TEKNOLOGI EKSPLOITASI LAPANGAN MIGAS BERDASARKAN ASPEK

RESERVOIR(yosyafat abdi pracoyo / 113 070 004)www.yosyafat_steamtreel@yahoo.com

Industri minyak dan gas bumi, adalah kompleks dan memerlukan teknologi tinggi dan biaya besar. Oleh karena itu industri minyak dan gas bumi dan panas bumi dapat dikategorikan industri yang padat teknologi dan padat modal. Secara umum kegiatan pengusahaan industri industri minyak dan gas bumi dapat dibagi menjadi tiga kegiatan pokok yatu: upstream, down stream dan penunjang.

Minyak dan gas bumi terbentuk dari binatang-binatang purba yang tertimbun dalam tanah yang kemudian terendapkan baik pada lingkungan pengendapan darat, laut maupun transisi. Seiring dengan perjalanan waktu sisa-sisa binatang purba tersebut akan menjadi proses pematangan menjadi migas dalam batuan induk, kemudian akan bermigrasi sampai terperangkap kedalam suatu sistim reservoir dan terakumulasi disana.

Reservoar merupakan suatu tempat terakumulasinya fluida hidrokarbon (minyak dan atau gas) dan air bawah permukaan tanah. Proses akumulasi minyak bumi dibawah permukaan haruslah memenuhi beberapa syarat, yang merupakan komponen minyak dan gas bumi. Empat komponen yng menyusun reservoir adalah sebagai berikut:Batuan reservoir, cap rock, perangkap reservoir dan kondisi reservoir. Krakteristik reservoir sangat dipengaruhi oleh karakteristik batuan penyusunnya, fluida reservoir yang menempatinya an kondisi reservoar itu sendiri. Ketiga factor itulah yang akan kita bahas dalam mempelajari karaketristik reservoar.

Batuan adalah kumpulan mineral-mineral, sedangkan suatu mineral dibentuk dari beberapa ikatan kimia. Komposisi kimia dan jenis mineral yang menysusunnya menetukan jenis batuan yang terbentuk. Batuan reservoar umumnya terdiri dari batuan sediment yang berupa batupasir dan karbonat (sediment klastik) serta batuan shale (sedimen non klastik) atau kadang-kadang vulkanik. Adapun sifat fisik batuan reservoar migas yaitu porositas, saturasi fluida , Permeabilitas, Wettabilitas, Tekanan kapiler dan kompresibilitas.

Porositas adalah sebagai suatu perbandingan antara volume ruang pori-pori terhadap volume batuan total (bulk volume).Besar kecilnya porosita suatu batuan akan menentukan kapasitas penyimpanan fluida reservoar. Secara matematis porositas dapat dinyatakan sebagai:

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

Saturasi fluida adalah perbadingan antara volume pori-pori batuan yang ditempati oleh fluida tertentu dengan volume pori-pori total pada suatu batuan berpori. Atau secara matematik dapat dituliskan dengan persamaan berikut :

SVolume Pori Pori Batuan yang Diisi Fluida V

Volume Pori Pori Total Batuan Vff

p

,

, ............................ (1-2)

Permeabilitas didefinisikan sebagai suatu ukuran yang menunjukkan kemampuan batuan berpori untuk mengalirkan fluida. Definisi kuantitatif permeabilitas pertama kali dikemukan oleh Darcy yang menghasilkan persamaan:

……………..(1-3)

Wetabilitas (derajat kebasahan) merupakan salah satu sifat fisik batuan reservoir yang timbul karena adanya pengaruh gaya tarik-menarik antara molekul-molekul yang berlainan jenis (gaya adhesi). Gaya tarik-menarik ini terjadi dalam sistem benda padat dengan satu atau lebih fluida yang tidak saling melarutkan. Gaya adhesi AT yang menimbulkan sifat air membasahi benda padat adalah :

AT =so- sw = wo. cos wo ……………………………………..........(1-4)

