Perforated Completion

1.      Pelaksanaan Perforator dan Peralatan Perforasi

            Peralatan perforasi terangkum dalam suatu perforator gun, dimana jenisnya dapat digolongkan bullet perforator dan shaped large perforator. Perbedaan dari kedua tipe ini adalah pada jenis peluru pelubang.

Bulet Perforator

            Gambar (4.14) memperlihatkan alat perforasi jenis ini. Komponen utama dari bullet perforator meliputi :

Ø  Fluida seal disk yang menahan masuknya fluida sumur ke dalam alat diman dapat melemahkan kekuatan membakar powder.

Ø  Gun barrel

Ø  Gun body, dimana barrel disekrupkan dan juga untuk menempatkan sumbu (igniter) dan propelant dengan shear disk didasarnya, untuk memegang bullet ditempatnya sampai tekanan maksimum tercapai karena terbakarnya powder.

Ø  Bullet

Ø  Thead sell

Ø  Shear Disk

Ø  Powder Centrifuge

Ø  Contact-pin Assembly

Ø  Back Contack Spring

            Prinsip kerja bullet perforator karena arus listrik melalui wireline timbul pembakaran pada propelant dalam centrifuge-tube sehingga terjadi ledakan yang melontarkan bullet dengan kecepatan tinggi.

Keuntungannya :

1.      Bullet lebih murah dan mudah dari jet perforator

2.      Bullet menyebabkan perekahan formasi yang dapat dipakai pada formasi yang tebal

3.      Perforasi yang dihasilkan bersifat “burrless” (rata pada bagian dalam) serta lubang berbentuk bulat, dengan kondisi ini maka sebagian perforasi dapat ditutup dengan klep-klep bola/ball sealer sementara waktu diperlukan

4.      Bullet cocok untuk formasi lunak, dimana ia dapat menebus lebih dalam dibanding jet

Keterbatasannya

1.      Efek fracturing dapat merugikan bila lapisan produktif tipis-tipis dan air atau fluida formasi lainnya ikut terproduksi pula

2.      Bullet tidak dapat digunakan untuk temperatur yang tinggi, lebih dari 250 ^oF

3.      Bullet sukar menembus formasi yang keras, dan untuk casing yang terlalu tebal/berlapis-lapis

4.      Bullet yang ukuran kecil tidak  memberikan hasil yang baik

Jet Perforator

            Proses perforasi dengan jet perforator dilukiskan dalam Gambar 4.15.  Detonator elektris memulai reaksi berantai dimana berturut-turut meledakkan primacord, booster berkecepatan tinggi di dalam change dan akhirnya peledak utama. Tekanan tinggi yang dihasilkan oleh bahan peledak menyebabkan logam di dalam charge liner mengalir, memisahkan inneer dan outer liner. Pembentukan tekanan lebih lanjut pada liner menyebakan suatu dorongan jet berkecepatan tinggi dan menyebabkan suatu dorongan jet berkecepatan tinggi dan pertikel-partikel yang dimuntahkan dari cone pada kecepatan sekitar 20.000 ft/sec tekanan pada titik unjungnya kira-kira 5 juta psi.

            Selubung terluar liner rusak untuk membentuk suatu gerakan aliran metal yang rendah dengan kecepatan antara 1500 dan 3000 psi. Sisa outer liner ini mungkin dapat membentuk slug tunggal yang disebut sebagai carrot atau aliran partikel-partikel logam.

Keuntungannya

1.      Dapat digunakan untuk temperatur sampai 400 ^oF

2.      Rekahan yang terjadi tidak terlalu besar sehingga cocok untuk formasi yang tipis

3.      Lebih banyak tembakan yang dapat dilakukan untuk sekali penurunan gun ke dalam sumur, sehingga untuk formasi dengan interval yang panjang akan lebih baik dan murah.

4.      Jet perforator menembus formasi keras tapi baik

5.      Untuk operasi dalam tubing (parmaneny type completion) hanya jet yang cocok karena alat untuk bullet memerlukan diameter yang besar agar peluru cukup besar diameternya

Keterbatasannya

1.      Rekahan yang terbentuk tidak terlalu lebar sehingga tidak banyak membantu meningkatkan permeabilitas pada lapisan yang tebal

2.      Penggunaan ball sealer tidak dapat dipakai karena hasil pelubangan yang runcing dibagian dalam dan tidak bulat di bagian luar  

3.      Jet lebih mahal jika dibandingkan dengan bullet bila dipakai pada interval perforasi yang pendek atau sedikit jumlah penembakannya

            Pengerjaan perforasi ini sangat penting sekali karena mempengaruhi produktivitas sumur. Beberapa hal yang perlu direncanakan dalam pengerjaan perforasi adalah menentukan posisi dan intrval perforasi.

