BAB IV PERMEABILITAS
4.1.
TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan harga permeabilitas absolut dari batuan reservoir dengan menggunakan rangkaian liquid permeameter dan gas dan gas permeameter .
4.2.
DASAR TEORI
Permeabilitas adalah kemampuan batuan untuk mengalirkan fluida melalui pori – pori yang saling berhubungan tanpa menyebabkan perubahan susunan partikel pembentuknya. Dasar yang digunakan dalam penentuan permeabilitas adalah dari percobaan yang dilakukan Darcy. Definisi permeabilitas dapat dinyatakan sebagai berikut : K
μ. Q . L
A . P ............................................ .................................................................. ........................................ .................. (4-1)
keterangan : K = Permeabilitas, darcy µ = Viscositas fluida, cp Q = Kecepatan aliran fluida, cc/sec A = Luas penampang media berpori, cm2 P = Tekanan, atm Rumus seperti di atas diperoleh dari rumus dasar aliran fluida di dalam media berpori yang dikemukakan oleh Darcy, yaitu : q
kA
dp
μ
dy ........................................... ................................................................. ........................................ .................. (4-2)
Jadi, pengertian satu darcy adalah bila fluida mengalir dengan kecepatan aliran sebesar 1 cm/sec dan viscositas fluida 1 cp, pada atau dalam media berpori yang mempunyai panjang 1 cm dan luas penampang 1 cm 2 dengan gradien tekanan sebesar 1 atm dan dan waktu alir 1 second. 1 second.
30
31
Pengukuran permeabilitas dengan alat Liquid Permeameter , maka rumus yang digunakan : K
μ. V . L
A . P.T .................................................................................... (4-3)
keterangan : K
=
Permeabilitas, darcy
µ
=
Viskositas fluida, cp
L
=
Panjang sampel, cm
V
=
Volume cairan yang dialirkan melaui pori, cm3
A
=
Luas penampang media berpori, cm2
P
=
Tekanan, atm
T
=
Waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida melalui sample, sec
Di dalam reservoir , fluida yang mengalir lebih dari satu macam, sehingga permeabilitas dibagi menjadi : 1. Permeabilitas absolut Adalah permeabilitas apabila fluida yang mengalir dalam media berpori terdiri hanya satu macam fluida. Rumus yang digunakan menurut Darcy : q
kA
dp
μ
dx ................................................................................... (4-4)
keterangan : q
= Volume fluks, cc/sec
k
= Permeabilitas, darcy
A
= Luas penampang melintang batuan, cm3
µ
= Viscositas fluida, cp
dp/dx = Gradien tekanan, atm/cm 2. Permeabilitas Efektif Adalah permeabilitas apabila fluida yang mengalir terdiri dari lebih dari satu macam fluida.
32
Rumus yang digunakan untuk permeabilitas efektif adalah :
qw
qo
k w .A
dp
μw
k o .A
dx ............................................................................ (4-5)
dp
μo
dx .............................................................................. (4-6)
keterangan : qw, qo = masing – masing debit air dan minyak, ss/sec µw, µo = viscositas air dan viscositas minyak, cp k w
= permeabilitas untuk air, darcy
k o
= permeabilitas untuk minyak, darcy
3. Permeabilitas Relatif Adalah perbandingan antara permeabilitas efektif dengan permeabilitas absolut. Rumus untuk permeabilitas relatif adalah : K rw
K ro
K w
K
..................................................................................... (4-7)
K o
K
....................................................................................... (4-8)
keterangan : K rw
= permeabilitas relatif terhadap air
K w
= permeabilitas air
K ro
= permeabilitas relatif terhadap minyak
K o
= permeabilitas minyak
K
= permeabilitas absolut
Oleh Klinkenberg , dinyatakan suatu persamaan untuk mengkoreksi permeabilitas absolut sehingga didapat permeabilitas sebenarnya. Persamaan tersebut adalah : K a
b K 1 ............................................................................... (4-9)
33
keterangan : K a
=
Permeabilitas terukur pada tekanan rata – rata
K
=
Permeabilitas sebenarnya dari batuan
B
=
Konstanta yang tergantung pada ukuran pori yang mana akan mempengaruhi harga permeabilitas
= Tekanan rata – rata
p
P atm
p 2 ............................................................................ (4-10)
Koreksi Klinkenberg dilakukan dengan cara memplot K a vs 1/ p , dimana ekstrapolasi ke 1/ p = 0 akan menghasilkan permeabilitas yang sebenarnya. Pengaruh ukuran butir dan sortasi terhadap permeabilitas yaitu, untuk butir – butir kasar dengan sortasi (derajat pemilahan) bagus akan mempunyai harga permeabilitas besar, sebaliknya butir – butir halus dengan sortasi buruk akan mempunyai harga permeabilitas yang rendah. Pengaruh jenis batuan terjadap permeabilitas : 1. Batu Pasir (Sandstone) Sistem porinya merupakan tipikal intergranular yang mempunyai harga K = 10 – 1000 md. 2. Karbonate ( Limestone, Gypsum, Dolomite, dll) Sistem porinya merupakan individual atau merupakan gabungan dari tipikal pori antar matriks, porositas sekunder, atau rekahan – rekahan alami.
