5-4 Perencanaan Perekahan Hidraulik

The 2nd Phase of Well & Reservoir Management

V.5 - 71

V.5.4. STANDARD OPERATING PROCEDURE (SOP)

PERENCANAAN PEREKAHAN HIDRAULIK

1. TUJUAN

Menentukan besarnya:

1. Laju injeksi fluida peretak (qt)

2. Volume injeksi total (V)

3. Luas rekahan yang terjadi (A)

4. Berat bahan pengganjal (S)

5. Tekanan injeksi di permukaan (Ps)

6. Daya kuda yang diperlukan (Hh)

7. Perbandingan Produktivitas sumur setelah peretakan (PR).

2. METODE DAN PERSYARATAN

Ada dua metode yang dapat digunakan dengan persyaratan yang berbeda:

2. 1. METODE LANGSUNG

Persyaratan metode pertama adalah laju injeksi fluida peretakan volume total fluida

peretak yang digunakan dan gradien retak di daerah tersebut telah diketahui dari

pengalaman operasi peretakan hidraulik di masa lalu.

2. 2. METODE PENJAJALAN

Persyaratan metode kedua adalah Productivity Ratio (PR) yang dinginkan dan

gradien tekanan retak diketahui.

3. TEORI DASAR

Hydraulic fracturing mulai populer sekitar 1948 dan sejak tahun 1980 keatas mulai

meningkat kembali karena dimulai penggunaan pada formasi yang permeabilitas yang

besar. Pada saat ini Hydraulic fracturing bukan saja digunakan untuk meningkatkan

produksi dengan menembus zone damage dan meningkatkan permeabilitas, tetapi juga

untuk menahan fines atau produksi pasir pada formasi berpermeabilitas besar.


V.5 - 72

Gambar 1 Skematik Suatu Hydraulic Fracturing (SPE Mon. 12)

Perekahan hidraulika dilakukan apabila sumur mengalami penurunan produksi, dan

penurunan produksi ini disebabkan karena kecilnya permeabilitas formasi. Perekahan

hidraulika untuk tujuan tersebut, sekarang ini sudah sering dilakukan. Keberhasilan

perekahan hidraulik sangat tergantung pada banyak hal, diantaranya adalah perencanaan

awal (desain awal) perekahan hidraulika sebelum perekahan hidraulika itu dilakukan.

Perekahan hidraulika akan mendapatkan hasil yang baik apabila dilakukan pada

formasi yang berpermeabilitas kecil (< 10 md) atau dimana damagenya agak dalam.

Perekahan hidraulika dimulai dengan pad, slurry dengan proppant lalu flush.

Pada masa lalu pemompaan fracturing fluid dari 1000 – 3000 gallon, pada masa

sekarang pemompaan bisa dari dari 500 gal sampai 1 juta gal dan proppant dari 15000 lb

sampai 9.2 juta lb. Kenaikan produktivitas bisa sampai 3 bahkan 10 kalinya kalau terdapat

damage.

3.1 PENGERTIAN PEREKAHAN HIDRAULIKA

Perekahan hidraulik ialah usaha membuat rekahan untuk jalan mengalirnya fluida

reservoir ke lubang sumur dengan cara menginjeksikan fluida perekah pada tekanan diatas

tekanan rekah formasi. Setelah formasi mengalami perekahan fluida terus diinjeksikan


V.5 - 73

untuk memperlebar rekahan yang terjadi. Untuk menjaga agar rekahan tidak menutup

kembali, maka rekahan yang terjadi diganjal dengan pengganjal berupa pasir (proppant).

Proppant yang digunakan harus mampu mengalirkan fluida dan dapat menahan agar

rekahan tidak menutup kembali, oleh karena itu proppant tersebut harus memiliki

permeabilitas yang besar dan kekuatan yang cukup baik agar tidak mudah hancur terkena

tekanan dan temperatur yang tinggi.

3.2 MEKANIKA BATUAN

Untuk dapat merekahkan batuan reservoir, maka pada batuan tersebut harus diberikan

tekanan sampai melebihi tekanan dari gaya-gaya yang mempertahankan keutuhan batuan

tersebut. Sehingga jika tensile stress terlewati, maka batuan akan merekah pada bidang

yang tegak lurus terhadap stress utama terkecil. Dengan kata lain, jika arah stress utama

terkecil horisontal, maka rekahan yang terjadi adalah vertikal. Sebaliknya jika stress utama

terkecil vertikal, maka rekahan yang terjadi adalah horisontal. Hal ini dapat dilihat seperti

gambar 2. Dari gambar 2 tersebut akan kita dapatkan hubungan ketiga stress tersebut

adalah sebagai berikut :

Stress vertikal (overburden stress) dapat dinyatakan dengan persamaan :

�� = � � �(�) ��

Gambar 2 Besar Ketiga Stress Utama

Jika overburden adalah harga absolut, yang dialami oleh batuan maupun fluida di pori -

pori batuan, maka efektif stressnya (σv ) adalah :

��′ = �� − ��


V.5 - 74

Stress efektif horizontal dapat dinyatakan dengan persamaan :

��′ = �1 − � ��′ = ��′

sehingga stress horisontalnya dapat dinyatakan dengan persamaan

�� = ��′ − ��

dan stress minimum absolutnya adalah :

�� = ��′ − ��

sedang stress absolut minimumnya adalah :

�� = ��′ − ��

Dengan melihat adanya stress-stress tersebut, maka dimungkinkan arah rekahan dapat

terjadi secara vertikal, horisontal, maupun menyudut. Untuk menentukan arah rekahan

tersebut dapat dilakukan sebagai berikut :

1. Jika gradien rekah (Gf) < 0.95 psi/ft, maka arah rekahan terjadi secara vertikal.

2. Jika gradien rekah (Gf) > 1.1 psi/ft, maka arah rekahan terjadi secara horisontal.

3. Jika gradien rekah (Gf), harganya diantara 0.95 -1.1 psi/ft, maka arah rekahan yang

terjadi menyudut.

Parameter-parameter lain yang termasuk daiam mekanika batuan antara lain :

1. Young modulus (E), merupakan kemiringan di daerah linier pada grafik stress vs

strain.

2. Plane strain Modulus (E' ) dinyatakan dengan persamaan :

�′ = �1 − �

3. Shear stress (G) dinyatakan dengan persamaan :

� = �2(1 + �)


V.5 - 75

3.3 MEKANIKA FLUIDA

Fluida perekah digunakan agar rekahan yang terjadi cukup besar sehingga proppant

dapat masuk ke dalam tanpa mengalami mampat (Bridging) atau pengendapan (settling).

Untuk itu, fluida perekah harus berviskositas besar dan kehilangan fluida juga harus

diperkecil, dengan jalan menambahkan polimer, yang akan membentuk sifat wall building.

3.3.1 Rheology

Pengetahuan tentang theology fluida perekah diperlukan untuk mendapatkan harga

viskositas yang cukup berdasarkan besarnya harga shear rate dan shear stressnya. Di dalam

rheology, dikenal tiga jenis fluida perekah, yaitu newtontan, bingham plastik dan power

law.

Untuk fluida newtonian berlaku hubungan :

� = �

Sedangkan untuk fluida Bingham Plastic berlaku :

� = � + �!

dan untuk Power Law berlaku hubungan :

� = " �

Perbedaan ketiga jenis fluid tersebut dapat dilihat pada gambar 3

Gambar 3 Harga – Harga Shear Stress vs Shear Rate


V.5 - 76

Sedangkan Gambar 4 memperlihatkan hubungan antara shear rate dan shear stress

untuk fluida power law pada skala linear dan log-log. Untuk fluida perekah yang berlaku

adalah power law.

