BAB III (Saturasi) [PDF]

Citation preview

BAB III



PENGUKURAN SATURASI FLUIDA



3.1.



Tujuan Percobaan 1. Mengetahui pengertian saturasi. 2. Menentukan metode untuk mencari saturasi. 3. Mengetahui nilai Sg, Sw, dan So pada sampel batuan. 4. Mengetahui macam-macam saturasi pada batuan reservoir. 5. Mengetahui distribusi saturasi mula-mula fluida pada reservoir.



3. 2.



Teori Dasar Saturasi merupakan ruang pada pori-pori batuan yang berisi gas,



oil, dan water. Untuk bisa mengetahui nilai saturasi pada setiap sampel batuan maka perlu dilakukan pengukuran yang tepat. Saturasi didefinisikan sebagai perbandingan antara volume fluida tertentu (air, minyak dan gas) terhadap jumlah volume pori – pori. Saturasi juga dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume fluida yang mengisi pori batuan terhadap volume pori-pori batuan. Di dalam batuan reservoir umumnya terdapat lebih dari satu macam fluida, kemungkinan terdapat oil, gas, dan water yang tersebar ke seluruh bagian reservoir. Ruang pori – pori batuan reservoir mengandung fluida yang biasanya terdiri dari air, minyak dan gas. Untuk mengetahui jumlah masing – masing fluida, maka perlu diketahui saturasi masing – masing fluida tersebut. Metode untuk menentukan saturasi fluida terbagi menjadi metode secara langsung dan metode secara tidak langsung. Metode langsung ditempuh dengan memilih batuan yang dijadikan sample kemudian mengukur saturasi dari beberapa sample tersebut sehingga bisa mewakili seluruh karakteristik batuan formasi tersebut. Metode tidak langsung yaitu dengan cara mengukur saturasi fluida berdasarkan hasil perhitungan dari data karakteristik sifat batuan yang lain. 41



42



Saturasi fluida batuan didefinisikan sebagai perbandingan antara volume total pori-pori batuan yang ditempati oleh suatu fluida tertentu dengan volume total pori-pori batuan. Rumus dari saturasi minyak dibagi menjadi 3, yaitu : Saturasi air didefinisikan sebagai berikut:



Sw 



volume pori  pori yang diisi air volume pori  pori total



Saturasi minyak didefinisikan sebagai berikut:



So 



volume pori  pori yang diisi oleh min yak volume pori  pori total



Dalam menentukan persamaan kejenuhan atau saturasi minyak (So) terdapat anggapan-anggapan sebagai berikut : 1. Minyak yang tersebar dalam reservoir tersebar merata diseluruh ruang pori-pori batuan. 2. Kejenuhan air dan tak ada air yeng terproduksikan. 3. Tidak terdapat rembesan air atau water influx, sehingga volume pori dari reservoir tetap. 4. Minyak bersifat tak jenuh atau undersaturated reservoir sehingga tidak ada gas bebas awal dalam ruang pori-pori.



43



Saturasi gas didefinisikan sebagai berikut: Sg 



volume pori  pori yang diisi oleh gas volume pori  poritotal



Total saturasi fluida jika reservoir mengandung 3 jenis fluida:



s w  so  sg  1



Jika diisi oleh minyak dan air saja maka:



so  s w  1



Dimana : Sg



= Saturasi Gas



So



= Saturasi Oil



Sw



= Saturasi Water



Rock



Water



Oil



Gas



Gambar 3.1. Saturasi fluida pada batuan



44



Terdapat tiga faktor yang penting mengenai saturasi fluida, yaitu: 1. Saturasi fluida akan bervariasi dari satu tempat ke tempat lain dalam reservoir, air cenderung untuk lebih besar dalam bagian batuan yang kurang porous. Bagian struktur reservoir yang lebih rendah relatif akan mempunyai Sw yang tinggi dan Sg yang relatip rendah. Demikian juga untuk bagian atas dari struktur reservoir berlaku sebaliknya. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan densitas dari masing-masing fluida. 2. Saturasi fluida akan bervariasi dengan kumulatip produksi minyak. Jika minyak diproduksikan maka tempatnya di reservoir akan digantikan oleh air dan atau gas bebas, sehingga pada lapangan yang memproduksikan minyak, saturasi fluida berubah secara kontinyu. 3. Saturasi minyak dan saturasi gas sering dinyatakan dalam istilah pori-pori yang diisi oleh hidrokarbon. Jika volume contoh batuan adalah V, ruang pori-porinya adalah .V, maka ruang pori-pori yang diisi oleh hidrokarbon adalah: So..V + Sg..V = (1-Sw)..V