34
4.3.
ALAT DAN BAHAN
4.3.1. Alat untuk Gas Permeameter :
1.
Core holder dan thermometer
2.
Tripple range flowmeter dengan selector valve
3.
Selector valve (flowmeter selector valve)
4. Pressure gauge 5. Pressure regulator 6.
Gas inlet
7.
Gas outlet
4.3.2. Bahan untuk Gas Permeameter :
1.
Core
2.
Gas
4.3.3. Alat untuk Liquid Permeameter :
1.
Core holder untuk Liquid Permeameter
2.
Thermometer
3.
Cut off valve
4.
Special lid dan over flow tube
5. Burette 6. Discharge – fill valve assemble 7.
Gas pressure line dan pressure regulator
8.
Gas inlet
9.
Pencatat waktu
4.3.4. Bahan untuk Liquid Permeameter :
1.
Core sample
2.
Air
35
4.3.5. Gambar Alat
1
3
4
8
7
5 2 6
9
Keterangan : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Triple Range Flowmeter Core Holder Pressure Gauge Gas inlet Pressure Regulator Gas outlet Selector Valve Termometer Pengencang Core Holder Gambar 4.1. Rangkaian Peralatan Gas Permeameter
36
6
8
5
3 1 4
7
Keterangan : 1. Core Holder 2. Fill Connection 3. Cut Off Valve 4. Special Lid dan Over Flow Tube 5. Burette 6. Discharge Fill Valve Assemble 7. Pressure Regulator 8. Pressure Gauge 9. Gas Inlet Gambar 4.2. Rangkaian Peralatan Liquid Permeameter
37
4.4.
PROSEDUR PERCOBAAN
4.4.1. Prosedur dari Liquid Permeameter
1. Memasukkan core ke dalam core holder . 2. Mengisi burette dengan test liquid . 3. Membuka core holder valve dan burette akan terisi. 4. Menutup cut off valve jika burette sudah terisi melalui batas atas. 5. Mengatur tekanan yang diinginkan pada pressure gauge dengan mengatur pressure regulator . 6. Mengembalikan discharge fill valve ke discharge. 7. Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida dari batas atas hingga batas bawah burette. 8. Perhitungan : K
μ. V . L
A . P.T
............................................................................... (4-11)
4.4.2. Prosedur dari Gas Permeameter
1. Memastikan regulating valve tertutup, menghubungkan saluran gas pada gas inlet. 2. Memasukkan core pada core holder . 3. Memutar flowmeter selector valve pada tanda “Large”. 4. Membuka regulating valve, memutarkan sampai pressure gauge menunjukkan angka 0,25 atm. 5. Memilih range pembaca pada flowmeter antara 20 – 140 division. 6. Jika pembaca pada flowmeter dibawah 20, memutar selector valve ke “Medium” dan menaikkan tekanan sampai 0,5 atm. 7. Jika pembaca pada flowmeter dibawah 20, memutar selector valve ke “Medium” dan menaikkan tekanan sampai 1 atm. 8. Jika flowmeter tetap tidak naik dari angka 20, hentikan percobaan dan memeriksa core pada core holder (menentukan kemungkinan – kemungkinan yang terjadi). 9. Jika flowmeter menunjukkan angka diatas 140 pada “Large Tube”, maka permeabilitas core terlalu besar. Percobaan kita hentikan atau
38
mencoba menaikkan panjang core atau mengurangi cross sectional area dari core. 10. Mencatat temperatur, tekanan dan pembacaan flowmeter . 11. Mengubah tekanan ke 0,25 atm dengan regulator. 12. Perhitungan : Rumus yang digunakan dalam percobaan ini adalah : K
μ. Q . L
A . P ............................................................................... (4-12)
39
4.5.
HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN
4.5.1. Hasil Percobaan 4.5.1.1.Hasil Percobaan dengan gas permeameter
Panjang core (L)
= 3 cm
Luas penampang core (A)
= 3,14 cm2
Beda tekanan (∆P)
= 0,25 atm
Flow Reading
= 2,8 cm
Laju Aliran (Qg)
= 5,88 cc/det
Viskositas gas (µg)
= 0,0183 cp
Permeabilitas (k)
= 0,4112 darcy
Panjang core (L)
= 3 cm
Luas penampang core (A)
= 3,14 cm2
Beda tekanan (∆P)
= 0,5 atm
Flow Reading
= 4,3 cm
Laju Aliran (Qg)
= 16 cc/det
Viskositas gas (µg)
= 0,0183 cp
Permeabilitas (k)
= 0,5594 darcy
Panjang core (L)
= 3 cm
Luas penampang core (A)
= 3,14 cm2
Beda tekanan (∆P)
= 1 atm
Flow Reading
= 6,5 cm
Laju Aliran (Qg)
= 22 cc/det
Viskositas gas (µg)
= 0,0183 cp
Permeabilitas (k)
= 0,3846 darcy
4.5.1.2.Hasil percobaan dengan li quid permeameter Beda tekanan (∆P) = 1 atm Luas penampang core (A) = 3,14 cm2 Panjang core (L) = 3 cm Viskositas liquid (µl) = 0,895 cp
40
Waktu alir Volume liquid Laju alir (Ql) K Absolut
= 3’59” = 239 detik = 50 ml = 0,21 cc/det = 0,1788 darcy
4.5.2. Perhitungan 4.5.2.1.Perhitungan permeabilitas dengan gas permeameter
K1
= =
µ ∆1 0,0183 5,88 / det 3 3,14 0,25
= 0,4112 darcy K2
= =
µ ∆2 0,0183 16 /det 3 3,14 0,5
= 0,5594 darcy K3
= =
µ ∆3 0,0183 22 /det 3 3,14 1
= 0,3846 darcy Koreksi dengan Klinkenberg effect : K absolut rata – rata = Pm
=
Pm1
=
0,4112+0,5594+0,3846 3
= 0,4517 darcy
(+)+ + (0,25+1)+1 2
= 1,125 atm Pm2
=
(0,5+1)+1 2
= 1,25 atm Pm 3 =
(1+1)+1 2
= 1,5 atm 1 1 1 2 1 3
= 0,8889 atm-1 = 0,8 atm-1 = 0,667 atm -1
Berdasarkan persamaan trendline y = ax+b, maka y = 0,213x + 0,284 Kabsolut Tan α
= 0,284 darcy = a = 0,213
41
b
= =
tanα 0,213 0,284
= 0,75 ∆P
=
1,125+1,25+1,5 3
= 1,2916 atm K
= k absolut (1 + = 0,284 (1 +
)
∆P 0,75
)
1,2916
= 0,284 (1 + 0,5806) = 0,4488 darcy 4.5.2.2.Perhitungan permeabilitas dengan li quid permeameter
Menggunakan rumus k = K
= =
..
∆P . A . t 0,895 .50 .3
3,14 .239 .1 134,25 750,46
= 0,1788 darcy
42
4.5.3. Grafik
43
4.6.
PEMBAHASAN
Percobaan dalam pengukuran permeabilitas, bertujuan untuk menentukan besarnya harga permeabilitas absolut dengan gas permeameter dan liquid permeameter. Percobaan dalam menentukan harga permeabilitas absolut dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan gas permeameter dan liquid permeameter. Pertamatama dengan mengukur panjang core dan luas core, karena data tersebut digunakan dalam perhitungan. Percobaan dengan gas permeameter diawali dengan memastikan regulating valve dalam keadaan tertutup dan menghubungkan saluran gas pada gas inlet . Kemudian, memasukan sampel core pada core holder . Dan mencatat temperatur yang ditunjukan pada skala termometer setelah itu, memutar flowmeter selector valve pada tanda “large” lalu, membuka regulating valve dan memutarnya sampai pressure gauge menunjukan angka 0,25 atm. Kemudian memilih range pembaca pada flowmeter antara 20 – 140 division. Jika pembaca pada flowmeter di bawah 20, maka putar selector valve ke “ Medium”, akan tetapi jika pembaca pada flowmeter masih dibawah 20, maka putar lagi selector valve ke “Small ” sampai akhirnya flow reading dapat terbaca. Lalu mencatat skala yang terbaca pada flow reading . Setelah itu, mengulangi percobaan dengan memberikan tekanan yang berbeda yaitu sebesar 0,5 atm dan 1 atm , Sehingga akan didapat flow reading yang berbeda-beda .Kemudian menentukan laju alur gas ( Qg ) dengan menggunakan grafiik . Setelah itu, dari data-data yang didapat dilakukan perhitungan permeabilitas dengan rumus. Setelah harga permeabilitas didapat dengan gas permeameter , kemudian
melakukan percobaan dengan liquid
permeater diawali dengan memasukkan core kedalam core holder . Kemudian mengisi burette dengan test liquid ( air ) , yaitu dengan membuka cut off valve dengan diputar dan burette
