BAB III

BAB III

FORMATION COMPLETION

3.1. Pengertian dan Tujuan Well Completion

Well Completion adalah pekerjaan tahap akhir atau pekerjaan penyempurnaan untuk mempersiapkan suatu sumur pemboran menjadi sumur produksi. Untuk mendapatkan hasil produksi yang optimum dan mengatasi efek negatif dari setiap lapisan produktif maka harus dilakukan pemilihan metode well completion yang tepat dan ukuran peralatan yang sesuai untuk setiap sumur. Tidak ada dua jenis well completion yang sama persis antara sumur satu dengan yang lainnya, tetapi selalu bervariasi tergantung dari faktor yang dipertimbangkan. Tujuan dari well completion adalah mengatur aliran fluida dari formasi produktif dasar sumur ke permukaan sebaik mungkin. 3.2. Jenis-Jenis Formation Completion

Metoda well completion terbagi atas tiga bagian utama, yaitu bottom hole (formation) completion, tubing completion dan wellhead completion. Bottom hole completion dapat dilakukan secara open hole completion, perforated casing completion dan liner completion.

Pada tubing completion diusahakan agar mampu mengangkat fluida yang telah berada dalam lubang sumur ke permukaan dengan semaksimal mungkin. Tubing completion berdasarkan jumlah production string yang digunakan dalam satu sumur, dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu single completion, commingle completion, dan multiple completion.

Wellhead completion dimaksudkan untuk memberikan keselamatan kerja pada waktu penggantian atau pemasangan peralatan produksi dibawah permukaan dan juga berfungsi untuk mengontrol aliran fluida dari sumur.

Dari semua jenis tipe komplesi secara umum, adapun halnya yang akan dibahas lebih terperinci hanya Bottom hole (Formation) Completion.3.2.1. Bottom Hole (Formation) Completion

Merupakan jenis komplesi yang berfungsi untuk memaksimalkan aliran fluida dari reservoir ke dalam lubang sumur. Berdasarkan pemasangan peralatan dan fungsinya maka formation completion dapat dibagi menjadi beberapa metode yaitu open hole completion, perforated casing completion dan Liner completion.

3.2.1.1. Open Hole Completion

Merupakan metode yang paling sederhana dan paling murah yaitu dengan membuka seluruh formasi produktifnya, casing dipasang dan disemen di atas lapisan produktifnya sehingga formasi produktif tidak tertutup secara mekanis, sehigga aliran fluida reservoir dapat langsung masuk ke dalam lubang sumur tanpa penghalang. Gambar 3.1 menunjukkan penampang metode open hole completion.Metode ini hanya dipakai untuk formasi yang terkosolidasi dengan baik, sehingga tidak mudah gugur. Ciri formasinya adalah tebal dan tekanan formasinya relatif rendah.

Dalam mengevaluasi well performance standart yang dipakai ialah PI dari open hole yang menembus seluruh zona atau lapisan produktif dimana tidak ada gangguan permeabilitas di sekitar lubang sumurnya.

Metoda ini merupakan metoda paling sederhana dan termurah, dimana casing dipasang hanya sampai puncak formasi produktif (Gambar 3.1), sehingga formasi produktif tidak tertutup secara mekanis. Metoda ini hanya cocok untuk formasi yang kompak (tidak mudah gugur, harga factor sementasi m 2 sampai 2.2). Misalnya limestone, dimana tidak dikhawatirkan adanya keguguran, kemudian zone lapisan produktifnya hanya satu tetapi tebal dan tekanan formasinya relatif cukup rendah.

Gambar 3.1.

Open Hole Completion 2)

Faktor yang perlu diketahui dan diperhatikan dalam perencanaan open hole completion adalah kestabilan formasi, dimana hal ini sangat berkaitan dengan terjadinya keruntuhan lubang bor pada saat operasi dilakukan, baik pemboran maupun produksi. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kesetabilan formasi pada batuan karbonat adalah sementasi batuan dan kekuatan formasi.

