15

Bab III Metodologi Penelitian

III.1 Diagram Alir Penelitian

Gambar III.1 Diagram Alir Penelitian

Studi Pustaka

Mulai

Persiapan Studi Data

Pembuatan Model Reservoir Menggunakan Simulator Eclipse

Pembuatan Model Fasilitas Produksi Menggunakan Simulator Pipesim

Menghubungkan Model Reservoir dan Model Fasilitas Produksi Menggunakan FPT

Memvalidasi Hubungan Model Reservoir dan Model Fasilitas

Produksi (Tekanan dan Laju Alir)

Skenario Menambah Tiga Sumur Baru dan Mengoptimisasi Fasilitas Produksi

Analisis Hasil Studi

Kesimpulan dan Saran

Selesai

16

III.2 Metodologi Penelitian

III.2.1 Persiapan Studi

a. Studi Pustaka

Melakukan tinjauan pustaka dari berbagai literatur yang berkaitan dengan topik

studi optimisasi transportasi jalur produksi minyak yang akan dilakukan.

b. Data lapangan:

PVT

Rock Properties

III.2.2 Pembuatan Model Reservoir

Melakukan pembuatan model reservoir black oil menggunakan Simulator Eclipse,

dengan menggunakan data PVT. Lalu dilakukan pengembangan model reservoir yaitu

membuat model reservoir konseptual dengan menentukan grid-grid blok reservoir.

Data masukan yang dipakai pada simulator Eclipse, yaitu:

III.2.2.1 Data Rock Properties Reservoir

III.2.2.2 Data Sifat Fluida

Minyak

Air

III.2.2.3 Data Permeabilitas Relatif

Data ini akan digunakan untuk mengetahui saturasi dan permeabilitas minyak

dalam reservoir dan keterkaitannya dengan saturasi dan permeabilitas

terhadap fluida lainnya yang berada di dalam reservoir.

III.2.2.6 Data Pendukung

IPR (Inflow Performance Relationship)

Untuk mengetahui laju alir optimum dari reservoir.

Untuk mengetahui laju alir optmimum dari reservoir, dengan adanya

batasan-batasan pada kondisi reservoir.

BHP (Bottom Hole Pressure)

17

III.2.3 Pembuatan Model Fasilitas Produksi

III.2.2.1 Data Flowline Produksi

Data flowline yang digunakan meliputi data diameter pipa, panjang pipa, separator.

III.2.4 Menghubungkan Model Reservoir Dengan Model Fasilitas Produksi

Agar model reservoir dan model fasilitas produksi dapat digunakan secara

terintegrasi, maka dibutuhkan suatu simulator penghubung yaitu FPT (Field Planning

Tool).

III.2.5 Hasil Studi dan Analisis

Dari semua hasil studi simulasi yang telah didapatkan, kemudian dilakukan analisis

terhadap hasil tersebut. Bagaimanakah hubungan antara hasil studi simulasi tersebut

dengan dasar ilmu yang telah ada, sehingga didapatkan hasil yang meyakinkan dan

memuaskan.

III.2.6 Kesimpulan dan Saran

Didapatkan kesimpulan dari berbagai hasil studi simulasi yang telah dilakukan, yang

akan menjawab tujuan dari penelitian tesis ini. Saran yang disampaikan merupakan

ide-ide untuk melakukan penelitian lanjutan dari penelitian ini.

III.3 Gambaran Tentang Simulator

Simulasi reservoir numerik dipakai secara luas, penting karena dapat memecahkan

masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan cara lain. Simulasi merupakan salah

satu cara untuk menghitung secara kuantitatif aliran multifasa dalam reservoir

homogen yang memiliki data produksi dapat ditentukan tidak hanya sifat-sifat

reservoir tetapi juga kebutuhan pasar, strategi investasi dan regulasi pemerintah.

Kelayakan simulator modern dan ketersediaan komputer menyarankan bahwa

simulasi praktis untuk digunakan untuk semua ukuran reservoir.

