3 II Water Coning

BAB III: WATER CONING

(Versi 30 Oktober 2004)

Produksi air dari sebuah sumur dapat disebabkan oleh karena telah terjadi water coning (cone = kerucut) atau fingering. Water coning terjadi jika air bergerak dari bagian bawah reservoir secara vertikal menuju bagian bawah perforasi dan membentuk kerucut air sampai terjadi water breakthrough (air sampai di perforasi). Sedangkan fingering (atau tonguing) terjadi pada reservoir miring yaitu jika air bergerak dan menyalip minyak yang berada di atasnya menuju bagian bawah perforasi karena water-oil contact (WOC) yang tidak stabil (lihat penjelasan stabilitas WOC pada bagian akhir bab ini).

perforasi

perforasi

WOC

Water coning

Water

fingering

Oleh karena itu, kondisi yang menyokong atau mendukung terjadinya coning adalah:

Tekanan sumur (pwf) rendah sehingga menyebabkan pressure drawdown tinggi

Sumur atau perforasi yang terlalu dekat dengan WOC

Tidak ada permeability barrier terhadap aliran vertical.

Baik water coning maupun fingering yang sampai terjadi water breakthrough di perforasi akan merugikan secara operasional karena:

Produktivitas minyak menurun efek permeabilitas relative,

Lifting cost menjadi lebih tinggi karena fluida di sumur yang lebih berat dan pembuangan air di permukaan yang lebih banyak, dan Recovery efficiency menurun karena water cut mencapai economic limit.

Secara historis penanganan produksi air dapat dibagi ke dalam tiga periode:

Periode dimana produksi air diupayakan untuk dicegah atau dieliminasi. Ini terjadi pada masa awal diketahui bahwa produksi minyak dapat terganggu dengan terproduksinya air.

Water Coning, hal. 1

Pada masa itu, untuk mencegah terproduksinya air dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya:

menempatkan barrier di bawah perforasi seperti telah dilakukan dengan membuat polymer cushion atau pancake of cement atau mengurangi pressure drawdown dengan cara mengurangi laju produksi air.

Hal yang kedua tersebut dilakukan dengan menghitung laju produksi kritis. Metode untuk menghitung critical rate diantaranya metode Meyer dan Garder dan metode Chaney et al.

Periode dimana produksi air diperlambat. Cara ini dapat dilakukan jika diketahui waktu breakthrough. Untuk menghitung waktu breakthrough dapat digunakan diantaranya metode Sobocinski dan Cornelius atau metode Bournazel dan Jeanson.

Periode dimana produksi air dibiarkan. Pada saat ini, dapat dikatakan praktek produksi minyak dilakukan tanpa mengindahkan produksi air. Sepanjang minyak masih bisa diperoleh secara ekonomis maka produksi air tidak menjadi halangan. Dalam periode ini muncul metode peramalan produksi air setelah terjadi water breakthrough. Metode tersebut diantaranya adalah metode Kuo dan DesBrisay.

Seperti diketahui, produksi minyak dan/atau gas melalui sumur dapat terjadi jika terdapat perbedaan tekanan p sebesar (p pwell). Untuk sistem reservoir minyak-air, perbedaan tekanan ini menyebabkan batas minyak-air bergerak ke atas, yaitu ke arah sumur (perforasi). Gerakan dalam arah vertikal terjadi terutama pada sumbu sumur. Kerucut air terbentuk bila p (psi) melebihi harga tekanan hidrostatik kolom fluida setinggi hc, yaitu antara batas minyak-air sampai bottom perforation seperti ditunjukkan pada gambar skematik berikut ini:

hc

WOC

Kerucut air (water coning) akan terbentuk jika: p > 0.433 (w- o)hc


dimana:

: Specific gravity

hc : Jarak antara perforasi terbawah dengan WOC, ft p : Pressure drawdown pada sumur, psi.

Untuk menghindari tembus air yang lebih awal (premature) harus diusahakan agar interval perforasi yang terbawah tetap jauh dari WOC karena, seperti disebutkan di atas, tembus air menyebabkan recovery atau produksi minyak terganggu, yaitu jumlah minyak yang terproduksi berkurang.

