Studi Numerik Prediksi Lokasi Flash Point pada Wellbore Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

Subhan Hasisi, Dr. Ir. Khasani, S.T., M.Eng, IPM., ASEAN Eng. dan Ir. Fauzun, S.T., M.T., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2026 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Penentuan lokasi flash point pada sumur produksi panas bumi merupakan faktor penting dalam evaluasi kinerja aliran karena berkaitan langsung dengan perubahan rezim aliran, distribusi tekanan, dan profil suhu. Keberadaan gas non-kondensabel, khususnya CO2 terlarut, memengaruhi sifat termodinamika fluida dan meningkatkan tekanan jenuh campuran, sehingga posisi flash point dapat bergeser secara signifikan. Oleh karena itu, diperlukan pemodelan numerik yang andal untuk mengkaji pengaruh variasi konsentrasi CO2 terhadap karakteristik aliran sepanjang sumur.

Analisis dilakukan menggunakan metode numerik Euler–Cauchy eksplisit dengan pendekatan diskretisasi kedalaman untuk menghitung gradien tekanan dan suhu secara bertahap. Interaksi termodinamika campuran CO2–H2O dimodelkan
melalui tekanan parsial CO2 dan tekanan jenuh campuran, sementara sifat fluida diperbarui secara progresif sepanjang lintasan aliran. Simulasi diterapkan pada lima variasi fraksi massa CO2, yaitu 0,00%; 0,25%; 0,50%; 0,75%; dan 1,00%.

Hasil menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi CO2, lokasi flash point bergeser ke kedalaman yang lebih dalam. Pada fluida tanpa CO2 (0,00%), flash point terjadi pada kedalaman 1134,75 m (P = 46,85 bar; T = 259,89°C). Pada 0,25% CO2, flash point berada pada 1174,75 m (P = 52,71 bar; T = 259,91°C). Pada 0,50% CO2, kedalaman flash point menjadi 1233,88 m (P = 58,58 bar; T = 259,93°C). Pada 0,75% CO2, flash point terjadi pada 1312,25 m (P = 64,46 bar; T = 259,95°C), sedangkan pada 1,00% CO2, flash point berada pada 1409,50 m (P = 70,34 bar; T= 259,97°C). Hasil ini menunjukkan bahwa keberadaan CO2 meningkatkan tekanan jenuh campuran, sehingga flashing terjadi pada tekanan yang lebih tinggi dan kedalaman yang lebih besar. Ditemukan adanya zona transisi dua fase setelah flash point pada fluida yang dipengaruhi CO2. Secara keseluruhan, metode Euler–Cauchy eksplisit terbukti efektif untuk memprediksi flash point pada sumur geothermal dan memberikan gambaran yang jelas mengenai pengaruh CO2 terhadap perubahan profil aliran, khususnya pada zona transisi pasca-flashing.

Determining the flash point location in geothermal production wells is a critical factor in evaluating flow performance, as it is directly associated with flow regime transitions, pressure distribution, and temperature profiles. The presence of non-condensable gases, particularly dissolved CO2, affects the thermodynamic properties of the fluid and increases the saturation pressure of the mixture, leading to a potentially significant shift in the flash point location. Therefore, a reliable numerical modeling approach is required to investigate the influence of varying CO2 concentrations on flow characteristics along the wellbore.

The analysis was performed using an explicit Euler–Cauchy numerical method with depth-wise discretization to incrementally calculate pressure and temperature gradients. The thermodynamic interaction of the CO2–H2O mixture was modeled through CO2 partial pressure and mixture saturation pressure, while fluid properties were progressively updated along the flow path. Simulations were conducted for five dissolved CO2 mass fractions, namely 0.00%, 0.25%, 0.50%, 0.75%, and 1.00%.

The results shown that increasing CO2 concentration shifted the flash point to greater depths. For CO2-free fluid (0.00%), the flash point occured at a depth of 1134.75 m (P = 46.85 bar; T = 259.91 °C). At 0.25% CO2, the flash point was located at 1174.75 m (P = 52.71 bar; T = 259.91 °C). For 0.50% CO2, the flash point depth increased to 1233.88 m (P = 58.58 bar; T = 259.93 °C). At 0.75% CO2, the flash point occured at 1312.25 m (P = 64.46 bar; T = 259.95 °C), while at 1.00% CO2, it was located at 1409.5 m (P = 70.34 bar; T = 259.97 °C). These results indicated that the presence of CO2 elevates the saturation pressure of the mixture, causing flashing to occur at higher pressures and greater depths. In addition, a two phase transition zone was identified downstream of the flash point in CO2 - influenced fluids. Overall, the explicit Euler–Cauchy method was shown to be effective in predicting the flash point in geothermal wells and in providing clear insights into the influence of CO2 on flow profile variations, particularly within the post-flashing transition zone.

Kata Kunci : geothermal wellbore, flash point, dissolved CO2, two-phase, Euler– Cauchy method.