Pipe Simulator Pipesim [PDF]

Citation preview

PIPE SIMULATOR ( PIPESIM )



Oleh: Anggie Jiasita ( 071.13.026 ) Mediano Putra ( 071.13. Naufaly Obianka ( 071.13.154 ) Gita Nugrahanti ( 071.13.154 )



JURUSAN TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNOLOGI KEBUMIAN DAN ENERGI UNIVERSITAS TRISAKTI JAKARTA 2016



DAFTAR ISI



Halaman DAFTAR ISI ………………………………………………………………... i DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………….. BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………... BAB II TEORI DASAR…………………………………………………….. BAB III SIMULASI PIPESIM ...………………………………………....... A. INPUT DATA B. PENGOPERASIAN MODEL C. OPTIMASI PRODUKSI DENGAN INSTALASI ESP D. PRESSURE/TEMPERATUR PROFIL E. ANALISA NODAL DAN OUTFLOW SENSITIVITY UNTUK ESP BAB IV PEMBAHASAN …………………………………………………... BAB V KESIMPULAN …………………………………………………… DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….



DAFTAR GAMBAR



Gambar



Halaman



3.1 Tampilan Awal…………………………………………………….. 3.2 Tampilah Pilihan ………………………………………………….. 3.3 Single Branch Mode ………………………………………………. 3.4 Tampilan Pengisian Black Oil Properties …………………………. 3.5 Black Oil Properties ……………………………………………….. 3.6 Tab Advance Calibration Data ……………………………………. 3.7 Tab Contaminant …………………………………………………... 3.8 Tab Thermal Data …………………………………………………. 3.9 Input Data ………………………………………………………….. 3.10 Vertical Completion ……………………………………………… 3.11 Hasil ……………………………………………………………… 3.12 Tubing Properties ………………………………………………... 3.13 Tampilan Hasil …………………………………………………... 3.14 Temperatur Pressure Profil ……………………………………… 3.15 Hasil Run Model ………………………………………………… 3.16 Nodal Analysis …………………………………………………... 3.17 Hasil Run Model ………………………………………………… 3.18 ESP Design ……………………………………………………… 3.19 Tampilan Pilihan Pompa ………………………………………..



3.20 Parameter Pompa ……………………………………………….. 3.21 Nodal Analisis …………………………………………………... 3.22 Hasil Run Model ………………………………………………... 3.23 Tampilan Pressure/Temperatur Profil …………………………... 3.24 Tampilan Windows Pressure/Temperatur Profil ………………... 3.25 Grafik Elevation vs Pressure ……………………………………. 3.26 Operation Nodal Analysis ………………………………………. 3.27 Kurva Analisa Nodal ESP vs Berbagai Stage …………………...



BAB I PENDAHULUAN



Energi berbahan fosil minyak bumi masih menjadi energi yang utama dalam penggunaannya. Seiringberkembangnya energi alternative seperti gas alam, mulai menarik banyak perhatian kalangan industri. Karakteristik dan sifat bahan fosil lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan energi lain, seperti batubara dan nuklir serta cadangan (reserve) dari gas alam. Gas alam yang tersedia saat ini tentu masih jauh melimpah dibandingkan dengan minyak bumi yang sudah sangat dominan, tentunya gas alam menjadi kandidat utama yang dapat menggantikan posisi minyak bumi. Proses eksplorasi dan eksploitasi sudah dilakukan dalam pencarian gas bumi. Pekerjaan kegiatan dimulai dari tahap awal sampai dengan tahap akhir produksi gas bumi. Seiring dengan berproduksinya suatu reservoir gas, tentu mengalami penurunan tekanan. Kehilangan tekanan pada sistem produksi dapat terjadi pada berbagai posisi, dimulai dari reservoir hingga separator yang digunakan untuk mengolah gas tersebut yang selanjutnya nanti akan siap untuk dipasarkan. Kehilangan tekanan menjadi hal yang mutlak pada media berpori yang dapat terjadi karena kerusakan formasi (formation damage) dan pengaruh petrofisik batuan. Pekerjaan setelah pengeboran dilakukan komplesi untuk penyelesaian sebelum produksi dapat dilakukan. Pada komplesi, terjadi kehilangan tekanan karena turbulensi dari aliran pada formasi, akibat damage atau kerusakan pada



formasi akibat over balance perforation. Kehilangan tekanan juga dapat terjadi pada pipa produksi bawah permukaan (tubing) atau pipa di surface (flowline). Kehilangan tekanan pada pipa ini diakibatkan oleh friksi dari fluidanya. Selain itu faktor yang sangat menentukan adalah nilai dari faktor deviasi gas nya (z). Dilakukan



identifikasi



perlu dilakukan



optimasi



produksi



dengan



menggunakan analisa nodal. Analisa nodal sekarang ini sudah dapat diaplikasikan dalam



sebuah



perangkat



lunak.