Tekanan kapiler didefinisikan sebagai perbedaan tekanan pada batas dua fluida yang tidak saling campur (cairan dengan cairan atau cairan dengan gas) sebagai akibat terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkannya. Pada sistem batuan reservoir, tekanan kapiler yang dimaksud adalah perbedaan tekanan antara fluida non wetting phase (Pnw) dengan fluida wetting phase (Pw) di dalam saluran kapiler yang terbentuk oleh sistem pori-pori batuan, atau dituliskan dengan persamaan berikut :

........................................................................................... (1-5)Tekanan kapiler dalam batuan berpori tergantung pada ukuran pori-pori dan macam fluidanya. Secara kuantitatif dapat dinyatakan dalam hubungan sebagai berikut:

PCos

rg hc

2 .............................................................................. (1-6)

Menurut Geerstma (1957) terdapat tiga konsep kompressibilitas batuan, antara lain :- Kompressibilitas matriks batuan, yaitu fraksi perubahan

volume material padatan (grains) terhadap satuan perubahan tekanan.- Kompressibilitas bulk batuan, yaitu fraksi perubahan volume

bulk batuan terhadap satuan perubahan tekanan.- Kompressibilitas pori-pori batuan, yaitu fraksi perubahan volume pori-pori

batuan terhadap satuan perubahan tekanan.Perubahan bentuk volume bulk batuan dapat dinyatakan sebagai kompressibilitas Cr

atau :

.................................................................................(1-8)

Sedangkan perubahan bentuk volume pori-pori batuan dapat dinyatakan sebagai kompressibilitas Cp atau :

.................................................................................(1-9)

Beberapa sifat fisik fluida yang perlu diketahui adalah : densitas, viskositas, faktor volume formasi, dan kompresibilitas.

Gas merupakan suatu fluida yang homogen dengan densitas dan viskositas rendah serta tergantung pada bentuk tempat yang ditempatinya, sehingga dapat mengisi semua ruangan yang adaDensitas (berat jenis) gas didefinisikan sebagai perbandingan antara rapatan gas tersebut dengan rapatan suatu gas standar. Densitas gas biasanya dinyatakan dalam specific gravity gas (g), yang merupakan perbandingan densitas gas pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu terhadap densitas udara kering pada tekanan dan temperatur yang sama, atau secara matematik dituliskan dengan persamaan :

………………………………………..…………… (1-10)

Definisi dari densitas gas g = MP/TR, sehingga bila gas dan udara dianggap sebagai gas ideal, maka g dapat dituliskan dengan persamaan :

…………………………………………….(1-11)

Viskositas gas (g) didefinisikan sebagai ukuran ketahanan gas terhadap aliran, dengan satuan centipoise (cp) atau gr/100-cm-sec. Viskositas gas tergantung dari tekanan, temperatur dan komposisi gas. Herning dan Zipperer (1936) menurunkan persamaan viskositas gas campuran berdasarkan viskositas masing-masing komponen penyusunnya, yaitu sebagai berikut :

1

12

12

gi i i

i i

Y M

Y M

.................................................................................... (1-12)

Faktor volume formasi gas (Bg) didefinisikan sebagai volume dalam barrel pada kondisi reservoir yang ditempati oleh satu standard cubic feet (SCF) gas. Hal ini dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara volume yang ditempati oleh gas pada kondisi reservoir dengan sejumlah gas yang sama pada kondisi standar (14.7 psi, 60 oF). Jadi bentuk persamaan matematiknya adalah sebagai berikut :

BV

Vgr

sc

............................................................................................(1-13)

Kompresibilitas gas (Cg) didefinisikan sebagai fraksi perubahan volume per unit perubahan tekanan, atau secara matematik dapat dituliskan :

CV

dV

dPg

1 ................................................................................... (1-14)