Persoalan kerucut air (water coning) menyangkut persoalan penentuan beberapa parameter yang terkait dengan proses kejadiannya. Parameter-parameter tersebut akan menentukan terjadi-tidaknya water coning (juga gas coning) dan kinerja reservoir. Dua parameter yang penting dalam hal ini adalah laju alir kritis dan waktu tembus air (water breakthrough time). Oleh karena itu, biasanya persoalan yang harus dijawab dalam menghadapi persoalan water coning adalah:

Berapakah laju alir kritis, yaitu laju alir maksimum agar tidak terbentuk kerucut air

Bila kerucut air tidak bisa dihindari, berapa lama air akan sampai di perforasi, yaitu perkiraan waktu tembus air (tBT)

Bagaimanakah kinerja reservoir dengan kerucut air tersebut.

Namun demikian, seperti telah disebutkan di atas, pada saat ini praktek produksi minyak di lapangan sebenarnya tidak terlalu memikirkan jumlah air terproduksi. Yang penting adalah minyak tetap terproduksikan dan tersedia fasilitas yang memadai untuk mengolah air (water treating facilities).

Kedua parameter di atas, yaitu laju alir kritis dan waktu tembus air, sebenarnya menyangkut parameter-parameter yang terdapat dalam daerah penyerapan sumur (drainage area), sifat fisik fluida, completion interval, dan permeabilitas vertikal dan/atau horizontal. Berikut dijelaskan beberapa metode perhitungan dalam upaya menjawab persoalan coning, khususnya water coning.

Penentuan Laju Kritis

Upaya untuk mengembangkan metode penentuan laju alir kritis telah dilakukan oleh berbagai kalangan. Diantara yang telah mempublikasikan metodenya adalah:

- Meyer dan Garder


Chierichi et al.

Schols

Muskat dan Wyckoff

Wheatley

Piper dan Gonzalez

Hoyland et al.

Chaney et al.

Kuo dan DesBrisay (sama dengan metode Schols).

Pada dasarnya, semua metode di atas menggunakan persamaan yang sama, yaitu:

qc =

0.003073h 2 ko

qDC

oBo

dimana:

qc

=

laju alir kritis minyak, STB/hari

ko

=

permeabilitas efektif terhadap minyak, md

h

=

tebal zone minyak, ft

D

=

ketebalan interval perforasi, ft

o

=

viskositas minyak, cp

BoB

=

factor volume formasi, bbl/STB

qDC =

dimensionless critical rate

=

w - o untuk system air-minyak dan = o - g untuk system minyak-gas.

Yang membedakan kesemua metode tersebut pada umumnya adalah dalam hal penentuan qDC. Di bawah ini dijelaskan beberapa dari metode untuk menghitung laju alir kritis tersebut.

Metode Meyer dan Garder:

Dengan cara analitik untuk sistem isotropik, Meyer dan Garder mendefinisikan:

1

D

2

qDC =

1

(

)

2 ln(re

h

/ r w)

Sehingga laju alir kritik minyak untuk sistem air-minyak adalah:

qc =

0.001535(w o ) ko (h 2

D2)

oBo ln(re / r w)

dimana:

w, o = masing-masing density air dan minyak, gm/cc


Metode Chaney et al.:

Asumsi yang digunakan oleh Meyer dan Garder sangat restriktif sehingga Chaney et al. menawarkan metode alternative yang didasarkan pada solusi analitik dan eksperimental. Metode Chaney et al. Dapat digunakan baik untuk persoalan kerucut air maupun untuk kerucut gas.

GOC

Gas coning

perforasi

WOC

Water coning

Menurut Chaney et al.:

qc =

0.00333 qcurve k(w o )

oBo

dimana qcurve (critical rate dari kurva) diperoleh secara grafis dan merupakan fungsi dari ketebalan zona produktif, interval perforasi, dan jarak top perforasi ke top formasi atau ke GOC (jika ada gas cap). Kurva Chaney et al. secara skematik ditunjukkan berikut ini.

Kurva gas coning

qcurve

untuk interval perforasi

yang berbeda

Kurva water coning untuk interval perforasi yang berbeda

Jarak top perforasi ke top formasi atau GOC


Metode Bournazel dan Jeanson:

qc =

0.000717k h (w o )h.h c

o Bo

dimana:

kh = permeabilitas horizontal efektif terhadap minyak, md hc = jarak antara perforasi terbawah dengan WOC awal

Metode Schols:

Schols mengembangkan persamaan empirik yang telah diverifikasi oleh simulator. Persamaan Schols diperoleh setelah ia mendapatkan:

1

D

2

re

0.14

qDC =

0.432

+

1

(

)

2

ln(

/

)

h

h

re

r w

sehingga laju alir kritis menurut Schols adalah:

0.003073h

2

ko

1

D

2

re

0.14

qc =

0.432

+

1

(

)

B

ln(

/

h

h

o

o

2

re

r w

)

