasi, tubing

komplesi, maupun wellhead komplesi.

Gambar 3.5.

Diagram Sistem Produksi Secara Umum

Pada umumnya peralatan untuk operasi injeksi air ini terdiri dari :

a. Pompa

Merupakan alat yang memberikan tekanan masuk injeksi.

b. Storage Tank

Yaitu tangki tempat pengumpul air bersih yang disiapkan untuk diinjeksikan ke

dalam sumur setelah mengalami penanganan pada bagian yang khusus untuk

membersihkannya.

c. Pipa Alir

Merupakan pipa yang dipakai sebagai media alir untuk fluida injeksi yang akan

dimasukkan ke dalam reservoir setelah dipompakan. Pemakaian dan

pemilihannya tergantung pada debit injeksi dari fluida yang direncanakan serta

tekanan dan faktor ekonomi.

3.3. Perkiraan Ulah Reservoir

Peramalan perilaku reservoir merupakan satu cara yang dapat digunakan

untuk memperkirakan perolehan minyak atau gas dari suatu reservoir. Adapun

metode yang digunakan untuk memperkirakan perolehan minyak adalah metode

material balance.

Perkiraan laju produksi dan perolehan minyak kumulatif dengan

menggunakan persamaan material balance, terlebih dahulu dilakukan suatu perkiraan

harga water cut dimasa yang akan datang, dengan mengambil setiap harga dari hasil

ekstrapolasi kurva yang diperoleh dari data produksi masa lalu. Dari perbandingan

ini diketahui bahwa kenaikan harga water cut terhadap waktu selama periode injeksi

air akan meningkat (relatif linier) sampai mendekati harga 100 %.

Untuk memperkirakan water influx dalam reservoir, dapat digunakan

persamaan material balance dan untuk perhitungan konstantanya dapat digunakan

persamaan laju water influx dari Schiltuis Steady State. Dari hasil perhitungan

dWe/dt dengan persamaan material balance dan Schiltuis akan dihasilkan harga

konstanta (k), untuk kondisi terjadinya penurunan tekanan reservoir yang stabil, akan

didapat suatu harga konstanta rata-rata dari laju water influx tersebut. Harga

konstanta ini dapat digunakan untuk melakukan perhitungan perkiraan water influx

di masa yang akan datang serta memperkirakan perolehan minyak kumulatif dari

reservoir tersebut dengan menggunakan material balance. Perhitungan perkiraan laju

produksi dan perolehan minyak kumulatif diatas dapat dilakukan, hingga kondisi

produksi mendekati harga water cut 100 % dan dengan memperhitungkan laju water

influx dan laju injeksi air yang konstan selama periode produksi perkiraan. Secara

jelasnya, langkah-langkah perkiraan laju produksi minyak yang diharapkan oleh

adanya laju water influx (dWe/dt) yang dihitung dengan persamaan material balance

adalah sebagai berikut :

1. Perkiraan besarnya laju pengosongan reservoir dV/dt untuk setiap harga tekanan

reservoir yang dipilih. Persamaan laju pengosongan adalah :

......................................................... (3-6)

......................................................................................... (3-7)

Perkiraan water cut (WC = water cut, %) diperoleh dari data produksi selama

periode injeksi, yang harganya semakin besar pada setiap periode.

2. Injeksi air sebagai pressure maintenance, maka diharapkan laju pengosongan

reservoir adalah sebanding dengan laju water influx dan injeksi airnya, maka :

, sehingga qo yang diharapkan adalah

...................................................... (3-8)

Seperti telah diuraikan sebelumnya, perkiraan laju produksi (qo) dan perolehan

minyak kumulatif (Np) dilakukan sampai harga water cut mendekati 100 %, pada

kondisi ini dianggap hanya air yang terproduksi ke permukaan.

3.3.1. Persamaan Material Balance

Prinsip dari metoda material balance ini didasarkan pada prinsip

kesetimbangan volumetrik yang menyatakan bahwa, apabila volume suatu reservoir

konstan, maka jumlah aljabar dari perubahan-perubahan volume minyak, gas bebas

dan air dalam reservoir harus sama dengan nol.

