Downhole Measurement on Geothermal Wells

Titik pangkal di dalam program reservoir geothermal adalah pengumpulan data sumur. Baik saintis maupun engineer mesti familiar dengan reliability dan interpretasi dari data lapangan karena hal ini akan mempengaruhi keputusan yang mereka buat terhadap data tersebut.

Pengukuran standar dalam dunia geothermal adalah pengukuran tekanan dan temperatur di sepanjang lubang sumur. Dengan menggunakan tabel uap dan dengan mempertimbangkan efek dari gas-gas yang tidak dapat terkondensasi, data tekanan dan temperatur dapat memberikan gambaran tentang keadaan fluida serta aliran yang terjadi baik di dalam lubang sumur maupun di dalam formasi reservoir.

Selama beberapa tahun belakangan, perkembangan teknologi pengukuran lubang sumur (logging) telah menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam hal reliability, akurasi, dan juga resolusi pengukuran. Hal ini turut menggiring kepada penggunaan sebuah standar baru di dalam dunia geothermal yang dikenal dengan pengukuran PTS sebagai akronim dari pressure, temperatur, spinner.

Logging sebagai suatu teknik pengukuran di dalam lubang sumur saat ini telah berada pada tahap yang mampu mengukur berbagai parameter fisis di sepanjang lubang sumur geothermal pada berbagai kondisi. Operasi logging menggunakan serangkaian peralatan yang terdiri dari mesin derek (winch), kabel (cable), sensor, dan alat pembaca di permukaan (surface read-out / SRO).

Jenis kabel yang digunakan di dalam operasi logging bergantung kepada kebutuhan pembacaan data. Jika data ingin dibaca dan dimonitor secara langsung di permukaan pada saat pengukuran sedang berlangsung maka kabel jenis e-line mesti digunakan. Jika tidak ada kebutuhan untuk memonitor data selama pengukuran maka kabel jenis slick-line dapat digunakan.

Kabel e-line jenis H-220M dari Rochester saat ini mampu beroperasi pada temperatur hingga 600 Fahrenheit (315 C) di dalam lubang sumur. Secara teoritis, kabel di dalam operasi logging geothermal mampu menahan tegangan hingga 900 kilogram gaya bahkan mungkin lebih. Hal ini juga akan bergantung kepada masa pakai dari kabel. Tegangan yang bekerja pada kabel adalah akibat dari massa kabel yang terulur ke dalam lubang sumur dan rangkaian sensor yang terpasang di ujung kabel. Bobot rangkaian peralatan standar di ujung kabel (bottom hole assembly / BHA) dapat mencapai 80 kilogram bahkan lebih. Tegangan kabel selalu dimonitor dengan menggunakan sensor gaya berat. Hal ini bertujuan untuk menjaga agar beban yang bekerja pada kabel selama pengukuran tidak melebihi batas elastisitas dari kabel.

Dikenal istilah rig-up diagram yang menggambarkan konfigurasi peralatan pengukuran di atas kepala sumur. Peralatan utamanya terdiri dari adapter flange, BOP, recovery tube, dan stuffing box. Berikut ini adalah gambaran dari diagram tersebut.

Rig-up Diagram for Geothermal Well Logging

BOP (blow-out preventer), recovery tube, dan stuffing box merupakan rangkaian peralatan yang bertujuan untuk keselamatan. Recovery tube secara khsusus juga bertujuan untuk menyediakan ruang ketinggian bagi operasi logging. BOP adalah peralatan pencegah semburan liar. Stuffing box berfungsi untuk menyegel tekanan dari dalam lubang sumur terhadap tekanan udara luar.

Sensor pengukuran tekanan dan temperatur di dalam lubang sumur saat ini mampu memberikan resolusi pengukuran hingga +- 0.1 bar untuk tekanan dan +- 1 derajat Celcius untuk temperatur. Ketika diturunkan ke dalam lubang sumur, sensor ini ditempatkan di dalam tabung silinder (flask) yang terisolasi. Hal ini bertujuan untuk menghindarkan sirkuit elektronik sensor dari paparan temperatur tinggi di dalam lubang sumur. Teknik isolasi dilakukan melalui pemasangan O'ring seal untuk menciptakan kondisi vakum di dalam flask dan pemasangan sea seal untuk mencegah influx dari gas ke dalam flask selama  alat berada di dalam lubang sumur.

Flask. Electronic components can be inside the flask.
Source: www.cbgcorp.com

Sensor tidak akan dapat dibiarkan berlama-lama di dalam lubang sumur geothermal. Komponen elektronik dari sensor tidak mampu beroperasi jika terpapar suhu lebih dari 100 derajat Celcius. Oleh karena itu, lamanya alat dapat berada di dalam lubang sumur bergantung pada laju pemanasan yang terjadi di dalam flask yang disebut sebagai internal heating rate. Jika internal heating rate saat pengukuran konstan sebesar 0.0035 derajat Celsius per detik, temperatur awal di dalam flask saat alat diturunkan ke dalam lubang sumur adalah 14 derajat Celcius, maka alat dapat bertahan di dalam lubang sumur tak lebih dari 5 jam sebelum temperatur di dalam flask mencapai 75 derajat Celcius. Hal ini akan turut mempengaruhi desain pengujian sumur geothermal. Jangan membuat desain pengujian yang membutuhkan penempatan alat yang sangat lama di dalam lubang sumur, kecuali sumur dalam kondisi diinjeksi dengan air dingin.