A. Perhitungan Rate Produksi Pada Fully Penetrating Well

Tingkat kedalaman pemboran sangat berpengaruh terhadap besarnya rate produksi yang di hasilkan. Fully penetrating well merupakan sumur dimana pemboran menembus seluruh ketebalan formasi produktif.

Untuk kondisi ini dimana aliran fluida membentuk aliran radial, maka penentuan rate produksi dengan menggunakan persamaan yang dikemukakan oleh Darcy, sebagai berikut :

(3-1)

B. Perhitungan Rate Produksi Pada Partially Penetrating Well

Partial penetration well merupakan sumur dengan lubang pemboran hanya mencapai sebagian dari ketebalan formasi produktif sebagaimana terlihat dalam Gambar 3.2.

Gambar 3.2.

Partially Penetration Well 8)

Muskat menyatakan bahwa kapasitas produksi pada partially penetration well adalah berbanding lurus terhadap fraksi penembusan/penetrasi dari ketebalan total formasi produktif.

Untuk sumur-sumur open hole completion, dimana sumur hanya menembus sebagian formasinya (partially penetrating wells) seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2, maka produktivitas sumur dapat ditentukan sebagai berikut :

(3-2)

dimana :

f= fraksi penetrasi (D/h), tanpa satuan

D= jarak kedalaman penetrasi, ft.

Partial penetration well dipengaruhi beberapa faktor sebagai berikut : Pengaruh coning.

Adanya pengaruh coning dalam hubungannya dengan partial penetration akan menggangu effisiensi pengurasan sumur. Gambar 3.2 menunjukkan jenis cone yang terjadi pada suatu sumur akibat berkurangnya tekanan disekitar sumur. Cone akan bertambah dengan bertambahnya tekanan drawdown sumur. Tekanan drawdown maksimum tanpa menyebabkan air masuk ke dalam sumur dapat diperkirakan dengan rumus :

Pmax = 0.433 ((w (o) hmax (3-3)

Pengaruh berkurangnya tekanan dasar sumur (Pwf).

Tekanan dasar sumur pada partially penetrating adalah lebih kecil dari pada kondisi totally penetration.

Pengaruh skin damage.

Adanya perubahan aliran fluida secara radial menjadi spherical karena pengaruh partial penetration ini akan menyebabkan bertambahnya pressure drop disekitar lubang bor yang dinyatakan dengan extra skin faktor. Menurut Brons dan Marting, besarnya pseudo skin dapat ditentukan dan merupakan fungsi dua parameter, yaitu fraksi penetrasi (b) dan perbandingan ketebalan lapisan produktif terhadap jari-jari sumur, atau :

Jenis komplesi sangat cocok diterapkan pada reservoir solution gas drive. Pemakaian open hole completion pada suatu formasi mempunyai beberapa keuntungan dan kelemahan.

Beberapa keuntungan metoda open hole completion adalah :

1. Laju produksi dapat mencapai harga maksimum, karena diameter lubang sumur yang terbuka adalah lebar didepan formasi produktifnya.

2. Sumur mudah dilakukan pemboran yang lebih dalam saat workover.

3. Tidak memerlukan biaya perforasi dan mengurangi kerusakan formasi.

4. Penggantian sistem komplesi mudah dilakukan, seperti memasang liner atau perforated completion.

5. Intepretasi log memberikan hasil yang cukup baik.

Sedang kelemahan open hole completion adalah sebagai berikut :

1. Produksi air dan gas sulit dikontrol.

2. Sumur lebih banyak memerlukan pekerjaan workover atau clean-out.

3. Sukar dilakukan stimulasi secara selektif.

4. Pemasangan casing dilakukan dengan cara coba-coba sebelum pemboran terhadap formasi produktif.

3.2.1.2. Perforated Casing Completion

Dalam metoda ini casing produksi dipasang menembus formasi produktif dan disemen. Selanjutnya dilakukan perforasi pada interval-interval yang diinginkan. Dengan adanya casing, maka formasi yang mudah gugur dapat ditahan. Metoda ini banyak diterapkan pada sumur-sumur dengan formasi produktif kurang kompak dan banyak fracture atau porositas bergoa, yang dapat menyebabkan keruntuhan formasi. Untuk komunikasi antara formasi produktif dengan lubang sumur dilakukan perforasi sebagai saluran masuknya minyak ke lubang sumur. Perforated casing completion umumnya digunakan pada formasi-formasi dengan faktor sementasi (m) lebih kecil dari 1.7.