Untuk mempermudah penjabarannya, perubahan volume minyak, gas bebas

dan air dapat dinyatakan dengan persamaan-persamaan berikut :

Perubahan volume minyak

Volume minyak mula-mula di reservoir = N Boi, cuft

Volume minyak pada waktu t dan tekanan P = (N Np) Bo, cuft

Pengurangan volume minyak = N Boi (N Np) Bo, cuft ........................ (3-9)

Perubahan volume gas bebas

Rasio gas bebas mula-mula dengan volume minyak mula-mula (m) =

Volume gas mula-mula = G Bgi = m N Boi

Pengurangan volume gas =

m N Boi { + N Rsi Np Rp (N Np) Rs} Bg ............. (3-10)

Perubahan volume air

Volume air mula-mula di reservoir = W, cuft

Produksi air kumulatif = Wp Bw, cuft

Volume air yang merembes ke dalam reservoir = We, cuft

Pertambahan volume air = (W + We Wp Bw) W = We Wp Bw ........ (3-11)

Dengan menggabungkan persamaan (3-9), (3-10) dan (3-11), dan kemudian

disederhanakan dengan Boi = Bti, Bt = Bo + (Rsi Rs) Bg, persamaan untuk N adalah :

..................................................... (3-12)

dimana :

N = cadangan minyak mula-mula, STB

Np = produksi minyak kumulatif, STB

Wp = produksi air kumulatif, STB

Bo = faktor volume formasi minyak, BBL/STB

Bg = faktor volume formasi gas, BBL/STB

Bw = faktor volume formasi air, BBL/STB

Bt = faktor volume formasi dua fasa, BBL/STB

Rs = kelarutan gas dalam minyak,SCF/STB

Rp = perbandingan kumulatif gas/minyak, SCF/STB

We = water influx, BBL

Wp = produksi air kumulatif, STB

m = perbandingan antara volume gas bebas awal dengan volume minyak

awal di dalam reservoir.

Dengan dilakukannya injeksi air, maka air yang masuk ke dalam reservoir

adalah We* , dimana :

We* = We + Wi ........................................................................................ (3-13)

Sehingga persamaan (3-12) menjadi :

............................................ (3-14)

Perkiraan perilaku reservoir dengan menggunakan metode material balance

mendasarkan kepada lima jenis pendorong, yaitu : water drive, segregation drive,

depletion drive, gas cap drive, serta combination drive.

3.3.1.1. Reservoir Water Drive

Water drive adalah merupakan tenaga pendorong di dalam reservoir yang

disebabkan oleh pendesakan air dari aquifer sebagai bottom water pressure atau edge

water pressure yang terjadi akibat penurunan tekanan. Persamaan material balance

dengan jenis tenaga pendorong ini dianggap bahwa gas cap tidak ada (m = 0), maka

persamaanan material balance untuk reservoir jenis ini dengan adanya injeksi air

dapat ditulis menjadi :

................................ (3-15)

3.3.1.2. Reservoir Segregation Drive

Gravity drainage drive atau gravitasional segregation adalah merupakan

tenaga pendorong di dalam reservoir yang disebabkan oleh adanya pemisahan gas

dari minyak akibat perbedaan berat jenis (gaya gravitasi). Persamaan material

balance untuk reservoir segregation drive sama seperti untuk reservoir gas cap drive,

hal ini dikarenakan; We dan Wp pada reservoir jenis ini juga sangat kecil dan dapat

diabaikan (air formasi yang ada tidak aktif memberikan dorongan, dimana dorongan

hanya berasal dari pengembangan gas cap mula-mula atau gas cap sekunder).