Dalam



dunia



migas



dikenal



dengan software Pipesim. Dengan menggunakan berbagai macam metode perhitungan



seperti



penentuan



nilai Pseudo



–



critical



Pressure/Temperature dan Pseudo-reduced pressure/Temperature, penentuan dari deviasi gas (z), dan penentuan konstanta alirannya turbulen atau laminer. Hasil dari perhitungan tersebut setelah diketahui, akan digunakan dalam well settingtergantung dari jenis well completionnya. Kemudian sensitivity yang digunakan adalah dari laju alir serta ukuran chokenya. Guna mendapatkan nilai yang lebih tepat, dilakukan beberapa kali pengujian pada beberapa nilai outlet pressurenya yang dapat di setting pada choke manifold. Setelah beberapa kali melakukan pengujian sensitivity ini, maka akan didapatkan nilai dari IPR (Inflow Performance Relationship) dan OPR (Outflow Performance Relationship) titik potong dari keduaanya akan didapatkan laju alir optimum. Perhitungan optimasi produksi gas ini penting dilakukan untuk mendapatkan nilai produksi sehingga dapat maksimal dalam memproduksikan gas pada cadangan yang tersedia serta memperhitungkan nilai ekonomi yang akan didapatkan karena sudah dapat diketahui nilai optimasi yang didapatkan.



BAB II TEORI DASAR



Software Pipesim merupakan simulator produksi yang digunakan untuk mempermudah dalam proses analisa pemipaan produksi dari dalam reservoir sampai ke permukaan, baik dalam mendesain maupun mengoptimalkan sumur Natural Flow maupun Artificial Lift (Gas Lift, ESP, dan Sucker Rod Pump). Perintah-perintah pada Pipesim terbagi menjadi beberapa macam tergantung kegunaannya, berikut pembagian perintah-perintah pada Pipesim : a) Well Performance Tubing, digunakan untuk :  Konfigurasi tubing.  Peralatan bawah permukaan.  Pemasangan artificial lift (Gas Lift & ESP).  Detail tubing, MD/TVD dari tubing. Vertical Completion, memodelkan aliran fluida dari reservoir ke dasar sumur menggunakan IPR pada sumur vertical. Data yang dimasukkan :  Temperatur reservoir.  Tekanan reservoir.  IPR.  Sifat-sifat fluida.



Horizontal Completion, memodelkan aliran fluida dari reservoir ke dasar sumur menggunakan IPR pada sumur horizontal. Nodal Analysis Point, membagi sistem menjadi dua untuk dilakukan analisa nodal. NA point diletakkan diantara dua obyek. b) Pipeline and Facilities Select Arrow, untuk memilih dan meletakkan obyek pada area kerja. Text, memberi keterangan pada model. Junction, tempat dimana dua atau lebih cabang bertemu. Fluida yang berasal dari cabang-cabang yang ada akan bercampur di junction. Di junction tidak terjadi penurunan tekanan atau perubahan temperatur. Branch, menghubungkan antara junction dengan junction atau source/sink denga junction. Source, titik dimana fluida mulai memasuki jaringan (network). Stream re-injection, satu titik di dalam jaringan dimana aliran fluida dialihkan dari separator dan dapat dinjeksikan ke cabang yang lain. Sink, satu titik dimana fluida keluar dari sistem jaringan. Production Well, titik dimana fluida mulai memasuki jaringan (network). Hampir sama dengan Source. Injection Well, sumur injeksi. Fold, membagi jaringan menjadi sub-model jaringan dari model jaringan utama. Digunakan untuk membagi model jaringan yang besar menjadi subsub model. c) Network Analysis



Select Arrow, untuk memilih dan meletakkan obyek pada area kerja. Text, memberi keterangan pada model. Connector, digunakan untuk menghubungkan dua objek dimana tidak terjadi perubahan tekanan atau temperatur yang signifikan. Node, digunakan untuk menghubungkan obyek dimana tidak ada peralatan (equipment) diantara obyek tersebut. Flowline, untuk memodelkan pipa yang akan digunakan. Riser, digunakan untuk memodelkan Riser yang digunakan. Boundary Node, hampir sama dengan Node tapi hanya satu obyek saja yang bias dihubungkan. Source, titik dimana fluida mulai memasuki jaringan (network). Separator, memodelkan separator yang digunakan. Compressor, memodelkan compressor yang digunakan. Expander, memodelkan expander yang digunakan dalam model. Heat Exchanger, memodelkan Heat Exchanger yang digunakan. Data yang dimasukkan yaitu perubahan tekanan atau temperatur. Choke, memodelkan Choke yang digunakan. Data yang dimasukkan diameter choke, critical pressure ratio, batas toleransi laju alir kritis Multiplier/Adder, untuk memvariasikan laju alir fluida. Report, untuk menampilkan hasil perhitungan di titik yang telah ditentukan. Engine keyword tool, digunakan untuk memasukkan dan menyimpan dalam “expert mode”.