45



Gambar 3.2 Variasi Pc terhadap Sw a) Untuk sistem batuan yang sama dengan fluida yang berbeda b) Untuk sistem fluida yang sama dengan batuan yang berbeda (Amyx,J.W., Bass, MD., 1960)



St = 1 – (Swirr + Sgirr + Soirr) Dimana : St



= saturasi total fluida terproduksi



Swirr



= saturasi water tersisa (irreducible)



Sgirr



= saturasi gas tersisa (irreducible)



Soirr



= saturasi oil tersisa (irreducible)



Sementara itu faktor-faktor yang mempengaruhi saturasi fluida, yaitu : 1. Ukuran dan distribusi pori-pori batuan. 2. Ketinggian diatas free water level. 3. Adanya perbedaan tekanan kapiler. Salah satu metode yang populer untuk menghitung saturasi fluida adalah dengan retort method. Prinsip dasar dari metode ini adalah dengan memanaskan core sample yang telah dijenuhkan, sehingga air dan minyak yang ada di dalamnya menguap dan kemudian terkondensasi. Kondensasi dari air dan minyak ini dikumpulkan dalam tabung



46



penampung kecil. Alat yang digunakan dalam metode ini adalah Retort Distillation Apparatus. Tetapi metode ini memiliki beberapa kelemahan. Perlu diperhatikan bahwa untuk menguapkan seluruh minyak yang ada di dalam sample core dibutuhkan suhu sekitar 1000-1100oF. Sedangkan pada suhu itu, sifat dari kristalisasi air dapat rusak. Akibatnya nilai waterrecovery akan lebih besar dari nilai interstitial waternya, sehingga volume air hasil pengukuran akan meleset dari nilai saturasi air sebenarnya. Efek buruk lain yang dapat disebabkan adalah pada suhu itu struktur hidrokarbon dari minyak cenderung akan berubah sehingga volume dari fluida dapat berkurang. Minyak pada akhirnya juga dapat melapisi dinding bagian dalam dari sample core. Metode lain adalah dengan cara ekstraksi dengan solvent. Prinsip kerjanya adalah dengan meletakkan core di atas toluena yang berperan sebagai solvent kemudian mendidihkan solvent sehingga fluida dalam core akan menguap. Uap terkondensasi sehingga jatuh dan ditampung oleh graduated tube. proses ini terus berlanjut hingga volume uap air dalam graduated tube telah konstan. Sehingga Perhitungan saturasi minyak dengan cara metode ekstraksi ini akan lebih sempurna apabila kita gunakan sochlet extraction. Prinsip kerjanya sama dengan metode diatas hanya saja sochlet tidak memiliki wadah penampung hasil kondensasi. Hasil kondensasi jatuh di core Metode lain dalam menentukan



saturasi



menggunakan



menggunakan



sentrifugal.



Metode



ini



adalah alat



dengan yang



disebut Centrifuge. Prinsip dasar dari metode ini adalah dengan menginjeksikan solvent (zat pelarut) di tengah centrifuge. Kemudian gaya sentrifugal yang disebabkan oleh centrifuge akan menyebabkan zat pelarut bergerak ke luar pusat lingkaran. Gerakan dari zat pelarut inilah yang nantinya akan mendorong keluar fluida yang ada di dalam sample core. Fluida yang terdesak tadi akan terperangkap di dalam suatu wadah dan akhirnya volume fluida dapat dikuantitasi untuk menghitung saturasi. Core berasal dari batuan formasi yang diangkat ke permukaan. Saat terjadi pengangkatan, ada beberapa faktor yang dapat menyebakan