3.3.1.3. Reservoir Depletion Drive

Depletion drive reservoir atau solution gas drive adalah merupakan tenaga

pendorong yang dihasilkan oleh pengembangan gas dari larutan minyak yang

disebabkan karena penurunan gas. Reservoir jenis ini tidak memiliki tudung gas

bebas awal (no initial free gas cap atau m = 0) dan tidak memiliki pendorong air

yang aktif (no active water drive) sehingga W = 0. Maka persamaan material balance

untuk jenis reservoir ini dengan adanya injeksi air adalah sebagai berikut:

.................................................................... (3-16)

3.3.1.4. Reservoir Gas Cap Drive

Gas cap drive adalah merupakan tenaga pendorong yang disebabkan oleh

pengembangan gas dari gas cap akibat turunnya tekanan dalam reservoir. Karena We

dan Wp pada reservoir gas cap drive sangat kecil, maka kedua besaran tersebut dapat

diabaikan. Sehingga persamaan material balance untuk reservoir jenis ini menjadi:

...................................................................... (3-17)

3.3.1.5. Reservoir Combination Drive

Karena reservoir combination drive bekerja dibawah pengaruh dissolved gas

drive, water drive dan gas cap drive secara bersama-sama, maka persamaan material

balance–nya sama seperti persamaan umum material balance. Tetapi seringkali

digunakan pula persamaan material balance yang didasarkan atas jenis mekanisme

pendorong yang bekerja paling dominan. Misalnya ; jika tenaga pendorong yang

paling dominan adalah water drive, maka persamaan material balance–nya adalah

persamaan material balance untuk water drive.

3.3.2. Persamaan Index Pendorong

Dari persamaan material balance dapat dikembangkan menjadi bentuk

persamaan untuk memperkirakan perembesan air (water influx) :

............. (3-18)

Untuk periode produksi setelah dilakukan injeksi air maka perhitungan water influx

dengan persamaan diatas dilakukan dengan memperhitungkan besar injeksi air (Wi).

........(3-19)

Karakteristik mekanisme pendorong yang bekerja dalam suatu reservoir dapat

ditentukan dari index pendorong (drive index) menggunakan persamaan material

balance di bawah ini :

................................ (3-20)

dimana :

......................................................................... (3-21)

.......................................................................... (3-22)

......................................................................... (3-23)

........................................................................... (3-24)

dimana :

DDI = depletion drive index

SDI = segregation drive index

WDI = water drive index

IDI = injected drive index.

Sehingga penjumlahan keempat index pendorong adalah sama dengan satu, atau :

DDI + SDI + WDI + IDI = 1 ........................................................................ (3-25)

3.3.3. Persamaan Perembesan Air

Water Influx adalah peristiwa atau kejadian masuknya air dari aquifer ke

dalam reservoir. Aliran air dari aquifer tersebut dapat berupa aliran mantap (Steady

State Flow), aliran semi mantap (Pseudo Steady State Flow) dan aliran tidak mantap

(Unsteady State Flow).

Gambar 3.6. memperlihatkan perembesan air pada aliran mantap dimana

suatu tangki reservoir dihubungkan dengan tangki aquifer melalui suatu pipa yang

berisi pasir. Mula-mula kedua tangki diisi sampai ketinggian dan tekanan awal (P i)

yang sama. Ketika diproduksikan pada laju alir yang konstan, tekanan di dalam

tangki reservoir akan turun dengan penurunan awal yang lebih cepat. Pada saat

tangki reservoir akan turun hingga suatu harga tekanan (P) tertentu, maka laju alir

dari perembesan air akan berbanding lurus dengan permeabilitas dari pasir yang

berada dalam pipa, luas pipa dan penurunan tekanan.

Gambar 3.7. memperlihatkan perembesan air pada aliran tidak mantap

dimana suatu tangki reservoir disebelah kanan dihubungkan dengan serangkaian

tangki aquifer yang semakin besar diameternya melalui pipa penghubung yang berisi

pasir dengan permeabilitas konstan. Pada saat produksi dimulai tekanan dalam tangki

reservoir akan turun dan menyebabkan masuknya air dari tangki pertama. Masuknya

air dari tangki pertama menyebabkan aliran dari tangki kedua dan seterusnya. Hal ini

membuktikan bahwa tekanan di tangki aquifer tidak seragam atau merata melainkan

bervariasi sesuai dengan waktu dan laju alir produksi.

Metode yang digunakan untuk menghitung perembesan air (Water Influx)

adalah metode Schilthuis, metode Hurst, metode van Everdingen dan Hurst serta

metode Allard dan Chan

Gambar 3.6.