Injection point, digunakan untuk menambahkan komposisi pada sistem utama. Multiphase Booster, untuk memodelkan booster yang digunakan. Pump, untuk memodelkan pipa yang digunakan. Data yang dimasukkan, perbedaan tekanan, tenaga yang diperlukan, dll.



BAB III SIMULASI PIPESIM



A. INPUT DATA Tampilan awal pada saat membuka pipesim



Gambar 3.1 Tampilan awal



Kemudian close tab yang muncul tersebut



Gambar 2.1 Tampilan Pilihan Muncul tab lain seperti gambar diatas. Klik NEW Single Branch Model



Gambar 3.3 Single Branch Model Buat model seperti ini. Buat dengan toolbar vertical completion, connector, nodal point, tubing, node. Antara vertical completion dan nodal point dihubungkan dengan connector. Antara nodal point dengan node dihubungkan dengan tubing.



Gambar 3.4 Tampilan Pengisian Black oil Properties Klik set up > black oil. Pengaturan ini dilakukan untuk membuat kondisi fluida reservoir.



Gambar 3.5 Black Oil Properties Klik tab Viscosity Data. Pilih korelasi yang dikehendaki untuk viskositas



Gambar 3.6 Tab advance Calibration Data Klik tab Advanced Calibration Data. Tool ini digunakan apabila minyak terlalu kental sehingga perlu dikoreksi. Untuk simulasi ini tidak diperlukan kalibrasi viskositas karena tidak terlalu viscous.



Gambar 3.7 Tab Contaminant Klik tab Contaminant. Tool ini digunakan apabila terdapat contaminant (impurities) didalam fluida reservoir.



Gambar 3.8 Thermal Data Klik tab Thermal data. Tool ini digunakan untuk menginput data suhu dari fluida. Untuk simulasi ini memakai data default. Klik ok.



Gambar 3.9 Input Data Double klik pada vertical completion. Akan muncul tab seperti ini. Isi static pressure dan temperature reservoir.



Gambar 3.10 Vertical Completion



Ganti IPR model dengan Vogel’s Equation. Isi data Q, Pws, dan Pws kemudian klik calculate AOFP. Klik ok.



Gambar 3.11 Hasil Kotak merah yang telah hilang menandakan bahwa semua data telah diinput dengan benar.



Gambar 3.12 Tampilan Tubing properties



Double klik pada tubing akan muncul tab seperti ini. Isi data. Klik ok.



Gambar 3.13 Tampilan Hasil Kotak merah pada tubing sudah hilang menandakan data pada tubing sudah diinput dengan benar. Save Model. B. MENGOPERASIKAN MODEL



Gambar 3.14 Pressure Temperature Profil Klik operation > Pressure temperature profile. Isi seperti data diatas. Klik run model.



Gambar 3.15 Hasil Run Model



Muncul gambar seperti ini. Kurva ini menunjukan bahwa reservoir masih dapat untuk mengangkat fluida sampai ke permukaan. Namun dalam simulasi ini, kita akan berusaha mengoptimalkan produksi dengan menggunakan pompa ESP.



Gambar 3.16 Nodal Analysis Klik operation > Nodal Analysis. Input data seperti diatas. Tool ini berguna untuk melihat nodal dari sumur model yang telah dibuat. Klik run model



Gambar 3.17 Hasil Run Model Berikut adalah hasil nodal dari sumur. Produksi yang dihasilkan kecil, hanya sekitar 200 Stock tank liquid per day. C. OPTIMASI PRODUKSI DENGAN INSTALASI ESP



Gambar 3.18 ESP Design Klik Artificial Lift > ESP > ESP Design. Akan muncul tab seperti diatas. Isi sesuai hasil yang diharapkan dari sumur (desired production). Klik select pump.



Gambar 3. 19 Tampilan Pilihan Pompa Akan muncul berbagai pilihan pompa yang dapat digunakan dari keinginan yang telah diset. Dalam simulasi ini pilih REDA DN3200, klik ok



Gambar 3.20 Parameter Pompa Pada kolom pump parameter klik calculate. Akan muncul perhitungan dari pompa. Klik install pump > ok. Pompa sudah terpasang pada model. Untuk melihat apakah sudah terpasang dapat melihat dari nodal analysisnya kembali.