Gambar 4 Plot Fluida Power Law Pada Skala Linier dan Log – Log

Berdasarkan pendekatan jenis fluida power law, maka besarnya apparent viskosity

atau viskositas sebenarnya dapat ditentukan dengan persamaan :

�� = 47800" ′

'(�

dengan

" ′ = " )(3+′ + 1)4+′,�′

, .+/.0 1213 (45 − 678�/:/;

" ′ = " )(2+′ + 1)43′,�′

, .+/.0 1213 (45 − 678�/:/;

6.3.2 Fluid Loss (Leak-Off)

Kehilangan fluida adalah terjadinya aliran fluida perekah masuk ke dalam batuan.

Secara umum leak-off yang berlebihan dapat disebabkan oleh ketidakseragaman

(heterogenity) reservoirnya, seperti adanya rekahan alamiah (natural fissures). Cooper eet

al. Memperkenalkan harga koefisien leak-off total (Ct) yang terdiri dari tiga mekanisme

yang terpisah, yaitu :


V.5 - 77

• Viskosity controlled (Cµ), adalah suatu kehilangan fluida yang dipengaruhi oleh

viskositas. Penentuan besarnya harga Cµ dapat dilakukan dengan persamaan :

<= = 0.0469 A0∅∆��

• Compressibility Controlled (Cc) adalah suatu kehilangan fluida yang dipengaruhi oleh

kompressibilitas. Penentuan besarnya harga Cc dapat dilakukan dengan persamaan :

<� = 0.0374 A0∅<D�

Dalam banyak hal harga Cµ dan CC sering dikombinasikan menjadi :

<=E = 2<=<E<= + F<= + 4<E;

• Wall building mechanism (Cw). Terbentuk dari residu polimer di dinding formasi yang

menghalangi aliran masuk ke dalam batuan. Besarnya harga Cw tidak dapat dihitung

dan harus diukur di laboratorium. Gambar 5 memperlihatkan hubungan antara volume

filtrat komulatif terhadap waktu hasil analisis laboratorium. Di mana besarnya Cw

merypakan kemiringan pada daerah linear.

Gambar 5 Plot Hasil Laboratorium Untuk Menentukan Harga Cw = Cm


V.5 - 78

Dari ketiga mekanisme tersebut, maka besarnya koefisien leak-off total adalah :

<� = 2<=<E<=<G + F<=;<G; + 4<E;(<=;+<G; )

Jumlah kehilangan fluida yang masuk ke dalam batuan dapat ditentukan dengan

persamaan :

H = HI + 2<�J/

3.4 FLUIDA PEREKAH DAN ADDITIVE

6.4.1 Jenis Fluida Perekah

Banyak jenis fluida yang digunakan di dalam operasi perekahan. Menurut Thomas C.

Frick, fluida perekah dapat dlgolongkan menjadi empat katagori menurut bahan dasar

pembuatannya, yaitu :

1. Fluida dengan bahan dasar minyak (Oil Base Fracturing Fluid)

Fluida berbahan dasar minyak umumnya relatif murah dan memiliki viskositas yang baik,

dimana hal ini dapat dianggap lebih menguntungkan untuk aliran injeksi yang relatif kecil.

Digunakan untuk injeksi pada kedalaman dangkal sampai pertengahan (<4000 ft).

2. Fluida dengan bahan dasar air (Water Base Fluid)

Pemakaian fluida ini memiliki keuntungan khusus, yaitu dapat digunakan pada laju injeksi

yang tinggi karena jenis fluida ini memiliki densitas yang rendah dan friction loss yang

rendah di dasar sumur. Fluida ini berbahan baku air dan Hydrochloric Acid.

3. Fluida emulsi (Emulsion Fracturing Fluid)

Komposisi fluida emulsi ini terdiri dan minyak mentah dan air. Fluida ini dapat mengurangi

fluid-loss dan friction-loss.

4. Foam dan gases

Jenis fluida ini memiliki batasan pelaksanaan untuk biaya. kesulitan dan keselamatan. Fluida

ini terutama dapat digunakan pada zona gas atau zona dengan permeabilitas rendah.


V.5 - 79

3.4.2 Additive

Suatu fluida perekah seharusnya menghasilkan friksi tekanan yang kecil dan tetap

berviskositas besar untuk menahan proppant, serta bisa turun kembali viskositasnya setelah

selesai perekahan dan dapat menempatkan proppant. Agar memenuhi syarat tersebut maka ke

dalam fluida perekah kadang-kadang harus ditambahkan additive, jenis additive yang biasa

digunakan antara lain:

a. Buffer (pengontrol PH)

b. Bactericides/biocides : bakteri penyerang polimer, untuk merusak ikatannya.

c. Pencampur gel: Untuk menghindari terjadinya gel.

d. Fluid loss additive: Mengurangi terjadinya leak-off

e. Breakers: Memecahkan rantai polimer sehingga fluida kembali menjadi encer.

Besarnya jumlah volume fiuida yang dibutuhkan untuk perekahan, dapat dinyatakan

dengan persamaan dibawah ini:

KL38/.L7 HM4.N7 = "O;P<

3.4.3 Pemilihan Fiuida Perekah

Untuk memilih fiuida perekah yang sesuai, fiuida tersebut harus memiliki criteria

sebagai berikut:

1. Viskositas cukup besar, yaitu 100-1000 cp pada temperatur normal.

2. Filtrasi jangan sampai menutupi pori-pori dan batuan.

3. Bersifat stabil pada tekanan tinggi.

4. Tidak bereaksi dengan cairan lapisan reservoir, karena dapat menimbulkan endapan

yang dapat menyebabkan terjadinya kerusakan formasi.

5. Tidak membentuk emulsi di dalam lapisan reservoir.

6. Viskositas cairan dapat berubah menjadi lebih kecil setelah terjadinya perekahan,

sehingga mudah dikeiuarkan dari dalam sumur.

7. Haruslah memiliki harga yang relatif murah.

8. Aman.


V.5 - 80

3.5 PROPPANT

3.5.1 Jenis Proppant

Proppant adalah benda padat pada umumnya berbentuk pasir dan digunakan untuk

mengganjal rekahan yang terbentuk agar rekahan tersebut tidak menutup kembali. Ada

beberapa macam jenis proppant:

A. Pasir di Alam

• Ottawa (Jordan, White) sand

- bundar sekali (well rounded), kadar quartz tinggi

- sanggup menahan berat

- SG (BD) = 2.65

• Brady (Texas, Hickory) sand

- agak bersudut (angularity), kadar quartz tinggi.

- sanggup menahan berat

- SG = 2.65

B. Ceramic Proppant

• Sintered Bauxite

- tersedia untuk tahan terhadap stress tinggi

- dipakai untuk sumur dengan temperatur tinggi, sumur dalam dan mengandung H2S

- untuk stress sampai diatas 12000 psi

- SG = 3.65

• Keramik berdensitas sedang (Intermediate Density' Ceramics)

- lebih ringan dan lebih murah dari Sintered Bauxite

- untuk stress sampai 10000 psi

- SG = 3.15

• Keramik berdensitas rendah (Low Density Ceramics)

- berat hampir sama dengan pasir

- untuk stress sampai 6000 psi

- SG = 2.7

C. Resin Coated Proppant (proppant dengan lapisan resin)

• Mendistribusikan beban, menghlndarkan persentuhan antar butir-butir


V.5 - 81

• Terikat ditempat untuk mencegah migrasi proppant.

