HYDRAULIC FRACTURING

Hydraulic fracturing (perekahan hidrolik) adalah suatu teknik stimulasi yang digunakan untuk memperbaiki atau meningkatkan produktivitas sumur. Produktivitas sumur yang menurun atau kecil ini dapat berupa adanya zona skin disekitar lubang sumur dimana harga permeabilitas zona skin (kskin) lebih kecil dari harga permeabilitas formasi (kformasi), atau formasi dengan cadangan yang besar tetapi harga permeabilitas formasinya relatif kecil, atau juga karena formasi yang ketat (consolidated).Tujuan dari perekahan hidrolik adalah terbentuknya saluran konduktif dan kontiniu yang menembus zona skin (yang mengalami kerusakan), jauh ke dalam reservoir. Untuk mencapai tujuan itu, pada perekahan hidrolik perlu dibentuk saluran konduktif dan kontinyu yang berupa rekahan dengan menginjeksikan fluida perekah dengan laju dan tekanan tertentu diatas tekanan rekah batuannya.

Batuan dalam bumi akan mengalami tegangan-tegangan yang diakibatkan oleh gaya-gaya yang bekerja atau dikenakan kepadanya.In-situ Stress : gaya per unit areaOverburden Stress : gaya akibat beban formasi diatasnya

Elemen Tegangan dan Bidang Rekahan 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.

Untuk mengetahui hubungan antara efek perekahan terhadap produktivitas sumur dapat ditinjau dengan mengetahui sifat-sifat atau karakteristik fluida injeksi, karakteristik fluida reservoir, dan karakteristik batuan reservoirnya disekitar daerah perekahan. R.D.Carter mendiskripsikan persamaan untuk menghitung luas daerah perekahan baik dengan perekahan secara vertikal maupun horizontal. 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 keceptan V = F(t) sama untuk setiap titik di dalam formasi.

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

Fluida perekah dipergunakan untuk membuat rekahan yang cukup besar, sehingga proppant dapat masuk ke dalam rekahan tanpa mengalami bridging (mampat) atau settling (pengendapan). Oleh karena itu, fluida perekah harus mempunyai viskositas yang tinggi dan faktor kehilangan fluida harus diperkecil dengan sifat wall building dengan penggunaan polimer.

Fluida yang dipakai dalam operasi perekahan hidrolik (hydraulic fracturing) dibedakan menjadi tiga jenis yaitu :

1. Water base fluid (Fluida Perekah dengan bahan dasar air)

2. Oil base fluid (Fluida perekah dengan bahan dasar minyak)

3. Emulsion base fluid / Acid Base Fluid (Fluida perekah dengan bahan dasar asam).Adapun sifat-sifat yang harus dimiliki oleh setiap fluida perekah adalah :

1.Stabil dan tidak menyebabkan kerusakan formasi

2.Mempunyai friction loss pemompaan yang rendah

3.Mampu membawa bahan pengganjal ke dalam rekahan yang dibuat.

4.3. Material Pengganjal (Proppant)

Proppant merupakan material untuk mengganjal agar rekahan yang terbentuk tidak menutup kembali akibat closure pressure ketika pemompaan dihentikan dan diharapkan mampu berfungsi sebagai media alir yang lebih baik bagi fluida yang diproduksikan pada kondisi tekanan dan temperatur reservoir yang bersangkutan. Pemilihan proppant akan menentukan konduktivitas (wkf), dimana :Konduktivitas rekahan = Lebar rekahan x Permeabilitas

Sehingga semakin kontras permeabilitas di rekahan, akan semakin besar pula produktivitas tanpa mengesampingkan segi ekonomis dalam pemilihan proppant atau ukuran rekahan. Semakin keras formasinya, maka diperlukan proppant yang makin keras. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan proppant antaralain :

Ukuran butir (granularitas) Distribusi (uniform)Kualitas (kandungan impurities)

Derajat kebundaran dan kehalusan permukaan butirannya (roundness dan sphericity)4.3.1. Jenis Proppant

