Session 8 Gas Lift Design

Sistem Gas Lift Well Tujuan Gas Lift Meningkatkan produksi sumur dengan : mengurangi gradient tekanan aliran dalam tubing dengan menambahkan gas pada tubing. atau membentuk kolom gas dalam tubing yang akan mendorong kolom fluida dalam tubing dengan mempertimbangkan kemampuan lapisan produktif, kemampuan penampungan produksi di lapangan, gas yang tersedia untuk diinjeksikan serta kemampuan sarana injeksi di permukaan dan dibawah permukaan

Sistem Sumur Gas Lift Pt Pc ALL THE SUBSYSTEMS ARE WELL CONNECTED Separator Flow Line Gas Injection Line Wellhead Subsystem : Production subsystem wellhead production choke pressure gauge Injection subsystem injection choke Separator Subsystem: separator manifold pressure gauges flow metering Compressor Subsystem intake system outlet system choke pressure gauge injection rate metering Gas Lift Mandrells Pt Pc Gas Injection Valve Valve Subsystem Wellbore Subsystem: perforation interval tubing shoe packer ALL THE SUBSYSTEMS ARE WELL CONNECTED (INTEGRATED SYSTEM)

Parameter pada Sistem Gas Lift Parameter Tekanan Tekanan discharge compressor Tekanan injeksi di wellhead Paremeter Injection Rate Laju injeksi gas Paremeter Production Rate Inflow Performance Relationship Parameter pressure drop

Parameter pada Compressor Horse Power Compressor Pintake Pdischarge Pinjection@wellhead DPgas Wellhead Qgas Qgas Pinjection@wellhead=Pdischarge - DP Separator Compressor Wellhead

Parameter pada Compressor Tekanan intake : Gas injeksi berasal dari separator atau dari sumber gas yang lain Laju Injeksi Gas Horse Power Compressor Tekanan discharge : yang tergantung pada laju injeksi gas, Horse Power Compressor, serta sifat fisika gas injeksi

Parameter di Wellhead Surface Injection Pressure Production Choke Production Fluid Gas Injection

Parameter di Wellhead Gas Injection Pressure di Wellhead atau Surface Injection Pressure Tekanan gas injeksi setelah sampai di wellhead dari compressor Fungsi dari sifat fisik gas, konfigurasi pipa gas injeksi, dan temperatur aliran Wellhead Pressure Tekanan yang akan mengalirkan fluida produksi ke separator

Perhitungan DP Gas Injeksi Persamaan Weymouth Persamaan Panhandle

Gas Lift Valve Pt Pc Gas Injeksi Fluida Produksi Pc = Pt

Gas Lift Valve Close condition Open condition Gas Injection Tubing Pressure Close condition Open condition

Parameter pada Gas Lift Valve Tekanan gas injeksi pada casing Tekanan aliran fluida produksi dalam tubing Laju gas injeksi Luas penampang port valve Temperatur pada kedalaman valve

Perhitungan Tekanan Gas Injeksi pada kedalaman

Parameter di Dasar Sumur Pt = Pwf – (dp/dz)(D-Dv) (D – Dv) Pwf@QL IPR

Penetuan titik injeksi Pso Pso = Pdis - DP Titik Injeksi Dv Pt = Pwf – DP @ QL tertentu Pwf

APLIKASI NODAL SYSTEM ANALYSIS PADA SUMUR GAS LIFT Pwh Q yang diinginkan makin tinggi dibutuhkan penempatan titik injeksi yang makin dalam Tergantung Laju Produksi yang diinginkan D2 Titik Injeksi D1 D3 Pwf = Pr – Q/J Pwf

Contoh Soal P-surface injection L = 5000 ft Compressor L = 6525 ft d = 3.0 inch Psep = 180 psi d = 2 inch T = 90 oF P-discharge = 800 psi GLR = 800 scf/stb Well Depth = 7863 ft dt = 2 7/8 inch (OD) T = 105 oF Dv= ? GLR = 300 scf/stb Pr = 1451.00 psi PI = 2.5 stb/d/psi WC = 50%

Jawaban :

Penentuan Kebutuhan Gas Injeksi

Parameter berpengaruh terhadap kebutuhan Gas Injeksi Laju produksi yang direncanakan Ketersediaan Gas Injeksi Variabel-variabel dalam sistem sumur gas lift (Pwh,Pso,Psep,Temp, Valve Depth, dll) Kapasitas Kompresor

Kebutuhan Gas Injeksi Diperkirakan dengan menentukan Gas Lift Performance Curve, hubungan antara Laju Injeksi Gas dengan Laju produksi yang dihasilkan. Gas Lift Performance dibuat pada satu kondisi tertentu.