Atau, untuk sistem air-minyak, biasanya ditulis sebagai berikut: qc = A B C

dimana

A = (w o) ko (h 2 D2) (2049)oBo

B = 0.432 +

ln(re / r w)

re 0.14

C =

h

Contoh 1: Menghitung Laju Alir Kritis

Untuk harga-harga variabel suatu reservoir bottom water berikut, hitung laju alir kritis menggunakan metode Meyer dan Garder, Chaney et al., Sobocinski dan Cornelius (untuk metode ini lihat penjelasan di bawah), dan Bournazel dan Jeanson. Data: ko = 100 md, h = 50 ft, D = 10 ft, w = 1.05 gr/cc, o = 0.8 gr/cc, o = 1.0 cp, Bo = 1.2 bbl/STB, re = 745 ft, rw = 0.25 ft.


Penyelesaian:

Metode Meyer dan Garder:

qc =

0.001535(w o ) ko (h 2

D2)

oBo ln(re / r w)

qc =

0.001535(1.05 0.8)(100)(

50

2

10

2)

= 9.6 STB/hari

(1.0)(1.2) ln(745 / 0.25)

Metode Chaney et al.:

qc =

0.00333 qcurve k(w o )

oBo

qc = 0.00333 (280)(100)(1.05 0.8) =19.4 STB/hari

(1.0)(1.2)

Catatan: qcurve = 280 diperoleh dari kurva untuk h = 50 ft, rw = 3 in., radius pengurasan sumur = 1000 ft, dengan interval perforasi = 10 ft (asumsi perforasi di top dari zona minyak yaitu sejauh mungkin dari WOC). Kurva ini tersedia dalam Ref. Smith, Tracy, dan Farrar halaman 13-8 (Figure 13-3).

Metode Sobocinski dan Cornelius:

Dengan Z = 3.5 berdasarkan formulasi (td)BT dari Kuo dan Des Brisay maka:

qc =

0.000877(w o )(k h )(h hc )

oBo

qc =

0.000877(1.05 0.8)(100)(50)(50 10)

= 36.5

STB/hari

(1.0)(1.2)


qc =

0.000717k h (w o )h.h c

o Bo

qc =

0.000717(100)(1.05 0.8)(50)(50 10)

= 29.9

STB/hari

(1.0)(1.2)

Catatan:

Terlihat bahwa perbedaan antara harga-harga qc hasil perhitungan berbagai metode di atas cukup signifikan. Menurut Tracy, harga qc yang dihasilkan oleh metode Bournazel dan Jeanson merupakan yang paling dekat dengan kenyataan di lapangan dibandingkan dengan harga hasil metode lainnya. Namun demikian, terlepas dari perbedaan harga qc masing-


masing metode tersebut, keempat metode kenyataannya memprediksi qc yang relatif terlalu rendah secara ekonomis.

Penentuan Waktu Tembus Air

Metode Sobocinski dan Cornelius:

Metode ini menentukan waktu tembus air (time to breakthrough) dari air ketika laju produksi lebih besar dari laju produksi kritis. Metode ini didasarkan pada studi eksperimental yang memodelkan aliran di dekat sumur seperti ditunjukkan secara skematik berikut ini:

Media pasir

water breakthrough

MinyakAir dan minyak

water diinjeksikan

conedengan warna

Airyang berbeda

Berdasarkan eksperimen tersebut, Sobocinski dan Cornelius mendapatkan dimensionless cone height (Z) dan dimensionless time (td) masing-masing sebagai berikut:

Dimensionless cone height:

= 0.00307(w o )(k h )(h hc )

oBoqo

Dimensionlees time:

td

=

0.00137(w o )(k h )(1

+ M ) t

o h Fk

dimana:

w, o =

masing-masing densitas air dan minyak, gr/cc

kh =

permeabilitas horizontal, md

h =

ketebalan zona minyak, ft

hc =

ketinggian kerucut air pada saat breakthrough yaitu sama dengan jarak dari WOC awal

ke bagian bawah perforasi, ft

o =

viskositas minyak, cp


= porositas, fraksi

= konstanta, dimana untuk M < 1 maka = 0.5, dan untuk M 1, = 0.6. M adalah mobility ratio.