Perforated casing completion merupakan metode completion yang paling umum diterapkan dilapangan minyak, karena adanya beberapa faktor yang menguntungkan, yaitu:

1. Memberikan kemungkinan paling baik untuk pekerjaan-pekerjaan yang akan datang (workover dan stimulasi sumur).

2. Memungkinkan memproduksi beberapa zona secara bersama-sama melalui tubing yang terpisah.

3. Zona-zona dapat distimulasi secara selektif.

4. Memungkinkan pemboran melalui zona produktif untuk pemasangan casing jika diperlukan.

5. Adanya keruntuhan formasi dapat ditahan oleh casing.

Dalam metoda perforated casing completion ini, terlebih dahulu harus dipahami mengenai teknik perforasi, interval perforasi, pressure drop pada perforasi dan pemilihan jenis perforator yang sesuai agar pekerjaan ini berhasil dengan baik.

A. Teknik Perforasi

Pada umumnya teknik perforasi secara konvensional dilakukan dengan menggunakan wireline, dimana kedalaman perforator ditentukan dengan mengukur panjang kabel dan penyalaannya dilakukan dipermukaan. Selama pengerjaan diperlukan lumpur bor untuk mengimbangi tekanan sumur agar tidak terjadi blow out. Disini ada dua macam perforasi yang umum, yaitu perforasi overbalance dan perforasi underbalance.

1. Perforasi Overbalance

Teknik perforasi ini dilakukan pada kondisi dimana tekanan dasar sumur lebih besar dari tekanan formasi, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.3. Dari hasil penelitian diketahui bahwa cara ini tidak menguntungkan, dikarenakan lubang hasil perforasi akan tersumbat oleh partikel-partikel, seperti lumpur dan serpih pecahan batuan sebagai akibat aliran fluida pemboran dari lubang sumur ke dalam formasi pada saat pelubangan. Hal ini terjadi karena tekanan dasar sumur lebih tinggi dari tekanan formasi, sehingga pada saat sumur diproduksikan, aliran fluida akan terhalang oleh partikel padatan yang menyumbat lubang perforasi.

2. Perforasi Underbalance

Perforasi underbalance merupakan kebalikan dari teknik perforasi overbalance, yaitu tekanan dasar sumur lebih kecil dari tekanan formasi. Pada dasarnya secara teknik perforasi teknik underbalance dapat digolongkan menjadi dua metoda, yaitu metoda wireline dan tubing conveyed (Gambar 3.4).

Gambar 3.3.

Metoda Perforasi Overbalance 16)

Gambar 3.4.

Metoda Perforasi Underbalance 16)

Karena perforasi dilakukan pada tekanan formasi lebih tinggi dari tekanan dasar sumur, maka saat setelah perlubangan akan terjadi aliran fluida kedalam sumur, dimana aliran ini akan membersihkan lubang perforasi dari pecahan batuan, semen dan padatan lumpur pemboran.

B. Penentuan Interval Perforasi

Penentuan interval perforasi dimaksudkan untuk mendapatkan suatu posisi dan panjang rangkaian perforasi optimum yang memberikan laju produksi maksimum tanpa ikut terproduksinya air dan gas. Chierici menggunakan model potentiometric dalam mencari hubungan antara laju produksi kritis dengan parameter-parameter reservoir serta produksi untuk menentukan interval perforasi serta posisinya.

Anggapan-anggapan atau asumsi yang digunakan dalam perhitungan Chierici ini adalah sebagai berikut :

Reservoir homogen.

Kontak antar muka fluida adalah horizontal pada kondisi statik.

Pengaruh tekanan kapiler diabaikan.

Fluida reservoir bersifat incompressible.

Volume aquifer terbatas dan tidak memiliki kontribusi sebagai mekanisme dorong reservoir.

Gas cap berkembang dengan kecepatan yang relatif kecil, sehingga gradient potensialnya diabaikan.