Perembesan Air pada Aliran Mantap (Steady State Flow)

Gambar 3.7.

Perembesan Air Pada Aliran Tidak Mantap (Unsteady State Flow)

3.3.3.1. Metode Schiltuis

Persamaan perembesan air digunakan untuk menghitung water influx (dari

aquifier) dengan anggapan kondisi aliran mantap (steady state) adalah :

............................................................................................. (3-26)

dan

........................................................................................ (3-27)

dimana :

k = konstanta water influx, Bbl/day/psi

Pi - P = perbedaan tekanan reservoir, psi

= tinggi kenaikkan cairan dalam pipa kapiler, cm

Konstanta water influx (k) :

...................................................................................... (3-28)

dimana :

k = konstanta water influx (perembesan air), Bbl/day/psi

We = perembesan air (water influx), Bbl

= tinggi kenaikkan cairan dalam pipa kapiler, cm

Pi = tekanan reservoir mula-mula, psi

P = tekanan reservoir, psi.

3.3.3.2. Metode Hurst

Metode Hurst (1943) ini digunakan untuk aliran semi mantap (pseudo steady

state),dengan menurunkan persamaan pengembangan dari persamaan Schilthuis,

yaitu :

We = c ............................................................................... (3-29)

Dimana :

We = laju perembesan air, Bbl

(Pi–P) = penurunan tekanan reservoir, psi

c = konstanta water influx, bbl/psi

a = konstanta konversi waktu

Untuk menentukan harga a dan harga c dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

................................................ (3-30)

3.3.3.3. Metode Van Everdingen dan Hurst

Van Everdingen dan Hurst (1949), metode ini digunakan untuk aquifer radial

untuk aliran tidak mantap (kondisi radial unsteady state), bentuk persamaannya

adalah sebagai berikut :

........................................................................................ (3-31)

Dimana :

We = laju perembesan air, bbl

B = konstanta water influx , Bbl/psi

P = penurunan tekanan reservoir, psi

Q(tD) = water influx yang merupakan fungsi dari tD, tak berdimensi

Geometri dari radial aquifer dan sejarah tekanan diperlihatkan pada gambar

3.8 dan 3.9.

Dimensionless influx Q(t) pada persamaan 3-31 adalah sebuah fungsi dari

waktu dimensionless tD dan perbandingan dari jari-jari aquifer dengan jari-jari

reservoir, reD = re/rR. Di mana harga tD ini dicari dari rumus :

tD = 6,323 x 10-3 ....................................................................... (3-32)

dimana :

k = Permeabilitas, mD

t = Waktu perembesan air, hari

= Porositas rata-rata, fraksi

= Viskositas air formasi, cp

Ce = Kompresibilitas aquifer, psi-1

rw = Jari-jari sumur, ft

karena harga permeabilitas, porositas, viscositas, kompresibilitas aquifer serta jari-

jari reservoir merupakan besaran yang relatif konstan, maka persamaan 3-32 diubah

menjadi :

tD = C . t .........................................................................................................(3-33)

dimana :

C = 6,323 x 10-3 ...................................................................... (3-33)

Untuk mendapatkan harga Q(tD) ini, yang merupakan fungsi dari tD dan re/rR

dp dicari dengan menggunakan grafik pada gambar 3.10a. sampai 3.10d. Sebagai

catatan bahwa rR bisa sebagai jari-jari reservoir minyak (ro) bisa juga reservoir gas

(rg). Harga konstanta water influx (B) juga dapat didekati dengan menggunakan

persamaan :

........................................................................... (3-34)

dimana :

h = Ketebalan lapisan, ft

= Sudut yang dibentuk oleh lingkaran reservoir

Gambar 3.8.

Geometri Aquifer Finite Radial

Gambar 3.9.

Profile Tekanan Aquifer Finite Radial

Gambar 3.10a.

Dimensionless Water Influx untuk Reservoir Finite Radial

Gambar 3.10b.

Dimensionless Water Influx untuk Reservoir Finite Radial

Gambar 3.10c.

Dimensionless Water Influx untuk Reservoir In-Finite Radial

Gambar 3.10d.