Densitas minyak (o) didefinisikan sebagai perbandingan berat minyak (lb) terhadap volume minyak (Cuft). Densitas minyak biasanya dinyatakan dalam specific gravity minyak (o), yang didefinisikan sebagai perbandingan densitas minyak terhadap densitas air. Atau secara matematik dapat dituliskan dengan persamaan berikut :

................................................................................................... (1-15)

Viskositas minyak (o) didefinisikan sebagai ukuran ketahanan minyak terhadap aliran, dengan satuan centi poise (cp) atau 0.01 gr/cm-sec. Viskositas minyak akan turun dengan naiknya temperatur dan akan naik dengan bertambahnya berat molekul. Dengan perkataan lain bahwa viskositas minyak berbanding lurus terhadap berat molekul dan berbanding terbalik dengan temperaturnya.

Viskositas minyak akan dipengaruhi oleh adanya gas yang terlarut di dalamnya. Bila jumlah gas yang terlarut cukup banyak dan temperatur bertambah besar, maka viskositas minyak menjadi kecil. Faktor volume formasi minyak (Bo) didefinisikan sebagai volume dalam barrel pada kondisi reservoir yang ditempati oleh satu stok tank barrel (STB) minyak (termasuk gas yang terlarut didalamnya).Kompresibilitas minyak (Co) didefinisikan sebagai perubahan volume terhadap perubahan tekanan per unit volume cairan. Atau secara matematik dituliskan dengan :

..................................................................................... (1-16)

Densitas air formasi (brine) pada kondisi standar yang merupakan fungsi total padatan terlarut. Berat jenis air formasi (w) pada reservoir dapat ditentukan dengan membagi w pada kondisi standar dengan faktor volume formasi (Bw) dan perhitungan ini dapat dilakukan bila air formasi jenuh terhadap gas alam pada kondisi reservoir.Viskositas air formasi (w) akan naik dengan turunnya temperatur dan kenaikkan tekanan,Faktor volume formasi air formasi (Bw) didefinisikan sebagai banyaknya air termasuk gas yang terlarut di dalamnya dalam satuan barrel pada kondisi reservoir untuk mendapatkan satu stock tank barrel (STB) air formasi di permukaan pada kondisi standar. Besarnya harga Bw dipengaruhi oleh tekanan, temperatur dan kelarutan gas dalam air formasi. Harga faktor volume formasi air formasi berkisar antara 0,98 sampai 1,07 bbl/STB. Harga Bw dapat dianggap sama dengan satu.

Persamaan kompresibilitas air formasi (Cw) pada temperatur konstan dinyatakan dengan persamaan :

Cw = …………………………..…………………….(1-17)

Jenis reservoir berdasarkan perangkap reservoir dapat dibagi menjadi tiga, yaitu perangkap struktur, perangkap stratigrafi, dan perangkap kombinasi struktur dan stratigrafi. Perangkap struktur merupakan perangkap yang paling orisinil dan sampai dewasa ini merupakan perangkap yang paling penting sebagai tempat terakumulasinya minyak dan gas bumi. Perangkap struktur dapat dibagi menjadi dua macam yaitu : perangkap lipatan dan perangkap patahan.Prinsip perangkap stratigrafi ialah minyak dan gas terjebak dalam perjalanannya ke atas, terhalang dari segala arah terutama dari bagian atas dan pinggir, karena batuan reservoir menghilang atau berubah fasies menjadi batuan lain atau batuan yang karakteristik reservoirnya menghilang sehingga merupakan penghalang permeabilitasnya.

Perangkap reservoir kebanyakan merupakan kombinasi perangkap struktur dan perangkap stratigrafi dimana setiap unsur struktur merupakan faktor bersama dalam membatasi bergeraknya minyak dan gas.Mekanisme pendorong reservoir adalah tenaga yang dimiliki oleh reservoir secara alamiah, sehingga menyebabkan mengalirnya fluida hidrokarbon kearah lubang sumur dan selanjutnya menuju ke permukaan atau mendorongnya pada saat diproduksikan.

