ALAT PENGUKUR ALIRAN FASA JAMAK VIRTUAL MENGGUNAKAN METODA JARINGAN SYARAF TIRUAN DINAMIK BERBASIS DATA PENGUKURAN DARI ORIFIS, KATUP CHOKE, DAN KEPALA SUMUR TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh FANZI ANOM NIM: 23820001 (Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juli 2023 i ABSTRAK ALAT PENGUKUR ALIRAN FASA JAMAK VIRTUAL MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN DINAMIK BERBASIS DATA PENGUKURAN DARI ORIFIS, KATUP CHOKE, DAN KEPALA SUMUR Oleh FANZI ANOM NIM: 23820001 (Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol) Alat Pengukur Aliran Fasa Jamak Virtual (APAFJV) digunakan untuk menggantikan Alat Pengukur Aliran Fasa Jamak (APAFJ), yaitu alat ukur yang dapat menentukan besar laju alir masing-masing fasa gas, minyak, dan air secara waktu nyata tanpa perlu adanya pemisahan yang sempurna. APAFJV dapat menjadi cadangan pengukuran pengujian sumur minyak dan gas saat APAFJ tidak tersedia maupun sebagai pembanding APAFJ. Pada penelitian ini, permodelan APAFJV dilakukan menggunakan empat metoda jaringan syaraf tiruan (JST) antara lain: Shallow Feed Forward Back Propagation (SFFBP-JST), Deep Feed Forward Back Propagation (DFFBP-JST), Deret waktu waktu tunda (DWWT-JST), dan nonlinear autoregressive network (NARX-JST). Beberapa variasi saat pelatihan model APAFJV dilakukan untuk melihat performa akurasi dari masing-masing model antara lain: variasi jumlah lapisan tersembunyi, jumlah neuron, algoritma pembelajaran, dan jumlah waktu tunda sampel. Sembilan parameter data ril saat pengujian sumur di anjungan lepas pantai dalam kurun waktu dua tahun (2020- 2021) digunakan untuk permodelan APAFJV antara lain parameter tekanan dan temperatur kepala sumur, parameter alat ukur orifis, parameter bukaan katup choke, dan hasil pengukuran fasa jamak oleh APAFJ. Data set dibagi menjadi dua bagian yang mana data set pertama digunakan untuk pelatihan model dan data set kedua digunakan untuk validasi model. Hasil simulasi menunjukan metoda DWWT-JST dengan waktu tunda sampel 30 dan penambahan jumlah data pelatihan memberikan hasil pengukuran yang paling akurat dan durasi pelatihan yang singkat (kurang dari 7 menit). Nilai perbedaan rata-rata laju alir terbaik antara pengukuran APAFJV terhadap APAFJ saat tahapan validasi adalah sebesar 6,0% pada laju alir gas, - 16,4% pada laju alir minyak dan -2,4% pada laju alir air. Kata kunci: Alat Pengukur Aliran Fasa Jamak Virtual, Jaringan syaraf tiruan, Deret Waktu Waktu Tunda, Alat ukur Orifis ii ABSTRACT VIRTUAL MULTIPHASE FLOW METER USING DYNAMIC NEURAL NETWORK BASED ON MEASUREMENT DATA OF ORIFICE, CHOKE VALVE, AND WELLHEAD By Fanzi Anom NIM: 23820001 (Master’s Program in Instrumentation and Control) Virtual Multiphase Flow meter (VMPFM) is intended to replace Multiphase Flow Meter (MPFM), an equipment to measure flow rate of gas, oil, and water in real time which does not require fully separation. VMPFM can be used as back-up measurement during well testing of oil and gas when MPFM is unavailable as well as comparison of MPFM. In this study, VMPFM modeling was carried out using four methods of artificial neural networks (ANN), including: Shallow Feed Forward Back Propagation (SFFBP-ANN), Deep Feed Forward Back Propagation (DFFBP-ANN), time series time delay (TSTD-ANN), and nonlinear autoregressive network (NARX-ANN). Several variations during training stage were made to see the accuracy performance of each model, including variations in the number of hidden layers, the number of neurons, the learning algorithms, and the time sample delay. Nine real data parameters during well testing in offshore platforms, from May 2020 to Oct 2021, are used for VMPFM modeling including parameters of wellhead pressure and temperature, orifice flow meter parameters, choke valve opening parameters, and multiphase measurement results by MPFM. The data set is divided into two parts where the first data set is used for training the model and the second data set is used for validating the model. The simulation results show that the TSTD-ANN method with a sample delay time of 30 and the addition of the amount of training dataset gives the most accurate measurement results and fast training duration (less than 7 minutes). The best average discrepancy value of flow rate between VMPFM and MPFM measurements during the validation stage is 6.0% of the gas flow rate, -16.4% of the oil flow rate and -2.4% of the water flow rate. Key Words: Virtual Multiphase Flow Meter, artificial neural network, time series time delay, orifice flow meter iv PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Fanzi Anom. (2022): Alat pengukur aliran fasa jamak virtual menggunakan jaringan syaraf tiruan dinamik berbasis data pengukuran dari orifis, katup choke, dan kepala sumur, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Fanzi Anom. (2022): Virtual multiphase flow meter using dynamic neural network based on measurement data of orifice, choke valve, and wellhead, master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v HALAMAN PERUNTUKKAN Tesis ini dipersembahkan kepada Istriku dan kedua Anakku, yang telah mendukung penulis untuk menyelesaikan Tesis Ini. vi KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat beserta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tesis yang berjudul “Alat Pengukur Aliran Fasa Jamak Virtual Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Dinamik Berbasis Data Pengukuran dari Orifis, Katup choke, dan Kepala sumur”. Penulisan Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan tahap pascasarjana pada Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung. Tesis ini dapat terselesaikan dengan baik, tidak lepas dari bimbingan dan dukungan dari banyak pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis dengan segala hormat mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Endra Joelianto Ph.D. dan Prof. Ir. Deddy Kurniadi Dr. Eng., selaku pembimbing yang telah meluangkan waktu dan pikirannya untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan Tesis ini. 2. Bapak Prof. Brian Yuliarto, S.T., M.Eng., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung. 3. Bapak Mohammad Kemal Agusta, S.T., M.Eng., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung. 4. Ibu Dr. Vebi Nadhira, S.T., M.T. dan Ibu Dr. Ir. Endang Juliastuti, MSc. selaku koordinator Tesis yang senantiasa membimbing dan memberikan motivasi pada penulis. 5. Seluruh Dosen dan Staff di Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol yang telah membekali banyak ilmu pengetahuan yang bermanfaat selama penulis menjalani studi di Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol. 6.