Dimensionless Water Influx untuk Reservoir In-Finite Radial

3.3.3.4. Metode Allard dan Chen

Metode ini digunakan untuk aliran tidak mantap pada reservoir yang

mempunyai perembesan air dari bawah (bottom water drive). Bentuk persamaannya

adalah sebagai berikut :

We = B P Q(tD) ............................................................................................ (3-33)

Bentuk persamaan diatas sama dengan bentuk persamaan untuk menghitung

perembesan air dengan metode van Everdingen dan Hurst. Perbedaannya adalah

didalam penentuan harga perembesan air tidak berdimensi.

Tabel penentuan harga Q(tD) pada reservoir bottom water drive dapat dilihat

pada lampiran A. Pada tabel tersebut terdapat parameter ZD yang berarti harga

ketebalan tak berdimensi (dimensionless thickness). Adanya parameter ini

dikarenakan pada reservoir bottom water drive mempunyai ketebalan aquifer lebih

besar jika dibandingkan ketebalan reservoir, sehingga dalam penurunan persamaan

diffusivitas pada bentuk radial diperlukan adanya penambahan parameter KR.

Parameter KR adalah perbandingan antara permeabilitas vertikal dengan

permeabilitas horizontal.

Besarnya harga ZD dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan

sebagai berikut :

ZD = 1/2Rw Kr

h...................................................................................................(3-34)

dimana : ZD = ketebalan tak berdimensi

h = ketebalan aquifer, ft.

rw = jari-jari reservoir, ft.

Gambar 3.11.

Geometri Aquifer Infinite Linier

3.3.4. Perilaku Khas Pressure Maintenance

Lapangan Midway di Arkansas merupakan contoh yang baik dalam program

pressure maintenance dengan injeksi air. Gambar 3.12 memperlihatkan sejarah

produksi reservoir ini. Lapangan Midway diproduksikan dari batugamping

Smackover. Reservoir ini memiliki cadangan kurang lebih 150 MMSTB, diproduksi

dengan mekanisme dorong deplesi, ditandai dengan penurunan tekanan reservoir

yang sangat cepat. Operasi injeksi air dilakukan dua tahun setelah reservoir tersebut

berproduksi.

Hasil program injeksi air menunjukkan tekanan reservoir naik sebelum

kemudian menjadi agak konstan. Beberapa tahun kemudian tekanan menjadi

konstant. Sebagai akibat program pressure maintenance, ultimate oil recovery

diperkirakan kurang lebih 75 MMBbl, dibandingkan hanya sekitar 25 MMBbl jika

diharapkan dari perolehan depletion drive.

Gambar 3.12.

Data produksi Lapangan Midway, Arkansas.

3.3.5 Pengurasan Reservoir Kumulatif

Menurut B.C. Craft dan M.F. Hawkins, untuk menjaga agar laju produksi dan

tekanan relatif konstant, maka besarnya laju pengurasan reservoir harus sama dengan

besarnya laju water influx dari aquifer. Persamaannya adalah sebagai berikut :

dWe/dt = (laju pengurasan volumetrik minyak) + (laju pengurasan

volumetrik gas) + (laju pengurasan volumetrik air)

Untuk faktor volume minyak satu fasa :

.............................................. (3-35)

dimana :

= laju aliran minyak, STB/day

= laju aliran gas bebas, STB/day

= laju aliran air, STB/day

Rs = kelarutan gas dalam minyak, SCF/STB

R = perbandingan produksi gas/minyak, SCF/STB

Bo = faktor volume formasi minyak, BBL/STB

Bg = faktor volume formasi gas, BBL/STB

Bw = faktor volume formasi air, BBL/STB

Untuk lapangan yang dilakukan injeksi air maka air yang masuk ke dalam reservoir

adalah air dari aquifer dan air injeksi, maka persamaan diatas (3-35) menjadi :

................................... (3-36)

Untuk faktor volume formasi dua fasa, persamaannya :

...................... (3-37)

Untuk persamaan diatas dimana Bt = Bo + Bg(Rsi-Rs), maka selanjutnya dapat ditulis

menjadi :

............................................. (3-38)

Jika dilakukan injeksi air, maka persamaan (3-38) menjadi :