Jenis reservoir berdasarkan mekanisme pendorong reservoir dibagi menjadi lima, yaitu : Depletion drive reservoir, gas cap drive reservoir, water drive reservoir, gravitational segregation drive reservoir, dan combination drive reservoir.Reservoir jenis ini disebut sering disebut juga sebagai reservoir solution gas drive. Disebut solution gas drive disebabkan oleh karena energi pendesak minyaknya adalah terutama dari perubahan fasa pada hidrokarbon-hidrokarbon ringannya yang semula merupakan fasa cair menjadi gas. Kemudian gas yang terbentuk ini ikut mendesak minyak ke sumur produksinya pada saat penurunan tekanan reservoir karena produksi tersebut.

Setelah sumur selesai dibor menembus reservoir dan produksi minyak dimulai, maka akan terjadi suatu penurunan tekanan di sekitar lubang bor. Penurunan tekanan ini akan menyebabkan fluida mengalir dari reservoir menuju lubang bor melalui pori-pori batuan. Penurunan tekanan disekitar sumur bor akan menimbulkan terjadinya fasa gas. Pada saat awal, karena saturasi gas tersebut masih kecil (belum membentuk fasa yang kontinyu), maka gas tersebut terperangkap pada ruang antar butiran reservoirnya, tetapi setelah tekanan reservoir tersebut cukup kecil dan gas sudah terbentuk banyak atau dapat bergerak maka gas tersebut turut serta terproduksi ke permukaan.

Pada awal produksi, karena gas yang dibebaskan dari minyak masih terperangkap pada sela-sela pori batuan, maka gas oil ratio produksi akan lebih kecil jika dibandingkan dengan gas oil ratio reservoir. Gas oil ratio produksi akan bertambah besar bila gas pada saluran pori-pori tersebut mulai bisa mengalir, hal ini terus-menerus berlangsung hingga tekanan reservoir menjadi rendah. Bila tekanan

telah cukup rendah maka gas oil ratio akan menjadi berkurang sebab volume gas di dalam reservoir tinggal sedikit.

Dalam hal ini gas oil ratio dan gas oil produksi reservoirnya harganya hampir sama reservoir jenis ini pada tahap teknik produksi primernya akan meninggalkan residual oil yang cukup besar. Produksi air hampir-hampir tidak ada karena reservoirnya terisolir, sehingga meskipun terdapat connate water tetapi hampir-hampir tidak dapat terproduksi.Pada beberapa tempat dimana terakumulasinya minyak bumi, kadang-kadang pada kondisi reservoir komponen-komponen ringan dan menengah dari minyak bumi tersebut membentuk suatu fasa gas. Gas bebas ini kemudian melepaskan diri dari minyaknya dan menempati bagian atas dari reservoir itu membentuk suatu tudung. Hal ini bisa merupakan suatu energi pendesak untuk mendorong minyak bumi dari reservoir ke lubang sumur dan mengangkatnya ke permukaan. Bila reservoir ini dikelilingi suatu batuan yang merupakan perangkap, maka energi ilmiah yang menggerakkan minyak ini berasal dari dua sumber, yaitu ekspansi gas cap dan ekspansi gas yang terlarut lalu melepaskan diri.

Mekanisme yang terjadi pada gas cap reservoir ini adalah minyak pertama kali diproduksikan, permukaan antara minyak dan gas akan turun, gas cap akan berkembang ke bawah selama produksi berlangsung. Untuk jenis reservoir ini, umumnya tekanan reservoir akan lebih konstan jika dibandingkan dengan solution gas drive. Hal ini disebabkan bila volume gas cap drive telah demikian besar, maka tekanan minyak akan jadi berkurang dan gas yang terlarut dalam minyak akan melepaskan diri menuju ke gas cap, dengan demikian minyak akan bertambah ringan, encer, dan mudah untuk mengalir menuju lubang bor.