Beberapa jenis proppant yang umum digunakan sampai saat ini adalah pasir alami, pasir berlapis resin (Resin Coated Sand), dan proppant keramik (Ceramic Proppant).1. Pasir Alami

Berdasarkan sifat-sifat fisik yang terukur, pasir dapat dibagi ke dalam kondisi baik sekali, baik, dan dibawah standart. Golongan yang paling baik menurut standart API adalah premium sands yang berasal dari Illinois, Minnesota, dan Wisconsin. Biasanya disebut Northern Sand, White Sand, Ottawa Sand, atau jenis lainnya misalnya Jordan Sand, dimana jenis-jenis ini memiliki ciri well rounded, kadar quartz tinggi, sanggup menahan berat, SG = 2.65. Golongan yang baik juga berasal dari Hickory Sandstone di daerah Brady, Texas, yang memiliki warna lebih gelap daripada pasir Ottawa. Umumnya disebut Brown Sand, Braddy Sand, atau Hickory Sand, dimana jenis- jenis ini memiliki ciri angular, kadar quartz tinggi, sanggup menahan berat, SG= 2.65 serta memiliki kelebihan harganya yang lebih murah dibanding pasir

Ottawa.

2. Pasir Berlapis Resin (Resin Coated Sand)

Lapisan resin akan membuat pasir memiliki permukaan yang lebih rata (tidak tajam), sehingga beban yang diterima akan terdistribusi lebh merata di setiap bagiannya. Ketika butiran proppant ini hancur karena tidak mampu menahan beban yang diterimanya, maka butiran yang hancur tersebut akan tetap melekat dan tidak tersapu oleh aliran fluida karena adanya lapisan resin. Hal ini tentu saja merupakan kondisi yang diharapkan, dimana migrasi pecahan butiran (fine migration) penyebab penyumbatan pori batuan bisa tereliminasi. Proppant ini sendiri terbagi menjadi dua jenis, yaitu :a. Pre-cured Resins

Berat jenisnya sebesar 2.55 dan jenis ini dibuat dengan cara pembakaran alam proses pengkapsulan.b. Curable Resins

Penggunaan jenis ini lebih diutamakan untuk menyempurnakan kestabilan efek pengganjalan. Maksudnya adalah proppant ini dinjeksikan dibagian belakang (membuntuti slurry proppant) untuk mencegah proppant mengalir balik ke sumur (proppant flow back). Setelah membeku, proppant ini akan membentuk massa yang terkonsolidasi dengan daya tahan yang lebih besar.3. Proppant Keramik (Ceramic Proppant)

Proppant jenis ini dikelompokkan menjadi empat golongan sebagai berikut :

a. Keramik berdensitas rendah (Low Density Ceramic)

Jenis ini memiliki berat jenis hampir sama dengan pasir (SG = 2.7), memiliki kemampuan untuk menahan tekanan penutupan (Clossure pressure) sampai 6000 psi, serta banyak digunakan di Alaska.b. Keramik berdensitas sedang (Inter mediate Ceramic)

Jenis ini lebih ringan dan lebih murah dibandingkan Sintered Bauxite, memiliki specific gravity 3.65. Karena harganya yang mahal maka proppant ini hanya digunakan untuk mengatasi tekanan yang benar-benar tinggi. Proppant jenis ini mampu menahan tekanan sebesar 12000 psi, biasa digunakan untuk temperature tinggi dan sumur yang sour (mengandung H2S).

c. Resin Coated Ceramic

Suatu jenis baru yang merupakan kombinasi perlapisan resin dan butiran keramik. Jenis ini terbukti memberikan kinerja yang lebih baik. Khusus untuk resin coated proppant, variasi yang dimunculkan semakin banyak. Resin Coated Ceramic memiliki ketahanan terhadap closure pressure sebesar 15000 psi dan temperature hingga 450 oF.4.4. Model Geometri Perekahan

Untuk menghitung pengembangan rekahan, diperlukan prinsip hukum konversi momentum, massa dan energi, serta kriteria berkembangnya rekahan, yang berdasarkan interaksi batuan, fluida dan distribusi energi.Secara umum model geometri perekahan adalah:

1. Model perekahan dua dimensi (2-D)

Tinggi tetap, aliran fluida satu dimensi (1-D)

2. Model Perekahan pseudo tiga dimensi (P-3-D)

Perkembangan dengan ketinggian bertambah, aliran 1 atau 2D

3. Model 3 dimensi (3-D)

Perluasan rekahan planar 3D, aliran fluida 2D

Dalam penjelasan di sini hanya akan dibicarakan model perekahan 2D, karena masih bisa dipecahkan secara manual dengan bantuan matematika atau grafis. 3D memerlukan komputer canggih atau PC yang canggih tetapi membutuhkan waktu agak lama (dan butuh data yang lengkap mengenai stiffnessmatrix, variasi stress, dan lain-lain) sedangkan model software P3DH bisa untuk PC dan dijual oleh beberapa perusahaan antara lain oleh SSI, Meyer & Assoc. Intercomp, Holditch & Assoc., NSI Technologies Inc dan beberapa yang lain adalah yang paling umum dipakai saat ini.Di bawah ini akan dibicarakan tiga model dimensi perekahan, yakni :

1. Howard & Fast (Pan American) serta diolah secara metematika oleh Carter

2. PKN atau Perkins, Kern (ARCO) & Nordgren

3. KGD atau Kristianovich, Zheltov (Russian Model ) lalu diperbaharui oleh

Geertsma dan de Klerk (Shell).4.6. Pengukuran Tinggi Rekahan Setelah Hydraulic Fracturing

Pengukuran tinggi rekahan adalah penting untuk mengetahui keefektifan dari pelaksanaan pekerjaan perekahan, untuk menghitung kelakuan produksi sumurnya dan untuk memeriksa ketelitian model yang digunakan apakah PKN, KGD, atau radial, yang bisa dipakai untuk pekerjaan lain di lapangan tersebut di waktu yang akan datang. Juga dengan mengetahui tinggi rekahan maka bisa dihitung panjang rekahan dengan lebih baik yang nantinya akan meliputi perhitungan produktivitasnya. Dan juga bila terjadi perbedaan menyolok antara model dan hasil pengukuran yang sebenarnya maka dapat digunakan untuk mendesain pada masa mendatang.

Alat pengukur yang dipakai pada masa kini adalah :

Temperatur Logging Gamma Ray Logging Metode Seismic Borehole TeleviewerFormation Microscanner

Noise Logging

Spinner Survey

Teknik di atas mungkin langsung mengukur ataupun harus diintepretasikan dahulu dan beberapa di antaranya hanya jelas pada lubang tanpa selubung (casing).4.7. Perhitungan Peningkatan Produktivitas

Pada bagian ini, akan dibicarakan mengenai evaluasi dari hydraulic fracturing, yaitu untuk mengetahui apakah pelaksanaan hydraulic fracturing tersebut berhasil untuk menaikkan produktivitas formasi atau tidak. Naik tidaknya produktivitas formasi dapat dilihat dari parameter-parameter indikatornya.

4.7.1. Parameter Indikator Peningkatan Produktivitas

Ukuran atau parameter indikator yang menunjukkan ada tidaknya peningkatan produktivitas formasi adalah faktor skin (S), permeabilitas formasi rata-rata (Kavg), Inflow Performance Relationship curve (IPR), perbandingan Productivity Index (PI), dan perbandingan laju alir (q) sebelum dan sesudah perekahan dengan tekanan alir dasar sumur (Pwf) yang sama.

4.7.2. Perbandingan Indeks Produktivitas

Baik untuk sumur gas ataupun sumur minyak, pengaruh perekahan dapat dinyatakan sebagai harga perbandingan antara indeks produktivitas sesudah dan sebelum perekahan. Persamaan yang umum digunakan untuk menyatakan perbandingan tersebut adalah dari Prats, Tinsley et. al., dan McGuire dan Sikora untuk sumur pada keadaan steady state dan pseudo-steady state serta Tannich dan Nierode.