Permeabilitas Adalah Kemampuan Batuan Reservoir

Vanalive - Permeabilitas adalah kemampuan batuan dalam meloloskan fluida reservoir. Mari kita bahas terkait dengan permeabilitas pada batuan ini

vanalive.blogspot.com

Definisi Permeabilitas Batuan

Permeabilitas adalah kemampuan dari suatu batuan dalam meloloskan fluida yang ada pada reservoir. Permeabilitas ini terbagi menjadi tiga yakni permeabilitas efektif, permeabilitas absolute dan permeabilitas relatif. 

Permeabilitas efektif adalah kemampuan batuan dalam meloloskan lebih dari 1 jenis fluida. Minyak atau Gas saja
Permeabilitas absolute adalah kemampuan batuan dalam meloloskan 1 jenis fluida saja. Minyak -Air, Minyak-Gas, Gas-Air
Permeabilitas relatif adalah perbandingan antara permeabilitas efektif dan absolute. 

source : earthresources.vic.gov.au

Permeabilitas ini juga sangat erat hubungannya dengan porositas. Hal ini dikarenakan porositas adalah perbandingan antara volume pori terhadap volume bulk batuan. Makanya reservoir yang baik berasal dari batuan yang porous dan permeable

Baca Juga : Kupas Tentang IPR 

Berdasarkan gambar diatas, batuan yang memiliki pori - pori yang saling berhubungan memiliki nilai permeabilitas yang tinggi karena memiliki kemampuan dalam mengalirkan fluida cair ataupun gas melalui media batuan tersebut. Disisi lain, batuan dengan permeabilitas rendah dapat menyebabkan fluida ini mandek atau terperangkap akibat pori pori yang tidak saling berhubungan

Selain itu hubungan lainnya antara permeabilitas dan porositas adalah

• Semakin baik porositas semakin baik nilai permeabilitas
• Semakin batuan memiliki nilai kompaksibilitas akan memperkecil nilai porositas dan memperkecil nilai permeabilitas

Persamaan Darcy Sebagai Penentuan Nilai Permeabilitas

Henry Darcy (1856) adalah ilmuan yang mengemukakan dengan percobaan untuk menentukan nilai dari permeabilitas batuan

Darcy Law's

Dari gambar di atas Henry darcy mengemukakan bahwa nilai Q μ L / A(h1-h2) adalah konstan dan akan sama dengan nilai dari permeabilitas pada batuan tanpa dipengaruhi oleh cairan, beda tekanan dan dimensi batuan. 

Baca Juga : Modul Teknik Produksi 1 Teknik Perminyakan

Satuan permeabilitas adalah Darcy. Definisi 1 darcy adalah apabila suatu batuan mampu meloloskan fluida dengan laju alir 1 cm3/s dengan viskositas 1 cp sepanjang 1 cm dan mempunyai luas penampang 1 cm2.

Sehingga dari percobaan Darcy tersebut diperoleh persamaan Darcy

Dimana : 

K : Permeabilitas Absolute, (darcy)

Q : Laju Alir, (cm3/sec), (bpd)

μ :  Viskositas Dinamis, (cp)

L : Panjang media, (m), (cm), (ft)

A : Luas Penampang, (ft2), (m2)

P : Tekanan/Presssure, (psi)

Persamaan darcy adalah persamaan paling popular digunakan dalam bidang petroleum engineering untuk menentukan potensial flowrate yang bisa dicapai suatu reservoir. Pada persamaan ada beberapa asumsi yang digunakan oleh darcy

Asumsi Persamaan Darcy

• Aliran Steady State (Mantap)
• Fluida Satu fasa
• Viskositas fluida konstan (tidak berubah - ubah)
• Kondisi aliran isotermal
• Formasi Homogen
• Arah aliran horizontal
• Incompressible fluid

Klasifikasi Nilai Permeabilitas

Menurut Koesoemadinata dibagi menjadi beberapa kelompok

Tight (Ketat)                        < 5 mD
Fair (cukup)                         5 - 10 mD
Good (baik)                         10 - 100 mD
Very Good (baik sekali)      100 - 1000 mD

Faktor - Faktor yang mempengaruhi nilai permeabilitas

Sebaran nilai permeabilitas pada batuan ini bermacam - macam ada yang besar dan kecil, hal ini tergantung pada beberapa faktor 

1. Susunan Butir
2. Ukuran Butir
3. Bentuk Butir
4. Porositas
5. Sementasi
6. Kandungan Clay

Cara menentukan nilai permeabilitas

Terdapat berbagai cara yang dapat dilakukan untuk menentukan nilai permeabilitas dari formasi

• Welltest
• Wireline
• DST (Drill Stem Test)
• Analisa Lab (Coring)
• dsb

Terdapat banyak sekali metoda yang bisa digunakan pada saat ini tentu saja semakin lama perkembangan teknologi akan semakin maju, namun hal tersebut perlu diimbangi dengan keekonomisan tools yang digunakan. 

Baca Juga : Leak off test adalah

Analisa coring adalah analisa yang dinilai paling akurat dalam menentukan nilai permeabilitas pada suatu batuan.

Contoh Nilai Permeabilitas Batuan

Batu pasir kasar                 > 100 D

Batu pasir medium            10 - 100 D

Batu pasir halus                 100 - 1000 mD

Silt                                     0.1 - 100 mD

Clay / Lempung                 0.000001 - 0.1 mD

PENUTUP

Permeabilitas adalah kemampuan dari batuan reservoir dalam meloloskan fluida yang menjadi parameter penting dalam penentuan laju alir suatu sumur produksi sehingga dapat dialirkan dengan optimal ke pemermukaan. Terdapat banyak parameter yang mempengaruhi nilai permeabilitas ini. Porositas menjadi teman karib dari permeabilitas yang tidak bisa lepas satu sama lain, karena saling mempengaruhi kinerja keduannya. 

Demikianlah pembahasan ini, terima kasih sudah berkunjunga

Salam
Vanalive Insight

source :
https://repository.uir.ac.id/
Nurwidiyanto, M. Irham., 2005. "Estimasi Hubungan Porositas dan Permeabilitas Pada Batu Pasir". Berkala Fisika : Undip
https://supergeografi.com/hidrosfer/porositas-dan-permeabilitas/

Reservoir Engineering Handbook ( Third Edition ) - Tarek Ahmed

FREE DOWNLOAD RESERVOIR ENGINEERING HANDBOOK (THIRD EDITION) AHMED TAREK

PREFACE

This book explains the fundamentals of reservoir engineering and their practical application in conducting a comprehensive field study. Chapter 1 reviews the fundamentals of reservoir fluid behavior with an emphasis on the classification of reservoir and reservoir fluids. Chapter 2 documents reservoir-fluid properties, while Chapter 3 presents a comprehensive treatment and description of the routine and specialized PVT laboratory tests. The fundamentals of rock properties are discussed in Chapter 4 and numerous methodologies for generating those properties are reviewed. Chapter 5 focuses on presenting the concept of relative permeability and its applications in fluid flow calculations. 

Worldwide Practical Petroleum Reservoir Engineering Methods

Download Worldwide Practical Petroleum Reservoir Engineering Methods

PREFACE

Reservoir engineering in the US emphasizes the problem associated with solution gas drive reservoirs. In fact, there are very few reservoirs in the US currently producing under primary production that approximate steady-state conditions. Many years ago when only five or six days of capacity production were permitted pre month, there were many water drive reservoir became dominated by solution gas drive because the production rate under this drive exceeded the water encroachment capabilities of the reservoir. Thus, today most of the reservoir engineering techniques taught in the US emphasize solution gas drive problems. 

Most non US Production is from reservoir that produce under steady state conditions, but these reservoir are operated by US personnel trained in US. Reservoir engineering methods that emphasize non steady state conditions. Thus, it is common for pseudosteady-state and other methods to be misapplied in non US areas. For Example, the horner method is based on infinite-acting equations but is routinely applied to wells that are in steady state at the time of shutin; the Matthews, Brons, and Hazebroek method of determining average pressures, devised for pseudsteady state reservoir, is used to determine average pressure in steady state reservoir and reservoir computer models utilize only one outside cell for the water drive

Invasi Cairan dan Invasi Padatan Pada Batuan Formasi

Adanya pengaruh invasi cairan (filtrat) dan invasi partikel padat yang masuk ke pori-pori batuan formasi di sekitar lubang sumur dapat menyebabkan kerusakan formasi.

A. Invasi Cairan (filtrat)

Kontak dengan fluida lain adalah dasar yang menyebabkan terjadinya formation damage. Fluida dari luar tersebut mungkin lumpur pemboran, fluida penyemenan dan fluida komplesi. Kelemahan dari formasi tertentu untuk terjadinya kerusakan oleh fluida asing besarnya tergantung pada kandungan material solid/padatan di dalamnya, terutama kandungan claynya. Sebagai contoh formasi "dirty sand" yang mempunyai kandungan clay tinggi pada umumnya bersifat sangat sensitif terhadap adanya filtrat dari lumpur fresh water base yang digunakan pada saat operasi pemboran sehingga akan menimbulkan hidrasi dan swelling pada partikel-partikel clay. Pengaruh viscositas meliputi emulsi dan juga penyumbatan oleh fluida-fluida treating yang berviscositas tinggi. Adanya invasi fluida asing juga akan mengendapkan padatan-padatan seperti garam-garam yang tidak dapat larut, aspal atau lilin (wax). Filtrat air asin dapat menyebabkan problem yang bersifat tidak terlalu berbahaya, dan dalam beberapa hal dapat mengurangi ukuran partikel dan meningkatkan permeabilitas minyak.

Proses invasi filtrat dalam pemboran terjadi dalam dua fase, yaitu :

a. Dynamic Filtration

Yaitu proses invasi filtrat yang terjadi pada kondisi dinamik di mana terdapat sirkulasi fluida pemboran dan rotasi rangkaian pipa. Filtrasi pada kondisi ini paling besar yaitu 70%-90% volume filtratnya, karena pembentukan kerak lumpur (mud cake) akan hilang akibat adanya erosi dari aliran sirkulasi fluida.

Saat permukaan batuan terlihat untuk pertama kalinya, laju filtrasi akan sangat tinggi dan kerak lumpur terbentuk dengan cepat. Setelah beberapa waktu setelah kerak lumpur cukup tebal, filtrasi semakin berkurang dan pembentukan kerak lumpur berikutnya akan konstan.

b. Static Filtration

Proses filtrasi terjadi dalam kondisi static di mana tidak terdapat sirkulasi fluida pemboran dan rotasi rangkaian pipa bor. Pada kondisi ini kerak lumpur terbentuk sempurna sehingga invasi filtrat berikutnya menjadi lebih sedikit. Filtrasi yang dihasilkan pada kondisi statik relatif lebih kecil dibandingkan pada kondisi dinamik.

Sementara pada operasi penyemenan, invasi filtrat berasal dari bubur semen yang digunakan untuk menempelkan casing dengan dinding sumur. Kelebihan kadar air dalam bubur semen akan menyebabkan invasi filtrat kedalam formasi semakin banyak pada saat semen kering. Kadar air yang berlebihan menyebabkan rendahnya viscositas semen dan meskipun memudahkan dalam pemompaan semen kedalam sumur, tetapi hasilnya kurang baik ditinjau dari segi kekuatan semen serta mempunyai daya hambat yang rendah.

Filtrat fluida yang terinvasi ke dalam formasi dapat menimbulkan pengaruh negatif yang merugikan antara lain:

• Pengembangan lempung (clay swelling)

Invasi filtrat kedalam formasi menyebabkan lempung yang ada di formasi mengembang beberapa kali lipat volumenya, sehingga menimbulkan penyumbatan pori-pori batuan disekitar sumur.

• Water Block

Invasi filtrat yang terus terjadi sebelum tahap produksi akan menyebabkan harga saturasi air di sekitar lubang sumur meningkat. Dan setelah memasuki tahap produksi kondisi ini akan menyebabkan aliran minyak ke lubang sumur terhalang.

• Emulsi

Emulsi antara lain terbentuk karena bertemunya dua macam fluida yang dalam kondisi normal tidak dapat bercampur, dalam hal ini minyak dengan filtrat fluida. Dengan bertambahnya filtrat akan mendorong emulsi yang sudah ada semakin jauh dari lubang sumur, sehingga memasuki tahap produksi dapat menghalangi aliran minyak ke lubang sumur.

• Perubahan sifat kebasahan (wettabilitas) batuan.

Kandungan bahan-bahan kimiawi yang ada dalam fluida filtrat seperti surfactant, dapat menyebabkan terjadinya perubahan sifat kebasahan batuan. Perubahan sifat kebasahan ini menyebabkan aliran air menjadi lebih mudah dan sebaliknya minyak menjadi lebih sulit sehingga pada akhirnya akan menyebabkan produksi air akan meningkat.