.................................. (3-39)

Dengan demikian laju injeksi air yang diperlukan untuk mengimbangi besarnya

pengurasan reservoir :

................................. (3-40)

Volume pengosongan reservoir (reservoir voidage) dapat ditentukan dengan

menggunakan persamaan yang berdasarkan pada prinsip material balance. Dengan

memasukkan harga water influx (We) ke dalam persamaan tersebut, maka besar

pengosongan reservoir (reservoir voidage) selama belum dilakukan injeksi air adalah

sebagai berikut :

............................................. (3-41)

Reservoir Net Voidage = V We

= ............................. (3-42)

Untuk menentukan laju pengosongan reservoir per satuan waktu, maka persamaan

diatas dapat dituliskan menjadi :

................................................................. (3-43)

Sedangkan untuk mempertahankan kondisi reservoir (tekanan reservoir) dalam

keadaan yang relatif besar maka laju pengosongan reservoir diusahakan seimbang

dengan laju pengisian reservoir seperti pada persamaan berikut :

............................................................................................. (3-44)

sehingga persamaan (3-42) dapat dituliskan menjadi :

................................................... (3-45)

dimana :

V = total kumulatif produksi minyak, gas dan air (pengurasan kumulatif

reservoir), BBL

Np = produksi kumulatif minyak,STB

Bt = faktor volume formasi dua fasa, BBL/STB

Bg = faktor volume formasi gas, BBL/STB

Bw = faktor volume formasi air, BBL/STB

Rp = perbandingan gas-minyak dipermukaan, SCF/STB

Rs = kelarutan gas dalam minyak, SCF/STB

We = perembesan air dari aquifer (water influx), BBL

Wp = produksi air kumulatif air, STB

Wi = injeksi air kumulatif, STB

Agar kondisi reservoir, khususnya tekanan reservoir dapat dipertahankan untuk tidak

cepat mengalami penurunan, maka diusahakan untuk menyeimbangkan laju

pengosongan reservoir dengan laju pengisian reservoir dengan cara menginjeksikan

air ke dalam reservoir dalam jumlah yang cukup (pressure maintenance). Pada saat

periode injeksi dilakukan, perhitungan reservoir net voidage harus memperhitungkan

volume air yang diinjeksikan ke dalam reservoir. Untuk itu persamaan (3-42) dapat

dinyatakan sebagai berikut :

Reservoir Net Voidage = Voidage We Wi

= ........ (3-46)

3.4. Pengendalian Ukuran Gas Cap

Pada saat air diinjeksikan ke dalam reservoir yang memiliki gas cap, masalah

penyusutan gas cap sering menjadi masalah yang cukup berarti dalam operasinya.

Akan tetapi, masalah yang sangat penting dalam pengoperasian pressure

maintenance ada dua, yaitu 1) gas cap dapat mengembang disebabkan penurunan

tekanan reservoir dan dalam operasi pressure maintenance menurun pada tekanan

reservoir per satuan produksi minyak hingga sangat rendah, dan 2) jika

dimungkinkan mengurangi produksi gas dari tudung gas reservoir. Oleh karena itu

dengan pertimbangan dua faktor tersebut penyusutan gas cap menjadi pertimbangan

yang cukup berarti. Hal ini penting untuk mengurangi penyusutan gas cap dengan

jalan menutup sumur produksi gas dari gas cap atau mengembalikan gas ke gas cap

untuk mengganti gas yang telah diproduksikan. Sangat dimungkinkan untuk menutup

sumur-sumur produksi gas dari gas cap karena pertimbangan keuntungan atau kasus

dimana penyusutan gas cap disebabkan oleh produksi gas sehingga pori-pori

reservoir menjadi kosong.

Praktek yang umum untuk mengembalikan fraksi produksi gas dalam

reservoir agar ukuran gas cap tetap sama, dalam beberapa kasus akan lebih ekonomis

untuk mengembalikan air sebagai pengganti gas ke tudung gas. Hal ini bisa saja

dilakukan karena tidak ada fasilitas yang tersedia untuk menekan gas ke reservoir

dan juga air telah diinjeksikan ke aquifer. Teknik ini telah berhasil dilaksanakan

dalam beberapa kasus, walaupun kemungkinan pengaruh gravity segregation harus

dipertimbangkan.

