Table of Contents:
Fountain Method - Harnessing Internal Energy in a Deposit
What is the driving force behind oil production under reservoir conditions?
How long can a well produce water?
In this article, I will briefly introduce the main methods of oil extraction. Oil exists in layers of porous rock (accumulators). It is in these accumulators that the oil accumulates. A second prerequisite is that the accumulators must be covered by an impermeable oil and gas seal; otherwise, the gas will evaporate and the oil will eventually turn into bitumen.
To extract oil, a well must be drilled. The well enters the oil-producing stratum, and here the fun begins—the oil must be brought to the surface somehow.
How does oil appear in the Earth? (Part 1)
There are three main methods of oil extraction (well extraction): fountain and mechanized (pump-based). Gas lift is also sometimes used, which does not use pumps but requires external energy injection. Therefore, gas lift can be considered a transitional method between fountain and mechanized extraction methods.
Fountain Method - Harnessing Internal Energy in a Deposit:
When an oil field is newly developed, the oil within it is typically under high pressure. The pressure within the formation is called formation pressure, and the pressure within the well is called bottomhole pressure. Typically, in a shut-in well, these values are consistent. In a well operating normally, the formation experiences a depression—the bottomhole pressure is lower than the formation pressure. Conversely, in a shut-in well, the formation experiences a depression—the bottomhole pressure is higher than the formation pressure. If the formation pressure is high enough, it can overcome the resistance of atmospheric pressure and force the oil out. In this case, an oil fountain is formed.
What is the driving force behind oil production under reservoir conditions?
1. Cap-of-tank model:
Anticline (dome-shaped) deposits, in particular, have a gas-filled region at the top—the gas cap.
As we all know, gas is highly compressible. When an oil well is operated, the gas begins to expand, and this is the driving force that propels oil through the wellbore to the surface.
In this case, the oil field is produced so that the natural gas in the caprock does not escape prematurely; it is included in the national reserve balance and is recovered after oil production.
2. Dissolved gas model:
In addition to the gas cap, oil also contains dissolved gas. Higher pressure increases the amount of dissolved gas. The ratio of the volume of dissolved gas to the volume or mass of oil under standard conditions is called the gas fraction (GF). For example, if the GF is 50 cubic meters per ton, this means that 50 cubic meters of gas are dissolved in every ton of oil (under standard conditions).
Ketika tekanan turun, gas mulai naik dalam bentuk gelembung-gelembung, membawa minyak bersamanya. Kuncinya adalah memastikan jumlah gelembung cukup dan cukup besar; jika tidak, hanya gas yang akan naik, dan cairan tidak akan naik.
Gas alam yang diproduksi bersama minyak disebut gas ikutan. Gas ikutan serupa dengan gas alam biasa, tetapi dengan konsentrasi yang lebih tinggi. Lebih spesifik, gas ini mengandung lebih banyak gas petroleum cair (LPG, fraksi luas hidrokarbon ringan, dengan kandungan propana dan butana yang lebih tinggi) dan kondensat (pentana dan hidrokarbon yang lebih tinggi). Gas ikutan merupakan bahan baku yang berharga bagi industri petrokimia dan sumber campuran propana-butana yang digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin gas.
3. Mode Tekanan Air:
Dalam mode ini, pendorong utama pemindahan minyak ke dasar sumur produksi adalah tekanan air marginal. Air terdapat di dasar endapan, baik sebagai air sisa dari pembentukannya maupun sebagai pasokan air marginal yang berkelanjutan, yang terhubung ke permukaan dan berasal dari sumber-sumber seperti air lelehan dan air hujan.
Ini adalah mode operasi ladang minyak yang paling efisien, dan pemanfaatannya yang efektif memungkinkan ekstraksi minyak dalam jumlah besar dari formasi. Namun, operasi jangka panjang hanya mungkin dilakukan dengan satu syarat: injeksi air eksternal yang berkelanjutan melalui sistem sumur injeksi (sistem yang mempertahankan tekanan formasi); jika tidak, sumber energi akan cepat habis.