Laju produksi minyak yang melalui sumur produksi tidak boleh melebihi harga :

(3-4)

(3-5)

dimana :

Qoc,w= laju produksi maksimum sebelum terjadi water coning, stb/hari

Qoc,g= laju produksi maksimum sebelum terjadi gas coning, stb/hari

((wo= selisih berat jenis air-minyak, gr/cc

((og= selisih berat jenis minyak-gas, gr/cc

kh= permeabilitas horisontal, mD

kv= permeabilitas vertikal, mD

(o= viskositas minyak, cp

Bo= faktor volume formasi minyak, bbl/stb

rDe= parameter jari-jari pengurasan, ft =

fb= fraksi total kolom minyak yang dikomplesi

hcg= jarak dari batas gas-minyak ke puncak interval perforasi, ft

hcw= jarak dari batas air-minyak ke dasar interval perforasi, ft

h= total ketebalan kolom minyak, ft.

Berdasarkan persamaaan (3-4) dan (35), maka bila laju produksi minyak (Qo) lebih besar dari (Qoc,w) akan terjadi water coning sehingga akan menyebabkan terproduksinya air. Demikian pula bila Qo lebih besar dari Qoc,g maka akan terjadi gas coning yang akan menyebabkan terproduksinya gas. Agar tidak terjadi coning secara simultan, maka Qo harus memenuhi persamaan :

Qo ( Qow dan Qo ( Qog (36)

Dengan diketahuinya harga-harga re, h, kh, kv, (o, rw, re, o dan Bo, maka dengan menggunakan bantuan Gambar 3.5 dapat ditentukan interval perforasi dan posisinya dengan prosedur sebagai berikut :

a. Hitung harga rDe.

b. Tentukan harga ((og/((ow.

c. Misalkan kemungkinan harga fb.

d. Dengan menggunakan salah satu Gambar 3.5 yang sesuai dengan harga rDe, salah satu dari beberapa kemungkinan harga fb, dan harga ((og/((ow, maka akan diperoleh harga (.

Apabila terdapat aquifer dan gas cap, maka kondisi maksimum laju produksi kritis secara teoritis adalah memenuhi kondisi berikut :

Qoptimum = Qoc,g = Qoc,we.Hitung harga-harga Qoptimum dengan persamaan (3-4) dan (3-5) dengan menggunakan harga-harga yang telah diperoleh pada langkah d.

f.Dengan mengetahui kemampuan sumur pada berbagai interval perforasi, maka dari berbagai harga Qoptimum yang telah dihitung pada langkah e dapat ditentukan harga Qoptimum yang sesuai atau laju kritis yang sesuai dari sumur yang bersangkutan.

g. Dari harga Qoptimum yang diperoleh pada langkah f, maka harga fb untuk sumur yang bersangkutan dapat diketahui, sehingga harga-harga berikut ini diperoleh :

b= fb ( h = panjang interval perforasi

hcg= dg ( h = jarak antara batas gas-minyak sampai puncak perforasi

hcw= h b hcg = jarak antara batas air-minyak, sampai dasar perforasi.

Gambar 3.5.

Kurva Fungsi ( Terhadap rDe Untuk Menentukan Interval Perforasi 8)

C. Pressure Drop Perforasi

Carl Granger dan Kermit Brown menggunakan analisa nodal untuk mengevaluasi penurunan tekanan (pressure drop) yang melalui lubang perforasi, pada berbagai harga density perforasinya. Analisa nodal ini, diterapkan untuk standart perforated well, dengan menganggap perforated hole turun sebesar 90o dan tidak terjadi adanya 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 adalah :2. 10% dari permeabilitas formasi, apabila diperforasi dengan tekanan overbalanced (tekanan hidrostatik dalam lubang bor lebih besar dari pada tekanan formasi).

a. 40% dari permeabilitas formasi, apabila diperforasi dengan tekanan underbalanced (tekanan hidrostatik dalam bor lebih kecil dari pada tekanan formasi).

3. Ketebalan crushed zone adalah inchi.

4. Infinite reservoir, sehingga Pwfs tetap pada sisi dari compact zone. Jadi pada closed outer boundary, konstanta pada persamaan Darcy dihilangkan.