Gambar 3.21 Nodal Analysis Klik operation > nodal analysis. Isi sesuai data diatas. Klik run model.



Gambar 3.22 Hasil Run Model Diatas adalah hasil plot nodal analysis dari sumur yang telah diinstal pompa ESP. terdapat kenaikan produksi sebanyak 200 stock tank liquid perday. D. Pressure/Temperature Profile 1. Klik Operations pada toolbar, klik Pressure/Temperature Profile



Gambar 3.23. Tampilan Pilihan Operation Pressure/Temperature Profile 2. Pada menu Pressure/Temperature Profile klik Run Model



Gambar 3.24. Tampilan Windows Pressure/Temperature Profile 3. Klik Run Model, maka akan tampil page dibawah ini



Gambar 3.25. Tampilan Page Grafik Elevation vs Pressure



D. Analisa Nodal dan Outflow Sensitivity untuk ESP 1. Klik Operations pada toolbar,pilih Nodal Analysis. Input data pada kolom Outflow Sensitivity, memilih Tubing_1 pada Object dan ESP Stages (#1_Tubing_1) pada Variable setelah itu isikan Range (klik Range) dengan harga 100 pada Start, 200 pada End dan 20 pada Step.



Gambar 3.26. Tampilan Pilihan Operation Nodal Analysis 2. klik Run Model. Sehingga didapat kurva IPR dari beberapa Stage Pump.



Gambar 3.27. Kurva Analisa Nodal ESP dengan Berbagai Stage



BAB IV PEMBAHASAN



Pada praktikum kali ini kita telah melakukan simulasi produksi pada suatu sumur dengan menggunakan software Pipesim. Simulasi dilakukan dengan tujuan mengetahui production performance dari suatu sumur, sehingga dapat dilakukan penanganan lebih lanjut untuk tetap menjaga nilai keekonomisan sumur tersebut. Data lapangan yang diperoleh dari sumur vertikal tersebut adalah watercut sebesar 90%. Besarnya spesific gravity gas dan air adalah 0.64 dan 1,016. Minyak yang terproduksi memiliki oAPI sebesar 36,154. Besarnya gas liquid ratio pada sumur tersebut adalah 200 scf/stb. Dari hasil analisa nodal pada kurva natural flow terlihat bahwa sumur tersebut tidak dapat diproduksikan secara natural flow lagi. Hal ini terlihat dari kurva IPR dan tubing intake yang tidak berpotongan sehingga diperlukan metode artificial lift untuk memproduksikan fluida kepermukaan. Pada sumur ini, dilakukan simulasi metode produksi buatan untuk desain Electrical Submersible Pump (ESP). Pada awal simulasi, parameter yang digunakan untuk desain ESP, antara lain: Pump Depth, Casing ID, Design Production Rate, Design Outlet Pressure, dll. Pump Depth diperoleh dari perhitungan yaitu nilai ratarata dari pump depth minimum (WFL + 100) dan pump depth maksimum (MD), yang mengartikan bahwa pompa tersebut berada pada kedalaman antara (WFL + 100) dan MD. Alasan pompa diletakkan 100 ft dibawah WFL agar pompa dapat terbenam oleh fluida. Hal itu bertujuan selain meningkatkan efisisensi dalam



penghisapan fluida juga bertujuan untuk menjaga motor pompa tetap dalam keadaan dingin. Dari hasil perhitungan, Pump Depth yang didapat adalah 3154 ft. Jenis pompa yang digunakan pada sumur ini adalah Reda. Alasan memilih pompa jenis Reda karena, pompa jenis ini memiliki efisiensi yang paling besar, yang mana besarnya efisiensi tergantung dari besarnya Qdesaign dan spesifikasi dari pompa (min 60 %). Selain itu pompa jenis ini juga memiliki resistansi yang paling baik terhadap lamanya waktu pemakaian (lebih awet), kondisi mekanis dan kondisi sumur. Berdasarkan pump design data yang telah kita input, jenis pompa reda dengan efisiensi yang paling besar adalah DN 1800 dengan efisiensi sebesar 66,16 %. Setelah itu mengkalkulasikan data desain pompa yang ada, sehingga diperoleh hasil simulasi berupa data-data antara lain: jumlah stage pompa 131, efisiensi pompa 65,9 %, besarnya daya pompa 42,85 hp, head = 2903,13 ft, q optimimum = 1430,85 BPD. Setelah mengkalkulasi data, kemudian diinstal kedalam profil sumur. Selanjutnya kita dapat melihat pada pump performance curve yang telah didesain (Gambar 10.14). Kurva tersebut menunjukan bahwa Qoperating berada di antara Qmax dan Qmin. Hal ini mengartikan bahwa Qoperating sudah benar, tidak melebihi Qmax dan tidak kurang dari Qmin pada pompa, karena apabila Qoperating melebihi Qmax akan terjadi Uptrust yang menyebabkan laju produksi terlalu tinggi karena impeller terlalu menempel ke atas mendekati diffusher. Akibatnya akan menimbulkan liquid blocking dan efisiensi pompa menjadi turun. Sedangkan apabila Qoperating kurang dari Qmin akan terjadi Downtrust yaitu laju produksi terlalu rendah yang