4. Tekanan Air Elastis:
Dalam mode ini, perpindahan minyak terjadi karena ekspansi elastis minyak itu sendiri, air di sekitar reservoir, dan kerangka formasi. Ini berarti bahwa di bawah pengaruh batuan di atasnya, minyak, cairan, dan kerangka batuan semuanya terkompresi, meskipun sedikit. Elastisitas cairan dan formasi itu sendiri sangat rendah. Namun, ketika sistem hidrolik besar dan tekanan formasi tinggi, sejumlah besar cairan dapat dipindahkan dari formasi ke dalam lubang sumur karena ekspansi cairan dan pengurangan volume pori (retakan). Sifat elastis cairan dan formasi dicirikan oleh koefisien kompresibilitas cairan dan formasi, masing-masing. Ada juga mode gravitasi, tetapi ini tidak menyediakan energi yang cukup untuk mengangkat minyak.
Berapa lama sumur dapat terus menyemburkan air?
Hal ini sepenuhnya bergantung pada ladang minyak dan metode ekstraksinya. Umumnya, semakin muda ladangnya, semakin banyak sumur yang dimilikinya. Namun, energinya cepat habis, dalam hitungan bulan atau bahkan tahun, sehingga memaksa penggunaan metode ekstraksi mekanis, yang selalu lebih mahal. Ada pengecualian, seperti ladang minyak Tengiz di Kazakhstan, yang mengalir deras setidaknya selama 21 tahun (1991-2010). Minyak mungkin masih mengalir, tetapi kita sudah lama tidak melihat informasi tentangnya.
Sumur-sumur baru di lapangan-lapangan yang lebih tua juga berfungsi sebagai sumur "gushing". Namun, sumur-sumur ini biasanya tidak terhubung ke pipa produksi utama karena pipa tersebut bertekanan, biasanya sekitar 20-25 atmosfer. Sumur "gushing" tidak menghasilkan tekanan ini, sehingga minyak tidak mengalir darinya.
Dalam kasus ini, pemisah gas dipasang untuk memisahkan gas dari cairan, menampung minyak dalam wadah, lalu membakarnya. Hal ini tentu saja merupakan pemborosan sumber daya yang sangat besar, tetapi dalam beberapa kasus, lebih murah membakar gas yang ikutan dan membayar denda daripada mengumpulkan dan menggunakannya.
Apa yang terjadi jika sumur yang mengalir mengering?
Kini, hanya satu hal yang tersisa—beralih ke pompa batang pengisap minyak sumur dalam. Namun, dalam beberapa kasus, beralih langsung ke sistem pemompaan bisa menjadi masalah. Misalnya, di ladang gas alam dan minyak. Pompa batang pengisap minyak sumur dalam adalah pompa perpindahan positif, terutama pompa plunger dan sentrifugal. Jika koefisien gas tinggi, pompa akan terisi udara, atau lebih tepatnya, menjadi beraerasi. Ini berarti ruang kerja terisi gas, menyebabkan pompa menjadi kering dan cepat terbakar.
Untuk mencegah hal ini, separator gas dipasang pada unit pompa untuk membuang gas bebas. Metode lain adalah menggunakan disperser, yang dirancang untuk memecah inklusi gas dalam fluida formasi, menciptakan campuran gas-cair yang seragam, yang kemudian dialirkan ke input pompa sentrifugal submersible.
Namun, hal ini tidak efektif jika kandungan gasnya tinggi. Oleh karena itu, dalam kasus seperti ini, gas lift digunakan. Metode ini menghilangkan kebutuhan untuk menurunkan pompa dan lebih efektif memanfaatkan energi internal gas terlarut dalam formasi. Gas dipompa dari permukaan melalui serangkaian pipa ke dasar pompa, tempat gas tersebut bercampur dengan cairan. Gas yang diinjeksikan bercampur dengan gas yang dilepaskan dari fluida formasi, membentuk campuran gas-cair dengan densitas yang memungkinkan tekanan yang ada di dasar sumur cukup untuk mengangkat cairan ke permukaan melalui riser.
Bagian berikut akan membahas prinsip pengoperasian pompa batang penghisap minyak sumur dalam.
Jika Anda menganggap ini menarik, silakan suka dan berlangganan.