Fk = k h k v

= w o

td =

t

t BT

Hubungan antara Z dan td ditunjukkan oleh kurva yang secara skematik terlihat seperti berikut ini:

Breakthrough curve

Z

Departure

curves

Basic buildup curve

td

Untuk menghitung time to breakthrough, tBT, maka digunakan kurva breakthrough. Kurva-kurva buildup dan departure hanya digunakan untuk mempelajari pengembangan coning. Sobocinski dan Cornelius menemukan bahwa kerucut air umumnya terbentuk secara perlahan sampai ujung kerucut mendekati perforasi (titik dimana terjadi percepatan cone buildup) sehingga selanjutnya kerucut tumbuh lebih cepat. Untuk menentukan time to breakthrough dilakukan prosedur berikut:

Hitung Z dengan persamaan di atas.

Dengan harga Z tersebut, gunakan breakthrough curve (lihat Ref. Smith, Tracy, dan Farrar) untuk menentukan td.

Hitung tBT dengan persamaan di atas, dimana:


t BT =

o h Fk td

0.00137(w o )(k h )(1

+ M )


Bournazel dan Jeanson menemukan bahwa time to breakthrough yang mereka hitung selalu lebih kecil dari yang dihitung oleh Sobocinski dan Cornelius. Oleh karena itu, mereka melakukan modifikasi terhadap persamaan Sobocinski dan Cornelius. Perubahan yang mereka lakukan adalah:

Membuat persamaan td sebagai fungsi dari Z untuk menggantikan kurva breakthrough (td)BT vs. Z dari Sobocinski dan Cornelius.

Menetapkan = 0.7 untuk semua harga M dalam interval 0.14 M 7.3.

Jadi, menurut Bournazel dan Jeanson, time to breakthrough adalah:

t BT

=

ohFk (t d )BT

0.00137(w o )(k h )(1

+ M0.7 )

dimana:

(t d )BT =

Z

3.0 (0.7) Z

Z = dimensionless cone height (Sobocinski dan Cornelius), yaitu:

= 0.00307(w o )(k h )(h hc )

oBoqo

Satuan yang digunakan sama seperti satuan yang digunakan dalam metode Sobocinski dan Cornelius.

Metode Kuo dan DesBrisay:

Kuo dan DesBrisay melakukan review terhadap hampir seluruh metode yang telah dipublikasikan sebelumnya. Selanjutnya, dengan menggunakan model coning numerik, mereka menambahkan, memodifikasi, mengembangkan sebuah korelasi untuk prediksi kinerja water coning, yaitu menghitung water-cut untuk reservoir bottom water. Menurut Kuo dan DesBrisay, kurva breakthrough dari Sobocinski dan Cornelius yang berbentuk hiperbolik dapat digantikan oleh persamaan:

(t d )BT = Z (16 + 7Z 3 Z2)

4 (7 2Z)


Berdasarkan persamaan di atas terlihat bahwa untuk harga Z = 3.5 maka harga (td)BT akan berharga infinite. Menurut Tracy, hal ini berarti bahwa pada harga Z = 3.5 (atau infinite (td)BT), laju alir yang terjadi adalah laju alir kritis. Oleh karena itu, dengan memasukkan harga Z = 3.5 ke dalam persamaan Sobocinski dan Cornelius diperoleh:

= 0.00307(w o )(k h )(h hc )

oBoqo

atau

qo = qc =

0.000877(w o )(k h )(h hc )

oBo

Namun, seperti dijelaskan pada bagian berikut ini, Kuo dan DesBrisay menggunakan formulasi Schols untuk menghitung laju alir kritis.

Peramalan Kinerja Reservoir Dengan Kerucut Air

Di atas telah dijelaskan bahwa berdasarkan metode yang telah dipublikasikan sebelumnya, Kuo dan DesBrisay telah mengembangkan metode untuk memperkirakan kinerja water-cut untuk reservoir bertenaga dorong bottom water. Dalam hal ini, mereka menggunakan metode Bournazel dan Jeanson untuk menghitung time to breakthrough. Berdasarkan model coning numerik yang mereka gunakan, Kuo dan DesBrisay memulai produksi air pada harga tBT sama dengan setengah harga tBT dari Bournazel dan Jeanson, yaitu:

t*BT = 12 t BT,(Bournazel&Jeanson)

Kinerja yang dihitung adalah setelah tembus air karena produksi kumulatif total sampai waktu tembus air adalah sama dengan qo x tBT tanpa ada air yang terproduksi. Untuk penentuan kinerja water cut tersebut, Kuo dan DesBrisay mendefinisikan dua parameter dimensionless, td dan (WC)d sebagai berikut:

t d =

t

t BT

(WC)

=

WC

d

(WC)limit

(WC)limit =

Mh w

, dengan M =

w

Mh w + h o

o

dimana:

td = dimensionless time t = waktu nyata, hari


tBT = time to breakthrough menurut Bournazel dan Jeanson, hari (WC)d = dimensionless water cut

WC = water cut nyata, fraksi.