Perhitungan Gas Lift Performance Curve Nodal System Analysis dengan melakukan sensitivitas terhadap GLR total GLR total = GLR-formasi + GLR-Injeksi GLR total meningkat laju produksi Meningkat Berdasarkan phenomena tersebut dikembangkan teknik injeksi gas (GAS LIFT)

Perhitungan Gas Lift Performance Curve Qmax Hubungan antara Laju Produksi vs GLR total, menunjukkan kurva yang menghasilkan Q-maksimum, pada GLRtotal yang optimum. Dengan demikian jumlah gas Injeksi yang dibutuhkan dapat Diperkirakan berdasarkan kurva Gas Lift Performance Curve. Qgas injeksi opt Qgas-injeksi = Q(GLRtotal – GLRformasi)

Nodal System Analisis

Gas Lift Performance Curve (GLPc)

Operasi Pada waktu sumur akan dipasang peralatan Gas Lift, sumur dimatikan dengan cara mengisi sumur dengan “killing fluid” Pada waktu pemasangan selesai sebelum sumur diproduksi, “killing fluid” harus dikeluarkan dari sumur  Proses Unloading

Tahap I Katup Unloading sudah dipasang. Sumur masih diisi dengan killing fluid Fluida produksi masih belum mengalir ke permukaan Port Valve terbuka karena pengaruh tekanan hidrostatis killing fluid lebih besar dari tekanan pada dome (Pkilling fluid @ valve > Pdome) lihat slide berikutnya. Killing fluid akan mengalir melalui port valve kedalam tubing pada waktu ditekan dengan gas injeksi Perlu diketahui dengan pasti gradien tekanan killling fluid, sebagai landasan design di bengkel Valve 1 : Terbuka Valve 2 : Terbuka Valve 3 : Terbuka Valve 4 : Terbuka Permukaan Killing fluid No flow Choke Tutup

GAS LIFT UNLOADING VALVE PRESSURE DISTRIBUTION – VALVE OPEN P-dome Pkilling fluid > Pdome Katup Terbuka Tekanan Killing Fluid

Tahap II Valve Close Tekanan Tubing harus diketahui Flow Killing Fluid + Gas Injeksi Valve 2 : Terbuka Valve 3 : Terbuka Valve 4 : Terbuka Valve 1 : Tertutup Permukaan Killing fluid Fluida Res. Gradient aliran dipengaruhi Gas injeksi Valve Close Pt Tekanan Tubing harus diketahui

Tahap III Gas Injeksi telah mencapai valve yang terbawah, valve #1 – 3 tertutup, dan valve #4 terbuka Pada tahap ini terjadi aliran yang terjadi secara serentak: Fluida reservoir dari lapisan produktif (sampai titik injeksi) Fluida reservoir yang bercampur dengan gas injeksi (dari titik injeksi sampai panjang kolom fluida tertentu) Killing fluid di atas kolom fluida reservoir Kolom killing fluid dan kolom fluida reservoir yang bercampur dengan gas injeksi mengakibatkan gradien pada tubing berkurang, sehingga Pwf akan menurun. Penurunan Pwf akan menyebabkan peningkatan laju produksi dari reservoir (IPR) Flow Killing Fluid + Gas Injeksi Permukaan Fluida Res. Valve 1 : Tertutup Valve 2 : Tertutup Fluida Reservoir + Gas Injeksi Valve 3 : Tertutup Fluida Reservoir + Gas Injeksi Valve 4 : Terbuka Pwf<<

TAHAP IV Fluida Produksi + Gas Injeksi Valve 1 : Tertutup Valve 2 : Tertutup Valve 3 : Tertutup Valve 4 : Terbuka Pada tahap akhir ini, semua killing fluid sudah terangkat ke permukaan Lapisan produktif mampu berproduksi pada laju produksi yang direncanakan Injeksi gas telah berjalan sesuai dengan perencanaan