18

Simulasi reservoir digunakan untuk melihat kinerja peramalan suatu reservoir dengan

kondisi operasi yang berbeda-beda atau dengan dua atau lebih kemungkinan deskripsi

reservoir. Simulasi reservoir dilakukan untuk memprediksi kasus-kasus yang

diramalkan, menentukan data yang dibutuhkan, membuat transisi mudah dari history

sampai prediksi, mengecek data dan hasil, mengevaluasi kinerja yang diprediksi.

III.3.1 Konsep Pembuatan Model Reservoir Menggunakan Simulator Eclipse

Pada pembuatan model simulasi ada beberapa hal yang harus diperhatikan

diantaranya adalah konsep gridblock, time steps, distribusi saturasi dan distribusi

tekanan, history matching, manajemen sumur serta metode solusi reservoir. Namun

pada penelitian ini tidak dilakukan/ diperlukan history matching seperti yang

dilakukan jika menggunakan model lapangan asli, karena seluruh model yang

digunakan pada penelitian ini adalah model konseptual.

III.3.2 Konsep Pembuatan Model Fasilitas Produksi Menggunakan Simulator

Pipesim

III.3.2.1 Pendahuluan

Pipesim adalah simulator yang berguna untuk memodelkan aliran fluida dalam

sumur, flowline dan sistem pemipaan. Simulator ini menghitung profil temperatur dan

tekanan dari titik ke titik. Dalam simulator ini tersedia berbagai korelasi aliran yamg

dapat digunakan, baik untuk aliran fluida satu fasa maupun dua fasa. Fluida dapat

dimodelkan dalam sifat-sifat fisik black oil atau secara teliti menggunakan sifat-sifat

fisik komposisi. Pipesim telah didesain tidak hanya menyediakan solusi untuk satu

masalah aliran saja, dapat juga digunakan sebagai alat analisis sistem.

Model yang dipakai memiliki kemampuan untuk kajian sensisivitas yang

menghasilkan kurva kinerja sistem.

Penerapan-penerapan khusus:

• Pemodelan kinerja sumur dan flowline

• Desain dan optimisasi kinerja Gas Lift

19

• Pemodelan sumur horizontal termasuk panjang optimum komplesi

horizontal

• Profil tekanan dan temperatur sistem

III.3.2.2 Pemilihan Model Fluida

Dalam Pipesim-Net fluida yang mengalir dapat dimodelkan sebagai black oil atau

sebagai komposisional.

• Pemodelan Fluida Black Oil

Pemodelan fluida Black Oil terdiri dari data “penting” dan data “pilihan”, biasanya

digunakan untuk menyelaraskan sifat-sifat fisik Black Oil yang dihitung dengan data

laboraturium. Input data penting sesuai dengan sifat fisik Black Oil antara lain GOR,

Rs (Solution Gas Ratio), spesific gravity gas, spesific gravity air dan spesific gravity

minyak. Untuk input data pilihan antara lain data viskositas, data kalibrasi dan data

coning.

Korelasi penentuan visikositas yang terdapat dalam simulator ini adalah:

• Lasater

• Standing & Katz

• Vasquez & Beggs

• Glaso

Dalam Pipesim model korelasi Black Oil digunakan untuk mensimulasikan PVT

fluida dari gas/ minyak/ air. Korelasi empiris ini menganggap sistem minyak-gas

sebagai sistem dua komponen, tidak seperti pada model komposisi multi-komponen.

Hidrokarbon dianggap sebagai komponen minyak dan gas sesuai kondisi stock tank.

Data-data yang dibutuhkan hampir semua untuk aplikasi adalah data produksi

minimum, gravity minyak, gravity gas, solution gas/ oil ratio dan water cut jika pada

sistem ada air.

20

• Kapan Menggunakan Model Fluida Black Oil

Model fluida Black Oil sangat sesuai untuk banyak aplikasi sistem fluida

hidrokarbon. Secara umum, korelasi Black Oil memberikan hasil yang akurat pada

evaluasi PVT fluida dalam selang temperatur dan tekanan dalam sistem produksi atau

pemipaan. Pendekatan model fluida Black Oil harus berhati-hati dan akurat saat

menangani volatile crude atau kondensat. Pada kasus ini, mungkin penulis harus

mempertimbangkan model lain yaitu model fluida komposisi yang menganggap

fluida sebagai sistem multi-komponen.