Untuk menghitung (WC)limit, diperlukan asumsi tambahan. Asumsi tersebut adalah bahwa hanya terjadi aliran air pada arah vertikal dengan tekanan konstan dan luas permukaan konstan. Dengan asumsi ini, maka dengan menggunakan material balance diperoleh:

Np

1 S

wc

h

o

= H

o

1

N

1

Swc

Sor

N

1 Swc

p

h w = H w

+ Ho

N

1

Swc Sor

dimana:

Ho = original oil zone thickness (antara WOC dengan top dari zone minyak), ft Hw = original water zone thickness, ft

ho, hw = masing-masing ketebalan zone minyak dan air pada saat ini, ft Swc = Saturasi air konat, fraksi

Sor = Saturasi minyak residual, fraksi Np = Produksi minyak kumulatif, STB N = Isi awal minyak di tempat, STB

Selanjutnya, hubungan antara dimensionless water cut (WC)d dengan waktu sebagai berikut :

(WC)d = 0untuk td < 0.5

(WC)d = 0.94 log td + 0.29 untuk 0.5 td 5.7

(WC)d = 1.0untuk td > 5.7

Metode peramalan water cut dengan metode Kuo dan DesBrisay ini dilakukan dengan cara coba-coba dengan prosedur sebagai berikut:

1. Tentukan laju produksi kritis menggunakan persamaan Bournazel dan Jeanson:

qc =

0.000717(k h )(w

o )(h)(hc )

STB/hari

oBo

hc adalah jarak antara WOC dengan lubang perforasi terbawah, ft

Catatan: peramalan dilakukan ketika qT > qc, sehingga terjadi coning. Sebelum tembus air maka yang terjadi adalah qo = qT


Tentukan tBT dengan prosedur sebagai berikut: Hitung Z dengan metode Sobocinski dan Cornelius: = 0.00307(w o )(k h )(h.hc )

oBoqo

Berdasarkan harga Z tersebut, hitung waktu breakthrough dengan metode Bournazel dan Jeanson:

(t d )BT =

Z

3.0 (0.7) Z

Hitung waktu breakthrough dengan metode Bournazel dan Jeanson, yaitu menggunakan persamaan Sobocinski dan Cornelius dengan = 0.7, yaitu:

t BT

=

ohFk (t d )BT

0.00137(w o )(k h )(1

+ M0.7 )

dimana: Fk = k h k v

3. Gunakan waktu tembus air tBT sama dengan setengah harga tBT dari Bournazel dan Jeanson di atas, yaitu:

t*BT = 12 t BT

Hitung produksi kumulatif minyak sampai waktu tembus air berdasarkan batasan t*BT di atas, sehingga:

p BT = ( t*BT ) qT , STB

Lakukan peramalan mulai dari waktu tembus air dengan anggapan pertambahan produksi

minyak sebesar Np selama tang.

Np

j+1

= Np

BT

+

Np

atau

nj+1

= nj +

n, dimana n j =

Np j

N

6. Tentukan hw dan ho dengan menggunakan metode Kuo dan DesBrisay:

1 Swc

h w = H w + Ho n j+1

1

S S

wc

or


1 Swc

h o = Ho 1

n j+1

1

S S

wc

or

7. Hitung (WC)lim, dimana:

(WC)limit =

Mh w

Mh w + h o

8. Tentukan (WC)d. Untuk ini diperlukan td dimana:

t d =

t*BT + t

t*BT

Berdasarkan harga td ini pilih persamaan (WC)d berikut:

(WC)d = 0

jika td < 0.5

(WC)d = 0.94 log td + 0.29

jika 0.5 td 5.7

(WC)d = 1.0

jika td > 5.7

9.

Tentukan water cut nyata dimana:

(WC) = (WC)d(WC)lim

dan gunakan definisi water cut, yaitu:

(WC) = fw

10.

Hitung laju alir minyak dengan water cut di atas:

qoj+1 = (1 fwj+1)qT

Ingat bahwa sampai waktu breakthrough, yang terproduksi hanya minyak, sehingga laju alir minyak sampai waktu breakthrough adalah

qoj = qo BT = qT

Gunakan laju alir minyak rata-rata sebagai berikut:

= qoj+1 + qoj

qo2

Hitung waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan tambahan kumulatif minyak jika laju alir minyak adalah laju alir rata-rata:

t hit = qNp

o

12. Bandingkan thit dengan tang

t ang t hit

< . Bila memenuhi lanjutkan dengan selang produksi selanjutnya.

t ang

Jika tidak memenuhi kembali ke Langkah 8.