1. Pre-cured Resin

- mengurangi kerusakan karena brittle (mudah pecah)

- SG = 2.55

- resin dapat menahan proppant yang hancur

- Proppant abrasiveness (kekasaran) agak berkurang

2. Curable Resin

- Digunakan untuk membuntuti slurry proppant untuk mencegah proppant mengalir

balik ke sumur

- Setelah membeku akan membentuk massa yang terkonsolidasi dengan daya tahan

besar.

3.5.2 Pemilihan Proppant

Pemilihan proppant rnerupakan suatu hal yang sangat penting sebelum melakukan

perekahan. Proppant yang digunakan akan menentukan besamya harga konduktifitas rekahan

(wkf), yang didefinisikan secara matematis sebagai perkalian antara lebar rekahan (w) dengan

permeabilitas (kf). Kontras antara rekahan dan formasi menentukan kenaikan produksi dari

suatu proyek rekahan. Makin kontras permeabilitas di rekahan akan makin besar

produktivitasnya, akan tetapi tetap harus dicari jalan yang paling ekonomis, baik dalam

proppant maupun ukurannya. Apabila proppant mengalami stress yang melewati kekuatannya

maka akan terjadi crushing dan akan merugikan karena akan mengurangi produktivitasnya.

Ada lima faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan proppant yang pada akhimya

akan mempengaruhi konduktivitas suatu rekahan, yaitu :

1. Ukuran Proppant

Ukuran proppant penting untuk kesuksesan perekahan hidraulik karena 3 alasan yaitu:

• Bridging, untuk bisa mulus maka ukuran lebar rekah minimal harus 4 kali ukuran

proppant.

• Cocok dengan ukuran perporasinya.

• Konduktivitas adalah fungsi dari ukuran proppant.

Ukuran proppant berdasarkan ASTM (American Standard for Testing and Material)

misalnya : 20/40 sand, dapat melalui screen (saringan 0.033 inci) dan tersaring oleh screen 40


V.5 - 82

mesh (0.0165). Sedangkan spesifikasi dari API (American Petroleum Institute) adalah

sebagai berikut :

- Minimum 90 % akan ada di atas saringan (sieves) yang ditentukan.

- Ukuran contoh pasir yang lebih besar dari diatas < 0.1 %

- Ukuran contoh pasir yang lebih kecil dari diatas < 1 %

Ukuran proppant mempunyai efek pada pemadatan, makin besar proppant (12/20 mesh)

makin besar pula konduktivitasnya, akan tetapi makin besar ukuran proppant maka

kekuatannya dalam menahan tekanan yang membebaninya akan makin kecil. Akibatnya

maka proppant tersebut akan pecah (crushed) sehingga pada akhimya akan

menurunkankonduktivitasnya. Berikut ini adalah tabel yang memuat ukuran proppant,

maksimum dan rata-rata.

Tabel 1 Ukuran Proppant

2. Konsentrasi Proppant

Kadar proppant atau konsentrasi proppant didefisikan sebagai jumlah proppant per luas

rekahan (dari satu sisi dinding saja), atau pound proppant/luas (Ib/ft2). Konduktivitas rekahan


V.5 - 83

meningkat dengan meningkatnya konsentrasi proppant. Hubungan ini tidak berlaku untuk

konsentrasi kurang dari 0.5 lb/ft2 karena efek dinding.

3. Kekuatan Proppant (proppant strength)

Strength dari proppant sangat penting untuk proyek perekahan. Gambar 6 menunjukan

persen berat fines yang terjadi pada closure stress tententu. Gambar 6 “Efek Closure Stress

Terhadap Bermacam-macam Jenis Dan Ukuran proppant pada Terjadinya Fines”.

Gambar 6 Efek Closure Stress terhadap Bermacam – macam Jenis dan Ukuran Proppant pad

Terjadinya Fines

4. Bentuk Butiran Proppant

Bentuk butiran proppant (proppant gram shape} yang ditentukan oleh roundness (halusnya

permukaan) dan sphericity (bulatnya butiran), merupakan hal yang sangat penting, karena

bentuk tersebut akan menentukan proppant tersebut kuat atau tidak apabila dikenakan

tekanan. Karena stress permukaan akan merata pada bentuk yang bulat, halus, maka pada

harga stress yang tinggi, makin halus/bulat suatu proppant, maka kemampuannya untuk

menerima tekanan akan makin besar. Roundness dan sphericityditentukan oleh Skala

Krumbein seperti yang ditunjukan oleh Gambar 7, misalnya 0.7R dan skala tersebut adalah

lebih baik dari 0.6R. Di industri minyak umumnya R dan S untuk Krumbein Shape Factor

diambil minimum 0.6 untuk pasir alamiah dan 0.7 untuk pasir industri (buatan).


V.5 - 84

5. Kualitas Proppant

Kualitas proppant buruk apabila banyak zat tambahan yang mengotorinya. Adanya

carbonate, feldspar, atau oksida besi di proppant akan berakibat merusak konduktivitas.

Kelarutan di asam menurut API maksimum 2%.

Gambar 7 Faktor Bentuk Krumbein (Krumbein Shape Factor)

3.5.3 Transportasi Proppant

Penempatan proppant di dalam rekahan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya

adalah kecepatan pengendapan proppant (settling), waktu pengendapan dan tinggi maksimum

pengendapan proppant. Besaran-besaran tersebut dapat ditentukan sebagai berikut :

1. Kecepatan pengendapan proppant (vset) :

HI�� = Q2+′ + 1108+′R S ) 3+′T�S − �DU72" ′(2+′ + 1),

'�′

2. Waktu pengendapan proppant (tset) :

/I�� = ℎD60�I��

3. Tinggi maksimum pengendapan proppant (hfp)

ℎDS = ℎD − �I��/I��2


V.5 - 85

3.6 CARA PEREKAHAN

Gambar 8 menunjukkan perekahan sumur dengan permeabilitas kecil dimana untuk

menaikkan produktivitas, reserves dan usia sumur dilakukan perekahan yang sangat jauh dan

biasanya rekahan tipis dan panjang.

Gambar 8. Rekahan Panjang, Tipis Untuk Permeabilitas Kecil (Keck, AEPT)

Untuk permeabilitas besar, perekahan dilakukan dengan sistim TSO atau tip screen out

untuk permeabilitas 10 – 15 md bahkan yang 100 md atau lebih. Rekahan TSO akan pendek

dan proppantnya akan screen out pada akhir perekahan dan biasanya rekahan gemuk serta

pendek saja.

Gambar 9. Rekahan Pendek, Gemuk, Untuk Permeabilitas Besar, TSO (Keck, AEPT)

Perekahan panjang seperti gambar 8 di atas pernah dilakukan di Vico Kalimantan pada

formasi gas berpermeabilitas dibawah 3 md. Sedangkan perekahan seperti gambar 9

dilakukan pada hampir semua perusahaan di Indonesia seperti Caltex, ARCO, Maxus Gulf,

Mobil, BP dll.