• Pembentukan endapan scale

Sebelum tahap produksi, endapan scale cendrung terbentuk akibat bertemunya dua jenis air yang mempunyai kandungan ion yang berbeda. Ion-ion ini akan bereaksi dan membentuk endapan scale

B. Invasi Padatan

Invasi partikel padat dapat berasal dari material fluida pemboran, bubur semen, fluida komplesi maupun dari serbuk bor (cutting) yang berukuran sangat halus. Jenis invasi partikel padat tersebut adalah :

a. Plugging yang berhubungan dengan padatan

Plugging atau sumbatan karena padatan terjadi pada permukaan dari formasi di lubang perforasi atau di formasinya sendiri. Sedangkan padatan tersebut dapat berupa material pemberat lumpur bor, material pencegah hilang sirkulasi, partikel semen pemboran, atau juga cutting dari proses perforasi.

b. Fine migration

Fine migration atau butiran halus yang bergerak dapat terjadi karena penyebab tersebut di atas. Pada formasi batupasir yang mempunyai kandungan mineral clay dalam komposisi kimia batuannya, maka butiran halus yang bergerak ini dapat berasal dari mineral-mineral penyusun clay seperti kaolinit, illit, smectite maupun chlorite. Timbulnya migrasi clay tersebut akibat terjadi kontak antara fluida formasi dengan fluida dari luar seperti yang telah disebutkan diatas, sehingga menyebabkan terjadinya perubahan salinitas dan pH air di sekitar clay yang berakibat keseimbangan mineral-mineral clay dalam batuan formasi terganggu yang mana akan menyebabkan timbulnya penyumbatan pori-pori batuan (pore filling), swelling, pore lining atau grain coating sehingga permeabilitas batuan menurun.

Dalam sistem aliran radial, adanya penurunan permeabilitas di sekitar lubang bor akan menghasilkan penurunan produktifitas secara serius. Penurunan permeabilitas absolut ini disebabkan karena adanya partikel-partikel yang bermigrasi kemudian menempel pada pori-pori dan kemudian akan menyumbat saluran pori-pori tersebut. (Gambar 3.1.)

Partikel-partikel dapat bergerak melalui sistem pori batuan, partikel-partikel tersebut adalah clay, feldspar dan mineral-mineral lain yang melekat atau terkandung pada matrik batuan. Akan tetapi dari test laboratorium menunjukkan bahwa jika kecepatan aliran diperbesar, maka partikel tersebut dapat bergerak dari satu celah ke celah yang lainnya. Jika celah pori berikutnya besar, maka kecepatan aliran mengecil dan partikel dapat mengendap. Jika beberapa partikel bergerak melalui celah-celah tersebut bertemu dengan pori yang lebih kecil, maka partikel akan membentuk suatu bridge. Adanya beberapa bridge dapat menyebabkan penyumbatan dan fluida akan mencari jalan kecil yang lain.

Model Penjebakan Partikel
(Economides, 1993)

Struktur Batuan Sediment Primer

Struktur Batuan Sediment Primer adalah struktur yang terbentuk pada saat pembentukan batuan (pada saat sedimentasi).

a.Perlapisan bersusun (graded bedding)

Susunan perlapisan dari butir yang kasar berangsur menjadi halus pada satu satuan perlapisan atau sebaliknya.Struktur ini dapat dipakai sebagai penunjuk bagian bawah dan bagian atas dari perlapisan tersebut.Umumnya bagian yang kasar merupakan bagian bawah (bottom) dan yang halus bagian atas

b.Perlapisan silang siur (cross bedding & cross lamination)

Cross lamination : Secara umum digunakan untuk lapisan miring dengan ketebalan kurang dari 5 cm, dengan faraset ketebalannya kurang dari 5 cm, merupakan struktur sedimentasi tunggal yang terdiri dari urut-urutan sistematik, perlapisan dalam disebut faraset bedding yang miring terhadap permukaan umum sedimentasi. Terbentuk karena perpindahan riple atau gelombang-gelombang pori yang masing-masing urut berukuran kurang dari 5 cm.

Cross bedding : Silang siur atau cross bedding memiliki ketebalan lebih dari 5 cm.

c. Gelembur gelombang (riple mark)

Merupakan struktur primer perlapisan sedimen yang menunjukan adanya permukaan seperti ombak atau begelombang yang disebabkan adanya pengikiran oleh kerja air, dan angin. Pada awalnya lapisan batuan sedimen tersebut datar dan horizontal karena adanya pengaruh kerja air dan angin menyebabkan bagian-bagian lemah terbawa air atau angin sehingg menyisahkan cekungan-cekungan yang membentuk seperti gelombang.

d.Flute cast

Struktur sedimen berbentuk suling terdapat pada dasar suatu lapisan yang dapat dipakai untuk menentukan arah arus purba.

The Petroleum Engineering Handbook Sustainable Operations - M.I. Khan and M.R. Islam