Gas Lift Design

Session 8

2

Sistem Gas Lift WellTujuan 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

Gas Injection Line

Pt

Pc

Compressor Subsystem• intake system• outlet system• choke • pressure gauge• injection rate metering

Flow Line

Separator

Wellhead Subsystem :• Production subsystem

• wellhead• production choke• pressure gauge

• Injection subsystem• injection choke

ValveSubsystem

Wellbore Subsystem:• perforation interval• tubing shoe• packer

Separator Subsystem:• separator• manifold• pressure gauges• flow metering

ALL THE SUBSYSTEMS AREWELL CONNECTED(INTEGRATED SYSTEM)

Gas Lift Mandrells

Gas Injection Valve

Parameter pada Sistem Gas LiftParameter 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

Pgas

Compressor

Wellhead

Separator

Pintake Pdischarge

Horse PowerCompressor

Pinjection@wellhead

Pinjection@wellhead=Pdischarge - P

QgasQgas

Wellhead

Parameter pada CompressorTekanan intake :

Gas injeksi berasal dari separator atau dari sumber gas yang lain

Laju Injeksi GasHorse Power CompressorTekanan discharge :

yang tergantung pada laju injeksi gas, Horse Power Compressor, serta sifat fisika gas injeksi

Parameter di Wellhead

ProductionChokeInjection

Choke

Surface InjectionPressure

WellheadPressure

Gas Injection

Production Fluid

Parameter di WellheadGas Injection Pressure di Wellhead atau Surface

Injection PressureTekanan gas injeksi setelah sampai di wellhead dari

compressorFungsi dari sifat fisik gas, konfigurasi pipa gas injeksi,

dan temperatur aliranWellhead Pressure

Tekanan yang akan mengalirkan fluida produksi ke separator

Perhitungan DP Gas InjeksiPersamaan Weymouth

Persamaan Panhandle

Gas Lift Valve

Pt

Pc

Pc

Pt

GasInjeksi

FluidaProduksi

Pc = Pt

Gas Lift Valve

GasInjection

TubingPressure

Close condition Open condition

Parameter pada Gas Lift ValveTekanan gas injeksi pada casingTekanan aliran fluida produksi dalam tubingLaju gas injeksiLuas penampang port valveTemperatur pada kedalaman valve

Perhitungan Tekanan Gas Injeksi pada kedalaman

Parameter di Dasar Sumur

(D – Dv)

Pwf@QL

Pt = Pwf – (dp/dz)(D-Dv)

IPR

Penetuan titik injeksi

Pwf

Pso

TitikInjeksi Dv

Pso = Pdis - P

Pt = Pwf – P @ QL tertentu

APLIKASI NODAL SYSTEM ANALYSISPADA SUMUR GAS LIFT

Pwf = Pr – Q/J

Tergantung Laju Produksiyang diinginkan

Pwf

Pwh

TitikInjeksi

D1

D2

D3

Q yang diinginkan makin tinggidibutuhkan penempatan titikinjeksi yang makin dalam

P-discharge = 800 psi

Dv= ?

P-surface injection

Compressor L = 6525 ft

d = 2 inchT = 90 oF

L = 5000 ft

d = 3.0 inchPsep = 180 psi

Well Depth = 7863 ft

dt = 2 7/8 inch (OD)T = 105 oF

GLR = 800 scf/stb

GLR = 300 scf/stb

Pr = 1451.00 psiPI = 2.5 stb/d/psiWC = 50%

Contoh Soal

Jawaban :

Penentuan Kebutuhan Gas Injeksi

Parameter berpengaruh terhadap kebutuhan Gas InjeksiLaju produksi yang direncanakanKetersediaan Gas InjeksiVariabel-variabel dalam sistem sumur gas

lift (Pwh,Pso,Psep,Temp, Valve Depth, dll) Kapasitas Kompresor

Kebutuhan Gas InjeksiDiperkirakan 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

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000

Laju Produksi, stb/d

Tek

ana

n A

lir D

asa

r S

umu

r, p

si

IPR

200 scf/stb

400 scf/stb

600 scf/stb

800 scf/stb

1000 scf/stb

1200 scf/stb

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000

Laju Produksi, stb/d

Tek

ana

n A

lir D

asa

r S

umu

r, p

si

IPR

200 scf/stb

400 scf/stb

600 scf/stb

800 scf/stb

1000 scf/stb

1200 scf/stb

Nodal System Analysis dengan melakukan sensitivitas terhadapGLR total

GLR total = GLR-formasi + GLR-Injeksi

GLR total meningkat laju produksiMeningkat

Berdasarkan phenomena tersebutdikembangkan teknik injeksi gas(GAS LIFT)

Perhitungan Gas Lift Performance Curve

Hubungan antara Laju Produksi vsGLR total, menunjukkan kurvayang menghasilkan Q-maksimum,pada GLRtotal yang optimum.

Dengan demikian jumlah gasInjeksi yang dibutuhkan dapatDiperkirakan berdasarkan kurvaGas Lift Performance Curve.