Perekahan akan dimulai dengan pad atau cairan gel tanpa proppant, lalu dilanjutkan

dengan slurry yaitu gel berisi proppant dan diakhiri dengan flushing. Ada dua cara untuk

berdasarkan fluidanya :

1. Fluida encer, dimana viskositasnya lebih kecil dari 50 cp. Ini disebut bank fluid, yaitu

fluida yang nantinya akan membentuk gundukan pasir di rekahan dari konsentrasi

pasir 2-3 ppg dengan laju pemompaan tinggi. Keberhasilannya tergantung dari


V.5 - 86

proppant yang mengendap diluar lubang masuk rekahan. Desain demikian

membutuhkan model komputer untuk menghitung kecepatan fluida, viskositas fluida,

kecepatan settling proppant dll. Cara ini adalah untuk gambar 8 diatas dimana

rekahannya akan jauh. Tetapi pasir terbanyak masih dekat sumur. gambar 10

memperlihatkan skematis pemompaannya. gambar 11 memperlihatkan suatu contoh

hasil perhitungan komputer untuk distribusi proppant.

2. Fluida kental, yang terbanyak digunakan (termasuk gel > 50 cp, X-link, foam, gelled

oil). Bisa mencapai ratusan cp. Dengan ini proppant secara teoritis bisa dibawa

sampai mencapai tip atau ujung rekahan. Dalam praktek, kecepatan proppant akan

lebih rendah dari fluidanya. gambar 12 menunjukkan konfigurasi fluida kental yang

dipompakan secara ramp (meningkat konsentrasinya terhadap waktu). Dalam hal ini

terlihat bahwa waktu pemompaan 3 ppg dilakukan maka slurry didepan juga sudah

mengalami loss sehingga kadar proppantnya 3 ppg.

Gambar 10. Cara Pemompaan Di Banking Fluid Dengan Fluida Encer (M.B. Smith)


V.5 - 87

Gambar 11. Hasil Run Computer Untuk Distribusi Proppant Pada Viskositas rendah (Halliburton)


V.5 - 88

Gambar 12. Konsentasi Proppant Dengan Jarak Pada Cara Ramp (M. Smith, NSI)

Gambar 13. Proppant Schedule Untuk Mendapatkan Konsentrasi Proppant Uniform Pada Akhir

Perekahan (M.B. Smith, NSI)


V.5 - 89

Pada TSO maka mula-mula dipompakan pad, lalu slurry dengan proppant berkadar

rendah sekitar 1 atau 2 ppg selama beberapa waktu .dan diakhiri dengan slurry biasa yang

meningkat (ramp). gambar 14 menunjukkan distribusi awal slurry dimana terjadi packed

proppant ditepian rekahan, dengan ini rekahan berhenti tumbuh, dan injeksi lebih lanjut akan

memadatkan slurry dan proppant disitu.

Gambar 14. Konsentrasi Proppant Pada TSO Sebelum Akhir Perekahan (NSI)

Gambar 15. Konsentrasi Proppant Pada Pemompaan TSO dan Fracpac (NSI)


V.5 - 90

Gambar 16. Perbedaan Proppant Schedule TSO/Fracpac Dengan Normal (NSI)

3.7 MODEL GEOMETRI REKAHAN

Model geometri rekahahan perlu diketahui untuk mengetahui sekaligus memperkirakan

bagairnana bentuk dan rekahan yang teiah terjadi. Model geometri rekahan dibuat

berdasarkan pada, mekanika batuan, mekanika fluida, jenis dan sifat aliran fluida, serta stress-

stress yang berlaku pada batuan.

Model perekahan hidraulik digunakan untuk:

1. Mengetahui berapa hasil produksi nantinya

2. Material yang diperlukan

3. Tekanan

4. Fluid loss dll.

Ada 4 model perekahan yang telah dipakai atau masih dipakai:

1. PKN (Perkins, Kern, Nordgreen) gambar 17. Ini akan terjadi kalau stress di formasi

produktif jauh lebih kecil dari formasi diatas atau dibawahnya.


V.5 - 91

Gambar 17. Model PKN Dimana Batas Atas/Bawah adalah Shale, Panjang Rekahan >> Tinggi Rekahan

(RBT 2000)

Model PKN berasumsi bahwa panjang (atau dalam ) rekahan jauh lebih besar dari tinggi

rekahan (xf >> hf) mempunyai irisan berbentuk ellips dimuka sumur, lebar maksimum di

tengah ellips dan berharga nol untuk bagian paling atas dan paling bawah (ujung-

ujungnya), tekanan dianggap konstan pada irisan vertikal dan sifat reaksi batuan bereaksi

secara vertikal.

2. KGD (atau GdK, Kristianovich-Zheltov, Geertsma dan deKlerk ). Gambar 18.

Gambar 18. Model KGD Dimana hf>>xf (Tinggi Rekahan>Panjang Rekahan)(RBT2000)


V.5 - 92

Pada model ini rekahan akan pendek saja tetapi tinggi rekahan meningkat. Ini biasa terjadi

di Indonesia (di Laut Jawa beda stress shale dengan shaly sand 200 psi dan dengan clean

sand 400 psi. Karena biasanya tekanan net pressure 400 psi atau lebih maka inilah yang

akan terjadi.

3. Model Radial

Gambar 19. Model Radial (RBT2000)

Model radial digunakan bila perekahan dilakukan ditengah formasi yang sangat tebal

ataupun kalau beda stress shale dan sand tidak ada. Model ini sering terjadi juga di Laut

Jawa atau Lapangan Duri Caltex.

4. Model Stimplan

Di model rekahan dengan komputer sering dilakukan dengan cara numerical dan modelnya

dapat dilihat di gambar 20.


V.5 - 93

Gambar 20. Model STIMPLAN Untuk Pseudo 3-D (NSI)

Peter Valko dan Economides memberikan solusi untuk model PKN dan KGD dengan

mempertimbangkan pengaruh kombinasi fluida non-Newtonian dan adanya fluid loss

(laminer). Penurunanya menggunakan harga viskositas apparent pada fluida non-

Newtonian.

Hasilnya adalah sebagai berikut:

WD = TOX + 2YSUZ�4[ℎD<\; ]exp(a;) 7L:8(a) + 2aJ[ − 1b

dengan

a = 2<\J[/OX + 2YS

Untuk PKN

O(0) = ]3.98 c1 + 2++ db �;�e; f9.15"Z�;ℎD('(�)hD�′i

';�e;

dengan asumsi bahwa shape faktornya

OX = [5 O(0)


V.5 - 94

�� = ∆�D = �′(O(0)2ℎD

Untuk KGD

O(0) = ]3.24 c1 + 2++ db �;�e; f11.10"Z��ℎD((�)hD;�′

i';�e;

dengan asumsi bahwa shape faktornya

OX = [4 O(0)

�� = ∆�D = �′(O(0)4hD

Persamaan di atas baik PKN dan KGD, harus diselesaikan dengan trial and error karena w

dan xf harus dihitung sekaligus.

3.8 ANALISIS TEKANAN PEREKAHAN

Hasil perekahan apakah model kita PKN atau KGD (radial) dapat dilihat dari analisis

kualitatif tekanan selama perekahan berlangsung. Gambar 21 memperlihatkan suatu grafik

kelakuan tekanan secara umum pada perekahan hidraulik. Analisis tekanan perekahan untuk

mencari effisiensi dan closure pressure selain untuk menchek harga lain seperti Young

modul, fluid loss dll dilakukan dengan minifrac sebelum fracture sebenarnya kecuali ada data

sumur yang lain sebelumnya.