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

Persamaan yang digunakan untuk open perforation drop sumur-sumur minyak, yaitu :

Pwfs Pwf = aq2 + bq = P (3-7)

Atau :

(3-8)

dimana :

Bo=faktor volume formasi, bbl/stb

(o=densitas minyak, lb/cuft

Lp=perforation length, ft

kp=permeabilitas compact zone, mD (kp = 0.1 k formasi, jika overbalance dan kp = 0.4 k formasi jika kondisi underbalanced)

rp=jari-jari lubang perforasi, ft

rc=jari-jari compacted zone, ft (rc = rp + 0.5 inch)

(o=viskositas minyak, cp.

D. Jenis Perforator

Jenis perforator ada dua macam, yaitu bullet perforator dan shape charge (jet) perforator.

1.Bullet (Gun) Perforator

Gambar 3.6 memperlihatkan bentuk irisan melintang dari gun perforator. Gun body terdiri dari silinder panjang yang terbuat dari besi, sejumlah gun ditempatkan pada gun body dengan interval tertentu. Masing-masing gun berisi sebuah bullet (peluru) yang terbuat dari baja.

Gambar 3.6.

Bentuk Irisan Melintang Suatu Gun Perforator 2)

Rangkaian gun body yang berisi beberapa gun diturunkan ke dalam sumur dengan bantuan wire line. Melalui wire line arus listrik dialirkan dari permukaan menuju igniter (penyala/pematik api) untuk menyalakan propellant (bahan pembakar) yang terdapat di dalam catridge tube (tempat peluru). Terbakarnya propellant disertai dengan timbulnya ledakan yang mampu melontarkan bullet dengan kecepatan yang sangat tinggi, hingga dapat menembus casing, semen dan formasi yang ditargetkan. Tembakan gun dapat dilakukan secara satu per satu atau secara serentak. Proses perforasi dengan gun perforator dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7.

Proses Perforasi Dengan Gun Perforator 2)

Berikut beberapa keuntungan penggunaan bullet perforator :

Ekonomis untuk interval perforasi kecil.

Dapat menimbulkan rekahan pada formasi, sehingga dapat memperbesar permeabilitas didepan lapisan produktifnya.

Lubang yang dihasilkan bulat, sehingga apabila sewaktu-waktu diperlukan dapat disumbat dengan klep bola.

Pada formasi yang lunak, lubang yang dihasilkan lebih dalam dibandingkan dengan jet perforator.

Besarnya stand off (jarak perforator dengan casing) tidak begitu berpengaruh terhadap kekuatan penembusan.

Sedangkan kerugian dari penggunaan gun perforator adalah:

Tidak dapat digunakan untuk formasi bertemperatur tinggi (lebih dari 250 oF).

Pada lapisan tipis, terbentuknya rekahan dapat menyebabkan ikut terproduksinya air ataupun gas.

Kurang baik untuk casing yang berlapis-lapis dan formasi yang keras, juga jenis ini tidak dapat digunakan untuk perforasi pada permanent type completion, karena tidak dapat diturunkan melalui tubing (diameternya lebih besar dari diameter tubing).

2.Jet Perforator

Prinsip kerja jet perforator berbeda dengan bullet perforator. Disini bukan gaya explosive (bahan peledak berkekuatan besar/propellant) yang melontarkan bullet, melainkan explosivenya sendiri yang diarahkan oleh bentuk explosive charge menjadi arus berkekuatan besar ke sasaran yang telah ditentukan. Proses perforasi dengan menggunakan jet perforator dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8.

Proses Perforasi Dengan Jet Perforator 2)

Dalam hal ini liner (penyekat) dan case (tempat bahan peledak) yang hancur akibat ledakan explosive, akan menyatu dengan arus jet berkekuatan tinggi (( 3000 feet/detik) dan secara bersama-sama menembus casing, semen dan lapisan produktif yang telah ditargetkan. Masuknya pecahan liner dan case yang terbawa oleh arus jet (disebut dengan carrot) ke dalam lapisan produktif dapat menutup perforasi yang telah dibuat. Tetapi disain jet perforator yang baru mampu mengatasi masalah seperti ini.