3.5. Penentuan Sistem Pengolahan Air Injeksi

Hal pertama yang harus diperhatikan dalam merencanakan konstruksi sistem

pengolahan air adalah ruang yang dibutuhkan atau ruang yang tersedia dan jarak

antara sumber air primer dan titik injeksi. Kemudian setelah itu diputuskan

kemungkinan-kemungkinan daripada sistem pengolahan yang akan digunakan.

Berdasarkan dari sumber dan kondisi air yang dipergunakan sebagai fluida

injeksi, serta pertimbangan beberapa problema yang mungkin timbul yaitu ; korosi,

scale, swelling, padatan tersuspensi, gas yang terlarut, minyak yang terbawa, maka

sistem operasi di bagi menjadi tiga, yaitu :

1. Sistem perbaikan air tertutup (Closed Water Treating Systems).

Dalam sistem pengolahan air tertutup ini, air yang digunakan sebagai fluida

injeksi tidak bersinggungan/kontak dengan udara luar, dengan alasan akan timbul

beberapa problem, seperti naiknya kadar gas dalam air, sehingga akan tumbuh

ganggang serta korosi. Selain itu untuk menghindari reaksi reduksi-oksidasi dimana

pengendapan dapat terbentuk dan pemecahan oksigen atmosfer dalam air.

Keuntungan cara sistem perbaikan air tertutup ini adalah :

- sedikit menggunakan peralatan

- murah

- sistem pipa sederhana.

Sistem ini secara skematis dapat dilihat digambar (3.13.)

2. Sistem perbaikan air terbuka (Open water treating System).

Dalam sistem ini, peralatan yang digunakan lebih banyak dibandingkan

dengan sistem tertutup, karena fluida injeksi bersinggunan langsung dengan udara,

karena untuk mencegah timbulnya problem baru yang dapat mengakibatkan

hambatan dalam proyek ini dipasang sejumlah peralatan pembersih air.

Peralatan yang digunakan antara lain :

- Aeration, berfungsi untuk membebaskan gas yang terlarut.

- Chemical treatment, untuk menghilangkan senyawa-senyawa yang dapat

menghilangkan korosi, scale, swelling.

- Sedementation, untuk mengendapkan padatan-padatan yang tersuspensi dalam

air.

- Filtration, berfungsi untuk sebagai penyaring dari partikel-partikel yang

tersuspensi dalam air, dengan ukuran yang lebih kecil.

- Clear water storage, yaitu air dalam storage yang siap diinjeksikan dan benar-

benar bersih.

Dalam gambar 3.14. terlihat bahwa suplai air berasal dari sumber dialirkan ke

aeration untuk membebaskan sejumlah gas yang terlarut, setelah itu dialirkan ke

bagian sedimentation untuk mengendapkan bagian yang tersuspensi. Lalu aliran air

disaring dalam saringan yang berbentuk seperti botol, kemudian dialirkan ke tangki

pengumpul, untuk siap diinjeksikan ke dalam sumur dengan pompa. Skema sistem

terbuka ini dapat dilihat pada gambar 3.14.

3. Sistem perbaikan air setengah tertutup

Sistem ini merupakan gabungan antara sistem terbuka dengan sistem tertutup.

Dalam sistem ini, terdapat dua proses, yaitu :

- Pengolahan air, seperti dalam sistem terbuka mulai dari supply well sampai clear

water storage.

- Kemudian dari clear water storage dipompakan ke vaccum aeration untuk

dihilangkan gas yang terlarut, kemudian diinjeksikan ke dalam sumur.

Sistem ini umumnya merupakan injeksi fluida yang bebas oksigen. Secara

skematis sistem ini dapat dilihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.13.

Diagram Alir Sederhana Untuk Sistem Water treating Type Tertutup

Gambar 3.14

Diagram Alir sederhana Untuk Sistem Water Treating Type Terbuka

Gambar 3.15.

Digram Alir Sederhana Untuk System Water Treating Setengah Tertutup