Contoh 2: Peramalan Kinerja Reservoir Dengan Water Coning 1

Suatu reservoir minyak dengan bottom water drive dan berpotensi terjadi water coning

memiliki data sebagai berikut:

Ho = 42 ft, Hw = 60 ft, qt = 100 STB/hari, kh = 90 md, Fk = kh/kv = 10, M = w/o = 3.27, N

(volume minyak pada daerah pengurasan sumur) = 4.2 x 106 STB, Swc = 0.288, Sor = 0.331.

Tembus air (breakthrough) terjadi pada tBT = 104.5 hari. Peramalan untuk

t1 = 61 hari

setelah tembus air menghasilkan ( Np)1 = 5000 STB dengan qo = 60.6 STB/hari. Jika

peramalan selanjutnya yang menghasilkan ( Np)2 = 5000 STB dengan

menggunakan

anggapan t, ( t)ang, = 92 hari, tentukan apakah anggapan tang = 92 hari tersebut sudah

memenuhi kriteria:

tang t hit

< , dimana = 0.05.

tang

Jika tidak, lakukan perhitungan dengan menggunakan:

t*ang =

t ang

t hit

2

Penyelesaian:

Secara skematik reservoir bottom water tersebut jika terjadi water coning terlihat sebagai berikut:

perforasi

Ho = 42 ft

WOC

Hw = 60 ft

Dalam melakukan peramalan untuk timestep yang kedua maka gunakan data hasil peramalan timestep pertama:


Dari data pada timestep pertama diketahui:

Anggap t*BT = 104.5 hari, maka produksi kumulatif minyak sampai waktu tembus air berdasarkan batasan t*BT di atas adalah:

Np BT = ( t*BT ) qT , STB

Np BT = (104.5)(100) = 10,450 STB

sehingga dengan pertambahan produksi minyak Np = 5000 STB selama t = 61 hari dengan qo = 60.6 STB/hari.

Np

j

= Np

BT

+

Np

Np j = 10,450 + 5000 = 15,450 STB

atau

n j = Np j = 15,4506 = 3.68x103

N4.2x10

Sekarang, untuk peramalan pada timestep kedua dengan pertambahan produksi minyak Np

= 5000 STB selama

tang = 92 hari .

Np j+1 = Np j + Np2

Np j+1

=15,450 + 5000 = 20,450 STB

atau

n j+1

=

Np j+1

=

20,450

= 4.87x103

N

4.2x106

Maka diperoleh hw dan ho setelah timestep kedua:

1 Swc

h w = H w + Ho n j+1

1

S

S

wc

or

10

1 0.288

h w = 60 + 42 4.87x

3

= 60.39 ft

1

0.288 0.331

1 Swc

h o = Ho 1 n j+1

1

S

S

wc

or

1 0.288

ho = 42 1 4.87x103

= 41.61 ft

1 0.288 0.331

Sehingga


t hit =

(WC)limit =

Mh w

Mh w + h o

(WC)lim it =

(3.27)(60.39)

= 0.826

(3.27)(60.39) +

41.61

dan karena

td

=

t*BT +

t

t*BT

td

=

t*BT +

t1 + t 2

t

*BT

td

=

104.5 + 61 + 92

= 2.464 , yaitu berada pada selang 0.5 td 5.7

104.5

maka:

(WC)d = 0.94 log td +0.29

(WC)d = 0.94 log (2.464) + 0.29 = 0.658

Dengan demikian water cut nyata dapat dihitung, dimana: (WC) = (WC)d(WC)lim

(WC) = fw = (0.658)(0.826) = 0.5435 Sehingga:

qoj+1 = (1 fwj+1)qT

qoj+1 = (1 0.5435)(100) = 45.65

Sampai waktu breakthrough, yang terproduksi hanya minyak:

qoj1 = qo BT = qT =100 STB/hari

Sedangkan setelah breakthrough berdasarkan data pada timestep pertama:

qoj = qo afterBT = 60.6 STB/hari

Sehingga laju alir minyak rata-rata:

qo =

qoj+1 + qoj

2

qo =

45.65 + 60.6

= 53.1 STB/hari

2

dan waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan tambahan kumulatif minyak sebesar Np = 5000 STB jika laju alir minyak rata-rata = 53.1 STB/hari adalah:

Np

qo


= 0.0235 , yaitu memenuhi kriteria ketelitian < 0.05.