Data hasil pengukuran di dalam lubang sumur, seperti pengukuran tekanan dan temperatur, terdiri dari dua jenis, yaitu data yang diukur saat alat diturunkan ke dalam lubang sumur (log down), dan data yang diukur saat alat ditarik keluar dari dalam lubang sumur (log up). Idealnya, profil data terhadap kedalaman yang diukur pada saat log down akan sama atau berhimpit dengan profil data pada saat log up. Jika ternyata tidak berhimpit, berarti terdapat galat (error) akibat terjadinya instrument lag yaitu keterlambatan alat saat merekam data dengan saat mengukur data. Kecepatan naik turun kabel yang terlalu tinggi berpotensi menciptakan instrument lag. Normalnya, kecepatan kabel sekitar 0.5-1.5 meter per detik.

Pada pengukuran tekanan, temperatur, dan juga pengukuran PTS, kondisi di dalam lubang sumur harus stabil selama pengukuran agar diperoleh data yang benar-benar representatif. Instabilitas di dalam lubang sumur, seperti perubahan fasa yang intensif dari air menjadi uap, berpotensi menghasilkan data pengukuran yang rancu. Kestabilan di dalam lubang sumur juga diperlukan bagi keselamatan turun naik alat selama pengukuran. Stabilitas di dalam lubang sumur dapat tercermin dari pembacaan parameter yang stabil di kepala sumur seperti laju alir dan/atau tekanan kepala sumur yang stabil.

Selain pengukuran tekanan, temperatur, dan laju alir fluida (melalui pengukuran spinner pada PTS), jenis pengukuran atau logging lainnya yang sering dilakukan di dunia geothermal adalah Go-Devil, Calipers, dan Downhole Sampling (DHS). Ketiga jenis pengukuran ini biasanya tidak membutuhkan transmisi data secara langsung ke permukaan sehingga dapat dilakukan dengan menggunakan kabel jenis slick-line.

Survei go-devil bertujuan untuk mengidentifikasi keberadaan obstruction di dalam lubang sumur. Peralatan utamanya terdiri dari besi yang dirangkai (dilas) mirip sangkar burung dengan bentuk geometri silindris (bayangkan sangkar burung yang bulat bukan yang kotak). Diameter dari alat ini bermacam-macam mulai dari yang berdiameter besar sebesar lubang sumur hingga yang berdiameter kecil. Pertama kali yang diturunkan adalah alat yang berdiameter besar. Jika menemui obstruction di dalam lubang sumur, maka alat diganti dengan yang berdiameter lebih kecil. Dengan cara ini, posisi obstruction di dalam lubang sumur dapat ditentukan dan besarnya obstruction tersebut dapat diperkirakan.

Calipers logging merupakan teknik pengukuran diameter-dalam (inside diameter) dari lubang sumur. Seperti namanya, calipers atau jangka, alat ini memiliki serangkaian jari-jari yang dapat dikembangkan seperti layaknya jangka. Jari-jari ini melingkar secara rapat pada alat dengan jumlah jari-jari dapat mencapai 60.

Calipers Tool
Source: www.bakerhughes.com

Calipers logging dilakukan dengan cara menurunkan alat dalam keadaan semua jari-jari tertutup penuh. Ketika alat sudah mencapai dasar, alat ini digantung beberapa saat dan semua jari-jari dikembangkan. Setelah dipastikan semua jari-jari terkembang penuh, alat diangkat ke permukaan (log up). Pada saat inilah pengukuran diameter-dalam (inside diameter) dari lubang sumur dilakukan. Jika menemui scale pada dinding lubang sumur, atau menemui dinding (casing) yang menipis (wall thinning), atau menemui casing yang terdeformasi, maka bukaan dari jari-jari ini akan berubah. Hal ini direkam oleh alat untuk selanjutnya dianalisis. Calipers logging jelas hanya memiliki data pengukuran pada saat log up.

Pada saat akan berencana melakukan survei Calipers, penting untuk dipastikan bahwa alat dari vendor yang akan digunakan mampu bertahan pada lingkungan temperatur tinggi di dalam sumur geothermal.

Downhole Sampling (DHS) merupakan teknik logging yang digunakan untuk mengambil sampel air dari dalam lubang sumur. DHS biasanya didahului oleh pengukuran tekanan dan temperatur. Jika data pengukuran tekanan dan temperatur telah memastikan keberadaan dan kedalaman kolom air di dalam lubang sumur, maka DHS dapat dilakukan.


Penulis: Robi Irsamukhti

Copyleft

Silahkan mengutip dan menyebarkan materi ini selama menyebutkan penulis dan sumbernya.