Jet perforator ada yang diturunkan pada alat retrievable (yang dapat diambil kembali) seperti halnya gun perforator, ada pula yang setelah penembakan dapat hancur dengan sendirinya. Beberapa keuntungan penggunaan jet perforator adalah sebagai berikut :

Dapat digunakan untuk formasi dengan temperatur tinggi, yaitu hingga 400 oF.

Tidak menimbulkan rekahan yang besar pada semen dan formasi, sehingga terproduksinya air dapat dicegah.

Lebih murah untuk interval perforasi yang panjang karena dapat menghasilkan lubang yang banyak untuk sekali pengoperasian.

Penembusan pada formasi yang keras lebih baik dari pada gun perforator.

Cocok untuk perforasi pada permanent type completion, karena dapat diturunkan melalui tubing (diameternya lebih kecil dari pada diameter tubing).

Kerugian jet perforator adalah sebagai berikut :

Rekahan yang dihasilkan kecil, sehingga tidak dapat menaikkan harga permeabilitas pada lapisan yang tebal.

Karena lubang yang dihasilkan runcing-runcing dibagian dalam dan tidak bulat, maka klep-klep bola tidak dapat digunakan untuk menutupnya bila diperlukan.

Stand off (jarak perforator dengan casing) yang besar akan mengurangi kecepatan jet.

3.2.1.3. Liner Completion

Metoda ini biasa digunakan untuk formasi produktif dengan faktor sementasi antara 1.4 sampai 1.7. Liner completion dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan cara pemasangan linernya, yaitu screen liner completion dan perforated liner completion.

1.Screen Liner Completion

Dalam metoda ini casing dipasang sampai puncak dari lapisan/zona produktif, kemudian liner dipasang pada formasi produktif yang dikombinasikan dengan screen, sehingga pasir yang terproduksi tertahan oleh screen. Komplesi jenis ini ditunjukkan pada Gambar 3.9 (a).

Keuntungan screen liner completion adalah sebagai berikut :

1. Formation damage selama pemboran melewati zona produktif dapat dikurangi karena tidak dilakukan penyemenan.

2. Pengurangan biaya karena tidak perlu memasang production casing sampai permukaan dan tidak melakukan perforasi.

3. Dapat disesuaikan dengan cara khusus untuk mengontrol pasir.

4. Pekerjaan pembersihan lubang dapat dihindarkan.

Kerugian screen liner completion adalah sebagai berikut :

1. Produksi air dan gas sulit dikontrol.

2. Stimulasi tidak dapat dilakukan secara selektif.

3. Rig time bertambah dengan digunakannnya cable tool.

4. Sumur tidak mudah ditambah kedalamannya.

5. Fluida tidak mengalir dengan diameter penuh.

Gambar 3.9

Liner Completion 2)(a) Screen(liner completion ; (b) Perforated(liner completion

2.Perforated Liner Completion

Dalam metoda ini casing dipasang sampai di atas zona produktifnya, kemudian disambung dengan casing liner yang disemen dan diperforasi. Jenis komplesi ini diperlihatkan pada Gambar 3.9 (b).

Keuntungan metoda perforated liner completion adalah sebagai berikut :

1. Produksi gas atau air dapat dikontrol.

2. Stimulasi dapat dilakukan secara selektif.

3. Sumur dapat ditambah kedalaman dengan mudah.

Kerugian metoda perforated liner completion adalah sebagai berikut :1. Fluida mengalir kelubang sumur tidak dengan diameter penuh.

2. Interpretasi log kritis, karena perlu dilakukan gamma ray log agar tidak salah memilih lapisan pasir dan menghindari zona sub margin pada saat akan dilakukan perforasi.

3. Penyemenan liner sulit dilakukan.

4. Ada tambahan biaya untuk perforasi, penyemenan dan rig time.

(a)(b)

_1134287217.unknown

_1134486412.unknown

_1134486442.unknown

_1134287475.unknown

_1134306264.unknown

_1134285307.unknown

_1134286768.unknown

_1134285250.unknown