Modul4 Jumat2 (Susulan) 12213054 [PDF]

Citation preview

MODUL IV PENGUKURAN PERMEABILITAS ABSOLUT DENGAN GAS PERMEAMETER LAPORAN PRAKTIKUM



Nama



: Ery Budiono



NIM



: 12213054



Kelompok



: Jumat 2



Tanggal praktikum



: 13 Maret 2015



Tanggal penyerahan



: 20 Maret 2015



Dosen



: Prof. Ir. Pudji Permadi, M.Sc., Ph.D.



Asisten Modul



: 1. I Made Artha Segara 12211018 2. I Putu Dody Widiana 12211028



LABORATORIUM PETROFISIKA PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2015



1



DAFTAR ISI



Cover………………………………………………………………………………….....1 Daftar Isi………………………………………………………………………………..2 BAB 1 Pendahuluan …………………………………………………………………..3 BAB II Prinsip Percobaan……………………………………………………………...4 BAB III Data dan Pengolahan Data …………………………………………………...6 BAB IV Analisis ………………………………………………………………………9 BAB V Simpulan………………………………………………………………………13 Jawab Pertanyaan..……………………………………………………………….…….14 Daftar Pustaka………………………………………………………………………….15



2



BAB I PENDAHULUAN



Adapun tujuan dari modul ini adalah sebagai berikut 1. Memahami prinsip dan cara kerja Gas Permeameter 2. Menentukan besarnya permeabilitas absolut suatu sampel core dengan Gas Permeameter 3. Memahami pengetahuan tentang permeabilitas absolut



3



BAB II PRINSIP PERCOBAAN



A. Permeabilitas Batuan Permeabilitas adalah ukuran kemudahan rongga untuk mengalirkan fluida di dalamnya. Permeabilitas merupakan sifat fisik yang khas dari batuan, tidak bergantung jenis fluida yang digunakan. Selain itu, sifak fisik fluida yang mengalir juga tidak mempengaruhi permeabilitas batuan. Darcy mendefinisikan laju alir dalam rongga berpori sedemikian sehingga permeabilitas dapat dinyatakan dengan



yang mana satuan didasarkan pada cm, atm, centipoise, dan Darcy.



B. Klinkenberg Effect Penggunaan gas sebagai pengukur laju alir akan memberikan hasil yang bervariasi tergantung dengan massa molekul gas. Efek ini merupakan bagian slippage effect yakni efek laju alir yang seolah tersendatsendat saat memasuki suatu pori. Klinkenberg berusaha mengorelasikan setiap perubahan yang terjadi (variasi gas yang digunakan) terhadapt nilai 1/P. Saat P sangat besar, ternyata didapat setiap prolongasi garis menuju titik tertentu, yakni nilai Kliquid atau nilai permeabilitas sebenenarnya dari sampel. Jika dibuat korelasi maka hubungan Kl, Kg, dan 1/P adalah sebagai berikut:



4



dengan b=m/Kl. Dalam percobaan ini, didapat nilai Kgas dan 1/(Prata-rata) sehingga dapat dibuat persamaan garis. Nilai gradient persamaan garis adalah suatu nilai b yakni Klinkenberg Factor yang secara fisik menunjukkan ukuran tumbukan molekul gas. Semakin besar maka tumbukan akan besar sehingga nilai permeabilitas bernilai mengecil.



C. PERG-200 Permeameter PERG-200 Permeameter merupakan alat untuk mengukur permeabilitas dengan mengetahui Pupstream, Pdownstream, dan Q atau laju alir downstream. Secara matematis, pengukuran permeabilitas gas dapat dinyatakan sebagai berikut:



dengan



Selanjutnya, dari persamaan Klinkenberg maka diplot antara Kgas dan 1/Prata-rata. Nilai Ksampel terjadi saat Prata-rata menuju tak terhingga.



5



BAB III DATA PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA



A. Data Percobaan 1. Data Ukuran Sampel Core (Pengukuran telah diambil rata-rata dari beberapa pengukuran) Diameter (D) = 2.52 cm Panjang (L) = 3.21 cm 2. Data Tekanan Upstream (Pupstream) Pupstream = 25 Psig = 2.70068 Atm (at Absolute Pressure)



3. Data Tekanan Downstream (Pdownstream) versus Laju Alir Downstream (Qdownstream) Pdownstream (Psig) Qdownstream (cc/min) 10.02 3.6 11.72 11.5 11.83 11.7 15.22 28.3 17.75 43.5



B. Pengolahan Data 1. Luas Alas Core Alas adalah luasan lingkaran sehingga



2. Mencari Qrata-rata dan Prata-rata 6



Karena hukum Darcy berlaku dalam kondisi absolut, maka perlu konversi P gauge menjadi P absolut. Sehingga, (asumsi tekanan atmosfer absolut = 14.7 Psia = 1 atm) dengan konversi Q dalam cc/s sehinga