Dalam usaha untuk meningkatkan keakuratan korelasi Black Oil untuk model aliran

multifasa, pipesim menyediakan fasilitas untuk menyesuaikan sifat-sifat fisik fluida

yang penting dengan data laboraturium. Secara khusus, parameter-parameter berikut

dapat dikalibrasi:

• Oil Saturated Gas Content pada titik gelembung.

• Oil Formation Volume Factor pada titik gelembung.

• Oil Formation Volume Factor pada tekanan dan temperatur diatas titik

gelembung untuk menghitung Oil Compresibility diatas titik

gelembung.

• Live Oil Viscosity pada titik gelembung.

Sifat-sifat fisik fluida diatas adalah parameter-parameter penting yang mempengaruhi

perhitungan aliran multifasa. Kalibrasi parameter-parameter diatas dapat

meningkatkan keakuratan korelasi untuk seluruh tekanan dan temperatur. Meskipun

fasilitas ini sifatnya optional, namun korelasi tersebut dapat menghasilkan harga gas/

liquid ratio, densitas minyak mengalir dan faktor volume formasi yang lebih akurat.

Jika kalibrasi tidak dilakukan, Pipesim akan mengkalibrasi berdasarkan basis gravity

minyak dan gas saja, sehingga keakuratan akan berkurang. Yang perlu juga

diperhatikan kalibrasi hanya untuk minyak saja dan tidak cocok untuk gas.

21

Data penting yang perlu untuk menggambarkan sifat fisik fluida dari model korelasi

Black Oil dibahas pada kotak dialog sifat fisik Black Oil dan data pilihan seperti

viskositas, data kalibrasi dan data coning dibahas pada kotak dialog pilihan.

• Sifat-sifat Fisik Black Oil

Data sifat-sifat fisik fluida Black Oil dapat diinputkan kedalam model melalui kotak

dialog sifat fisik Black Oil, seperti yang terlihat pada Gambar III.2 berikut ini:

Gambar III.2 Input Sifat Fisik Black Oil

III.3.2.3 Pembuatan Model Jaringan Pada Pipesim

• Well, Source, Sink dan Monifold

Dalam pemodelan jaringan pipa dengan Pipesim-net perlu didefinisikan beberapa

simbol yang digunakan dalam pemodelan jaringan. Simbol yang digunakan dalam

Pipesim-Net adalah: well, source, sink and manifold. Source dan well adalah fasilitas

dalam Pipesim yang didefinisakan sebagai suatu sumber yang memproduksi fluida.

22

Perbedaan diantara keduanya adalah pada source dimasukkan data-data yang

berkaitan dengan sumur seperti detail tubing, PI (Productivity Index) atau data fisik

lainnya. Data source yang dimasukkan ke dalam source adalah: Laju alir fluida yang

tetap, tekanan atau kurva tekanan terhadap laju alir. Sink adalah tempat dimana

fluuda meninggalkan jaringan dan secara efektif sama dengan source. Nodal lainnya

dalam jaringan adalah manifold, dimana pada manifold aliran harus seimbang.

Branch adalah sepanjang pipa yang menghubungkan source, well, sink dan manifold.

Dalam konfigurasi branch dapat dimasukkan peralatan proses seperti pompa,

separator dan kompresor. Hubungan antar branch digambarkan sebagai garis hitam

dengan icon ditengah-tengah jalur aliran. Simbol yang menggambarkan well, source,

sink dan manifold ditunjukkan pada Gambar III.3 berikut ini:

Gambar III.3 Simbol well, source, sink, manifold

• Input Data

a. Well Data

Well data membutuhkan informasi berikut:

• Nama sumur

• Block, dapat dipilih none, forward, reverse atau both untuk mencegah

terjadinya aliran pada jalur tertentu. Jika dipilih reverse, maka aliran yang

diblok adalah aliran balik yang terjadi.