Lokasi Unloading Valves

A B C D Pwf<< Choke Tutup No flow Valve 1 : Terbuka Valve 1 : Tertutup Permukaan Killing fluid Fluida Res. Valve 2 : Tertutup Valve 3 : Tertutup Pwf<< Flow Killing Fluid + Gas Injeksi Fluida Reservoir + Fluida Reservoir + Gas Injeksi Fluida Produksi + Valve 1 : Terbuka No flow Choke Tutup A B C D

DESIGN VALVE UNLOADING Pt Pc Gradient Aliran @ Tubing Kesetimbangan Surface Operating Pressure Kick Off Pressure DESIGN VALVE UNLOADING Gradient Aliran @ Tubing Kesetimbangan Tekanan @ Valve Gradient Killing Fluid Pt Pc Gradient Gas Injeksi @ Pko Gradient Gas Injeksi @ Pso

Fungsi Gas Lift Valve Sebagai saluran masuknya gas injeksi dari annulus kedalam tubing Mengatur jumlah gas injeksi yang masuk kedalam tubing, sesuai dengan yang direncanakan Pengatur pentahapan pengaliran “killing fluid” dari dalam sumur ke permukaan

Pemasangan Gas Lift Valve Di dalam annulus/dibagian dinding luar tubing. Sifatnya Non-retrieveable, yaitu untuk mengganti valve, tubing harus dicabut Didalam tubing/dibagian dinding dalam tubing, yang sifatnya Retrieveable, yaitu valve dicabut dengan wireline.

Penampang Gas Lift Valve

Jenis Valve Berdasarkan Cara Kerja Casing pressure operated valve : tekanan buka ditentukan oleh tekanan gas injeksi dalam annulus / casing Fluid operated valve : tekanan buka ditentukan oleh tekanan fluida dalam tubing

APLIKASI NODAL SYSTEM ANALYSIS PADA SUMUR GAS LIFT Pengatur Jumlah Gas yang masuk kedalam Tubing Katup Tertutup Katup Terbuka

Gaya-Gaya pada Valve Gaya membuka katup : Fo = Pc(Ap-Ab) + PtAp Gaya menutup katup : Fc = PdAb Pada keadaan seimbang : Fo = Fc dimana : R = Ap/Ab Katup Terbuka

Contoh Soal Katup sembur buatan ditempatkan di kedalaman 6000 ft. Tekanan dome dan tekanan tubing di kedalaman tersebut masing-masing sebesar 700 psi dan 500 psi. Apabila Ab katup sebesar 1.0 in2 dan Ap = 0.1 in2, tentukan tekanan gas di annulus yang diperlukan untuk membuka katup. Perhitungan: R = Ap/Ab = 0.1/1.0 = 0.1 Pd = 700 psi Pt = 500 psi Dengan menggunakan persamaan (5), tekanan gas injeksi yang diperlukan untuk membuka katup sebesar: Pc = (700 - 500(0.1) / (1.0-0.1) = 722 psi

DOME PADA GAS LIFT VALVE Dome pada Gas Lift Valve, diisi gas Nitrogen sejumlah mole tertentu, sehingga dapat memberikan tekanan tutup valve yang sesuai. Sesuai dengan P V=Z n R T Temperatur di sekitar dome Vol. dome P-dome

Penentuan Tekanan Dome Tekanan dome @ TD = Pd Tekanan casing @ D = Pc Test Rack (di laboratorium) Tekanan dome @ TD convert Tekanan dome @ 60 oF (Tabel 5-3) Tekanan buka valve, pvo Gradien Aliran @ tubing @TD Gradien gas injeksi Tabel 5-3 Dall Beggs

Temperatur pada Valve T-surface Gradient Temperatur Aliran Gradient Geothermal (oF/ft) Retreivable valve Non-Retreivable valve T-bottom

Menentukan Tekanan Buka di Bengkel Temperatur Lab/Bengkel Pt = Tekanan Atmosfir = 0 psig

Rate Gas Injeksi melalui Valve

Gas Lift Equipment

Pohle Process of Elevating Liquids Jenis injector gas Brear Oil Injector Frizell Method Pohle Process of Elevating Liquids

Harris air or gas lift for fluids Jenis injector gas (cont’d) Ferting Ejector Harris air or gas lift for fluids Orifice inserts

Unloading valve Kick off valve Teather Kick off valve Taylor Kick off valve

Tubing operated valve Valve yang akan membuka pada saat dipompakan gas di annulus Balanced fluid operated valve Unbalanced fluid operated valve

Tubing operated valve (cont’d)

Gas lift mandreal

Gas lift dummy