Gambar 22. memperlihatkan interpretasi pada grafik log-log plot antara Pnet = BHTP - σc

versus waktu. Dari sini terlihat bahwa mula-mula akan naik tinggi karena break down

pressure (disini tak diperlihatkan karena terlampau singkat). Lalu disusul dengan naik karena

rekahan bertambah panjang, ini menunjukkan cara model PKN. Pada waktu rekahan

menubruk batas shale maka grafik hampir mendatar akibat meningkatnya tinggi rekahan.

Setelah itu disusul dengan dihentikannya pompa dan rekahan mulai menutup. Nolte telah

membuat Grafik plot log net pressure terhadap log waktu yang dapat dilihat pada gambar 22.

Dari sini bisa dilihat apakah perekahan menurut PKN atau KGD, atau pecah ke zone lain,

atau screen out.


V.5 - 95

Gambar 21. Grafik Kelakuan Tekanan Pada Perekahan Hidraulik (Nolte)

Gambar 22. Grafik Log Pnet versus log Waktu (Nolte)


V.5 - 96

Tabel 2 Keterangan Gambar 22

Harga Kemiringan Kira - Kira Interpretasi

1/8-1/4

0

1

2

minus

I Tinggi terbatas dan perpanjangan rekahan berjalan

II a) Tinggi rekahan bertambah (cukup)

b) Rekahan membuka

III-a Perkembangan maeet @dua sayap

III-b Perkembangan niacet @dua sayap

IV Perkembangan tidak stabil dan tidak tertahan

Pada saat menutup ini dapat dianalisis berapa effisiensinya dan juga closure pressurenya.

Untuk rekahan yang normal tanpa ada yang masuk ke zone berpori lainnya akan dapat dilihat

bagaimana effisiensi sebagai fungsi dari waktu closure dibagi waktu pemompaan yang akan

diberikan di gambar 23.

Gambar 23. Grafik Effisiensi versus Waktu Closure Dibagi Waktu Pemompaan (NSI)

Harga closure pressure dan closure time dapat dicari antara lain dengan plot tekanan

versus akar dari waktu seperti di gambar 24.


V.5 - 97

Gambar 24. Contoh Plot Tekanan Untuk Mencari Closure Pressure dan Closure Time Pada Suatu Perekahan

Hidraulik (Keck,AEPT).

Effisiensi dari gambar 23 yang biasanya didapat dari minifrac harus dikoreksi terhadap

volume (atau waktu) perekahan sebenarnya dan syarat penting adalah pada minifrac laju

pemompaan harus sama dengan perekahan sebenarnya.

Koreksi itu adalah :

7D;7D' = c/;/'d(('(�jk)/l

Misalnya kalau dari gambar 23, pada minifrac tc = 52 = 25 menit, maka kalau

pemompaan katakan dalam 20.8 menit, maka tc/tp = 25/20.8 = 1.2, jadi effisiensi minifrac =

ef1= 0.45, dan kalau perekahan sebenarnya 100,000 gal versus minifrac hanya 25000 gal,

maka t2/t1 = 0 = 100,000/25,000 = 4.

7D;0.45 = c10000025000 d(('(�.mn)/l

atau

7D; = (0.45)(4)(�.'o = 0.35

atau 35%

Dari harga effisiensi maka bisa dicari berapakah besar pad terhadap total fluida perekah

dengan rumus :

:S = (1 − 7D); + :�


V.5 - 98

dimana: fp = fraksi pad

ef = effisiensi, fraksi

harga fc = 0.05 kalau ef > 0.20

fc = ef/4 kalau ef <0.20.

Sebagai contoh dari suatu perekahan 100,000 gal kalau effisiensi 35% maka pad dihitung :

:S = (1 − 0.35); + 0.05 = 0.47

dan karena volume perekahan 100.000 gal, dari sini volume pad harus 47,000 gal dan volume

slurry 53.000 gal.

3.9 MENGHITUNG TINGGI REKAHAN

Grafik pada gambar 25 dapat dipakai untuk menghitung berapakah tinggi rekahan

dibandingkan dengan tinggi formasi. Ini sangat tergantung pada closure stress di formasi

dibandingkan dengan closure stress di shale diatas dan dibawahnya dan juga berapakah

tekanan perekahan di sumur tsb.

Sebagai misal, kalau tekanan di depan rekahan 500 psi, dan tekanan clossure di shale 600

psi sedangkan di sandstone adalah 400 psi, maka harga : �; − ��' − �' = 600 − 500600 − 400 = 0.5

Dari grafik gambar 25, untuk KIC atau harga fracture toughness 1000 psi akan 0.2. Ini

adalah harga hs/h atau artinya akan menembus shale 20% diatas dan 20% dibawah dari tinggi

formasinya.


V.5 - 99

Gambar 25. Grafik Jauh Penembusan Lapisan Shale Pada Rekahan.(Keck, AEPT)

3.10 EVALUASI HASIL PEREKAHAN

Evaluasi hasil perekahan hidraulik untuk dilakukan untuk mengetahui apakah

pelaksanaan perekahan berhasil atau tidak dalam menmgkatkan produktivitas sumur. Secara

mudahnya ukuran keberhasilan dan setiap stimulasi adalah bila indeks produktivitas sumur

meningkat. Menurut Gilbert indeks produktivitas sumur minyak dapat ditulis sebagai berikut:

p = Zq�I − �GD

Dari persamaan aliran pseudosteady-state, untuk sumur minyak :

�I − �GD = 141.2ZMrM�M0ℎ ]ln cL7LOd − 0.75 + Yb

Jadi untuk aliran pseudosteady-state berlaku :

p = Zq�I − �GD = 0ℎ141.2ZMrM�M uln vL7LOw − 0.75 + Yx


V.5 - 100

Untuk sumur yang direkahkan, Tinsley et al membuat suatu grafik yang dapat

menentukan indeks produktivitas sumur setelah sumur tersebut direkahkan. Anggapan yang

digunakan oleh Tinsley et al adalah, aliran steady state, reservoir silindris, fluida

incompresible, dan re/rw dianggap sama dengan dilapangan. Dengan harga xf/re yang didapat

dari gambar 26, maka akan didapat Productivity Ratio di bawah ini :

<y = c1[d c"D"� d QzDWD R

Substitusikan harga Cr ke dalam persamaan di bawah ini, selanjutnya korelasikan pada

kurva productivity increase dengan harga yang sesuai.

<y2 QℎDSℎD R 4+ cL�LGd = <

pDIp2 = u({ − 3W26�34.7)W4+ vL�LGwx6.215

Gambar 26 Korelasi Tinsley et al untuk Perbandingan Indeks Produktivitas

3.11 ANALISIS KEEKONOMIAN PROYEK PEREKAHAN HIDRAULIKA

Setiap pengambilan keputusan tidak terlepas dari suatu analisis ekonomi yang

melibatkan berbagai pilihan untuk mencapai tujuan yang diinginkan, yang mempunyai nilai


V.5 - 101

ekonomis. Penilaian layak dan tidak layak suatu proyek pada kegiatan perusahaan dan

pengembangan sumber-sumber energi, sehingga perlu ditentukan beberapa faktor yang dapat

menunjukan untung tidaknya proyek tersebut.

