BAB IV PENGUKURAN PERMEABILITAS
4.1. TUJUAN 1. Mengetahui pengertian permeabilitas dengan percobaan. 2. Mengetahui cara menentukan nilai permeabilitas. 3. Mengetahui besarnya permeabilitas dari suatu core. 4. Mengetahui hubungan antara beda tekanan dengan permeabilitas. 5. Mengetahui pemberian penilaian semi kuantitatif permeabilitas.
4.2. 4.2. TE TEOR ORII DAS DASAR AR
Permeabilitas didefinisikan sebagai suatu bilangan yang menunjukkan kemamp kem ampuan uan dar darii sua suatu tu bat batuan uan unt untuk uk men mengal galirk irkan an flu fluida ida.. Perm Permeabi eabilit litas as batuan merupakan fungsi dari tingkat hubungan ruang antar pori-pori dalam batuan. Definisi kwantitatif permeabilitas pertama-tama dikembangkan oleh Henry Darcy (1!"# dalam hubungan empiris dengan bentuk differensial sebagai berikut$ V =
Dimana $ % )
−k dP μ
.
dL
& kecepatan aliran' cmsec & *is isk kos osit itas as fl flu uid idaa yan ang g men eng gal alir ir'' ce cent ntip ipoi oise se
dPd+ & gradien tekanan dalam arah aliran' atmcm k
& permeabilitas media berpori' darcy
,an anda da neg negati atiff dal dalam am Pers Persamaa amaan n dia diatas tas men menunj unjukk ukkan an bah bahwa wa bil bilaa tekanan bertambah dalam satu arah' maka arah alirannya berlawanan dengan arah pertambahan tekanan tersebut.
1
/eberapa anggapan yang digunakan oleh Darcy dalam Persamaan tersebut adalah$ 1. 0lirannya mantap (steady state# . luida yang mengalir satu fasa . %iskositas fluida yang mengalir konstan 2. 3ondisi aliran isothermal !. ormasinya homogen dan arah alirannya hori4ontal ". luidanya incompressible. Dalam batuan reser*oir' permeabilitas dibedakan menjadi tiga' yaitu $ 1. Permeabilitas absolut' adalah permeabilitas dimana fluida yang mengalir melalui media berpori tersebut hanya satu fasa' misal hanya minyak atau gas saja. . Permeabilitas efektif' adalah permeabilitas batuan dimana fluida yang mengalir lebih dari satu fasa' misalnya minyak dan air' air dan gas' gas dan minyak atau ketiga-tiganya. . Permeabilitas relatif' adalah perbandingan antara permeabilitas efektif dengan permeabilitas absolut. Dasar penentuan permeabilitas batuan adalah hasil percobaan yang dilakukan oleh Henry Darcy. Dalam percobaan ini' Henry Darcy menggunakan batupasir tidak kompak yang dialiri air. /atupasir silindris yang porous ini 1556 dijenuhi cairan dengan *iskositas )' dengan luas penampang 0' dan panjanggnya +. 3emudian dengan memberikan tekanan masuk P1 pada salah satu ujungnya maka terjadi aliran dengan laju sebesar 7' sedangkan P adalah tekanan keluar. Dari percobaan dapat ditunjukkan bahwa 7.).+0.(P1 - P# adalah konstan dan akan sama dengan harga permeabilitas batuan yang tidak tergantung dari cairan' perbedaan tekanan dan dimensi batuan yang digunakan.
