DESAIN DAN PEMILIHAN SAND JET PERFORATOR MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

Mungkin bagi anda yang bekerja di bidang pertambangan atau oil and gas sudah pernah mendengar atau mungkin sudah tidak asing lagi dengan sand jet perforator. Sand jet perforator adalah device untuk membuat lubang (perforasi) secara radial didalam sebuah lubang yang sudah ada (eksisting) yang pada umumnya adalah pipa dengan cara menyemburkan fluida abrasif kearah radial. Tidak hanya mampu menembus lapisan tanah, sistem ini dapat juga menembus semen atau bahkan casing pipa dengan material metal.

Berikut adalah ilustrasi dari sistem sand jet perforator:

ilustrasi aliran fluida pada sand jet perforator

Pada video diatas, terlihat bahwa aliran fluida dari dalam sistem perforator disemprotkan melalui nozle yang ada di sekeliling device sehingga keluar dengan kecepatan yang sangat tinggi dan menghantam dinding bagian luar yang mana akan menghasilkan lubang (perforasi) pada titik tersebut. (ilustrasi dibuat menggunakan software CFD openFOAM).

Untuk melakukan pemilihan atau bahkan desain dari sistem perforator ini, analisa menggunakan metode analitis tidaklah memungkinkan untuk dilakukan karena kompleksitas pola aliran yang terjadi, sedangkan untuk pengujian empiris, tekanan yang sangat tinggi dari sistem pompa fluida abrasif dapat sangat membahayakan, serta untuk variasi uji model yang banyak, membutuhkan biaya dan waktu yang relatif tidak feasible.

Pada era yang serba digital ini, telah berkembang salah satu metode yang sudah cukup handal dan Industrial-standard menggunakan metode komputasi untuk menyelesaikan aliran fluida yang sangat kompleks sekalipun dengan bantuan komputer yang saat ini sudah sangat cepat, metode ini dikenal juga dengan computational fluid dynamics (CFD).

Menggunakan metode ini, proses trial and error desain dan pemilihan sand jet perforator dapat dilakukan dengan sangat fleksibel, cepat dan relatif lebih murah dibandingkan dengan uji di lapangan, dan yang paling penting adalah tidak ada isu safety pada metode ini. Permodelan menggunakan CFD merupakan hal yang sudah sangat lazim digunakan oleh industri-industri besar di dunia karena memang kode yang dikembangkan sudah standar industri dan cukup banyak data-data untuk dijadikan validasi.

Berikut adalah ilustrasi pengujian performa sand jet perforator menggunakan CFD. Dalam contoh kasus ini, akan dibandingkan performa sand jet perforator dengan outer diameter yang berbeda untuk menembus dinding pipa dengan inner diameter yang sama. Pertama-tama, model dari sand jet perforator itu sendiri kita deskripsikan sesuai dengan informasi yang kita miliki (atau berdasarkan intuisi tebakan awal dan bisa diubah dengan fleksibel jika dibutuhkan):

Kemudian, proses selanjutnya adalah meshing, atau mengubah model yang awalnya kontinyu menjadi diskrit, hal ini cukup penting agar model dapat diselesaikan solusinya secara numerik:

Setelah meshing siap, langkah selanjutnya adalah menyelesaikan solusi-solusi mekanika fluida pada sistem tersebut yaitu kecepatan, tekanan, fraksi massa udara serta fluida dan lain-lain sesuai kebutuhan kita. Kemudian solusi-solusi tersebut dapat kita plot dalam bentuk gambar ataupun grafik-grafik sebagai berikut:

contoh pola aliran didalam dan diluar sistem perforator

contoh distribusi tekanan pada sistem jet perforator

Dari hasil-hasil diatas, kita dapat memahami fenomena yang terjadi pada sistem, seperti misalkan arah aliran ataupun tingginya tekanan yang “membentur” dinding pipa sehingga kita dapat mengevaluasi kekurangan dari sistem dengan mudah secara kualitatif.

Tidak hanya plot-plot gambar, solusi-solusi juga dapat diplot dalam bentuk tabel dan grafik sebagai berikut:

contoh grafik tekanan terhadap panjang lubang perforasi

Dari grafik diatas, kita dapat dengan mudah dan komprehensif memahami model mana yang harus kita pilih untuk sistem yang akan kita gunakan.

Meskipun memiliki kapabilitas dan hasil yang cukup detail dan komprehensif, namun bagi operator yang belum terbiasa menggunakan CFD dapat menjadi kesulitan tersendiri dalam mempelajari nya. Kami memberikan solusi berupa project support serta konsultasi simulasi pada proses pengelasan