Parameter-parameter ekonomi merupakan penilaian tingkat kelayakan suatu proyek,

ditinjau dari segi untung rugi. Dengan mempertimbangkan untung rugi proyek tersebut kita

dapat memutuskan apakah proyek perekahan dilaksanakan atau tidak. Dua parameter

ekonomi yang digunakan tersebut adalah :

• Nilai sekarang dari dana tunai bersih (NPV)

Harga sekarang dari dana tunai bersih (net present value) adalah jumlah keuntungan

bersih suatu proyek pada waktu sekarang. Harga ini diperoleh dengan mengurangi

pendapatan bersih sekarang dengan keseluruhan investasi. Nilai pendapatan bersih sekarang

merupakan kumulatif dari pendapatan bersih pertahun setelah di diskonto.

Secara matematis NPV dapat dinyatakan sebagai berikut :

< = Y(1 + 2)�

|�H = <q + Y(1 + 2)' + Y(1 + 2); + ⋯ Y(1 + 2)�

Apabila harga NPV negatif maka proyek rugi dan apabila NPV positif maka proyek

tersebut untung. Evaluasi rencana investasi dengan menggunakan NPV sangat umum

digunakan karena telah mempertimbangkan konsep nilai waktu dari uang, disamping itu

NPV juga mempenimbangkan angka-angka kemungkinan dari suatu resiko dengan cara

kuantitatif. Effesiensi investasi yang di diskonto (DROI) Effesiensi investasi yang di

diskonto atau biasa disebut juga discounted return on invesment (DROI) didefenisikan

sebagai suatu perbandingan yang tak berdimensi yang diperoleh dengan membagi NPV

dengan nilai sekarang dart investasi. Perbandingan tersebut diinterpretasikan sebagai

jumlah keuntungan bersih yang telah di diskonto akibat tingkat suku bunga rata-rata setiap

dollar atau rupiah yang ditanamkan. Perbandingan ini sangat berguna dalam memilih

kriteria kesempatan investasi yang berada pada keadaan permodalan yang jumlahnya

terbatas. Secara matematik dapat ditulis :


V.5 - 102

~�� = |�H�+�76/362

Semakin besar harga DROI maka keuntungan per rupiah atau per dollar uang yang

diinvestasikan akan semakin besar. Sebaliknya apabila DROI semakin kecil maka

keuntungan per rupiah atau per dollar uang yang diinvestasikan akan semakin kecil.

4. LANGKAH KERJA

4.1 METODE LANGSUNG

1. Siapkan data pendukung:

- Laju injeksi (qi) dan volume fluida peretak yang dibutuhkan (V) pada daerah tersebut

dan pengalaman yang telah lalu.

- Kedalaman sumur (D)

- Jenis fluida peretak yang akan digunakan

- Gravity minyak

- Bahan pengganjal yang akan digunakan

- Lebar rekahan yang diharapkan (W)

- Porositas formasi (φ)

- Permeabilitas rata-rata formasi (k)

- Tebal lapisan (h)

- Viskositas minyak (µ)

- Viskositas fluida peretak ( µf)

- Kompresibilltas fluida reservoir (Cf)

- Tekanan statik dasar sumur (Pst)

- Temperatur sumur rata-rata (Ts)

- Ukuran dan jenis casing

- Ukuran dan Jenis tubing

- Spasi sumur

- Gradien geothermal (Gf)

2. Hitung tekanan dasar sumur yang diperlukan

�� = �D~


V.5 - 103

3. Hitung perbedaan tekanan di muka retakan

∆� = �� − �I�

4. Hitung harga koefisien fluida peretak (Cc)

<� = 0.0374∆� Q08D∅� R'/;

5. Hitung harga waktu pemompaan (t)

/ = HZ� , N7+2/

6. Tentukan harga X

� = 2<F [z /

7. Berdasarkan gambar 27, tentukan Efisiensi peretakan (Eff)

8. Tentukan luas bidang rekahan yang terjadi :

� = Z' + �DDz

9. Tentukan berat bahan pengganjal yang diperlukan untuk mengisi 1 ft2 rekahan:

S = (Volume/Satuan Luas Rekahan)

= (1 - φf) (62.4 ρS)

10. Tentukan banyaknya bahan pengganjal dalam lb yang dibutuhkan.

Sum = S × A

11. Tentukan Konsentrasi bahan pengganjal dl dalam 1 Ib/gal fluida peretak:

x = Sum/V

12. Laju alir total (fluida peretak + pengganjal)

Z� = (HM4. K4.23 17L7/30 + HM4. �7+��3+�34)/


V.5 - 104

Z� = (HM4. K4.23 17L7/30 + Y.N�I6/

13. Tentukan gravity fluida pengganjal pada temperatur sumur rata-rata:

γT = γ60 [ l - β ( T - 60 ) ]

14. Tentukan kerapatan jenis (density) fluida pengganjal pada temperatur sumur rata-rata :

�� = 8.43 � + W1 + 0.0456W

15. Tentukan tekanan hidrostatik

∆Ps = 0.052 ρT D

Gambar 27 Efisiensi Perekahan Versus Fungsi X

16. Tentukan parameter geometri annulus

= �~ /.52+��~ <362+�

Kemudian tentukan de dari gambar 28 (Korelasi Crittendon).


V.5 - 105

17. Tentukan kecepatan rata-rata fluida:

� = 17.16(Z)(q; − �;)

(q; − �;) = �;

18. Hitung Bilangan Reynolds:

|� = 928 ��

Gambar 28 Koefisien Aliran Annulus

19. Tentukan kehilangan tekanan karena gesekan :

∆�D = :h��;25.80

Baca f dari gambar 29.

20. Kehilangan tekanan setelah dikoreksi terhadap line efficiency

∆�D� = ∆�D(0.90);


V.5 - 106

21. Tentukan tekanan injeksi di permukaan :

Ps = Pt + ∆Pfc – ∆Ps

Gambar 29. Faktor Gesekan Untuk Pipa Baja

22. Tentukan Daya Kuda yang diperlukan :

Hh = 0.0245 Ps qt

23. Dari gambar 30, tentukan kf, dan kemudian hitung 0Dz0ℎ

24. Tentukan Productivity Ratio dari gambar 31.


V.5 - 107

Gambar 30 Efek Tekanan Terhadap Permeabilitas Pengganjal

Gambar 31 Perkiraan PR Setelah Perekahan Untuk Rekahan Horizontal


V.5 - 108

4. 2. METODE PENJAJALAN

1. Siapkan data pendukung:

- PR sumur yang ditargetkan setelah operasi peretakan dilakukan.

- Kedalaman sumur

- Jenis fluida peretak

- Gravity fluida peretak

- Kemiringan kurva fluid loss (m)

- Luas kertas saring

- Viskositas minyak pada kondisi sumur (µo)

- Bahan pengganjal

- Lebar rekahan (W)

- Permeabilitas formasi rata-rata (k)

Tebal lapisan (h)

- Tekanan statik dasar sumur (Pst)

- Temperatur sumur rata-rata (Ts)

- Ukuran casing dan tubing

- Spasi sumur (acres)

- Gradien rekah (Gf)

2. Hitung harga tekanan dasar sumur yang diperlukan:

Pt = Gf D

3. Menggunakan Gambar 4, tentukan harga C

< = 0D�0

4. Dengan bantuan gambar 32, tentukan harga serta harga PR yang diberikan. Kemudian

tentukan rf dan A

5. Tentukan berat bahan pengganjal yang diperlukan untuk mengepak 1 sq-ft rekahan (S)

S = (Volume/Satuan Luas Rekahan)

= (1 – φf ) (62.4 ρs)


V.5 - 109

Dengan cara penjajalan, pilih harga q dan tentukan V dan Hh. Untuk mencapai luas

rekahan yang diinginkan (A), banyak kombinasi q, V dan Hh yang memenuhi. Dengan cara

coba-coba, harus di pilih pasangan mana yang paling ekonomis (ditinjau dari segi biaya

yang terlibat pada parameter q, V dan Hh tersebut).