t hit = 500053.1 = 94.16 hari dan bila dibandingkan dengan tang

92 94.16

92

Contoh 3: Peramalan Kinerja Reservoir Dengan Water Coning 2

Suatu reservoir minyak dengan bottom water drive dan berpotensi terjadi water coning memiliki data sebagai berikut:

Ho = 42 ft, Hw = 60 ft, hc = 21 ft, qt = 100 STB/hari (konstan dari sebelum sampai sesudah breakthrough), kh = 90 md, Fk = kh/kv = 10, M = w/o = 3.27, Swc = 0.288, Sor = 0.337, = 0.25, D = 21 ft, re = 1053 ft, rw = 0.29 ft, o = 1.44, w = 1.095 gr/cc, o = 0.861 gr/cc, Bo = 1.102 bbl/STB, = 0.05.

Lakukan peramalan kinerja reservoir menggunakan prosedur Kuo dan DesBrisay.

Penyelesaian:

Prosedur peramalan memerlukan data N yang terhitung sebagai:

N = (re2 r 2w)h(1 Swc) STB 5.615 Bo

N = (10532 0.292)(42)(0.25)(1 0.288) = 4.21x106 STB

5.615(1.102)

Dengan mengikuti prosedur peramalan dari Kuo and DesBrisay, maka diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut:

= 0.000717(90)(1.095 0.861)(42)(21) =

1. qc 8.4 STB/hari (1.44)(1.102)

2.

Z =

0.00307(1.095 0.861)(90)(42)(21)

= 0.359

(1.44)(1.102)(100)

0.359

(t d )BT =

= 0.131

3.0 (0.7)(0.359)

t BT

=

(1.44)(0.25)(42)(10)(0.131)

= 208.5 hari

0.00137(1.095 0.861)(90)(1 + 3.270.7 )

3.

t*BT

=

1

(208.5) =104.5 hari

2


4.

Np

BT

= (104.5) (100) = 10,450 STB

Np = 5000 STB selama

tang = 40 hari:

5.

Anggapan

Untuk timestep pertama setelah breakthrough

Np

=

Np

BT

= 10,450 STB, sehingga

j

Np j+1

= Np j +

Np =10,450 + 5000 =15,450 STB, atau

n j+1 =

15,450

= 0.00367

4.21x106

10.288

6.

h w = 60 + 42 0.00367

= 60.29

ft

10.288 0.337

1 0.288

ho

= 42 1

0.00367

= 41.71 ft

1 0.288 0.337

7.

(WC)lim it

=

(3.27)(60.29)

= 0.825

(3.27)(60.29) + 41.71

td = 104.5104.5+40 =1.383 , yaitu berada pada selang 0.5 td 5.7, sehingga (WC)d = 0.94 log (1.383) + 0.29 = 0.421

(WC) = fw = (0.421)(0.825) = 0.348

qoj+1 = (1 0.348)(100) = 62.2 STB/hari

Untuk timestep pertama setelah breakthrough: qoj = qo BT =100 STB/hari, sehingga

= 100 + 62.2 =

qo 81.1 STB/hari 2

t hit = 500081.1 = 61.7 hari

40 61.7 = 0.54 , yaitu lebih besar dari kriteria ketelitian = 0.05. 40

13. Gunakan anggapan baru dimana

tang = thit = 61.7 hari. Kembali ke Langkah 8.

8. td =

104.5 + 61.7

=1.590 , yaitu berada pada selang 0.5 td 5.7, sehingga

104.5

(WC)d = 0.94 log (1.590) + 0.29

= 0.479

(WC) = fw = (0.479)(0.825) = 0.395 qoj+1 = (1 0.395)(100) = 60.5 STB/hari


Untuk timestep pertama setelah breakthrough: qoj = qo BT =100 STB/hari, sehingga

= 100 + 60.5 =

qo 80.25 STB/hari 2

t hit = 805000.25 = 62.3 hari

61.7 62.3 = 0.0097 , yaitu memenuhi kriteria ketelitian = 0.05. 61.7

Lanjutkan peramalan, yaitu kembali ke Langkah 5. Begitu seterusnya. Tabel berikut

adalah contoh hasil peramalan tersebut. Bagaimanakah perhitungan tersebut jika Np = 1000 STB?

Tabel: Hasil Perhitungan Metode Kuo dan DesBrisay Untuk Contoh 3

j

t (hari)

Np j

h w j

h o j

(WC) j

q j

BT

104.1

10,407

60.00

42.00

0.000

100.00

-

1

165.8

15,407

60.29

41.71

0.396

80.189

0.01058

2

260.5

20,407

60.39

41.61

0.549

52.746

0.00099

3

391.0

25,407

60.48

41.52

0.686

38.245

0.00182

4

597.1

30,407

60.58

41.42

0.830

24.204

0.00232

5

888.8

35,407

60.67

41.33

0.828

17.137

0.00023

6

1179.3

40,407

60.77

41.23

0.828

17.213

0.00007

7

1470.7

45,407

60.86

41.14

0.829

17.158

0.00003

8

1763.0

50,407

60.96

41.04

0.829

17.103

0.00015

9

2056.3

55,407

61.05

40.95

0.830

17.049

0.00007

10

2350.5

60,407

61.14

40.86

0.830

16.994

0.00008

Stabilitas Batas Minyak-Air

Pada awal bab ini telah disinggung tentang fenomena tembus air yang diakibatkan oleh kejadian fingering (atau tonguing). Fingering terjadi akibat ketidakstabilan water-oil contact pada reservoir bottom water yang mempunyai kemiringan. Karena sumur produksi berada di


atas water-oil contact (berada di bagian atas struktur) dari reservoir yang miring, dan mungkin pula ditambah oleh akibat gejala geologi dan/atau efek kapileritas, maka water-oil contact juga dapat berada dalam keadaan tidak horizontal. Untuk melakukan analisis batas air minyak yang tidak horizontal tersebut, tinjau skema berikut:

Perforasi sumur

WOC

B

WOCi

B

A

Jika produksi dilakukan pada laju yang terlalu tinggi, maka water-oil contact dapat menjadi tidak stabil karena air bergerak menuju sumur produksi pada bagian bawah struktur mendahului minyak yang berada pada bagian atas struktur. Akibatnya water-oil contact yang semula pada posisi A-B menjadi A-B seperti terlihat pada gambar skematik di atas. Untuk reservoir yang mempunyai lapisan tunggal, hal ini hanya akan terjadi jika terdapat keadaan unfavorable, yaitu mobility ratio, M, lebih besar dari 1.0. Dalam hal ini, air lebih mudah bergerak dibandingkan dengan minyak. Karena pada umumnya densitas air lebih besar daripada densitas minyak maka gravity force akan menyebabkan air cenderung tetap bergerak di bawah minyak. Akan tetapi jika laju alir sangat tinggi, maka akan terjadi ketidakseimbangan dinamis antara viscous force dan gravity force sehingga dengan keadaan unfavorable (M > 1) water-oil contact menjadi tidak stabil. Sebaliknya, pada laju alir yang rendah maka water-oil contact akan stabil dan bidang kontak bergerak secara horizontal. Jadi, yang dimaksud dengan water-oil contact stabil adalah sudut antara bidang kontak dengan bidang struktur (yaitu sudut ) adalah konstan. Jika karena sesuatu hal seperti disebutkan di atas bidang kontak tidak horizontal, maka water-oil contact yang stabil artinya sudut (yaitu sudut antara bidang kontak dengan bidang struktur) konstan. Dengan kata lain, water-oil contact yang tidak stabil artinya sudut berkurang terhadap waktu yang dalam hal ini disertai


keadaan dimana air mendahului minyak. Penjelasan lebih lanjut mengenai hal ini akan disampaikan pada Bab V: Segregation Drive.

Hubungan antara sudut , sudut , gravity forces, dan mobility ratio adalah:

tan = [G (M 1)]tan

G

dimana

G =

0.488(w o )k A k rw sin

q tw

M =

k w /

w

=

k rw /

w

k ro / o

ko / o

Observasi:

Jika M = 1.0, maka water-oil contact akan tetap stabil, berapapun laju produksi

Jika M < 1.0, maka water-oil contact pasti stabil, tidak mungkin tidak stabil. Kenyataannya, sudut akan cenderung lebih besar dibandingkan dengan sudut . Jika G > (M-1), maka water-oil contact akan stabil.

Jika G < (M-1), maka water-oil contact akan tidak stabil

Jadi, ketidakstabilan hanya akan terjadi jika M > 1. Dengan asumsi M > 1, maka ketidakstabilan tersebut akan terjadi ketika G = (M-1). Oleh karena itu, laju alir kritis, yaitu laju maksimum supaya water-oil contact tetap dalam keadaan stabil diperoleh dengan substitusi G = M 1 pada persamaan di atas untuk mendapatkan (qt)critical, yaitu:

k rw /

w

1

=

0.488(

w

o

)k A k

rw

sin

k ro / o

qtw

atau

(q t )critical =

0.488(w o )kASin

o

w

k ro

k rw


Documents

3 II Water Coning