2.      Penentuan Interval dan Posisi Perforasi

            Dalam proses produksi minyak dapat terjadi water conning, dimana hal ini akan memberikan pengaruh negatif terhadap perolehan minyak. Dengan fenomena gas dan water conning tersebut, maka para ahli mencari hubungan antara laju produksi kritis dengan parameter reservoir serta parameter produksi untuk menentukan interval perforasi dan posisinya.

Þ    Metode Chierici

            Beberapa anggapan yang digunakan dalam metode ini untuk mendapatkan laju produksi kritis, adalah :

1.      Reservoir homogen

2.      Bidang kontak antar fluida horizontal dan statis

3.      Pengaruh tekanan kapalier diabaikan

4.      Fluida reservoir incompresibel

5.      Aquifer terbatas sehingga tidak merupakan tenaga pendororng

6.      Pengembangan gas cap pelan-pelan, sehingga gradien potensial dapat diabaikan

            Dengan anggapan-anggapan tersebut di atas maka Chierici menurunkan persamaan dalam tujuan penentuan posisi dan interval perforasi adalah sebagai berikut :

             .................................  (4-11)

             ..................................   (4-12)

dimana :

Q_ow : laju produksi maksimum minyak tanpa terjadi water conning, STB/hari

Q_og  : laju produksi maksimum minyak tanpa terjadi gas conning, Mscfd

h     : ketebalan zona minyak, ft

K_ho  : permeabilitas efektif horizontal minyak, md

y     : fungsi yang tak berdimensi

Π    : b/h  :  panjang interval perforasi/ketebalan zone minyak

r_De   : (re/h)   

K_vo : permeabilitas efektif verikal minyak, md

s_g    : Lg/h  = jarak antara GOC-top perforasi/ketebalan zona minyak

s_w   : 1 - sg

       : Lw/h = jarak antara WOC-bottom perforasi/ketebalan zona minyak

Dari persamaan di atas, suatu syarat untuk tidak berproduksinya air dan gas bebas ke permukaan adalah :

            Q_o £ Q_ow atau Q_o £ Q_og

Gambar di bawah menunjukkan diagram sistem water dan gas conning.     

              5   £ r_De £ 80

              0   £   Π £ 0,75

            0,07 £  s  £ 0,9 

Penetuan interval dan posisi perforasi dengan metode ini didasarkan pada gambar-gambar tersebut.

Langkah-langkah penentuan interval dan posisi perforasi dengan metode ini adalah :

1.      Hitung r_De

2.      Hitung Dr_og/Dr_ow

3.      Ambil beberapa kemungkinan harga (misalnya 0,1 ; 0,2 dan seterusnya)

4.      Dengan memakai grafik plot antara y vs Î (sesuai dengan harga r_De yang telah dihitung) dan salah satu dari beberapa kemungkina harga Î, akan didapat y dan s_g optimum berdasr harga yang telah dihitung pada langkah 2. Bila aguifer dan gas cap, kondisi maksimum laju produksi kritis secara teoritis memenuhi  Q_optimum = Q_og = Q_ow.

5.      Hitung harga melalui Persamaan (4-11) atau (4-12) dengan menggunakan harga-harga yang telah ditentukan pada langkah 4. 

6.      Dengan mengetahui kemampuan sumur pada berbagai interval perforasi maka dari berbagai harga Q_optimum yang telah dihitung pada langkah 5, dapat ditentukan harga Q_optimum yang sesuai atau laju produksi kritis yang sesuai dengan sumur yang bersangkutan

7.      Perhitungan-perhitungan tersebut diulangi lagi untuk harga interval perforasi yang lain sampai diperoleh harga Q_optimum yang sama atau hampir dama dengan Q_actual.

Hubungan antara r_De, Î, s dengan y ditunjukkan pada Gambar 4.17.

Þ    Metode Pirson

            Persamaan -persamaan yang dibuat Pirson untuk menetukan laju produksi kritis dalam tiga kasus sebagai berikut :

             ........................................  (4-13)

Untuk kasus water conning (lihat gambar 4.16)

            ....................................................  (4-14)

Untuk kasus gas dan water conning yang terjadi bersama-sama seperti yang terlihat pada gambar (4.18), laju aliran minyak maksimum dibagi menjaadi dua aliran, pertama Q_og yang diambil di atas bidang zo, disebut laju aliran minyak maksimum tanpa gas dari gas conning, dan Q_ow yang diambil bidang bagi z_o, disebut laju aliran minyak maksimum tanpa air dari water conning.