Qgas-injeksi = Q(GLRtotal – GLRformasi)

Qmax

Qgas injeksi opt

Nodal System Analisis

Tubing Intake Berbagai GLR SumurX-1RD

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

q, stbfpd

Pwf,

psi

IPR X-1RD

295 scf/stb

297 scf/stb

300 scf/stb

320 scf/stb

350 scf/stb

400 scf/stb

450 scf/stb

500 scf/stb

600 scf/stb

Tubing Intake Berbagai GLR SumurX-1RD

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

q, stbfpdPw

f, ps

i

IPR X-1RD

700 scf/stb

800 scf/stb

1000scf/stb

1500 scf/stb

2000 scf/stb

3000 scf/stb

4000 scf/stb

5000 scf/stb

7500 scf/stb

Gas Lift Performance Curve (GLPc)

0

500

1000

1500

2000

2500

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Qo,

stb

opd

Gas injeksi, Mscf

GLPc X-1RD Pr=1500 psia

OperasiPada 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 IKatup Unloading sudah dipasang.Sumur masih diisi dengan killing

fluidFluida produksi masih belum

mengalir ke permukaanPort 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

PermukaanKilling fluid

No flowChokeTutup

GAS LIFT UNLOADING VALVE PRESSURE DISTRIBUTION – VALVE OPEN

Katup Terbuka

Tekanan Killing Fluid

P-dome

Pkilling fluid > Pdome

Tahap II

Gradient aliran dipengaruhiGas injeksi

Flow Killing Fluid + Gas Injeksi

Pt

Tekanan Tubing harus diketahui

Valve 2 : Terbuka

Valve 3 : Terbuka

Valve 4 : Terbuka

Valve 1 : Tertutup

PermukaanKilling fluid

PermukaanFluida Res.

Valve Close

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)

PermukaanFluida Res. Valve 1 : Tertutup

Valve 2 : Tertutup

Valve 3 : Tertutup

Valve 4 : Terbuka

Pwf<<

Flow Killing Fluid + Gas Injeksi

Fluida Reservoir +Gas Injeksi

Fluida Reservoir + Gas Injeksi

TAHAP IVPada 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

FluidaProduksi +Gas Injeksi

Valve 1 : Tertutup

Valve 2 : Tertutup

Valve 3 : Tertutup

Valve 4 : Terbuka

Lokasi Unloading Valves

Valve 2 : Terbuka

Valve 3 : Terbuka

Valve 4 : Terbuka

Valve 1 : Tertutup

PermukaanKilling fluid

PermukaanFluida Res.

PermukaanFluida Res. Valve 1 : Tertutup

Valve 2 : Tertutup

Valve 3 : Tertutup

Valve 4 : Terbuka

Pwf<<

Flow Killing Fluid + Gas Injeksi

Fluida Reservoir +Gas Injeksi

Fluida Reservoir + Gas Injeksi

FluidaProduksi +Gas Injeksi

Valve 1 : Tertutup

Valve 2 : Tertutup

Valve 3 : Tertutup

Valve 4 : Terbuka

Valve 1 : Terbuka

Valve 2 : Terbuka

Valve 3 : Terbuka

Valve 4 : Terbuka

PermukaanKilling fluid

No flowChoke Tutup

-8000

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pressure, psia

Depth,ft

DESIGN VALVEUNLOADING

Gradient Gas Injeksi @ Pko

Gradient Gas Injeksi @ Pso

Gradient Aliran @ Tubing

Gradient Killing Fluid

Pt

Pc

KesetimbanganTekanan @ Valve

Kick Off PressureSurface Operating Pressure

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 ANALYSISPADA SUMUR GAS LIFT

Katup TertutupKatup Terbuka

Pengatur Jumlah Gas yang masuk kedalam Tubing

Gaya-Gaya pada ValveGaya membuka katup :

Fo = Pc(Ap-Ab) + PtAp

Gaya menutup katup :

Fc = PdAb

Pada keadaan seimbang :

Fo = Fc

dimana : R = Ap/AbKatup Terbuka

R

RPPP tdc

1

Contoh SoalKatup 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 = 0.1Pd = 700 psiPt = 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

P-dome

Vol. domeTemperatur di sekitardome

Penentuan Tekanan Dome

Tekanan dome @ TD = Pd

Tekanan casing @ D = Pc

Test Rack (di laboratorium)

Tekanan dome @ TD

convertTekanan dome @ 60 oF

(Tabel 5-3)Tekanan buka valve, pvo

RpRpp tcd )1(

dtFdPCP o

60@

@TD

Tabel 5-3 Dall BeggsGradien gas injeksi

Gradien Aliran @ tubing

R

PP Fdvo

o

160@

Temperatur pada Valve

-8000

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pressure, psia

Depth,ft

T-surface

T-bottom

GradientGeothermal

(oF/ft)

Gradient TemperaturAliran

Retreivable valve

Non-Retreivablevalve

Menentukan Tekanan Buka di Bengkel

R

PP Fdvo

o

160@

R

RPPP tdc

1

Temperatur Lab/Bengkel

Pt = Tekanan Atmosfir = 0 psig

Rate Gas Injeksi melalui Valve

Q

C A P gk R R

T

d p u

g

kk

k

1555 2

2 1

.( )

Gas LiftEquipment

Jenis injector gas

Brear Oil Injector

Frizell Method

Pohle Process of Elevating Liquids

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