akan terisi dengan sendirinya . Pengisian burrete
dengan air diusahakan diatas batas atas burette, karena pada saat pengaturan tekanan akan terjadi pengurangan air pada burette, sehingga akan berpengaruh terhadap perhitungan nantinya. Setelah burette sudah terisi air, kemudian menutup cut off valve. Setelah itu, mengatur tekanan pada skala 1 atm, lalu mengembalikan discharge fill valve ke discharge. Kemudian mencatat waktu yang dibutuhkan
44
untuk mengalirkan air dari batas atas sampai batas bawah burette. Setelah itu melakukan perhitungan permeabilitas dengan rumus dari data-data yang didapat. Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan harga permeabilitas absolut dengan gas permeameter yang mana dilakukan koreksi terlebih dahulu terhadap faktor klinkenberg effect , yaitu kondisi dimana terdapat udara yang mengalir diantara core dan core holder dan ini mempengaruhi harga permeabilitas yang sebenarnya, sehingga perlu dilakukan koreksi terhadap faktor klinkenberg effect dan didapatkan harga permeabilitas absolut sebenarnya sebesar 0,4488 darcy. Sedangkan dengan liquid permeameter, didapatkan harga permeabilitas absolut sebesar 0,1788 darcy. Dari harga permeabilitas yang didapatkan, dengan gas permeameter lebih akurat dibandingkan dengan liquid permeameter lebih akurat , karena sifat gas yang menempati atau mengisi ruang pori dalam batuan dan air hanya membasahi permukaan batuan, sehingga lebih akurat dengan gas permeameter. Akan tetapi, percobaan dengan liquid permeameter juga perlu dilakukan karena dapat digunakan sebagai pembanding dengan percobaan dengan gas permeameter . Aplikasi dilapangkan dari pengukuran permeabilitas adalah dapat mengetahui laju alir fluida yang diproduksikan , sehingga hal ini menunjukkan kemampuan suatu reservoir yang bersangkutan untuk diproduksikan secara ekonomis. Selain itu apabila permeabilitas dihubungkan dengan porositas, maka dapat diketahui banyaknya minyak (cadangan) yang terdaoat pada reservoir, karena permeabilitas yang besar pasti porositasnya juga besar. Dengan kata lain aliran fluida yang besar yang berasal dari suatu batuan , maka batuan tersebut mampu menyimpan dan mengalirkan fluida dalam jumlah yang besar .
45
4.7.
KESIMPULAN
1. Dari percobaan pengukuran permeabilitas yang dilakukan dengan gas permeameter dan liquid permeameter, diperoleh data-data sebagai berikut : a. Permeabilitas dengan gas permeameter :
Pada saat P = 0,25 atm diperoleh K = 0,4112 Dary
Pada saat P = 0,5 atm, diperoleh K = 0,5594 Dary
Pada saat P = 1 atm , diperoleh K = 0,3846 Dary
b. Permeabilitas
sebenarnya
dengan
gas
permeameter
setelah
dilakukan koreksi terhadap faktor klikenberg effect : Kabsolut : 0,4488 darcy c. Permeabilitas dengan liquid permeameter : Pada saat P = 1 atm, dan t = 239 detik, diperoleh K = 0,1788 darcy 2. Dari percobaan yang dilakukan, harga permeabilitas dengan gas permeameter lebih akurat daripada liquid permeameter, karena sifat gas yang menempati ruang pori dan percobaan dengan liquid permeameter juga perlu dilakukan , karena digunakan sebagi pembanding . 3. Penentuan permeabilitas dengan gas permeameter perlu dilakukan koreksi terhadap klinkenbeng effect , karena dapat mempengaruhi harga permeabilitas sebenarnya . 4. Dari percobaan yang dilakukan dapat dikatakan bahwa permeabilitas dipengaruhi oleh jenis fluida yang mengalir dan perbedaan tekanan. 5. Permeabilitas berhubungan dengan porositas sehingga batuan yang permeable selalu porous tetapi batuan yang porous belum tentu permeable. 6. Aplikasi lapangannya adalah untuk mengetahui laju aliran fluida, sehingga menunjukkan kemampuan reservoir untuk diproduksi secara ekonomis.