menyebabkan fluida tidak terangkat karena impeller terlalu ke bawah sehingga bertubrukan dengan diffusher di bawahnya. Pada awalnya, sumur minyak dengan kedalaman 7384,654 ft memiliki tenaga dorong alamiah dengan tekanan reservoir sebesar 2449 psi dan tekanan dasar sumur sebesar 1875,59 psi. Akibat adanya perbedaan tekanan menyebabkan minyak mengalir, tetapi karena tekanan reservoir tidak mampu lagi mendorong minyak sampai ke permukaan, minyak hanya dapat mengalir sampai kedalaman 3079,367 ft saja. Oleh karena itu, dilakukan pemasangan ESP pada sumur tersebut di kedalaman 3079,367 ft sehingga tekanan naik menjadi 1349,281 psi. Perbedaan tekanan yang lebih besar itulah yang dapat mengangkat minyak sampai ke permukaan.



BAB V KESIMPULAN



1. Kurva IPR awal tidak berpotongan yang menandakan bahwa tidak terjadi aliran sampai ke permukaan sehingga harus dilakukan installasi gas lift sehingga terjadi penyimpangan antara outflow dan inflow. 2. Dari desain gas lift yang telah dilakukan didapatkan Rate optimum injeksi gas sebesar 2,5 mmscf/d. 3. Q injeksi yang lebih baik yaitu 2 mscfd dibanding 2,5 mscfd, karena perolehan minyak tidak cukup besar, yaitu hanya 2 stb/d 4. Dari besarnya rate gas injeksi yang digunakan, maka didapatkan besarnya rate produksi pada sumur PLUG F sebesar 306,749 STB/D. 5. Banyaknya Unloading valve yang digunakan pada sumur ada 5 buah. Sedangkan kedalaman operating valve terdapat pada kedalaman 3271,8 ft. 6. Aplikasi lapangan dari simulasi Pipesim ini adalah untuk optimasi Artificial Lift metode Gas Lift, dan pemilihan Tubing dalam proses produksi. 7. Mekanisme kerja dari Electric Submergible Pump dalam mendorong fluida kepermukaan adalah dengan memperbesar drawdown pada kedalaman dimana pompa diletakkan. 8. Pompa ESP diletakkan 100 ft dibawah WFL bertujuan untuk meningkatkan efisiensi penghisapan pompa, dan juga berfungsi untuk menjaga motor pompa agar tetap dingin.



9. Pompa jenis Reda yang digunakan pada simulasi kali ini dipilih karena memiliki efisiensi paling besar dibandingkan pompa jenis lain dan memiliki resistansi yang paling baik dari segi lamanya pemakaian, kondisi mekanis dan kondisi sumur. 10. Qoperating yang didesain harus berada diantara nilai Qmax dan Qmin. Dan tidak boleh melebihi Qmax (Upthrust) dan Qmin (Downthrust) karena akan mengurangi efisisensi kerja pompa. 11. Apabila Qoperating melebihi Qmax akan terjadi Upthrust yang menyebabkan laju produksi terlalu tinggi karena impeller terlalu menempel ke atas mendekati diffusher 12. Apabila Qoperating kurang dari Qmin akan terjadi Downthrust yaitu laju produksi terlalu rendah yang menyebabkan fluida tidak terangkat sampai ke permukaan karena kurangnya daya dorong akibat posisi impeller terlalu menempel dengan diffusher yang berada di bawahnya, sehingga sulit bergerak.



DAFTAR PUSTAKA



http://kupasiana.psikologiup45.com/2013/09/aplikasi-analisa-nodaldengan-



pipesim.html



http://learnmine.blogspot.co.id/2013/05/beberapa-software- minyak-dangas.html



https://www.scribd.com/doc/155499503/Pipesim-Course



https://www.software.slb.com/products/pipesim/performance-modeling