Gambar 32 Perkiraan PR Setelah Perekahan Untuk Rekahan Horizontal

6. Anggap suatu harga q; tentukan harga Cw , ∆Pact dan Cwact

<G = 0.0164N�D

∆�� = �� − �I�

<G�� = <G c∆��∆� d' ;�

7. Hitung X dari persamaan :

� = 2<A[/z

8. Tentukan Efisisensi peretakan

�DD = z�(/)Z�/


V.5 - 110

10. Tentukan harga t menggunakan persamaan di atas dan gambar 27.

11. Tentukan volume fluida peretak yang diperlukan menurut :

V = q t

12. Tentukan konsentrasi bahan pengganjal :

W = YH

13. Tentukan laju injeksi total :

Z� = (HM4. K4.23 17L7/30 + Y.N�IW8.34/

Y.N = Y W �

14. Tentukan Specific Gravity flulda peretak pada temperatur sumur

γT = γ60 [ l - β ( T - 60 ) ]

15. Tentukan kerapatan jenis (density) fluida peretak pada temperatur sumur

�� = 8.43 � + W1 + 0.0456W

16. Tentukan tekanan hidrostatik :

∆Ps = 0.052 ρ D

17. Tentukan kecepatan alir dalam selubung :

� = 17.16(Z)(q; − �;)

(q; − �;) = �;

18. Hitung Bilangan Reynolds :

|� = 928 ��


V.5 - 111

19. Tentukan harga f dari gambar 29

20. Tentukan kehilangan tekanan karena gesekan :

∆�D = :h��;25.80

21. Tentukan tekanan injeksi di permukaan

Ps = Pt + ∆Pfc – ∆Ps

22. Tentukan Daya Kuda yang diperlukan :

Hh = 0.0245 Ps qt

Perhitungan diulangi untuk harga q yang lain dan tentukan harga V dan Hh. Kemudian dicari

kombinasi qt, V dan Hh yang paling ekonomis.

Gambar 33 Bagan Penentuan Dimensi Rekahan


V.5 - 112

Gambar 34 Perencanaan Konsentrasi Proppant

5. CONTOH SOAL

1. Contoh penyelesalan desain dengan metode langsung

Diketahui :

Kedalaman sumur = 2000 ft

Fluida peretak = lease oil

Gravity minyak = 35° API pada 60°F (γ =0.85}


V.5 - 113

Fluida pengganjal (propping agent) = 10-20 mesh sand

Lebar rekahan = 0.1 inch

Porositas = 0.135

Permeabllitas rata-rata = 0.9 md

Tebal lapisan = 50 ft

Viskositas minyak (lease oil) pada kondisi reservoir = 4.0 cp

Kompresibilitas fluida reservoir = 10 × 10-6

psi-1

Tekanan statik dasar sumur = 300 psig

Temperatur sumur rata-rata = 80 °F

Ukuran casing = 51/2 in, J-55. id = 4.892 in

Ukuran tubing = 2 - in nominal, ID = 2.375 in

Peretakan dilakukan melalui anulus

Spasi sumur = 40 Acres (re = 660 ft)

Pengalaman masa lalu di daerah tersebut menunjukkan bahwa laju injeksi fluida peretak

adalah 30 bbl /min dan volume yang dibutuhkan adalah 40.000 gallon lease oil.

- Tekanan dasar sumur yang diperlukan :

Pt = Gf × D

= 1.0 × 2000 = 2000 psig

- Perbedaan tekanan di muka rekahan :

∆P = Pt − Pst

= 2000 – 300 =1700 psi

- Harga koefisien fluida perekah (Cc) dihitung dari persamaan :

<� = 0.0374∆� Q0<D∅� R' ;� , ://JN2+

<� = 0.0374W1700 Q0.0009W10W10(�W0.1354 R' ;� , ://JN2+

<� = 1.11W10(l. ://JN2+


V.5 - 114

- Waktu pemompaan untuk 40000 gallon fluida peretak dengan laju injeksi 3.0 bbl/min

adalah:

/ = 4000030W42 = 31.7 N2+

W = 2<F[O / = 2W1.11W10(lWJ[W31.70.1/12 = 2.66

- Dari Gambar 1 dan efisiensi peretakan X =2.66 adalah 31 %

- Luas bidang rekahan yang terjadi :

� = Z��DDz = 40000W0.317.48W(0.1)/12 = 198900 :/;

Berat bahan pengganjal yang diperlukan untuk mengepak 1 ft2 rekahan:

S = (Vol. /Unit A) (1-φf) × (62.4 ρs)

Umumnya : φf = 0.35

ρf = 2.63

Vol./unit area rekahan = 1 × (0.1)/12 = 0.00833 cuft/ft2

S = 0.00633 (1 – 0.35) (62.4 × 2.63) = 0.868 lb/ft2.

- Jumlah pasir pengganjal yang dibutuhkan:

0.885 × 198900 = 176600 lb

- Konsentrasi pasir dalam 1 Ib/gal minyak 176.600/40.000 = 4.42 Ib/gal. (= x)

- Laju alir total (minyak + pasir):

Z = 4000 + 1766002.63W8.3431.7 = 1516 �34N7+2/ = 36.1554/N7+2/

- Specific gravity minyak pada temperatur sumur rata-rata :

γT = γ60 [ 1 - β ( T - 60 ) ]

β (minyak) = 0.0005

γ80 = 0.05 [ 1-00005 (80 - 60) ) = 0.842


V.5 - 115

- Tekanan hidrostatik pada kedalaman 2000 ft

∆Ps = 0.052 ρT D

�� = 8.34� + W1 + 0.0456W = 8.43(0.842) + 4.421 + 0.0456(4.42) = 9.5345/�34 ∆Ps = (0, 052) (9.53) (2000)

= 991 psi

- Annulus geometry parameter

� = �~ /.52+��~ 8362+� = 2.3750.485 = 4.896

dari Gambar 28 (Korelasi Crittendon) diperoleh :

de = 0.74 × 4.692 = 3.62 in

- Kecepatan .fluida rata-rata:

� = 17.16(Z, 554N7+2/)(q; − �;) = 17.16(36.1)(3.62); = 47.3 ://678

- Bilangan Reynolds :

|� = 928 �� = (928)(3.62)(47.3)(9.53)4 = 3.79W10n

Dari gambar 29 diperoleh f = 0.0040

- Kehilangan tekanan karena gesekan :

∆�D = :h��;25.80 = (0.0040)(2000)(9.53)(47.3);

25.80(3.62) = 1826 162 Koreksi Crittendon terhadap line efficiency

∆�D� = 1826(0.90)2 = 2254 162

- Tekanan injeksi di permukaan (Ps)

Ps = Pt + ∆Pb - ∆PS

= 2000 + 2254 - 991 = 3263 Psig


V.5 - 116

- Bursting pressure untuk casing (51/2 in – J-55) = 5320 psi. 70% dari bursting pressure.

Bursting pressure = 0.7 × 5320 = 3724. Jadi tekanan injeksi masih memadai.