Persamaan-persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

            ................... (4-15)

             ................................  (4-16)

sehingga Q_{o maksimum}   = Q_og + Q_ow  .........................................................................  (4-17)

dimana :

Q_{o maks}         : laju produksi maksimum tanpa produksi air dan gas, bbl/hari

g_w                : berat spesifik air

g_o                : berat spesifik minyak

g_g                : berat spesifik gas

h_c                : interval perforasi

D                : jarak dari puncak zone minyak ke dasar perforaasi, ft

z_o                : jarak dari dasar zone minyak ke bidang bagi, ft

Harga-harga D dan z_o dapat dihitung dengan persamaan :

              ...................................................................  (4-18)

              ......................................................................................  (4-19)

   

Langkah-langkah penentuan interval dan posisi perforasi :

1.      Ambil beberapa kemungkinan harga h_c

2.      Hitung D dengan persamaan menggunakan persamaan (6-18)

3.      Hitung z_o dengan persamaan (6-19)

4.      Hitung harga-harga Q_og dan Qow melalui persamaan (6-15) dan (6-16)

5.      Hitung harga Q _optimum dengan persamaan (6-17)

6.      Dengan mengetahui kemampuan sumur pada berbagai interval perforasi, maka dari berbagai harga Q_optimum yang telah dihitung diatas, dapat ditentukan harga Q_op yang sesuai atau laju produksi kritis yang cocok untuk sumur yang bersangkutan.

7.      Dari harga Q_opt yang dipilih pada langkah 6, maka harga interval perforasi h_c, dan posisi D, untuk sumur yang bersangkutan dapat diketahui.

3.      Penentuan Densitas Perforasi

      Densitas perforasi adalah jumlah lubang dalam casing per satuan panjang

(feet). Untuk menentukan densitas perforasi dapat menggunakan penelitian yang dibuat oleh Muskat, dimana dihasilkan  hubungan antara produktivitas ratio (Qp/Qo) densitas perforasi untuk berbagai jarak penetrasi radial, diameter lubang perforasi dan diameter casing. Hasil penelitiannya ditunjukkan pada Gambar 6.19.

dimana :

              ..............................................................................  (4-20)

Qp  :  laju produksi maksimum sumur perforasi, bpd

Qo  :  laju produksi sumur open hole, bpd

Sp  :  faktor  skin  perforasi,  yang  tergantung  pada  diameter  perforasi,  diameter sumur,   dalam penembusannya dan sudut penembakannya.

Misalkan suatu sumur dengan jari-jari casing 3 inchi, akan diperforasi pada suatu interval dan posisi untuk ini menghasilkan harga Q_p/Q_o = 0.6 maka dari gambar 6.19 diperoleh bahwa perforasi ini dapat dilakukan dengan harga density perforasi yang lebih kecil atau sama dengan 1. Sehingga apabila digunakan peluru dengan diameter 1/2 in atau jari-jari 1/4 inch, maka density perforasi yang harus digunakan adalah 4 hole/ft.

            Hubungan ini diperluas untuk suatu variabel harga dari densitas perforasi untuk suatu varibel harga dari densitas perforasi x jari-jari lubang perforasi yang berlaku untuk aliran steady state dalam formasi yang homogen. Kurva garis tebal pada gambar menunjukan jari-jari casing 3 in. dan garis putus-putus adalah untuk jari-jari 6 inchi.

4.      Perhitungan Diameter Perforasi

            Pada gambar dibawah ini menunjukan bahwa untuk mendapatkan rate sebesar 100 bbl/day, dengan kedalaman penetrasi perforasi 12 inchi (305 mm) dan dimeter lubang perforasi sebesar 0,375 inchi (9,5) dibutuhkan drowdown (DP) sebesar 1,0 psi.

            Jadi dengan menggunakan persamaan Fanning diatas dapat ditentukan diameter lubang perforasi pada rate (laju aliran) yang diinginkan, dengan catatan bahwa  parameter-parameter yang lain sesuai seperti yang tertera pada grafik, yaitu :

Ø  f (friction faktor)                   = 0.85        

Ø  L (perforation lengtih)          = 12

Ø  (spesific gravity minyak)      = 0.85

            K.C. Hong, mengambarkan pengaruh pola perforasi terhadap productivity ratio, seperti terlihat pada Gambar 6.22.