Dengan mengatur laju 7 sedemikian rupa sehingga tidak terjadi aliran turbulen' maka diperoleh harga permeabilitas absolut batuan. Ditunjukkan pada (8ambar 2.1#
Gambar 4.1 Diagram Pr!"baa# P#g$%$ra# Prmabi&i'a(
K =
Q.μ.L A ( P1− P 2)
9atuan permeabilitas dalam percobaan ini adalah $ 3
K ( darcy ) =
cm Q( .μ ( centipoise ) .L(cm) sec) A ( cm ) .( P1 - P2 )(atm) 2
Dari Persamaan diatas dapat dikembangkan untuk berbagai kondisi aliran yaitu aliran linier dan radial' masing-masing untuk fluida yang compressible dan incompressible. Pada prakteknya di reser*oir' jarang sekali terjadi aliran satu fasa' kemungkinan terdiri dari dua fasa atau tiga fasa. :ntuk itu dikembangkan pula konsep mengenai permeabilitas efektif dan permeabilitas relatif. Harga permeabilitas efektif dinyatakan sebagai 3 o' 3 g' dan 3 w' dimana masingmasing untuk minyak' gas' dan air. 9edangkan permeabilitas relatif dinyatakan sebagai berikut$
K ro =
K o K
K rg =
K g K
3 rw
3 w =
3
Dimana masing-masing untuk permeabilitas relatif minyak' gas' dan air. Percobaan yang dilakukan pada dasarnya untuk sistem satu fasa' hanya disini digunakan dua macam fluida (minyak-air# yang dialirkan bersamasama dan dalam keadaan kesetimbangan. +aju aliran minyak adalah 7 o dan air adalah 7w. ;adi *olume total (7 o < 7w# akan mengalir melalui pori-pori batuan per satuan waktu' dengan perbandingan minyak-air permulaan' pada
2
aliran ini tidak akan sama dengan 7o 7w. Dari percobaan ini dapat ditentukan harga saturasi minyak (9 o# dan saturasi air (9 w# pada kondisi stabil. Harga permeabilitas efektip untuk minyak dan air adalah $
3 o =
Dimana $
7 o .µ o . +
3 w =
0.( P1 − P #
)o
& *iskositas minyak
)w
& *iskositas air
7 w .µ w . + 0.( P1 − P #
Percobaan ini diulangi untuk laju permukaan (input rate# yang berbeda untuk minyak dan air' dengan (7 o < 7w# tetap kontan. Harga-harga 3 o dan
3 o = 3 w pada Persamaan
7 o .µ o . +
3 w =
0.( P1 − P #
7 w .µ w . + 0.( P1 − P #
dan
jika diplot
terhadap 9o dan 9w akan diperoleh hubungan seperti yang ditunjukkan pada 8ambar 2. Dari 8ambar 2. dapat ditunjukkan bahwa 3 o pada 9w & 5 dan 9o & 1 akan sama dengan harga 3 absolut' demikian juga untuk harga 3 absolutnya (titik 0 dan / pada 8ambar 2.#
Gambar 4.2 K$r)a Prmabi&i'a( E*%'i* $#'$% Si('m Mi#+a% ,a# Air -ra*'/ B../ 0a%i#( M../ 15
!
Hal penting untuk kur*a permeabilitas efektif sistem minyak-air' yaitu$ 1. 3 o akan turun dengan cepat jika 9 w bertambah dari nol' demikian juga 3 w akan turun dengan cepat jika 9 w berkurang dari satu' sehingga dapat dikatakan untuk 9o yang kecil akan mengurangi laju aliran minyak karena 3 o-nya yang kecil' demikian pula untuk air. . Harga 3o dan 3 w selalu lebih kecil dari harga 3' sehingga diperoleh persamaan $ 3 o < 3 w = 1
4.3. PERALATAN DAN BA0AN 4.3.1.
Pra&a'a#
1. >ore holder dan termometer . ,riple range flowmeter dengan selector *al*e . 9elector %al*e (flowmeter selection *al*e# 2. Pressure gauge !. 8as ?nlet ". 8as @utlet
Gambar 4.3 Ra#g%aia# Ga( Param'r
"
4.3.2.
Baa#
1. resh >ore 2. 8as
4.4. PROSEDUR PEROBAAN
1. Pastikan regulating *al*e tertutup' hubungkan saluran gas inlet. . Masukkan core pada core holder. . Putar flowmeter selector *al*e pada tanda A+argeB. 2. /uka regulating *al*e' putar sampai pressure gauge menunjukkan angka 5'! atm. !. Pilih range pembaca pada flowmeter antara 5 - 125 di*ision. ". ;ika pembacaan pada flowmeter di bawah 5' putar selector *al*e ke AMediumB dan naikkan tekanan sampai 5'! atm. C. ;ika pembacaan pada flowmeter di bawah 5' putar selector *al*e ke B9mallB dan naikkan tekanan sampai 1'5 atm. . ;ika flowmeter tetap tidak naik dari angka 5' hentikan percobaan dan periksa core pada core holder (tentukan kemungkinan-kemungkinan yang terjadi#. . ;ika flowmeter menunjukkan angka di atas 125 pada B+argeB tebu' maka permeabilitas core terlalu besar. 15. Percobaan kita hentikan atau coba naikkan panjang core atau kuramgi cross sectional area dari core. 11. >atat temperature' tekanan dan pembacaan flowmeter. 1. :bah tekanan ke 5'! atm dengan regulator.
C
1. :langi percobaan sebanyak kali. 12. Perhitungan$ Persamaan yang digunakan dalam percobaan ini adalah$
k =
Dimana$
k
&
µ g Q g L
A ∆ P
Permeabilitas' darcy
)g &
%iskositas gas yang digunakan (lihat grafik#' cp
7g &
low rate rata-rata (ccdt# pada tekanan rata-rata' ditentukan dari grafik kalibrasi.