Pdownstream (Psia) Pdownstreram (Atm) Qdownstream (cc/s) Prata-rata (Atm) Qrata-rata (cc/s) 24.72 1.681633 0.06 2.191156 0.046048 26.42 1.797279 0.191667 2.24898 0.153171 26.53 1.804762 0.195 2.252721 0.156224 29.92 2.035374 0.471667 2.368027 0.405408 32.45 2.207483 0.725 2.454082 0.652148 3. Mencari Kgas Dengan asumsi dari referensi bahwa viskositas N2 murni pada suhu kamar = 0.018 centipoise, sehingga



Qrata-rata (cc/s) (Pups abs-Pdown abs) (atm) Kgas (Darcy) 0.046048 1.019048 0.000523 0.153171 0.903401 0.001963 0.156224 0.895918 0.002019 0.405408 0.665306 0.007056 0.652148 0.493197 0.015312 4. Regresi Linear Mencari KSampel Dengan plot (1/Prata-rata) terhadap Kgas maka didapat persamaan regresi dengan regresi linear. (1/Prata-rata) sebagai X dan Kgas sebagai sumbu Y. X (1/Prata-rata) (atm-1) 0.45638 0.444646



Y (Kgas) (Darcy) 0.000523 0.001963 7



0.443908 0.422292 0.407484



0.002019 0.007056 0.015312



Plot Grafik:



Regresi Linear Kgas vs 1/Prata-rata 0.018 0.016



Kgas



0.014 y = -0.298x + 0.135



0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 -0.002 0.4



0.41



Persamaaan



0.42



0.43 1/Prata-rata



0.44



0.45



0.46



atau



Saat Prata-rata mendekati tak hingga (sangat besar) maka kelakukan gas akan incompressible sehingga Kgas akan mendekati nilai Ksampel. Sehingga



dan



8



BAB IV ANALISIS



A. Asumsi Selama Percobaan Percobaan ini dilakukan dengan beberapa asumsi sebagai berikut: 1. Semua alat bekerja dalam keadaan baik. Skala penunjukan adalah skala presisi dan akurat. Fancher Core Holder dipasang sangat rapat, proses kalibrasi (menunjuk angka nol saat tekanan belum diberikan) berlangsung sempurna, dan tidak ada kebocoran gas dalam proses pengukuran laju alir. 2. Core dalam keadaan yang bersih dan kering. Tidak ada fluida maupun padatan yang ada dalam core (selain materi penyusun core) sedemikian sehingga dapat mempengaruhi laju alir. 3. Diameter dan panjang core mendekati 1 inchi. Bentuk core dianggap silinder sempurna, sehingga semua fraksi gas yang mengalir melalui semua bagian core secara baik (tidak berhenti di satu titik lalu keluar tidak di ujung core). 4. Dimensi core sangat memenuhi penahan karet, sedemikian sehingga tidak ada celah yang menyebabkan gas mengalir melalui celah antara core dengan penahan karet. Adanya celah akan meningkatkan laju alir gas. 5. Tidak ada perubahan struktur pori dalam core selama proses pemeberian tekanan. Jika struktur core berubah maka laju alir yang diberikan antara suatu waktu pengukuran dengan pengukuran berikutnya akan berbeda (karena telah ”berbeda core” dalam artian core telah berubah tidak dalam keadaan awalnya, sehingga tidak dapat disamakan). 6. Nitrogen sebagai gas uji permeabilitas adalah murni N2. Berkelakuan inert dan tidak bereaksi dengan core. 7. Asumsi N2 memiliki viskositas yang tetap dikarenakan proses pengaliran tidak menyebabkan perubahan suhu (isothermal). Referensi viskositas dinamik N2 yang digunakan (Lihat BAB III bagian B sub 3) adalah 0.018 centipoise yaitu viskositas pada tekanan 1 atm dan suhu kamar. 8. Tidak ada pengaruh tekanan overburden pada core. Tekanan overburdrn yang diperhitungkan akan memberikan perbedaan pengukuran P dan laju alir. 9



9. Proses pengamatan angka Pdownstream dan Q adalah saat angka telah konstan sehingga memastikan bahwa angka itu adalah angka sebenarnya (tidak terjadi penurunan atau penaikan lagi). 10. Persamaan Darcy belaku dengan syarat: isothermal, laminar flow, satu jenis fluida yang mengalir, fluida incompressible, fluida tidak bersifat reaktif, dan steady state). 11. Digunakan pendekatan Q rata-rata untuk mengakomodasi perbedaan Q pada kasus tidak steady state yang terjadi.