Gambar tersebut menggambarkan productivity ratio versus kedalaman penetrasi perforasi untuk tiga pola perforasi.

Ketiga pola tersebut disusun secara vertikal dan lurus, dimana pola pertama (yang terbawah) mempunyai phasing 0^o  yang disebut  “srtip Shooting”, pola yang kedua (ditengah) mempunyai phasing 90^o dan pelubangan dilakukan pada suatu bidang horizontal (simple pattern), sedangkan pola ketiga (teratas) juga mempunyai phasing 90^o tetapi pelubangan dilakukan pada dua bidang horizontal . Permeabilitas vertikal dan hirizontal diasumsikan sama.

            Pola  pertama (strip shooting) menghasilkan productivity ratio yang lebih rendah bila dibandingkan dengan kedua pola lainnya. Hal ini disebabkan oleh distribusi tekanan pada kedua pola menghasilkan drow-down yang lebih merata untuk memproduksi fluida yang lebih besar.

            Pada formasi yang isotropic (permeabilitas horizontal dan vertikal sama), keseragaman besarnya drow-down dihubungkan terhadap jarak  antara pelubangan yang berdekatan. Jarak yang terbesar terdapat pada pola ketiga (staggered pattern), (staggered pattern), sehingga pola tersebut mempunyai productivity ratio yang tertinggi.

Kedalaman Penetrasi Perforasi

            Dari hasil penelitian Stanley Locke, digambarkan pengaruh dari  kedalaman penetrasi perforasi (perforation length) terhadap productivity ratio, seperti terlihat pada gambar 6.23. Productivity ratio mencapai harga maksimum pada kedalaman penetrasi kira-kira 12 inch (395 mm). Juga terlihat bahwa productivity ratio akan makin meningkat dengan pertambahan kedalaman penetrasi perforasi.

            Pada Gambar 6.24, digambarkan untuk suatu kedalaman penetrasi yang sama, maka besarnya productivity ratio akan bertambah dengan bertambahnya density perforasi. Jadi density perforasi akan mempengaruhi besarnya productivity ratio pada suatu harga kedalaman penetrasi dari perforasi.

5.      Perhitungan Faktor Skin Perforasi

            Laju aliran dari formasi kedalam sumur pada perforted casing completion, dipengaruhi oleh kerusakan (damage) dan lubang perforasi. Dalam hal ini keduanya dapat dikatakan sebagai skin yang sama secara kwantitatif dapat berharga positif atau negatif. Untuk selanjutnya masing-masing dinyatakan sebagai skin damage (Sd) dan skin perforasi (Sp).

Sedangkan  hasil dari analisa tes tekanan memberikan harga skin total (St), dimana : 

            S_t = S_d + S_p ................................................................................................... (4-19)

            Teori analisa fluida menuju ke sumur menganggap geometri aliran radial dengan batas-batas r = r_w (dinding.formasi) dan r = re (batas pengurasan). Apabila faktor  skin  diperhitungkan sebagai kehilangan tekanan, maka persamaan menjadi :

             ............................................................  (4-22)

dimana :

S   = S_t untuk  sumur berselubung (ber-casing)

S_t  = S_d atau S_p = 0 untuk open hole completion

            Dalam hal ini, makin kecil diameter perforasi, semakin besar skin perforasinya. Dan makin banyak lubang juga makin dalam perforasinya, maka skin semakin kecil.

            Untuk menentukan harga skin faktor akibat perforasi (Sp), K.C. Hong telah membuat beberapa grafik seperti pada gambar 6.25 (simple pattern) dan gambar (4.26) (Staggered patterns)

            Gambar 6.27 berfungsi untuk koreksi bila diameter perforasi 0,25 dan 1,0 inch.

            Langkah-langkah untuk menentukan (Sp) dengan menggunakan grafik sebagai berikut :

1.      Tentukan harga :

*        Diameter sumur (dw) yaitu diameter outside casing (OD) ditambah dua kali ketebalan semen.

*        Ratio permeabilitas vertikal dengan horizontal, kv/kh

*        Pola perforasi (yaitu harga perforations phasing, 0 dan masing-masing perforasi, h)

*        Depth of penetration (dihitung dari muka semen), ap.ap adalah total Berea Sandstone sebagai dasarnya, yang memiliki compresive strength sebesar 6500 psi. Jika harga compresive strength untuk suatu formasi diketahui, harga ap dapat dikoreksi dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

*        Bullet Perforation :

        ...........................................................................  (4-23)

*        Jet Perforation :

         ...........................................................  (4-24)

dimana :

P_f  =  penetration in formation, in = ap

P_B =  TCP pada Beroa Sandstone, in

C_B = compressive strength pada Barea Sandstone, 6500 psi

C_f  = compressive strength pada formasi, psi

2.      Gunakan Gambar 4-25 (untuk simple patterns) atau Gambar 6-26 (untuk staggered patterns) untuk mendapatkan harga (Sp). Mulailah dari sisi kiri nomogram dan dibuat garis penghubung dengan parameter-parameter dari langkah 1.