- Daya Kuda yang diperlukan:

Hh = 0.0245 Ps qt hp

= (0.0245) (3263) (36.1) =2886 hp

- Menghitung PR :

• anggap rekahan yang terjadi horizontal (D = 2000 ft, Gf = 1)

• anggap tekanan yang terjadi adalah lingkaran dengan luas πrf2 LDL� = 252660 = 0.381

• Dari gambar 30 (untuk 10 - 20 mesh) diperoleh.

• kf = 60000 md

0Dz0ℎ = (6000)(0.1 12� )(0.9)(50) = 11.1

• Dengan bantuan gambar 31 diperoleh PR = 5

Kesimpulan :

qt = 36.1 bbl/min

V = 40.000 gallon

A = 198900 ft2

S = 0.888 lb/sq ft

Ps = 3263 psig

Hh = 2886 hp

PR = 5

2. Contoh penyelesaian desain dengan metode penjajalan

Diketahui :

Kedalaman sumur = 7000 ft

Fluida perekah = minyak mentah ditambah dengan 0.1 lb/gal

additive sebagai pencegah fluid loss

Gravity minyak = 30° API pada 60°F (γ = 0.876)


V.5 - 117

Kemiringan kurva fluid loss = 1.2 CuCm / (min)1/2

(Fluid loss diukur pada 1000 psi dan 125 °F)

Luas kertas saring = 22.8 Cm2

Viskositas minyak pada kondisi sumur = 7 cp

Bahan pengganjal (propping agent) = 10-20 mesh pasir

Lebar rekahan = 0.1 in

Permeabilitas formasi rata-rata = 1.0 md

Tebal lapisan = 50 ft .

Tekanan statik dasar sumur = 2500 psig

Temperatur sumur rata-rata = 125 °F

Ukuran casing = 51/2 in, J-55, ID 4.892 in

Spasi sumur = 40 Acres (re ; 660 ft)

Perekahan melalui casing

Gradien rekah = 0.7 psi/ft

Penyelesaian :

- Anggapan : - PR yang diharapkan = 3

- Rekahan yang terjadi vertikal karena dalamnya sumur

- Menggunakan gambar 30 :

Untuk Pt = 0.7 × 7000 = 4900 psi , kf = 13.000 md

< = 0Dz0 = (13000)(0.1 12� )1.0 = 108

- Menggunakan gambar 32; untuk PR = 3 didapat : LDL� = 0.25

LD = 0.25 W 660 = 165 :/

� = 2 W 165 W 50 = 16500 :/;

- S = 0,688 (dari contoh 1), banyaknya pasir yang dibutuhkan :

0.689 × 16.500 = 14. 650 lb


V.5 - 118

- Untuk mencapai luas rekahan di atas, banyak kombinasi antara q dan V yang memenuhi.

Dengan cara coba-coba dipilih pasangan mana yang paling ekonomis (ditinjau dari segi

harga/biaya yang terlibat pada q dan V).

- Anggap q = 30 bbl/min dan tentukan V dan Kemudian Hh

- Dengan anggapan q = 30 bbl/min

<G = 0.0164N� = 0.0164 W 1.222.8 = 0.863W10(l://JN2+

∆�� = 4900 − 2500 = 2400 162 <G�� = <G c∆��∆� d' ;� = 0.863W10(l c24001000d' ;� = 1.34W10(l://JN2+

- Hitung x dari persamaan :

� = 2<A[/z = 2W1.34W10(lJ[/30W5.615/ = 8.16/

- Tentukan efisiensi perekahan :

�DD = z�(/)Z�/ = T0.1 12� UW(16500)30W5.615/ = 8.16/

- Gunakan persamaan di atas dan gambar 27 untuk mendapatkan, t = 30 menit

- Volume fluida perekah yang diperlukan

V = q × t = 30 × 42 × 30 = 37800 gallon

- Konsentrasi pasir (x) adalah

W = 1465037800 = 0.39 45/�34

- Laju injeksi total (termasuk pasir) :

Z� = 30 + 30W0.392.63W8.34 = 30.5 554/N2+


V.5 - 119

- Specific gravity minyak pada temperatur sumur rata-rata :

γT = γo [ 1 – β (T - 60) ]

β =0.0005

γ125 =0.0005 γ125 = 0.876 [1 –0.0005 (125-50) ] = 0.648

- Kerapatan jenis pada temperatur stunor rata-rata :

�';n = 8.43W0.848 + 0.391 + 0.0456W0.39 = 7.33 45/�34

- Tekanan hidrostatik :

∆Ps = 0.052 ρ D

= 0.052 × 7.33 × 7000 = 2666 psi

- Kecepatan aliran pada casing :

� = 17.16Z(q; − �;) = 17.16W30.54.982 = 21.9 ://678

- Tentukan bilangan Reynolds

|� = 928 �� = (928)(4.829)(7.33)(21.9)7 = 102767

Dari gambar 29:

f = 0.0046

- Hitung kehilangan tekanan karena gesekan :

∆�D = :h��;25.80 = (0.0046)(7000)(7.33)(21.9);

25.80(4.892) = 897 162

- Tekanan injeksi di permukaan :

Ps = 4900 + 897 - 2668 = 3129 psi

- Daya kuda yang diperlukan :

Hh = 0.0245 Ps Pt

= 0.0245 (3129) (30.5) = 2335 hp


V.5 - 120

Perhitungan diulangi untuk harga q yang lain dan tentukan harga V dan Hh. Kemudian dicari

kombinasi qt, V dan Hh yang paling ekonomis.

6. DAFTAR PUSTAKA

1. Priraharjo, Y., Rauf, N., Stemberger, D., and Gilmore, T.: “Guide line to success on

stimulation campaign”, 2003.

2. Craft, B.C., Holden, W. R. and Graves Jr, E. D.: “Well Design, Drilling and

Production”.

3. Prentice Hall Inc, Bab VIII, hal 483 – 553.

4. Alien, T, O, and Roberts. A, P.: “Production Operation 2”, OGCI Bab VIII, a1 141-

166.

5. Howard & Fast: “Hydraulic fracturing”, SPE Monograph.

7. DAFTAR SIMBOL

A = luas (acres)

C = kompresibilitas

Cf = Kompresibilitas fluida (psi"1)

d = diameter (inch)

do = diameter luar (inch)

di = diameter dalam (inch)

D = kedalaman (ft)

Gf = gradien rekah (psi/ft)

h = tebal formasi

Hh = daya kuda (Hp)

k = permeabilitas formasi (md)

kf = permeabilitas rekaban (md)

L = panjang (ft)

m = kemiringan kurva fluid loss (Cm3/fmin)

P = tekanan (psi)

Pst = tekanan statik dasar sumur (psi)

Ps = tekanan injeksi di permukaan (psi)

PR = Productivity Ratio


V.5 - 121

q = laju alir (bbl/min)

qi = laju injeksi awal (bbl/min)

qt = laju injeksi total (bbl/min)

r = jarak (ft)

re = radius pengurasan (ft)

rf = radius peretakan (ft)

t = waktu (menit)

T = temperatur (°F)

Ts = temperatur sumur rata-rata (°F)

V = volume total (gallon)

v = kecepatan alir (ft/sec)

x = konsentrasi (ib/gal)

w = lebar rekahan (inch)

Huruf Yunani

γ = specific gravity .

ρ = Kerapatan jenis [density) (Ib/gal)

φ = porositas (fraksi)

µ = viskositas (md)

Documents

5-4 Perencanaan Perekahan Hidraulik