• Temperatur, yang dimasukkan adalah temperatur dasar sumur, jika

temperatur tidak diketahui maka temperatur dapat dihitung berdasarkan

sifat fisik fluida dan kondisi ambient.

• Tekanan statis reservoir

23

Data masukan untuk well dapat dilihat pada Gambar III.4 berikut ini:

Gambar III.4 Data Masukan Sumur

b. Sink Data

Kotak dialog sink data sama dengan kotak dialog source data kecuali tidak

adanya tempat untuk memasukkan nilai temperatur. Hal ini karena Pipesim-

Net hanya menghitung temperatur keluaran sistem.

Sink data membutuhkan informasi sebagai berikut:

• Nama Sink

• Tekanan/ aliran, tekan tombol untuk menspesifikasi sink sebagai

tekanan tetap, laju alir tetap, atau tekanan dan laju alir tetap.

• Kurva, tekan tombol untuk menspesifikasi kurva yang dapat diakses

ke spreadsheet. Ketika memasuki kurva harus menjangkau selang

operating point yang dapat dilalui sink dan masukkan sedikitnya

empat set data point.

• Tekanan konstan pada sink.

24

Data masukan untuk sink dapat dilihat pada Gambar III.5 berikut ini:

Gambar III.5 Data Masukan Sink

c. Branch Data

• Nama branch

• Block, dapat dipilih none, forward, reverse atau both untuk mencegah

terjadinya aliran pada jalur tertentu.

Data masukan untuk branch dapat dilihat pada Gambar III.6, sedangkan data

masukkan untuk flowline (pipa salur) dapat dilihat pada Gambar III.7 berikut

ini:

25

Gambar III.6 Data Masukan Branch

Gambar III.7 Data Masukan Flowline

26

d. Source Data

Perbedaan utama antara source dan well adalah source dapat dispesifikasi

sebagai kurva tekanan terhadap laju alir. Hal ini diperlukan ketika

memodelakan output dari pompa atau ketik dada data kepala sumur tetapi

tidak ingin mendefinisikan sebuah well tubing dan reservoir. Jika tidak

mendefinisikan temperatur, Pipesim-Net akan mengasumsi temperatur source

sama dengan temperatur ambient.

• Nama source

• Tekanan/ aliran, tekan tombol untuk menspesifikasi sink sebagai

tekanan tetap, laju alir tetap, atau tekanan dan laju alir tetap.

• Kurva, tekan tombol untuk menspesifikasi kurva yang dapat diakses

ke spreadsheet. Ketika memasuki kurva harus menjangkau selang

operating point yang dapat dilalui sink dan masukkan sedikitnya

empat set data point.

• Temperatur, masukkan temperatur dasar sumur disini, jika tidak

diketahui temperatur dapat dihitung berdasarkan sifat fisik fluida dan

kondisi ambient.

• Tekanan tetap pada source.

• Laju alir gas/ liquid, laju alir gas/ liquid yang tetap pada kondisi stock

tank (dapat berbeda dari kondisi aliran terutama pada sistem gas

kondensat).

Data masukkan untuk source dapat dilihat pada Gambar III.8 berikut ini:

27

Gambar III.8 Data Masukan Source

III.3.2.4 Persamaan Korelasi Aliran Fluida Pada Simulator

Dasar pengembangan persamaan aliran fluida dalam pipa mengikuti hukum konversi

energi. Hukum tersebut menyatakan bahwa energi yang masuk ke titik input

ditambah dengan kerja-kerja yang dilakukan oleh dan terhadap fluida diantara titik

input dan output, dikurangi dengan energi yang hilang diantara kedua titik tersebut

sama dengan energi yang keluar pada titik output.