+
& Panjang sample' cm
0
& +uas penampang dari sample' cm
∆P
& Pressure gradient' atm (5'! atm' 5'! atm' 1 atm#
>atatan $ ;ika digunakan gas E maka 7 & 1'51" udara.
4.5. 0ASIL PEROBAAN DAN PER0ITUNGAN
Pengukuran Permeabilitas 0bsolut dengan 8as Parameter 1. 3eadaan 1 Diameter >ore (d#
& !'C" cm
Panjang >ore (+#
& C' cm
+uas Penampang >ore (0# &
&
/eda ,ekanan (∆P#
1 2 .. ( d ) 4 1 2 . 3,14. (5,!") & C'152 cm 4
& 5'! atm
→
atm-1 low Feading
& " cm cc
+aju 0liran 8as
& "'2"
deti$
1 = 1 ∆ P #,25 atm
& 2
%iskositas 8as ()g#
& 5'51! cp
¿
Permeabilitas (3#
¿
μ g x q x L g
A x ∆ P #,#125 x 2",4" x !,2 2!,1#4 x #,25
& 5'!!C darcy . 3eadaan Diameter >ore (d#
& !'C" cm
Panjang >ore (+#
& C' cm 1 2 .. ( d ) 4
+uas Penampang >ore (0# &
1 2 . 3,14. (5,!") & C'152 cm 4
&
/eda ,ekanan (∆P#
& 5'! atm
low Feading
& cm
→
1 1 = ∆ P #,5 atm
cc
+aju 0liran 8as
& C'C
%iskositas 8as ()g#
& 5'51! cp
¿
Permeabilitas (3#
¿
deti$
μ g x q x L g
A x ∆ P #,#125 x 3!,!% x !,2 2!,1#4 x #,5
& 5' darcy . 3eadaan Diameter >ore (d#
& !'C" cm
Panjang >ore (+#
& C' cm
+uas Penampang >ore (0# &
1 2 .. ( d ) 4
& atm-1
1 2 . 3,14. (5,!") & C'152 cm 4
&
/eda ,ekanan (∆P#
& 1 atm
low Feading
& 1 cm
→
1 1 = ∆ P 1 atm
cc
+aju 0liran 8as
& 2'!C
%iskositas 8as ()g#
& 5'51! cp
Permeabilitas (3#
¿ ¿
deti$
μ g x q x L g
A x ∆ P #,#125 x 4%,5! x !,2 2!,1#4 x 1
& 5'"1 darcy
& 1 atm-1
25
4.6. PEMBA0ASAN
Gra*i% K V( 17
P
0.6 0.56 0.5 0.4
K -,ar!+
0.4
0.3 0.26 0.2 0.1 0 0.5
1
1.5
2
17
2.5
3
3.5
4
P -a'm81
Gra*i% 4.1 K$r)a Prmabi&i'a( Ab("&$' V( 17 P
Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui permeabilitas suatu sample core pada tekanan 5'! atm' 5'! atm dan 1 atm. 9elanjutnya menentukan besarnya temperatur' tekanan dan pembacaan flowmeter sesuai dengan petunjuk pada prosedur kerja yang diulangi sebanyak kali pada tekanan yang berbeda-beda. 8as yang digunakan mempunyai *iskositas sebesar 5.51! centipoise.
4.5
21
9etelah mendapatkan nilai seluruh data yang diperlukan' maka diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut' Pada tekanan 5.! atm nilai permeabilitas adalah 5'!!C darcy' Pada tekanan 5'! atm nilai permeabilitas adalah 5' darcy' Pada tekanan 1 atm nilai permeabilitas adalah 5'"1 darcy.
2
4.9. KESIMPULAN
1. Permeabilitas
adalah
ukuran
kemampuan
media
berpori
untuk
mengalirkan atau melewatkan fluida. . 9alah satu cara menentukan permeabilitas adalah dengan menggunakan gas permeameter. . Dari hasil perhitungan besar nilai permeabilitas untuk masing-masing core adalah$ •
>ore 1' 3 & 5'!!C darcy
•
>ore ' 3 & 5' darcy
•
>ore ' 3 & 5'"1 darcy
2. /esarnya harga permeabilitas berbanding terbalik dengan beda tekanan. 9emakin besar beda tekanan' maka semakin kecil nilai permeabilitasnya' begitu pula sebaliknya. !. Penilaian semi-kuantitatif permeabilitas pada masing-masing core adalah$ •
>ore 1' 3 & 5'!!C darcy maka penilaian permeabilitasnya dianggap sangat baik.
•
>ore ' 3 & 5' darcy maka penilaian permeabilitasnya dianggap baik.
•
>ore ' 3 & 5'"1 darcy maka penilaian permeabilitasnya dianggap baik.