47



perubahan saturasi fluida pada core tersebut. Yang pertama adalah biasanya saat pembroan digunakan metoda water base mud. Metode pemboran ini dapat mengubah saturasi air dalam core sehingga saturasi air akan lebih besar dibandingkan dengan yang sebenarnya. Yang kedua adalah faktor kompressibiltas yang berbeda dari gas, oil dan air sehingga ketika



core



diangkat



maka



terjadi



penurunan



tekanan



yang



mengakibatkan volume gas mendesak volume air dan volume oil. Hal ini disebabkan oleh faktor kompresibilitas gas yang besar. Gejala ini dapat dicegah dengan cara mengatur tekanan selama proses produksi. Selain itu, saturasi dapat terganggu akibat cara pemboran baik secara oil base muds dan water base muds. Pada water base muds, saturasi original air akan mengalami penambahan akibat asupan air tambahan dari permukaan saat terjadi pemboran. Berhubung saturasi air bertambah maka saturasi minyak berkurang. Pada saat terjadi pengangkatan core, tekanan menurun sehingga seperti paragraf sebelumnya saturasi baik oil dan air berkurang. Muncul pula saturasi gas. (Sair +S oil +S gas 100). Pada teknik pemboran oil base mud, kita gunakan asupan oil tambahan dari permukaan untuk proses pemboran. Hal ini tidak mengubah sama sekali saturasi air namun saturasi minyak akan berubah akibat adanya filtrat. Metoda lain untuk mengetahui saturasi air dalam core di resevoir adalah dengan menganalisis filtrat hasil pemboran di permukaan . Core sebagai hasil dari oil based muds sangat cocok untuk digunakan sebagai standar perhitungan saturasi air sedangkan core hasil dari water based muds dapat digunakan untuk menghitung original oilgascontact, original oil-water contact, dan jumlah pasir yang terbawa saat produksi. Perubahan saturasi saat pengangkatan core dapat kita jadikan sebagai alat untuk menghitung water oil contact. Alasannya adalah saturasi minyak akan menurun secara konstan pada regional minyak namun pada regional air saturasi minyak adalah konstan.



48



Fungsi lain dari menentukan saturasi fluida pada sample core adalah untuk mendapatkan hubungan antara metode langsung dan tidak langsung dalam menentukan sifat fisik core di reservoir. Beberapa faktor yang mempengaruhi saturasi fluida reservoir, antara lain: 1. Pada batuan yang mudah dibasahi oleh air atau water wet, harga saturasi air cenderung tinggi pada porositas yang lebih kecil. 2. Akibat adanya perbedaan berat jenis gas, minyak dan air maka umumnya saturasi gas akan tinggi pada bagian atas dari jebakan (perangkap).



Gambar 3.3. Distribusi saturasi mula-mula dalam combination drive reservoir



3. Reservoir, begitu juga untuk saturasi air akan tinggi pada bagian bawah dari jebakan atau perangkap reservoir dengan combination drive (Gambar 3.1). 4. Produksi berlangsung karena adanya perubahan distribusi fluida. Jika minyak diproduksikan maka tempatnya di dalam reservoir akan digantikan oleh air atau gas bebas.