• Persamaan Umum Kehilangan Tekanan Aliran Dalam Pipa

Suatu sistem yang berada dalam kondisi seimbang dapat dinyatakan secara matematis

pada Persamaan III.1 berikut ini:

cccc gmgZ

gmV

VpUwQg

mgZg

mVVpU 2

22

2211

21

111 22+++=−++++ .............(III.1)

Dimana:

U = energi dalam

pV = energi ekpansi atau kompresi

28

cgmV2

2

= energi kinetic

cgmgZ = energi potensial

Q = energi panas

W = kerja

Untuk memperoleh persamaan kesetimbangan yang dinyatakan dalam energi per

satuan massa, maka Persamaan III.1 harus dibagi dengan m sehingga persamaan yang

dihasilkan dalam bentuk differensial dapat dilihat dalam Persamaan III.2 berikut ini:

011

=−++++

+ dwdQdZ

gg

gvdvpddU

ccρ...........................................(III.2)

Persamaan III.2 diatas dapat dikonversi menjadi persamaan kesetimbangan energi

mekanik dengan menggunakan persamaan-persamaan termodinamika, dapat dilihat

pada Persamaan III.3 dan III.4 berikut ini:

ρdpTdsdh += ............................................................................................(III.3)

Dan

ρρρpdpTdspddhdU −+=

−=

1

.............................................................(III.4)

Dimana:

h = enthalpy

s = entropy

T = temperatur

Dengan mensubstitusikan Persamaan III.4 ke Persamaan III.2, maka akan diperoleh:

01 =+++++= dwdQdZgcg

gcvdvdpTdsdh

ρ.............................................(III.5)

29

Untuk proses irreversibel berlaku Ketidaksamaan Clausius yaitu:

TdQdS ≥ ....................................................................................................(III.6)

Atau

( )lwddQTds +−= .....................................................................................(III.7)

Dengan lw adalah lost work yang menyatakan kehilangan yang terjadi pada suatu

proses irreversibel. Dengan mensubstitusikan Persamaan III.7 ke Persamaan III.5

maka akan diperoleh Persamaan III.8 berikut ini:

( ) 01 =−+++ dwlwddZgcg

gcvdvdp

ρ..........................................................(III.8)

Dengan mengasumsikan tidak ada kerja terhadap atau yang dilakukan fluida (dw=0),

maka Persamaan III.8 akan berubah menjadi:

( ) 01 =+++ lwddZgcg

gcvdvdp

ρ...................................................................(III.9)

Untuk kasus umum, pipa biasanya membentuk suatu sudut tertentu terhadap

permukaan yang horizontal, oleh karena itu, dZ mempunyai harga sebesar:

dZ = dL sin θ............................................................................................(III.10)

Apabila harga dZ itu disubstitusikan ke Persamaan III.9 maka:

( ) 0sin =+++ lwddLgcg

gcvdvdp

θρ

..........................................................(III.11)

Dengan mengasumsikan bahwa setiap kehilangan tekanan adalah positif pada setiap

arah aliran, maka Persamaan III.11 dapat dituliskan sebagai berikut:

dLg

vdvdLdp

gg

dLd

cfc

ρθρρ+

+= sin ...........................................................(III.12)

30

Persamaan III.12 diatas merupakan persamaan dasar aliran fluida dalam pipa. Bentuk

umum persamaan tersebut adalah:

accfriksielevasiTotal dL

dPdLdP

dLdP

dLdP

+

+

=

..........................................(III.13)

Dengan:

θρ sincelevasi g

gdLdP

=

= gradien elevasi.....................................(III.14)

( )Dg

vfdLlwd

dLdP

cfriksi 2

2ρρ ==

= gradien gesekan....................................(III.15)

dLg

vdvdLdP

cacc

ρ=

= gradien akselerasi..................................(III.16)

Dimana:

v = kecepatan aliran, ft/sec

D = diameter pipa

gc = faktor konversi gravitasi

= 32.17 lbm ft/ lbf sec2

F = f (NRe, K)

NRe

= Reynold’s Number

K = Kekasaran

III.3.3 Konsep Simulator FPT (Field Planning Tool) Untuk Menghubungkan

Model Reservoir Dengan Model Fasilitas Produksi

Simulator dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu black oil, komposisional, dan steam.

Pada penelitian ini, yang digunakan adalah jenis yang pertama yaitu simulator black

oil.