B. Selama Percobaan Berlangsung Pertama, percobaan dilakukan dengan pengukuran diameter dan panjang core. Hasil pengukuran menunjukan bahwa core hanya memiliki diameter 2.52 cm dan panjang 3.21 cm (Lihat BAB III bagian A sub 1). Ukuran penahan karet yang dijadikan standar pada alat PERG-200 adalah mendekati 1 inchi. Satu inchi sekitar 2.54 cm. Dari sini, terdapat perbedaan sekitar 0.02 cm atau memberikan longgar luasan sekitar 0.079482 cm3. Mengingat sifat gas yang menempati segala ruang, maka beda luasan yang kecil akan memberikan efek pengukuran yang cukup signifikan. Apalagi ada beda tekan yang besar antara titik input dan outputnya. Apabila menggunakan pendekatan ini, tentu hasilnya tidak akurat. Namun, terlepas dari benar tidaknya hasil pengukuran akibat adanya beda luasan ini, maka alat dianggap telah dikalibrasi sedemikian rupa (dari pabrikannya) sehingga mampu mengakomodasi beda luasan kecil yang ditimbulkan. Kemungkinan akomodasi alat itu diantaranya sifat karet yang elastis dan kesat sehingga memberikan friksi yang cukup besar untuk mencegah gas melewati beda luasan yang timbul. Selanjutnya, proses kalibrasi alat agar menunjukan angka nol sebelum alat digunakan untuk mengukur laju alir. Proses kalibrasi ini berjalan baik dan tidak menemukan kendala. Masalah muncul saat membuka tabung gas N2 agar mengalir ke dalam gas Permeameter. Tekanan yang diinginkan adalah 25 Psig, namun dalam percobaan ini digunakan pendekatan angka 25 Psig (tidak sebenarnya 25 Psig, namun sedikit lebih kecil). Perbedaan yang kecil ini dapat diatasi dan sedikit tidak berpengaruh pada kalkulasi dikarenakan tekanan ini perlu dikonversi ke bentuk absolut lalu dikonversi lagi ke bentuk atm. Masalah yang krusial dan serius dalam tahap percobaan berikutnya adalah membaca skala. Secara teori dan asumsi, pembacaan skala harus dilakukan dalam kondisi angka yang stagnan (tidak berubah lagi). Namun, ada beberapa pengukuran yang dilakukan saat kondisi belum sangat stabil (masih dapat berubah) sehingga data yang diambil tidak begitu akurat. Dalam hal ini, tampak bahwa ada kejanggalan data yang 10



didapat. Data pertama saat Pdownstream=10.2 Psig, Q yang dicatat adalah 3.6 cc/min. Angka ini telampau jauh jika dibandingkan dengan data kedua saat Pdownstream=11.72 Psig, Q yang dicatat adalah 11.5 cc/min. Data pertama menghasilkan Q yang sangat kecil untuk tekanan yang tidak begitu jauh dengan data kedua. Hal ini dikarenakan gas Permeameter masih mengukur Q saat angka P downstream diubah-ubah. Jadi, kecepatan perubahan P dengan Q dalam alat ini tidak sama. Fakta yang mendukung dari pernyataan terakhir ini adalah bahwa Q akan menuju ke nilai yang dekat dengan data berikutnya saat ditunggu beberapa saat.



C. Hasil Versus Teori Secara dramatis, didapatkan hasil permeabilitas yang realtif umum (kecil). Permeabilitas absolut hasil perhitungan adalah 135 miliDarcy. Jika angka ini benar, maka sampel memiliki permeabilitas yang relatif kecil sehingga memiliki kemampuan mengalirkan fluida yang relatif kecil pula. Selain itu, dalam pengolahan data juga dihitung faktor koreksi Klinkenberg atau b, saat Ksampel terjadi yakni sebesar |2.2076|. Secara fisis, nilai b ini berarti apabila menarik garis lurus ke bawah (dalam gambar 2.43 halaman 93 buku Amyx) maka akan didapatkan nilai permeabilitas yakni sekitar 135 miliDarcy. Jika b semakin membesar (positif membesar) maka makna fisinya adalah semakin kecil pori sehingga gas-gas saling bertumbukan satu sama lain. Akibatnya, permeabilitas berkurang. Dengan demikian, terlepas dari beda luasan yang kemungkinan terjadi, maka sampel core tersebut memiliki pori yang kecil yang memungkinkan partikel gas untuk bertubukan lebih intens. Menilik dari apa yang terjadi pada percobaan, yakni mengasumsikan bahwa data yang diambil pada data pertama (Lihat BAB III bagian A sub 1) adalah keliru (belum stagnan) maka saya mencoba membuat regresi hanya dengan 4 data saja (tanpa data pertama). Hasilnya didapat persamaan garis y = -0.3403x + 0.1528. Sehingga didapat permeabilitas absolute sebesar 152.8 miliDarcy. Tentu, nilai ini tidak begitu jauh dibandingkan dengan regresi 5 buah data. Dengan demikian, pengambilan data pada kasus ini relatif tidak begitu mempengaruhi hasil. Namun, perlu diingat bahwa ada kemungkinan data selain data pertama juga tidak tepat. Sehingga agar aman, perlu benar-benar dalam kondisi yang stagnan saat pengambilan laju alir. Beda luasan yang sekitar 0.0794 cm3 (Lihat BAB IV bagian b) ternyata menghasilkan permeabilitas yang cukup kecil. Jika beda luasan ini berpengaruh signifikan, tentu nilai permeabilitas akan semakin besar. 11