49



Dalam proses produksi selalu ada sejumlah minyak dan gas yang tidak dapat diambil dengan teknik produksi yang paling maju yang dikenal dengan istilah residual oil saturation (Sor) atau critical oil saturation (Soc), sedangkan untuk gas dikenal dengan Sgr atau Sgc. Air yang selalu terdapat di dalam ruang pori-pori batuan pada reservoir minyak dan gas di atas zona transisi disebut dengan air connate. Dalam proses produksi air tersisa disebut Swr atau Swc atau Swir. Di dalam suatu reservoir, jarang sekali minyak terdapat 100% menjenuhi lapisan reservoir. Biasanya air terdapat sebagai interstitial water yang berkisar dari beberapa persen sampai kadang-kadang lebih dari 50% tetapi biasanya antara 10 sampai 30%. Dengan demikian batas fluida antara air dan minyak tidak selalu jelas. Besarnya penjenuhan air di dalam reservoir minyak menentukan dapat tidaknya lapisan minyak itu diproduksikan. Penjenuhan air dinyatakan sebagai Sw (water saturation). Jika Sw lebih besar dari 50%, minyak masih dapat keluar; akan tetapi pada umumnya harus lebih kecil dari 50%. Penjenuhan air tidak mungkin kurang dari 10% dan dinamakan penjenuhan air yang tak terkurangi (irreducible watersaturation). Hal ini biasanya terdapat pada reservoir dimana airnya membasahi butir. Juga harus diperhatikan bahwa kedudukan minyak terhadap air tergantung sekali daripada apakah reservoir tersebut basah minyak (oil wet) atau basah air (water wet). Pada umumnya batuan reservoir bersifat basah air. Pori – pori batuan Reservoir selalu berisi fluida dan fluida tersebut bisa berupa minyak dan Gas, Gas – Minyak – Air atau Gas – Air – Minyak. Atau air yang selalu berada didalam reservoir sebab air lebih dulu ada sebelum minyak atau gas datang/bermigrasi. Kadar air yang tinggi dalam reservoir minyak mengurangi daya pengambilannya (recoverability). Air ini biasanya merupakan selaput tipis yang mengelilingi butir-butir batuan



reservoir



dan



dengan



demikian



merupakan



pelumas untuk bergeraknya minyak bumi, terutama dalam reservoir dimana butir-butirnya bersifat basah air.



50



Penentuan



Sw



ditentukan



di



laboratorium



dengan



mengextraksinya dari inti pemboran, akan tetapi secara rutin dilakukan dari analisa log listrik, terutama dari kurva SP.



Pernyataan diatas dapat ditulis secara matematis sebagai berikut: 1. Untuk pori – pori berisi minyak, air dan gas



Vp = Vo + Vw + Vg



2. Untuk pori – pori berisi minyak dan air



Vp = Vo + Vw



3. Untuk pori – pori berisi gas dan air Vp = Vp = Vg



3. 3. 3.3.1



Peralatan dan Bahan



Peralatan 



Retort







Gelas ukur







Exicator







Oven







Timbangan analisis dengan batu timbangan



51







Solvent extractor termasuk reflux condensor (pendingin) water trap dan pemanas listrik.



Gambar 3.4. Stark Dean Destilation Aparatus



Gambar 3.5. Retort



52



Gambar 3.6. Solvent Extractor



Gambar 3.7. Timbangan Analisis



Gambar 3.8. Gelas Ukur



53



Gambar 3.9. Exicator



Gambar 3.10. Oven



3.3. 2.    



Bahan Fresh core Air Minyak Toluena



54



Gambar 3.11. Fresh Core



Gambar 3.12. Air



Gambar 3.13. Minyak



55



Gambar 3.14 Toluena



3. 4.



Prosedur Percobaan



Pengukuran dengan metode destilasi: 1. Diambil fresh core yang telah dijenuhi dengan air atau minyak. 2. Ditimbang core tersebut, misal beratnya = a gram. 3. Dimasukkan core tersebut kedalam labu dean & stark yang telah diisi dengan toluena. Lengkapi dengan water trap dan reflux condensor. 4. Dipanaskan selama kurang lebih 2 jam hingga air tidak nampak lagi. 5. Didinginkan dan baca air yang tertampung di water trap, misalnya = b cc = b gram. 6. Sampel dikeringkan dalam oven ± 15 menit (pada suhu 110 oC). 7. Dihitung berat minyak = a – (b + c) gram = d gram. 8. Dihitung volume minyak: Vo 



d  B.J minyak



ecc



56



9. Dihitung saturasi minyak dan air: So 



3. 5.



e Vp



Sw 



b Vp



Hasil Analisa dan Perhitungan



Analisa B.J minyak



=



0.793 gr/cc



Timbangan Core Kering



=



32,9



gr



Timbangan Core Jenuh



=



34,9



gr



Volume pori



=



15,7



cc



(didapat dari metode penimbangan) Volume air yang didapat



=



0,6



cc



Berat air yang didapat



=



0,3



gr



Berat minyak



Volume minyak



=



Berat core jenuh – Berat core kering – Berat air



=



34,9 gr – 32,9 gr – 0,3 gr



=



1,7



=



berat minyak berat jenis minyak 1,7gr 0,793gr/cc



=



gr



57



=



So



2,144 cc



Vo Vp







2,144cc x 100% 15,7cc



 14%



Vw Vp







0,6cc x 100% 15,7cc



 3,8%



=



Sw



=



Sg



= 1 – (Sw + So) = 1 – ( 0,14 + 0,038 ) = 82,2 %



3. 6.



Pembahasan Dalam menentukan saturasi fluida dengan metode destilasi kita



harus menghitung berat core kering yang telah dijenuhi air dan minyak dengan menggunakan timbangan. Berdasarkan data yang didapatkan pada percobaan penentuan saturasi diperoleh data perhitungan, berat core kering adalah 32,9 gr dan berat core yang telah dijenuhi adalah 34,9 gr, sehingga dari data tersebut dapat ditentukan besarnya volume pori pada sampel core tersebut adalah sebesar 15,7 gr. Sedangkan volume air yang didapat dari proses destilasi pada core adalah 0,6 cc, yang besarnya sama dengan berat air tersebut, yaitu sebesar 0,3 gr didapatkan dari hasil perkalian antara massa jenis air (ρ) dan volume air (V). Untuk menentukan berat minyak dapat dilakukan dengan memasukkan nilai berat core jenuh dikurang berat core kering dikurang berat air, (34,9 gr – 32,9 gr – 0,3 gr) maka didapatkan berat minyak sebesar 1,7 gr. Selanjutnya untuk menentukan volume minyak dapat dilakukan dengan memasukkan nilai berat minyak dan harga berat jenis minyak ke dalam perbandingan sehingga didapatkan volume sebesar 2,144 cc.



58



Setelah semua data didapatkan, maka kita dapat menentukan saturasi tiap-tiap fluida, didapatkan saturasi oil (So) sebesar 0,14 atau 14%, saturasi water (Sw) sebesar 0,038 atau 3,8%. Dari saturasi water dan saturasi oil dapat diukur harga saturasi gas dengan cara 1 dikurang jumlah saturasi water dan saturasi oilnya atau dengan persamaan So + Sw + Sg = 1, kemudian rumus tersebut diturunkan menjadi Sg = 1 – (So + Sw), sehingga diperoleh harga saturasi gas sebesar 0,822 atau 82,2%. Dari data percobaan yang telah diberikan dan sesuai dengan hasil perhitungan, dapat dilihat bahwa gas memiliki saturasi paling besar yaitu 82,2% dibandingkan oil



dan



water



sehingga



reservoir



yang



diamati



digolongkan memiliki kandungan gas yang mendominasi. Pengaplikasian saturasi dalam perminyakan, setelah kita mengukur saturasi pada setiap sampel batuan reservoir maka kita dapat menentukan jumlah kandungan oil, gas, dan water yang ada dalam reservoir, kemudian kita dapat membuat analisa bahwa reservoir tersebut layak untuk diproduksi. Dan dapat mengetahui jenis reservoir gas atau minyak..



3.7.



Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat ditarik suatu kesimpulan sebagai berikut: 1. Saturasi adalah perbandingan antara pori-pori batuan yang terisi fluida formasi terhadap total volume pori-pori batuan atau jumlah kejenuhan fluida dalam batuan reservoir persatuan volume pori. 2. Jadi metode yang dilakukan untuk mencari saturasi dalam percobaan ini yaitu dengan metode destilasi. 3. Nilai Sg = 82,2%, nilai Sw = 3,8%, nilai So = 14%. 4. Pada batuan reservoir terdapat tiga macam saturasi, yaitu saturasi oil, saturasi water, dan saturasi gas.



59



5. Distribusi fluida yang pertama adalah air, minyak dan gas.