Kenaikan gas oil ratio juga sejalan dengan pergerakan permukaan ke bawah, air hampir-hampir tidak diproduksikan sama sekali. Karena tekanan reservoir relatif kecil penurunannya, juga minyak berada di dalam reservoirnya akan terus semakin ringan dan mengalir dengan baik, maka untuk reservoir jenis ini akan mempunyai umur dan recovery sekitar 20 - 40%, yang lebih besar jika dibandingkan dengan jenis solution gas drive. Sehingga residu oil yang masih tertinggal di dalam reservoir ketika lapangan ini ditutup adalah lebih kecil jika dibandingkan dengan jenis solution gas drive.Gravity drainage atau gravitational segregation merupakan energi pendorong minyak bumi yang berasal dari kecenderungan gas, minyak, dan air membuat suatu keadaan yang sesuai dengan massa jenisnya (karena gaya gravitasi).

Gravity drainage mempunyai peranan yang penting dalam memproduksi minyak dari suatu reservoir. Sebagai contoh bila kondisinya cocok, maka recovery dari solution gas drive reservoir bisa ditingkatkan dengan adanya gravity drainage ini. Demikian pula dengan reservoir-reservoir yang mempunyai energi pendorong lainnya.

Seandainya dalam reservoir itu terdapat tudung gas primer (primary gas cap) maka tudung gas ini akan mengembang sebagai proses gravity drainage tersebut.

Reservoir yang tidak mempunyai tudung gas primer segera akan mengadakan penentuan tudung gas sekunder (secondary gas cap).

Pada awal dari reservoir ini, gas oil ratio dari sumur-sumur yang terletak pada struktur yang lebih tinggi akan cepat meningkat sehingga diperlukan suatu program penutupan sumur-sumur tersebut. Diharapkan dengan adanya program ini perolehan minyaknya dapat mencapai maksimum.

Besarnya gravity drainage dipengaruhi oleh gravity minyak, permeabilitas zona produktif, dan juga dari kemiringan dari formasinya. Faktor-faktor kombinasi seperti misalnya, viskositas rendah, specific gravity rendah, mengalir pada atau sepanjang zona dengan permeabilitas tinggi dengan kemiringan lapisan cukup curam, ini semuanya akan menyebabkan perbesaran dalam pergerakan minyak dalam struktur lapisannya.

Dalam reservoir gravity drainage perembesan airnya kecil atau hampir tidak ada produksi air. Laju penurunan tekanan tergantung pada jumlah gas yang ada. Jika produksi semata-mata hanya karena gas gravitasi, maka penurunan tekanan dengan berjalannya produksi akan cepat. Hal ini disebabkan karena gas yang terbebaskan dari larutannya terproduksi pada sumur struktur sehingga tekanan cepat akan habis.

Recovery yang mungkin diperoleh dari jenis reservoir gravity drainage ini sangat bervariasi. Bila gravity drainage baik, atau bila laju produksi dibatasi untuk mendapatkan keuntungan maksimal dari gaya gravity drainage ini maka recovery yang didapat akan tinggi. Pernah tercatat bahwa recovery dari gravity drainage ini melebihi 80% dari cadangan awal (IOIP). Pada reservoir dimana bekerja juga solution gas drive ternyata recovery-nya menjadi lebih kecil.

Sebelumnya telah dijelaskan bahwa reservoir minyak dapat dibagi dalam beberapa jenis sesuai dengan jenis energi pendorongnya. Tidak jarang dalam keadaan sebenarnya energi-energi pendorong ini bekerja bersamaan dan simultan. Bila demikian, maka energi pendorong yang bekerja pada reservoir itu merupakan kombinasi beberapa energi pendorong, sehingga dikenal dengan nama combination drive reservoir.

DAFTAR PUSTAKA

Ir. Joko Pamungkas, MT, Dr. Ir. Sudarmoyo, SE, MS, Hariyadi, ST, MT, Ir. Avianto Kabul P. ,MT, PENGANTAR TEKNIK PERMINYAKAN