Namun, belum dapat dipastikan apakah permeabilitas yang sebesar 135 miliDarcy (yang relatif kecil) ini benar-benar dengan efek beda luasan yang dapat diabaikan ataupun tidak. Perlu percobaan pemabanding untuk menentukan apakah Gas Permeabilitas ini dapat mentoleransi beda luasan sebesar itu. Terlepas dari beberapa asumsi kesalahan yang ada, bila angka 135 miliDarcy adalah benar, maka core tmemiliki permeabilitas yang relatif kecil. Untuk membuktikan apakah pengukuran ini akurat, perlu komparasi pengukuran lainnya seperti dengan menggunakan Well-Logging.



12



BAB V SIMPULAN



Berdasarkan uraian sebelumnya,. dapat disimpulkan hal-hal sebagi berikut: 1. Gas Permeameter jenis PERG-200 menggunakan aliran gas untuk mengukur permeabilitas suatu sampel. Perbedaan tekanan dan perbedaan laju masuk dan keluar diakomodasi dengan menggunakan laju alir rata-rata dan tekanan rata-rata agar memenuhi kaidah Darcy. Dalam percobaan ini, gas yang digunakan adalah gas Nitrogen. 2. Terlepas dari faktor beda luasan maupun kesalahan pembacaan, hasil perhitungan menunjukan bahwa permeabilitas absolute core adalah 135 miliDarcy. Sebuah angka yang relatif kecil dengan faktor koreksi Klinkenberg sebesar |-2.2074|. Artinya, ukuran pori relatif kecil sedemikian sehingga peluang partikel saling bertubukan sangat besar. 3. Permeabilitas absolut adalah ukuran kemampuan suatu rongga untuk mengalirkan fluida yang tersaturasi 100% (dalam 1 fasa). Permeabilitas absolute adalah sifat fisik, tidak tergantung jenis fluida maupun sifat fluida yang mengalir di dalamnya.



13



JAWAB PERTANYAAN



Klinkenberg berusaha membuat korelasi dari setiap perbedaan yang terjadi pada permeabilitas saat diukur dengan gas inert yang berbeda. Secara matematis, persamaan klinkenberg menghubungkan K gas , Kliquid, dan 1/Prata-rata. Penggunaan gas sebagai pengukur laju alir akan memberikan hasil yang bervariasi tergantung dengan massa molekul gas. Efek ini merupakan bagian slippage effect yakni efek laju alir yang seolah tersendatsendat saat memasuki suatu pori. Slippage effect berhubungan dengan free path mean dari molekul, sehingga dipengaruhi ukurannya (salah satu faktor). Klinkenberg berusaha mengorelasikan setiap perubahan yang terjadi (variasi gas yang digunakan) terhadapt nilai 1/P. Saat P sangat besar, ternyata didapat setiap prolongasi garis menuju titik tertentu, yakni nilai Kliquid atau nilai permeabilitas sebenenarnya dari sampel. Jika dibuat korelasi maka hubungan Kl, Kg, dan 1/P adalah sebagai berikut:



dengan b=m/Kl. Dalam percobaan ini, didapat nilai Kgas dan 1/(Prata-rata) sehingga dapat dibuat persamaan garis. Nilai gradient persamaan garis adalah suatu nilai b yakni Klinkenberg Factor yang secara fisik menunjukkan ukuran sering-tidaknya tumbukan molekul gas. Semakin besar maka tumbukan akan besar sehingga nilai permeabilitas bernilai mengecil.



14



DAFTAR PUSTAKA



Amyx, James W. 1960. Petroleum Reservoir Engineering. New York : McGraw-Hill Modul II Praktikum Petrofisika 2015: “PENGUKURAN POROSITAS BATUAN DENGAN METODE LIQUID SATURATION”



15