3.      Dengan memakai Gambar 4.27, dilakukan koreksi harga Sp dari langkah 2 untuk diameter perforasi yang berbeda. Setelah harga Sp didapat, maka dapat dihitung harga skin total (St) apabila skin damage (Sd) diketahui, sehingga perhitungan productivitas sumur bisa dilakukan dengan menggunakan Persamaan 4-21. Sedangkan untuk menetukan productivity ratio-nya dapat menggunakan persamaan :

 ........................................  (4-25)

Apabila St berharga negatif, berarti PR akan mempunyai harga lebih dari satu. Jadi dapat disimpulkan bahwa laju produksi sumur yang diperforasi dapat lebih besar dari laju produksi sumur pada kondisi open hole.

2.      Dengan memakai Gambar 4.27, dilakukan koreksi harga Sp dari langkah 2 untuk diameter perforasi yang berbeda. Setelah harga Sp didapat, maka dapat dihitung harga skin total (St) apabila skin damage (Sd) diketahui, sehingga perhitungan productivitas sumur bisa dilakukan dengan menggunakan Persamaan 4-21. Sedangkan untuk menentukan productivity ratio-nya dapat menggunakan persamaan :

 ........................................  (4-25)

Apabila St berharga negatif, berarti PR akan mempunyai harga lebih dari satu. Jadi dapat

disimpulkan bahwa laju produksi sumur yang diperforasi dapat lebih besar dari laju produksi sumur pada kondisi open hole.

6.      Perhitungan Pressure Drop Perforasi

            Salah satu penyebab rendahnya productivitas sumur pada perforated completion adalah karena program pelubangan selubung (perforasi) yang tidak memadai. Apabila kondisi ini terjadi akan berakibat timbulnya suatu hambatan terhadap aliran atau bertambahnya  penurunan tekanan (pressure drop) dalam formasi.

            Oleh karena itulah, Carl Granger dan Kermit Brown telah menggunakan analisa Nodal untuk mengevaluasi besarnya penurunan tekanan melalui lubang perforasi, pada berbagai harga density perforasi.

            Analisa Nodal disini, diterapkan untuk Standart Perforated Well, dengan menganggap perforated hole turn 90^o dan tidak terjadi damage zone disekeliling lubang bor. 

            Anggapan-anggapan lain yang digunakan dalam mengevaluasi pressure drop melalui lubang perforasi ini adalah :

1.      Permeabilitas dari crushed zone atau compact zone yaitu :

*        dari permeabilitas formasi apabila diperforasi dengan tekanan overbalanced (tekanan hidrostatis dalam lubang bor lebih besar daripada tekanan formasi).

*        dari permeabilitas formasi, apabila diperforasi dengan tekanan underbalanced (tekanan hidrostatis dalam lubang bor lebih kecil daripada tekanan formasi).

2.      Ketebalan crushed zone adalah 1/2 inch.

3.      Infiniti reservoir, sehingga P_wst tetap pada sisi dari  compact zone, jadi pada closed outer boundary, konstanta - 3/4 pada persamaan Darcy dihilangkan.

4.      Untuk mengevaluasi pressure drop melalui lubang perforasi digunakan persamaan dari Jones, Blount dan Galze.

Open Perforated Pressure Drop

            Persamaan dibawah ini hanya berlaku untuk sumur minyak pada umumnya, yaitu sebagai  berikut :

             ....................................................................  (4-26)

            ............................. (4-27)

dimana :

dimana :

Bo   = faktor volume formasi, bbl/STB

ro   = densitas minyak, lb/cuft

Lp   = perforation length, ft

Kp   = permeabilitas compact zone, md (kp = 0,1 k formasi,  jika overbalanced dan       kp    = 0,4 k formasi, jika konsidi underbalanced).

rp    = jari-jari lubang perforasi, ft

re    = jari-jari compact zone, ft (re = rp + 0,5 inch)

mo   = voscositas minyak, cp.

Share on Facebook

Share on Twitter

Share on Google+

Share on LinkedIn

Subscribe to receive free email updates: