bab iv dasar pemboran
DESCRIPTION
freeTRANSCRIPT
-
177
BAB IV
DASAR PEMBORAN
4.1. Tujuan Pemboran
Pemboran adalah suatu kegiatan atau pekerjaan membuat lubang dengan
diameter dan kedalaman yang sudah ditentukan. Dalam pembuatan lubang untuk
mencapai kedalaman tertentu tersebut, yang harus diperhatikan adalah
mempertahankan ukuran diameter lubang. Pekerjaan terpenting yang lain adalah
membawa serpihan batuan (cutting) ke permukaan. Dalam dunia perminyakan
kegiatan pemboran sangat kompleks, dimana dalam kegiatan pemboran
mempunyai dua buah parameter yaitu :
a. Parameter Tidak Dapat Diubah
Parameter ini tidak dapat diubah dalam kegiatan pemboran karena
berhubungan dengan kondisi fisik dari lokasi pemboran tersebut, sehingga kita
harus menyesuaikan. Parameter ini meliputi :
- Kondisi formasi, yang meliputi tekanan dan temperature suatu formasi.
- Sifat dan jenis formasi
b. Parameter Yang Dapat Diubah
Dimana parameter ini dapat diubahubah sesuai dengan formasinya atau
sesuai dengan keefektifan kegiatan pemboran. Parameter ini meliputi :
- Rate of Penetration.
- Weight on Bit.
Kegiatan pemboran dalam dunia perminyakan meliputi :
- Penambahan kedalaman.
- Mempertahankan diameter lubang bor.
- Mengangkat hasil pemboran ke permukaan.
Dalam pemboran yang harus benarbenar kita perhatikan adalah
efisiensinya, karena hal tersebut menyangkut faktor pembiayaan. Dalam bab ini
akan dibahas tentang perencanaan material material dalam pemboran.
-
178
4.2. Perencanaan Pemboran
Untuk mendapatkan efisiensi yang besar dan hasil yang optimum, perlu
adanya perencanaan yang sangat matang dan cermat dalam suatu kegiatan
pemboran. Perencanaan yang dimaksud meliputi perencanaan peralatan pemboran
yang akan digunakan, perencanaan sistem lumpur dan hidrolikanya, perencanaan
casing, perencanaan penyemenan dan lain sebagainya.
4.2.1. Perencanaan Peralatan Pemboran
Menurut fungsinya, secara garis besar peralatan pemboran dapat dibagi
menjadi lima sistem peralatan utama, yaitu sistem tenaga, sistem angkat, sistem
putar, sistem sirkulasi dan sistem pencegah sembur liar.
4.2.1.1. Sistem Tenaga
Sistem tenaga dalam operasi pemboran terdiri dari power suplay
equipment, yang dihasilkan oleh mesin mesin besar yang biasa dikenal dengan
nama prime mover dan distribution equipment yang berfungsi untuk
meneruskan tenaga yang diperlukan untuk mendukung jalannya kegiatan
pemboran.
Hampir semua rig menggunakan internal combustion engine, dimana
penggunaan prime mover ditentukan oleh besarnya tenaga pada sumur yang
didasarkan pada casing program dan kedalaman sumur. Tenaga yang dihasilkan
prime mover besarnya berkisar antara 500 5000 Hp. Jumlah prime mover yang
diperlukan dalam suatu operasi pemboran sangat bervariatif, tergantung dari
jumlah tenaga yang diperlukan. Pada umumnya suatu operasi pemboran
memerlukan dua atau tiga buah mesin. Sedangkan untuk pemboran yang lebih
dalam memerlukan tenaga yang lebih besar, sehingga prime mover yang
diperlukan dapat mencapai empat unit. Adapun prinsip kerja prime mover adalah
flexibility, yang dapat dinyatakan dalam rumus :
W = F x S...(4-1)
Dimana :
W = kerja (work), lb ft
F = gaya, lb.
-
179
S = jarak, ft
Prime mover sebagai system daya penggerak harus mampu mendukung
keperluan fungsi angkat, putar, pemompaan, penerangan, dan lain lain. Dengan
demikian perencanaan dan pemilihan tipe dan jenis prime mover yang
dipergunakan harus memperhatikan hal tersebut.
Gambar 4.1. Skema Tenaga Penggerak
(Adams, N. J., 1985)
4.2.1.2. Sistem Angkat
Sistem penganngkat (hoisting system) merupakan salah satu komponen
utama dari peralatan pemboran. Fungsi utama system ini adalah memberikan
ruang kerja yang cukup untuk pengangkatan dan penurunan rangkaian pipa bor
dan peralatan lainnya. Sistem angkat terdiri dari dua bagian utama, yaitu :
a. Supporting Structure.
Supporting structure adalah konstruksi menara yang ditempatkan diatas
titik bor. Fungsi utamanya adalah untuk menyangga peralatan peralatan
pemboran dan juga memberi ruang yang cukup bagi operasi pemboran.
-
180
Supporting structure terdiri dari drilling tower (derrick atau mast), sub structure
dan rig floor.
Drilling tower atau biasa disebut menara pemboran dibagi menjadi tiga
jenis, yaitu :
1. Conventional/standart derrick.
2. Protable Skid Mast.
3. Mobile atau trailer mounted type mast.
Menara tipe standar (derrick) tidak dapat didirikan dalam satu unit, akan
tetapi pendiriannya disambung bagian demi bagian. Menara jenis ini banyak
digunakan pada pemboran sumur dalam dimana membutuhkan lantai yang luas
untuk tempat pipa pipa pemboran. Untuk memindahkan derrick ini harus dilepas
satu persatu bagian kemudian dirangkai kembali disuatu tempat yang telah
ditentukan letaknya.
Gambar 4.2. Derrick
(Adams, N. J., 1985)
-
181
Menara tipe portable posisi berdirinya dari bagian yang diakitkan satu
dengan lainnya dengan menggunakan las maupun scrup. Tipe ini dapat juga
didirikan dengan cara ditahan oleh telescoping dan diperkuat oleh talitali yang
ditambatkan secara tersebar. Dibandingkan tipe derrick, tipe menara ini lebih
murah, mudah dan cepat dalam pendiriannya, transportnya murah, tetapi dalam
penggunaannya terbatas pada pemboran yang tidak terlalu dalam.
Menurut API menara yang terbuat dari besi baja tercantum dalam standart
4A dan menara kayu tercantum standart 4B. Sedangkan untuk tipe mast termasuk
dalam 4D. Ukuran menara pemboran yang penting ialah kapasitas, tinggi, luas
lantai dan tinggi lantai bor. Ukuran kekuatan derrick dibagi berdasarkan dua jenis
pembebanan, yaitu :
1. Compressive Load
2. Wind Load
Wind load dapat dihitung dengan rumus ;
p = 0.004.V2 ..(4-2)
dimana :
p = wind loads, lb/ft2
V = kecepatan angin, mph
Sedangkan compressive load dapat dihitung dari jumlah berat yang
diderita hook ditambah dengan jumlah berat menara itu sendiri (yang diderita oleh
kaki kaki pada substructure).
b. Hoisting Equipment.
Peralatan pengangkatan terdiri dari :
1. Drawwork
Drawwork merupakan otak dari derrick, karena melalui drawwork,
seorang driller melakukan dan mengatur operasi pemboran. Drawwork juga
merupakan rumah daripada gulungan drilling line.
Desain daripada drawwork tergantung dari beban yang harus dilayani,
biasanya dideasin dengan horse power(Hp) dan kedalaman pemboran, dimana
kedalamannya harus disesuaikan dengan drill pipe-nya. Horse power out put
-
182
drawwork yang diperlukan untuk hoisting (pengangkatan traveling block dan
beban bebannya) adalah :
e1 x
33000Vh .W Hp = (4-3)
Dimana :
W = hook load, lb
Vh = kecepatan naik traveling block, ft/min
E = effisiensi hook ke drawwork, umumnya 80% - 90%, tergantung dari
jumlah line dan kondisi bantalan kerekan (sheave bearing).
Gambar 4.3. Drawwork
(Gorman, D. A., 1983)
2. Overhead tools
Overhead tool merupakan rangkaian sekumpulan peralatan yang terdiri
dari crown block, traveling block, hook dan elevator.
3. Drilling line
Drilling line terdiri dari reveed drilling line, dead line, dead line anchor
dan storage and suplay.
-
183
Drilling line digunakan untuk menahan (menarik) beban pada hook.
Drilling line terbuat dari baja dan merupakan kumpulan kawat baja yang kecil dan
diatur sedemikian rupa hingga merupakan suatu lilitan. Lilitan ini terdiri dari
enam kumpulan dan satubagian tengah yang disebut core dan terbuat dari
berbagai macam bahan seperti plastic dan textile.
4.1.2.3. Sistem Putar
Fungsi utama dari system putar (rotary system) adalah untuk memutar
rangkaian pipa bor dan juga memberikan beratan di atas pahat untuk membor
suatu formasi. Rotary system terdiri dari tiga sub komponen, yaitu :
1. Rotary assembly.
2. Rangkaian pipa pemboran.
3. Mata bor atau bit.
Rotary assembly ditempatkan pada lantai bor di bawah crown block dan di
atas lubang bor. Peralatan ini terdiri dari rotary table, master bushing, kelly
bushing dan rotary slip. Sistem putar ini membutuhkan tenaga dari prime mover
yang dihubungkan dengan rotary table dengan menggunakan chain atau belt
melalui drawwork.
Rangkaian pipa bor terdiri dari swivel, Kelly, drill pipe dan drill collar.
Penyambungan rangkaian pipa satu dengan yang lainnya digunakan tool joint
dimana ulir tool joint ini menurut API dibagi menjadi tiga, yaitu regular, full hole
dan internal flush. Ketirusan ulir ini berkisar antara 16.66% - 25.0%. Ketirusan
ulir yang cukup besar dan jumlah ulir yang cukup sedikit dimaksudkaan untuk
mendapat ikatan yang besar dan mempercepat saat mengikat dan melepas
sambungan. Apabila dilihat dari rig floor dengan menghadap ke bawah, rangkaian
akan berputar ke arah kanan, oleh karena itu semua sambungan ulir yang berada
di bawah rotary table berulir ke kanan, sedangkan semua sambungan yang berada
di atas rotary table harus beruliur ke kiri.
Susunan rangkaian pipa bor berputar dari atas ke bawah adalah swivel
head Kelly stop cock Kelly sub drill pipe sub drill collar fload sub
bit. Namun demikian dalam prakteknya di lapangan karena keperluannya, sering
juga rangkaian pipa pemboran ini dilengkapi dengan stabilizer atau reamer.
-
184
4.2.1.4. Sistem Sirkulasi
Sistem sirkulasi tersusun oleh empat sub komponen utama, yaitu :
1. Drilling Fluid.
2. Preparation area.
3. Circulating equipment.
4. Conditioning area.
Fluida pemboran merupakan suatu campuran cairan(liquid) dari beberapa
komponen yang dapat terdiri dari air (tawar maupun asin), minyak, tanah liat
(clay), bahanbahan aditif, gas, udara maupun detergen.
Preparation area ditempatkan pada tempat dimulainya sirkulasi lumpur,
yaitu di dekat pompa lumpur. Tempat persiapan lumpur pemboran terdiri dari
peralatanperalatan yang diatur untuk memberikan fasilitas persiapan atau
treatment lumpur bor. Tempat persiapan ini meliputi mud house, steel mud
pits/tanks, mixing hopper, chemical mixing barrel, bulk mud storage bins, water
tanks dan reserve pit.
Peralatan sirkulasi merupakan komponen utama dalam sistem sirkulasi.
Peralatan ini berfungsi mengalirkan lumpur dari mud pit ke rangkaian pipa bor
dan naik ke annulus membawa serbuk bor ke permukaan menuju ke conditioning
area, sebelum kembali ke mud pits untuk disirkulasikan kembali. Peralatan ini
terdiri dari mud pit, mud pump, pump discharge and return line, stand pipe dan
rotary hose.
Pemilihan pompa harus tepat dan se-ekonomis mungkin. Akhirakhir ini,
keperluan tenaga untuk sirkulasi lumpur menjadi meningkat dengan adanya
pemakaian jet pump, turbo drilling dan pengaruh dari beratan pada pahat. Perlu
diketahui bahwa konsumsi energi pompa dalam suatu operasi pemboran sekitar
70% sampai 85% dari seluruhj tenaga yang disediakan oleh prime mover. Oleh
karena itu sebaiknya dipilih pompa yang sanggup memberi support tenaga
pengangkatan cutting sekitar 30 m 65 m per menit dan mampu menahan tekanan
balik dalam sirkulasinya. Biasanya pabrik pembuat mencantukan tenaga mekanik
maksimum yang diijinkan untuk pompa dalam kecepatan maksimum.
-
185
Untuk mencapai maksud maksud tertentu (misalnya untuk meningkatkan
atau mengurangi daya pompa), dapat menggunakan pompa secara bersamaan baik
parallel maupun dengan cara seri.
Gambar 4.4. Skema Sistem Sirkulasi
(Adams, N. J., 1985)
Conditioning area ditempatkan didekat rig. Area ini terdiri dari peralatan
peralatan khusus yang digunakan untuk clean up lumpur bor setelah keluar dari
lubang bor. Fungsi utama dari peralatan ini adalah untuk membersihkan lumpur
-
186
dari cutting dan gas yang terikut. Ada dua cara untuk memisahkan cutting dan gas,
yaitu :
1. Menggunakan metode gravitasi, dimana lumpur yang telah terpakai dialirkan
melalui shale shaker dan settling tanks.
2. Secara mekanik, dimana peralatanperalatan khusus yang dipasang pada mud
pits dapat memisahkan cutting dengan gas.
Peralatan pada conditioning area terdiri dari settling tanks, reserve pits, mud gas
separator, shale shaker, degasser, desander dan desilter.
Jadi secara umum lumpur pemboran dapat disirkulasikan dengan urutan
sebagai berikut: lumpur dalam steel mud pit dihisap oleh pompa - pipa tekanan
stand pipe rotary hose swivel head kelly drill pipe drill collar bit
annulus drill collar annulus drill pipe mud line/flow line, shale shaker steel
mud pit dihisap pompa kembali dan seterusnya.
4.2.1.5. Sistem Pencegah Sembur Liar
Sistem pencegahan sembur liar (blow out preventer) dipasang untuk
menahan tekanan dari lubang bor. Peralatan ini disediakan pada operasi pemboran
karena peramalan tekanan tidak selalu memungkinkan.
Apabila formasi mempuyai tekanan yang besar dan kolom lumpur tidak
dapat mengimbanginya maka akan terjadi kick, yaitu intrusi fluida formasi yang
bertekanan tinggi yang masuk ke dalam lubang bor. Kick yang tidak terkendali
dapat mengakibatkan terjadinya blow out. Jadi blow out selalu diawali dengan
adanya kick.
Blow Out Preventer (BOP) system berfungsi untuk menutup ruang annular
antara drill pipe dan casing bila terjadi gejala kick. Sistem peralatan ini bekerja
secara pneumatic (dengan menggunakan udara dan gas, biasanya dipakai) dan
secara mekanik.
BOP system terdiri dari BOP stack, accumulator dan supporting system.
BOP stack terdiri dari rangkaian annular preventer, pipe ram preventer, drilling
spools, blind ram preventer dan casing head. Kesemuanya ini di-setkan pada
surface casing. Sedangkan tipe dan ukurannya disesuaikan dengan kondisi
tekanan lubang bor dan disesuaikan dengan keekonomiannya.
-
187
Accumulator biasanya ditempatkan pada agak jauh dari rig, sekitar seratus
meter dari rig dengan pertimbangan keselamatan. Fungsi utamanya adalah
menutup valve BOP stack dengan cepat saat keadaan darurat. Accumulator
bekerja dengan high pressure hidrolis pada saat terjadi kick.
Supporting system terdiri dari choke manifold dan kill line. Choke
manifold bila dihidupkan dapat membantu menjaga back pressure dalam lubang
bor untuk mencegah terjadinya intrusi fluida formasi. Choke manifold bekerja
dengan mengalirkan Lumpur bor dari BOP stack kesejumlah valve (yang
membatasi aliran dan langsung ke reserve pits), mud gas separator atau mud
conditioning area. Sedangkan kill line bekerja dengan memompakan Lumpur
berat kedalam lubang bor sampai Lumpur berat dapat mengimbangi tekanan
formasi.
Gambar 4.5. Skema BOP Stack Pada Well Head
(Adams, N. J., 1985)
-
188
4.2.2. Perencanaan String Dan Bottom Hole Assembly
4.2.2.1. Perencanaan String Atau Pipa Bor (DP)
Pipa bor (drill pipe) adalah pipa baja berbentuk bulat yang mempunyai
kemampuan tinggi terhadap puntiran. Panjang pipa bor ini umumnya berkisar
sekitar 30 ft untuk setiap jointnya. Dan ukuran yang banyak digunakan sekitar 5,
makin dalam lubang yang dibor maka semakin banyak pula jumlah pipa yang
akan digunakan. Untuk menyambung pipa itu digunakan alat yang disebut tool
joint, yang memang sudah terpasang dikedua ujung pipa bor itu. Pada bagian atas
dari pipa bor itu terpasang tool joint berbentuk box dan pada bagian bawah
terpasang tool joint berbentuk pin atau yang biasa disebut sebagai up set.
1. Type
Berdasarkan beratnya, ada dua macam type drill pipe, yaitu drill pipe
standart dan heavy weight drill pipe (HWDP). Table 4-1 memperlihatkan ukuran
dan berat HWDP yang umum digunakan.
Tabel 4-1 Heavy Weight Drill Pipe
(Adams, N. J., 1985)
2. Ukuran
Suatu drill pipe digunakan pada suatu interval ukuran dan dalam ukuran
yang umum, digunakan bermacam macam ketebalan dinding yang
memungkinkan bisi dipilih sesuai dengan program pemboran. Range panjang pipa
bor ini dikelompokkan atas ranking yang dapat dijelaskan sebagai berikut. Range
I berkisar antara 18 20 ft. range II berkisar antar 27 30 ft. Range III berkisar
antara 38 45 ft. Biasanya yang umu digunakan adalah dari range II. Sedangkan
dimensi ketebalan dinding biasanya dinyatakan sebagai weight/ft, seperti terlihat
pada table 4-2.
-
189
Tabel 4-2 New Drillpipe Dimensional Data
(Adams, N. J., 1985)
3. Grade
Pipa bor yang dibuat dipabrik menurut standart API terdiri dari dua type
atau grade yaitu grade D dan grade E. Juga ada grade G yang bukan standart Api.
Ketahanannya dapat dijelaskan sebagai berikut :
- Minimum Yield Stregth, grade D : 55.000 psi.
- Minimum Yield Stregth, grade E : 75.000 psi.
- Minimum Tensile Strength, grade D : 95.000 psi
- Minimum Tensile Strength, grade E : 100.000 psi.
- Minimum Yield Stregth, grade G : 105.000 psi.
- Minimum Tensile Strength, grade G : 120.000 psi
-
190
4. Class
Klasifikasi drill pipe ini menunjukkan factor penting dalam perencanaan
drill string, digunakan pada jumlah dan tipe pemakaian sebelumnya akan
mempengaruhi sifat sifat dan strength dari pipa pipa. System kode warna API
untuk klasifikasi drill pipe dapat dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6. Identifikasi Kode Warna API Drillpipe dan Tool Joint
(Adams, N. J., 1985)
Pembebanan yang selalu dihadapi drill pipe berkaitan dengan peranannya
pada operasi pemboran seringkali menjadi problem bagi drill pipe sendiri.
Problem akan terjadi seketika jika beban yang diderita pipa melebihi
spesifikasinya. Pada kenyataannya baanyak beban yang harus ditanggung oleh
DP, baik beban yang berkaitan dengan fungsi maupun beban secara tiba tiba
karena suatu kondisi tertentu, adapun beban tersebut adalah :
1. Collapse
Beban yang arahnya kedalam, bagian bawah string akan menerima beban
yang terbesar. Pada saat operasi pemboran normal tekanan terbesar collapse
terjadi pada saat drill string diturunkan ke sumur untuk DST, karena drill string
dalam keadaan kosong. Karena operasi DST yang umum dilakukan, maka tekanan
pada saat operasi ini dapat digunakan untuk mengotrol desain collapse, seperti
terlihat pada gambar 4.7.
-
191
Gambar 4.7. Beban Collapse Pada Drillstring Hasil Dari DST
(Adams, N. J., 1985)
2. Burst.
Burst adalah tekanan yang diakibatkan oleh tekanan dari dalam pipa itu
sendiri. Tekanan terbesar terjadi bila nozzle tersumbat atau pada saat
pengoperasian DST. Dalam kedua kasus tersebut tidak mungkin tercapai tekanan
yang menyebabkan beban burst pada pipa karena dikontrol oleh tekanan Lumpur
masing masing didalam dan diluar pipa. Oleh karenanya tekanan burst dikontrol
oleh tekanan permukaan, seperti terlihat pada gambar 4.8. satu kasus yang jarang
ditemui dimana kondisi burst dapat terjadi adalah ketika dilakukan pengontrolan
kick, atau pada saat operasi squeeze cementing, untuk itu digunakan back pressure
dari burst casing. Tidak seperti desain casing atau tubing, maka burst jarang
digunakan sebagai kriteria pengontrol pada lapisan drill pipe.
-
192
Gambar 4.8. Beban Burst Dikontrol Tekanan Permukaan
(Adams, N. J., 1985)
3. Dog Leg Saverity
Secara umum dogleg dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu gradual and
long dog leg dan abrupt dog leg. Pada yang pertama perubahan sudut yang terjadi
perlahan lahan sehinga bentuk lubang melengkung. Sedangkan pada yang kedua
perubahan sudut yang terjadi secara tiba tiba. Kedua dog leg tersebut dapat
dilihat pada gambar 4.9. Pada saat DP mengalami abrupt dog leg, tool joint dapat
berada tepat pada ujung dog leg. Kadaan tool joint yang pendek dan kaku pada
drill pipe menyebabkan drill pipe yang berada disekitar tool joint akan
bengkok.Untuk mencegah terjadinya pelengkungan DP yang terlalu besar, maka
besarnya gaya yang terjadi antara tool joint dengan ujung dog leg harus dibatasi,
hal ini berkaitan dengan beban tension yang diderita DP.
Tipe kerusakan yang paling sering dihadapi adalah karena kelelahan
pemakaian dan ini biasanya terjadi bila pipa mengalami cyclic bending stress.
-
193
Kerusakan karena rotasi pada dog leg akan menjadi suatu problem serius bila
sudut dog leg melebihi harga kritis.
Gambar 4.9. Dog Leg Severity
(Rubiandini, R., 1993)
4.2.2.2. Perencanaan Bottom Hole Assembly (BHA)
4.2.2.2.1. Perencanaan Drill Collar Drill collar berbentuk seperti drill pipe (DP), tetapi diameter dalamnya
lebih kecil dan diameter luarnya sama dengan diameter luar tool joint drill pipe.
Jadi drill collar memiliki dinding yang lebih tebal daripada drill pipe, sehingga
memungkinkan ulir dipasang langsung pada dindingnya. Drill collar ditempatkan
pada rangkaian pipa bor bagian bawah diatas mata bor (bit). Fungsi utama dari
drill collar adalah :
- Sebagai pemberat WOB (Weight ON Bit), sehingga rangkaian pipa bor dalam
keadaan tetap tegang saat pemboran berlangsung, sehingga tidak terjadi
pembelokan lubang.
- Membuat agar rangkaian pipa bor putarannya stabil.
- Membuat bagian bawah dari rangkaian pipa bor agar mampu menahan
puntiran.
-
194
Dengan demikian diharapkan pemboran akan berjalan dengan laju yang
besar. Lubang bor lurus dan kerusakan drill pipe kecil. Berdasakan bentuk
permukaannya ada tiga jenis drill collar, yaitu :
1. Standart Drill Collar, mempunyai permukaan halus dengan box connection
terletak pada top dan pin connection terletak pada bottom.
2. Spiralled Drill Collar, mempunyai permukaan beralur seperti spiral.
Digunakan pada kondisi khusus untuk memcegah terjadinya differential wall
sticking.
3. Zipped Drill Collar, pada permukaannya terdapat lekukan, yaitu pada bagian
atas ujung drill collar.
-
195
Gambar 4.10. Fungsi Dari Drill Collar (Drilling Manual Vol. 2)
Sedangkan berdasarkan fungsinya ada tiga jenis, yaitu :
1. Anti wall stick, digunakan untuik memperkecil area kontak, biasanya
digunakan tipe spiral.
2. Square Drill collar, digunakan untuk memberikan stabilitas maksimum pada
lubang yang terjadi lekukan.
3. Monel Drill Collar, digunakan untuk melindungi directional survey instrument
dari pengaruh distorsi besi string dalam gaya magnetik bumi.
-
196
Dalam perencanaan drill collar, sebagaimana kelly dengan drill pipe,
sejumlah beban juga harus ditanggung oleh drill collar antara lain momen
pelengkungan. Pelengkungan drill string tidak dapat dielakkan bila berat diset di
atas bit. Pada lubang lurus, bila berat terus ditambah hingga mencapai berat kritis
maka string akan melengkung dan menyentuh dinding lubang pada sutu titik yang
disebut tangensial point. Jika berat di atas bit terus ditambah maka harga baru
akan dicapai dan drill string akan melengkung untuk kedua kalinya, yang disebut
dengan pelengkungan orde kedua dan seterusnya.
4.2.2.2.2. Stabilizer Stabilizer ini digunakan untuk menjaga arah pemboran sesuai dengan yang
direncanakan. Teknik stabilizer yang umum adalah pendulum dan packed hole.
Teknik pendulum menggunakan berat drill collar untuk bergerak pada stabilizer
yang menjadi poros untuk mengatur bit. Sedangkan pada teknik packed hole
adalah proses sebaliknya dengan spasi yang berdekatan untuk mencegah efek
pendulum, seperti terlihat pada gambar 4.11. Ada dua tipe stabilizer yaitu fixed
location blade dan sleeve stabilizer.
Tujuan utama pemasangan stabilizer pada lubang vertikal adalah untuk
mempertahankan drill collar agar tetap di tengahtengah lubang, menurunkan
kemungkinan pelengkungan string sementara dalam keadaan kompresif dan
memperkecil kemungkinan drill collar terjepit dinding. Sedangkan pada sumur
miring untuk membantu pengontrolan deviasi sesungguhnya terhadap jumlah
deviasi yang diinginkan. Prinsip yang mendasari desain kestabilan string untuk
sumur berarah adalah mengkombinasikan kelakuan dan fleksibilitas pada titik
yang berbeda pada BHA. Keuntungan lain dari penggunaan stabilizer adalah
memungkinkan penggunaan WOB yang besar, menaikkan umur bit, mencegah
terjadinya jepitan pada string dan menurunkan gaya pelengkungan pada string.
-
197
Gambar 4.11. Macam-macam Stabilizer
(Adams, N. J., 1985)
4.2.2.2.3. Roller Reamer Roller reamer terdiri dari blade stabilizer ditambah suatu seri roller yang
terbuat dari baja keras atau dengan menggunakan sisipan tungsten carbide.
Disamping beraksi seperti stabilizer ia kjuga membantu mempertahankan ukuran
lubang dan menanggulangi stick pipe yang disebabkan oleh dog leg atau key seat.
Ada tiga tipe dasar dari roller reamer, yaitu : 3 point string type dimana
memberikan efek sehingga drill collar tetap ditengah dan menjaga lubang tetap
dalam ukurannya dengan menghilangkan rintangan rintangan pada dinding. 6
point bottom hole type dimana memberikan kestabilan yang lebih sempurna dan
kapasitas reaming yang lebih besar, membantu mencegah perubahan sudut lubang
pada formasi yang sangat keras atau abrasif. Dan 3 point bottom hole type dimana
-
198
digunakan antara drill collar dengan bit untuk mencegah reaming pada dasar
lubang bor oleh suatu bit, yaitu menjaga lubang tidak melewati ukurannya.
4.2.2.2.4. Shock Sub Shock absorber atau juga disebut shock subadalah alat yang ditempatkan
pada bagian bawah drill collar yang berfungsi untuk menyerap vibrasi dan beban
shock karena aksi cutting ketika pemboran menembus formasi keras, sehingga
kerusakan drill string dapat dikurangi. Tipe tipe shock absorber dapat dilihat
pada gambar 4.12.
Gambar 4.12. Tipe-tipe Absorber
(Gorman, D. A., 1983)
4.2.2.2.5. Subs Berupa joint pendek yang memberikan suatu cross over untuk sambungan
yang berbeda pada drill string.
4.2.2.2.6. Drilling Jars Tujuan pemasangan drilling jars adalah untuk memberikan suatu aksi
sentakan kearah atas pada saat pipa terjepit (stuck). Gambar 4.13. memperlihatkan
suatu drilling jars yang terdiri dari sliding mandrell yang ditempatkan pada drill
string, mandrell dihubungkan pada salah satu ujung string dan sleeve pada ujung
yang lainnya, seperti terlihat pada gambar 4.13. Ada tiga tipe dari drilling jars
yaitu : mechanical jars, hydraulic jars dan hidromechanical jars.
-
199
Gambar 4.13. Drilling Jars
(Rabia, H., 1985)
4.2.2.3. Pembebanan Pada Saat Operasi
Salah satu factor yang umum dipertimbangkan dalam usaha mempertinggi
rate of penetration adalah dfaktor mekanik yaitu kecepatan rotasi dan WOB.
Factor factor ini sudah barang tentu diusahakan bekerja dalam limit operasi
sehubungan dengan ekonomis drill string. Pada dasarnya pemilihan kecepatan
rotasi dan WOB tidak terlepas dari kondisi formasi. Kapasitas kerja peralatan dan
kondisi lubang bor. Rotasi dan WOB yang tidak benar akan menimbulkan
masalah pada drill string.
1. Rotasi
Kecepatan rotasi yang digunakan harus berada dalam kapasitas variasi drill
string. W. C. Man telah merumuskan persamaan untuk menghitung kecepatan
kritis, yaitu :
-
200
L258.000Nc = ....(4-4)
dimana :
Nc = kecepatan rotasi kritis, RPM.
L = panjang drill string, ft.
Vibrasi yang terjadi dapat dikategorikan menjadi dua tipe utama, yaitu
vibrasi travesial yang beraksi seperti string biola dan terjadi pada pipa antara dua
tool joint dan vibrasi longitudinal yang beraksi seperti spring pendulum dan
terjadi pada keseluruhan string.
Rotasi yang dialami drill string selain menimbulkan vibrasi juga torsi,
tetapi torsi ini tidak menimbulkan problem yang serius.
2. WOB
Bila pemboran akan menembus formasi keras, umumnya akan dilakukan
penambahan berat di atas bit. Konsekuensinya drill collar akan mengalami
compression dan akan cenderung untuk melengkung dan pantulan stress akan
lebih besar untuk suatu kecepatan rotasi tertentu. Walaupun efek pantulan ini akan
membantu menghancurkan batuan tetapi pantulan yang berlebihan akan
menimbulkan problem yang serius. Pada waktu lampau cara untuk menjaga
lubang tetap lurus adalah dengan menurunkan WOB dan menaikan kecepatan
rotasi. Tetapi sekarang telah diketahui bahwa hal ini bukan selalu merupakan cara
yang terbaik, sebab penurunan WOB akan bertentangan dengan prinsip
penetration rate.
4.2.3. Perencanaan Pahat (Bit)
Pahat merupakan bagian yang sangat penting dalam operasi pemboran,
merupakan alat untuk membuat dan membersihkan lubang bor. Pahat tersedia
dalam berbagai corak untuk berbagai kondisi formasi yang dibor, untuk itu
diperlukan pemilihan serta perencanaan yang tepat guna mencapai kecepatan
penembusan (penetration rate) yang besar, waktu pemboran (drilling time) yang
kecil dan pemilihan jenis pahat yang tepat.
-
201
4.2.3.1. Jenis Jenis Pahat Terdapat tiga jenis pahat yang biasa dipakai , yaitu drag bit, roller cone bit
dan diamond bit. Dimana roller cone bit merupakan jenis yang paling umum
dipakai.
1. Drag Bit
Jenis ini tidak memiliki bagian yang dapat diputar. Drag bit terdiri dari tiga
pisau sayap yang digunakan untuk melakukan pemboran pada formasi lunak,
dengan aksi keruk pada permukaan formasi. Fluida pemboran dialirkan langsung
mengenai sayap sayapnya sehingga pembersihan terhadap hasil kerukan baik.
Kelemahan penggunaan mata bor jenis drag bit adalah :
- Sukar untuk mendapatkan lubang bor lurus.
- Adanya goresan yang besar antara lubang bor dengan formasi, sehingga
menyebabkan mata bor cepat aus dan lubang bor mengecil.
- Mudah terjadi bit bailling akibat pembersihan lubang yang kurang baik.
- Menimbulkan torsi yang besar seohingga kemungkinan patah string besar
sekali. Karena itu untuk mengurangi akibat ini dipasang nozzle pada blade-
nya, supaya serbuk bor cepat terangkat ke permukaan.
Gambar 4.14.
Drag Bit (Adams, N. J., 1985)
-
202
2. Roller Cone Bit
Roller cuter bit mmempunyai cone cone yang dapat berputar sehingga
bisa menghancurkan batuan yang ditembus. Keuntungan keuntungan yang
didapat dari penggunaan bit jenis ini dibangdingkan menggunakan drag bit,
adalah:
- Torsi yang terjadi lebih kecil.
- Serbuk bor yang dihasilkan lebih kecil.
- Lubang bor yang dihasilkan tidak cepat mengecil.
Berdasarkan kekerasan batuan yang akan ditembus, maka dapat dikelompokkan
menjadi empat yaitu ;
- Pahat untuk lapisan lunak.
- Pahat untuk lapisan sedang.
- Pahat untuk lapisan keras.
- Pahat untuk lapisan sangat keras.
Untuk lapisan lunak diperlukan scrapping action yang besar, sedang
scrapping action dan crushing action pada roller cukup kecil saja, sehingga untuk
mendapatkan scrapping action yang besar maka bit harus mempunyai cone off set
(penyimpangan sumbu sumbu cone) yang besar. Perbedaan pahat untuk lapisan
yang lunak dan keras dapat dibedakan sebagai berikut :
Pahat Formasi Lunak Pahat Formasi Keras
- Gigi gigi pahat panjang
- Gigi gigi pahat jarang.
- Cone off set besar.
- Lubang pembasuh kecil
- Gigi pahat pendek
- Gigi pahat rapat
- Cone off set kecil atau tidak ada
- Lubang pembasuh besar
Pahat jenis ini mempunyai kerucut kerucut (cone) yang dapat berputar
untuk menghancurkan batuan. Pada cone terdapat gigi yang apabila dilihat dari
cara pemasangannya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ;
- Insert tooth bit, yaitu jenis mata bor dimana gigi yang dari mata bor dipasang
pada cone.
-
203
- Steel tooth bit, yaitu gigi dari mata bor sudah langsung menjadi satu dengan
cone.
Dalam prakteknya, untuk membor formsi yang lunak digunakan mata bor
dengan gigi yang panjang, sedang untuk membor formasi yang keras dengan gigi
pendek dan tumpul. Kerucut pemotong pada jenis bit ini tidak menjadi satu
dengan badan mata bor melainkan duduk pada bantalan peluncur bearing, yang
terdapat pada poros yang bersatu dengan mata bor berputar. Pengaruh kerucut
pemotong pada proses pemecahan batuan dimana ketiga sumbu garis kerucut
pemotong itu saling berpotongan di titik tengah, tetapi bergeser ke kanan searah
putaran mata bor. Keadaan ini disebut bentuk off set dan untuk non off set. Profil
ini digunakan untuk membor batuan lunak sehingga diperoleh aksi pemboran dan
pengikisan (scrapping) yang maksimum.
Untuk lapisan sedang bentuk off set tersebut akan semakin kecil. Dan
untuk lapisan keras bentuk off set sudah tidak ada lagi (ketiga perpanjangan garis
sumbu berpotongan di titik tengah sumbu perputaran). Ini menyebabkan
perubahan pola pemecahan batuan dari aksi pengorekan dan pengikisan yang
berubah menjadi aksi penghancuran. Bantalan peluncur berfungsi untuk
mendapatkan gerakan yang efektif dari kerucut pemotongnya. Ada dua macam
bantalan peluncur, yaitu yang menggelinding (roller bearing) dan gesek
(journal/friction bearing). Bantalan luncur yang menggelinding terbagi atas dua
bentuk yaitu bentuk bola (ball bearing) dan bentuk silinder (cylinder bearing).
Mata bor dengan bantalan lumpur tipe gesek umumnya dapat digunakan lebih
lama karena dapat dipertebal dengan tungsten carbide agar tidak mudah rusak
sehingga dapat menerima beban yang lebih besar.
Pada bit jenis ini terdapat lubang keluarnya fluida pemboran yang disebut
water course atau nozzle. Dalam pembuatannya, nozzle dapat menghasilkan
dua macam semburan yaitu semburan biasa (conventional) dan semburan dengan
aksi penyemprotan (jet nozzle). Semburan aliran biasa diarahkan ke kerucut
pemotongnya untuk mencegah terjadinya bit bailing up, sedangkan aliran jet
nozzle diarahkan langsung pada formasi. Hal ini bertujuan agar aksi penyemburan
jet itu dapat memberikan efek tumbukan (hydraulic impact) terhadap formasi.
-
204
Dengan demikian diharapkan laju pemboran yang diperoleh lebih baik lagi.
Ukuran nozzle dapat diganti ganti untuk mendapatkan efek tumbukan yang
berbeda beda sesuai dengan yang direncanakan.
Gambar 4.15.
Roller Cone Bit (Adams, N. J., 1985)
3. Diamont Bit
Diamond bit merupakan pahat dengan menggunakan intan sebagai ujung
pahatnya. Alasan digunakan intan karena :
- Intan merupakan suatu mineral yang memiliki yang keras dan mempunyai
tingkat compressive strength yang tinggi.
- Kekerasan sekitar empat atau lima kali lebih keras dari tungsten carbide.
Keuntungan keuntungan yang dimiliki diamond bit dibandingkan dengan roller
cuter bit adalah :
- Tahan lama berada dalam lubang (rotating time berkisar antara 200 300 jam.
- Bila pelaksanaannya baik, maka kecepatan pemboran dapat lebih besar.
- Footage tiap trip lebih besar dan round trip sedikit, sehingga persatuan
kedalaman lebih murah.
-
205
- Pemakaian drill collar lebih sedikit, karena beban pada pahat yang diperlukan
kecil, sehingga pressure drop pada drill collar menjadi lebih kecil dan
mengurangi waktu trip.
Gambar 4.16. Diamond Bit
(Adams, N. J., 1985)
Diamond bit dipakai apabila pemakaian roller cuter tidak ekonomis lagi,
namun pada kenyataannya dilapangan pemakaian bit jenis ini jarang dilakukan
karena mahal dan digunakan untuk kondisi tertentu saja.
4.2.3.2. Penentuan Jenis Pahat Untuk sumur eksplorasi dalam penentuan jenis bit yang digunakan perlu
dibicarakan dengan geologist tentang kondisi lapisna batuan yang akan ditembus
oleh pahat (bit). Data dat ayang diperlukan adalah kemungkinan adanya lapisan
batuan yang bersifat abrassive dan lapisan batuan yang lemah terhadap tekanan
hidrostatis lumpur sehingga dapat menyebabkan hilang lumpur jika dibor.
-
206
Dalam penentuan pahat untuk sumur eksplorasi yang mana tidak terdapat
adanya drill record, maka dapat digunakan data seismic serta umur batuan yang
dijadikan dasar dalam penentuan pemilihan pahat.
a. Data seismic.
Terutama digunakan sebagai dasar pemilihan bit untuk sumur eksplorasi (wild
cat). Keberhasilan dari pemilihan pahat akan sangat tergantung dari interpretasi
dari data seismic.
b. Umur batuan.
Pada umumnya makin tua umur batuan, maka batuan akan semakin keras. Missal
shale atau pasir yang diendapkan pada periode iocene akan lebih lunak
dibandingkan dengan shale atau pasir yang diendapkan pada periode Eocene.
Pada pemboran pengembangan, dalam menentukan jenis bit adalah dengan
mempelajari well file dari sumur terdekat. Adapun well file tersebut berupa off set
well bit record atau off set well log records.
a. Off Set Well Bit Record
Pemilihan bit didasarkan pada pengalaman dari sumur sumur yang telah ada.
Cara ini lebih mudah dan memberikan hasil yang lebih baik, mengingat
tersedianya data data yang lebih lengkap dan kesalahan pemilihan bit dari sumur
sumur yang telah ada dapat dikoreksi.
b. Off Set Well Log Record
Dari hasil tes logging didapatkan informasi lithologi, sehingga dapat digunakan
sebagai dasar pemilihan bit. Dari data off set well log ini dapat diketahui tentang
kekuatan atau kekerasan batuan yang akan dibor nantinya.
4.2.3.3. Penentuan WOB Dan RPM Laju pemboran merupakan factor penting didalam operasi pemboran,
karena hal ini berhubungan langsung dengan rig time maupun drilling cost. Usaha
yang dilakukan agar laju pemboran yang diperoleh sesuai dengan factor yang
dikehendaki adalah memperhitungan factor factor yang dapat dikontrol.
Speer mengemukakan dalam metode Speer, bahwa laju pemboran yang
optimum sangat tergantung dan dipengaruhi oleh kombinasi dari WOB RPM
-
207
dan hidrolikanya. Untuk itu dalam suatu operasi pemboran ada tiga masalah yang
harus dipecahkan, yaitu :
- Penentuan WOB optimum dan RPM yang tepat untuk peralatan yang
digunakan.
- Mengkombinasikan ketiga faktor di atas dengan biaya yang minimum.
- Mengkombinasikan WOB dan RPM optimum untuk peralatan penunjang yang
ada.
Selanjutnya Speer mengadakan percobaan laboratoriumuntuk menentukan
hubungan ketiga faktor di atas, dan dari hasil percobaan didapat korelasi seperti
terlihat pada gambar 4.17., yaitu :
a. Rate of penetration dengan WOB
b. Rate of penetration dengan hydraulic horse power.
c. Rate of penetration dengan WOB optimum.
d. RPM optimum dengan WOB.
A. Penentuan WOB Optimum
PenentuanWOB untuk setiap formasi agar didapatkan ekonomi limit
adalah suatu problema yang sangat mendasar dalam suatu operasi pemboran.
Penentuan WOB optimum menurut Speer di sini didasarkan pada data bit record.
Dari data bit record, didapatkan besarnya WOB yang bervariasi untuk setiap
trayek pemboran. Dengan dukungan horse power pompa serta RPM (dari bit
record) maka kita dapat menentukan besarnya WOB optimum.
B. Penentuan RPM Optimum
Seperti halnya penentuan WOB optimum, maka dalam penentuan RPM
optimum diperlukan juga data bit record. Dari data tersebut kita dapat menentukan
RPM optimum seperti pada penentuan WOB optimum.
C. Penentuan Kombinasi WOB Dan RPM Optimum
Dengan menggunakan grafik Speer, dimana drillbility indeks dari formasi
langsung dihubungkan dengan kondisi lapangan setempat dan dengan data
rekaman bit untuk kondisi lapangan sebelumnya, dapat ditentukan besarnya WOB
RPM optimum dan penentuan ini tidak lepas dari besarnya BHP yang ada.
-
208
Gambar 4.17. Chart Penentuan WOB RPM Optimum Speer
(Gatlin, C., 1960)
-
209
4.2.4. Perencanaan Sistem Lumpur
4.2.4.1. Fungsi Lumpur
Pemilihan sistem lumpur berkenaan dengan sifat sifat lumpur yang
cocok dengan penanggulangan problem yang ditemui dalam pemboran. Dalam hal
ini lumpur yang diharapkan dapat memenuhi fungsi fungsi sebagai berikut :
a. Pembersihan lubang yang optimum
Pada bagian pertambahan sudut, cutting sampai ke dasar lubang bor
dengan jarak jatuh yang pendek. Oleh karena itu pembersihan lubang memerlukan
perencanaan hidrolika dan system lumpur yang cocok. lumpur dengan viscositas
dan gel strength rendah baik untuk pengangkatan cutting berukuran kecil.
Sedangkan lumpur dengan viscositas dan gel strength besar cocok untuk
pengangkatan cutting ukuran besar.
b. Membentuk mud cake yang tipis dan licin
Hal ini perlu untuk menghindari gesekan yang berlebihan dan terjepitnya
rangkaian peralatan. Sistem lumpur yang dipilih harus mempunyai sifat fluid loss
kecil dan karakteristik mud cake yang baik dengan harga koefisien friksi relative
kecil.
c. Menahan cutting saat sirkulasi berhenti
Sifat gel strength lumpur yang dipilih harus memadai dalam menahan
cutting. Pengendapan cutting memperbesar gesekan, mempersulit kerja mekanis
bit serta dapat menyebabkan terjepitnya pipa.
d. Mendinginkan dan melumasi bit serta rangkaian pipa
Bit dan rangkaian peralatan yang rebah pada dasar lubang akan menjadi
panas karena efek gesekan dan putaran yang kontinyu. Sistem lumpur dengan
panas jenis yang memadai diperlukan agar peralatan tidak menjadi rusak dan bit
tahan lebih lama.
e. Media logging
Dalam pemboran horizontal digunakan MWD system yang dapat mencatat
resistivity dan radioaktivitas formasi. Sensor MWD memerlukan media
penghantar elektrolit untuk dapat mencatat data dengan baik. Water base mud dan
emulsion mud dapat digunakan untuk tujuan ini.
-
210
f. Mengimbangi tekanan formasi
Lumpur dengan densitas tertentu diperlukan untuk mengimbangi tekanan
formasi. Dalam keadaan statis tekanan lumpur bor adalah sebesar :
P = 0.052 x MW x D..(4-5)
Sedangkan pada keadaan dinamis, tekanan kolom lumpur adalah tekanan
statis ditambah tekanan pompa yang hilang di annulus, di atas kedalaman tersebut.
4.2.4.2. Sifat Lumpur Pemboran
Komposisi dan sifat sifat lumpur bor sangat berpengaruh terhadap
operasi pemboran, perencanaan casing, drilling rate dan completion. Misalnya
pada daerah batuan lunak, pengontrolan sifat sifat lumpur sangat diperlukan
tetapi di daerah batuan batuan keras sifat sifat ini tidak terlalu kritis, sehingga
air biasapun kadang kadang dapat digunakan. Dengan ini dapat dikatakan bahwa
sifat sifat geologi suatu daerah menentukan pula jenis jenis lumpur yang akan
digunakan. Adapun sifat sifat lumpur pemboran tersebut adalah :
1. Densitas
Adalah berat suatu zat (lumpur) dalam suatu volume tertentu. Densitas
biasanya ditulis dengan symbol r, dimensinya adalah : kg/dm, gr/cc, lb/cuft dan
lb/gal.
Untuk menentukan tekanan hidrostatis, density lumpur harus diketahui
terlebih dahulu. Jadi tekanan hidrostatis didasar lubang bor merupakan fungsi dari
density lumpur itu sendiri. Hal ini dapat ditulis dalam persamaan :
Pm = 0.052 dm D...(4-6)
Dimana :
Pm = tekanan hidrostatis lumpur, ksc
dm = density lumpur, gr/cc
D = kedalaman lubangbor, meter
Berdasarkan rumus, density lumpur yang besar akan memberikan tekanan
hidrostatis yang besar pula dan sebaliknya.
2. Viscositas
Viscositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting
untuk laminar flow. Istilah thick mud digunakan untuk lumpur dengan viscositas
-
211
tinggi (kental), sedangkan sebaliknya adalah thin mud (encer). Viscositas lumpur
diukur dengan :
3. Marsh Funnel
4. Stormer Viscometer
5. Fann VG Viscometer (multi speed rotational)
Dalam pemboran viscositas lumpur dapat naik dan dapat turun karena dua hal,
yaitu:
a. Flokulasi
Pada flukolasi gaya tarik menarik antara partikel partikel clay terlalu
besar dan akan mengumpul atau menggumpal pada clay-nya. Dengan terjebaknya
air bebas oleh partikel partikel clay sehingga system kekurangan air bebas,
akibatnya viscositas akan naik. Penggumpalan tadi dikarenakan oleh kenaikan
jumlah partikel partikel padat (jarak antar plat plat lebih kecil) atau karena
kontaminasi (anhydrite, gypsum, semen, garam yang menetralisir gaya tolak
menolak antara muatan muatan negative dipermukaan clay). Jika terjadi
kontaminasi ion Ca digunakan soda abu (NaCO) untuk treating, sedangkan pada
kontaminasi karena garam (NaCl) digunakan pengenceran dengan menambah
dispersant setelah terlebih dahulu menaikkan pH Lumpur dengan Caustic.
b. Terlalu banyak padatan
Untuk pencegahannya hanyalah dengan cara pengenceran yang efektif
atau dengan kata lain penurunan viscositas.
3. Gel Strength
Adalah pembentukan padatan karena gaya tarik menarik plat plat clay
apabila didiamkan. Sifat ini bukan sifat dalam aliran tetapi sifat dalam keadaan
statis, dimana clay dapat mengatur diri. Jadi dengan bertambahnya waktu diam
(yang terbatas) akan bertambah besar pula gel strength-nya.
Gel strength sebenarnya merupakan tenaga tambahan dimana lumpur akan
bergerak. Gel strength harus sekecil mungkin karena jika terlalu besar semakin
sedikit kemungkinan sebelum llumpur bergerak sudah terjadi break down pada
formasi terlebih dahulu dan selanjutnya lumpur masuk ke dalam formasi tersebut.
-
212
Gel strength ini sebenarnya sangat tergantung pada viscositas lumpur, bila
viscositas lumpur makin besar maka gel strength juga makin besar.
4. Water Loss
Adalah kehilangan sebagian cairan lumpur dan masuk ke dalam formasi,
terutama formasi yang permeable. Hilangnya sebagian lumpur pemboran
disebabkan karena pengaruh tekanan hidrostatis. Banyak sedikitnya air tapisan
(waterloss) dapat berpengaruh positive dan dapat pula berpengaruh negative.
Makin banyak air tapisan yang masuk ke dalam formasi, sehingga mempengaruhi
pengangkatan cutting ke permukaan, disamping itu pada waktu pencabutan pahat,
maka pahat dapat mengikis mud cake tersebut sehingga lubang bor bersih dari
mud cake.
Akibat lain dengan adanya air tapisan yang besar yaitu terjadinya
keguguran dinding lubang bor. Karena formasi yang dimasuki air tersebut menjadi
rapuh dan lepas dari ikatannya. Akibat berikutnya dengan adanya keguguran
dinding lubang bor adalah terjadinya jepitan baik terhadap pahat maupun
rangkaian pipa bor.
5. Kadar Minyak
Adalah banyaknya minyak yang terkandung dalam lumpur emulsi dimana
air sebagai bahan dasarnya. Lumpur emulsi yang baik adalah lumpur dengan
kadar minyak lebih kurang sebesar 15%. Kadar minyak dalam lumpur emulsi
mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap laju pemboran. Hal ini trutama
karena minyak akan memberikan pelumasan sehingga pahat lebih awet,
mengurangi pembesaran lubang bor dan mengurangi penggesekan pipa bor
dengan formasi serta mengurangi kemungkinan terjadinya jepitan terhadap pahat.
6. Kadar Pasir
Adalah banyaknya pasir yang terdapat didalam lumpur pemboran. Lumpur
selalu mengandung pasir, sedangkan pasir selalu berpengaruh negative dalam
pemboran. Kadar pasir dalam lumpur pemboran mengakibatkan makin besarnya
density lumpur, karena pasir termasuk material pemberat. Kerugian lain pasir
dalam lumpur yaitu mempercepat rusaknya perlengkapan pemboranseperti pompa
dan alat lainnya.
-
213
4.2.4.3. Komposisi Lumpur Pemboran
Secara umum lumpur pemboran mempunyai empat komponen fasa, yaitu :
1. Komponen Cair
Ini dapat berupa minyak atau air, air dapat pula dibagi menjadi dua, yaitu
air tawar dan air asin, 75% lumpur pemboran menggunakan air , sedang pada air
asin dibagi menjadi air asin jenuh dan tak jenuh. Istilah oil base mud digunakan
bila minyaknya lebih besar dari 95% invert emultion mud mempunyai komposisi
minyak 50% sampai 70% (sebagai fas kontinue) dan air 30% sampai 50%
(sebagai fasa diskontinue).
2. Reaktif Solid
Padatan ini bereaksi dengan sekelilingnya untuk membentuk koloidal.
Dalam hal ini clay air tawar seperti bentonite menghisap air tawar membentuk
lumpur. Istilah yield digunakan untuk menyatakan jumlah barrel lumpur yang
dapat dihasilkan dari satu ton clay agar viscositas lumpur yang terjadi sebesar 15
cp, untuk jenis bentonite yield-nya kira kira 100 bbl/ton. Dalam hal ini bentonite
menghisap air tawar pada permukaan partikel partikelnya, sehingga kenaikkan
volumenya sampai 10 kali lebih, yang disebut swelling atau hidrasi. Untuk salt
water clay (antalpulgite) swelling akan terjadi baik di air tawar atau di air asin dan
karenanya digunakan untuk pemboran dengan salt water mud. Baik bentonite
ataupun antalpugite akan memberikan kenaikan viscositas pada lumpur. Untuk oil
base mud, viscositas dinaikan dengan menaikan kadar air dan penggunaan aspalt.
3. Inert Solid
Dapat berupa barite (BaSo4) yang digunakan untuk menaikan density
lumpur ataupun bijih besi. Inert solid dapat pula berasal dari formasi formasi
yang dibor dan terbawa oleh lumpur seperti ; chertr, pasir dan clay clay non
swelling. Padatan padatan seperti ini bukan disengaja untuk menaikkan density
lumpur tetapi tercampur pada saat melakukan pemboran dan perlu untuk
dipisahkan secepatnya (karena dapat menyebabkan abrasi pada peralatan
pemboran dan kerusakan pompa).
-
214
4. Additive
Additive merupakan bagian dari sistem yang digunakan untuk mengontrol
sifat sifat lumpur, misalnya dalam dispersion (menyebarkan partikel partikel)
clay. Efeknya terutama tertuju pada konsoloida clay yang bersangkutan. Banyak
sekali zat kimia yang digunakan untuk menurunkan viscositas, mengurangi water
loss, mengontrol fasa koloid (disebut surface active agent). Zat zat kimia yang
men-dispersant (dengan ini disebut thiner karena menurunkan viscositas)
misalnya :
1. Phospate
2. Sodium tannate (kombinasi caustic soda dan tanium)
3. Lignosulfonates (bermacam macam kayu plup)
4. lignites
5. Surfactant
Sedangkan zat zat kimia untuk menurunkan viscositas misalnya CMC
dan Starch. Zat zat kimia yang bereaksi dan mempengaruhi lingkungan sistem
lumpur tersebut, misalnya dengan menetralisir muatan muatan listrik clay, yang
menyebabkan dispersen dan lain lain.
4.2.4.4. Jenis Jenis Lumpur Pemboran
Penentuan jenis lumpur bor dalam suatu pemboran harus disesuaikan
dengan kebutuhan tergantung dari keadaan formasinya. Jenis lumpur yang tidak
sesuai akan menyebabkan problem pemboran. Di bawah ini akan diberikan
beberapa jenis lumpur pemboran berdasarkan fasa fluidanya, yaitu :
1. Fresh Water Mud
Lumpur jenis ini dibagi menjadi :
a. Spud mud
Adalah lumpur yang digunakan untuk membor formasi bagian atas (casing
conductor). Fungsi utamanya mengangkat cutting dan membuka lubang di
permukaan.
-
215
b. Natural mud
Adalah lumpur yang dibuat dari pecahan pecahan cutting dalam fasa
cair. Lumpur ini umumnya digunakan untuk pemboran cepat seperti pemboran
pada surface casing.
c. Bentonite treated mud
Adalah lumpur yang dibuat dari campuran bentonite, clay dan air. Lumpur
ini banya digunakan dalam pemboran untuk menembus formasi yang bertekanan
tinggi.
2. Salt Water Mud
Jenis lumpur ini dibagi menjadi :
a. Unsaturated salt water mud
Adalah lumpur pemboran yang dibuat dalam fasa cair garam, lumpur ini
sering dibuat dalam fasa air laut.
b. Saturated salt water mud
Adalah lumpur yang dibuat dengan bahan dasar air tawar ditambah dengan
Natrium Chlorida (NaCl).
c. Sodium silicate mud
Adalah lumpur yang fasa cairnya mengandung sekitar 55% volume larutan
natrium silicate dan 55% volume larutan garam jenuh. Lumpur ini digunakan
untuk pemboran pada saat menemui lapisan salt.
3. Oil In Water Emulsion Mud
Adalah lumpur dasar yang ditambah minyak mentah atau minyak solar
kira kira 15%. Lumpur ini banyak digunakan pada waktu sekarang, terutama
pada pemboran berarah (directional drilling). Jenis lumpur ini dapat dibagi
menjadi :
a. Fresh water oil in water emulsion mud
Adalah lumpur yang mengandung NaCl dimana bahan dasarnya adalah
lumpur dasar ditambah dengan minyak sebanyak 5 sampai 2 5% volume. lumpur
ini sering digunakan karena mudah pengontrolannya.
-
216
b. Salt water oil in water emulsion mud
Adalah lumpur yang mengandung NaCl dimana bahan dasarnya adalah air
yang ditambah garam. lumpur ini mempunyai pH di bawah 9 dan cocok
digunakan untuk membor lapisan garam.
4. Oil Base dan Oil Base Emulsion Mud
Lumpur ini mengandung minyak sebagai fasa continuenya, komposisinya
diatur agar kadar air rendah (3% - 5%) volume, tidak sensitive terhadap
konotaminan, berguna untuk well completion, work over maupun melepaskan
pipa terjepit. Karena filtratnya minyak, lumpur tidak reaktif terhadap shale atau
clay. Kerugian dari lumpur ini adalah pengontrolan dan penjagaan terhadap
bahaya api.
5. Fluida Aerasi
Fluida aerasi yang digunakan pada operasi pemboran termasuk udara, gas
alam, mist, foam atau lumpur aerasi. Fluida ini diterapkan untuk meningkatkan
laju penembusan karena pengurangan tekanan hidrostatik. Problem hilang Lumpur
dapat diminimasi ketika menggunakan fluida aerasi.
4.2.4.5.Perhitungan Dan Desain Lumpur Pemboran
A. Perhitungan Desain Lumpur Pemboran
Yaitu untuk perubahan perubahan volume dan densitas lumpur karena
penambahan zat padat atau cair.
Asumsi asumsi yang digunakan :
- Volume setiap material adalah additive
V = V + V.(4-7)
- Jumlah berat zat adalah additive
M = M + M...(4-8)
Dari persamaan ini didapatkan rumus rumus seperti terlihat di table 4-3.
B. Perhitungan Viscositas Lumpur Pemboran
Viscositas yang ditentukan adalah viscositas efektif, dimana secara praktis
model yang digunakan untuk menggambarkan ada dua metode, yaitu :
-
217
- Model Bingham
( )YP DpDhv
300PV e += ......(4-9)
PV = 600 - 300 YP = 600x PV Dimana :
e = viscositas efektif, cp PV = viscositas plastic, cp
v = kecepatan rata rata, ft/min
D = diameter lubang, in
Dp = diameter pipa, in
- Model Power Law
( ) ( )( )
+
=n
nDpDhv
vDpDhK
3124.2200 (4-10)
n = 3.32 log 300600
K =
511
600 Dimana :
n = indeks sifat aliran
K = indeks konsistensi
-
218
Tabel 4-3 Perhitungan Densitas Lumpur Pemboran
(Rabia, H., 1985)
4.2.4.6. Hidrolika Lumpur Pemboran
-
219
4.2.4.6. Hidrolika Lumpur Pemboran
4.2.4.6.1. Sifat Aliran
1. Laminer
Yaitu suatu aliran dimana gerak aliran partikel partikel fluidanya pada
kecepatan yang agak lambat, teratur dan sejajar dengan arah aliran (dinding pipa).
Pada aliran ini partikel partikel yang ada didekat dinding hampir tidak bergerak,
sementara partikel partikel lain yang ada ditengah bergerak lebih cepat.
2. Turbulen
Yaitu suatu aliran dimana fluida bergerak dengan kecepatan yang lebih
cepat. Partikel partikelnya bergerak pada garis garis yang tidak teratur serta
geseran yang terjadi juga tidak teratur. Untuk menentukan aliran itu laminar atau
turbulen, digunakan Raynold Number
D V 928N Re = .....(4-11)
dimana :
= density fluida, ppg V = kecepatan aliran, fps
D = diameter pipa, in
= viscositas, cp Dari percobaan diketahui bahwa untuk NRe > 3000 adalah turbulen dan
NRe < 2000 adalah laminar, dan untuk harga diantaranya memiliki pola aliran
transisi.
3. Plug Flow
Yaitu aliran yang terjadi khusus untuk fluida plastic, dimana gerak geser
terjadi didekat dinding pipa saja dan di tengahtengah aliran terdapat suatu aliran
tanpa geseran seperti suatu sumbat.
4.2.4.6.2. Jenis Fluida Pemboran
Fluida pemboran dapat dibagi menjadi :
1. Newtonian Fluida
Adalah fluida dimana viscositasnya hanya dipengaruhi oleh tekanan dan
temperatur, misalnya air, gas dan minyak yang encer. Dalam hal ini perbandingan
-
220
antara shear stress dan shear rate adalah konstan, dinamakan viscositas(). Secara matematis, ini dapat dinyatakan dengan:
drdVr
gcfr = ...(4-12)
dimana :
r = gaya shear per unit luas (shear stress)
dVr/dr = shear rate
gc = convertion konstan
Tanda negative pada rumus di atas menunjukan bahwa dengan bertambahnya jari-
jari, maka kecepatan menurun.
2. Non Newtonian Fluida
Adalah fluida yang perbandingannya antara shear stress dengan shear
ratenya tidak konstan. Jenis fluida ini dibagi lagi menjadi:
a. Bingham plastic
Fluida pemboran dianggap sebagai bingham plastic, dalam hal ini sebelum
terjadi aliran harus ada minimum shear stress yang melebihi suatu harga minimum
yield point. Baru setelah yield point dilampaui, untuk penambahan shear stress
lebih lanjut akan menghasilkan shear rate sebanding dengan plastic viscosity
untuk bingham plastic, jadi:
( ) ( )drdVr
gcpy = ..(4-13)
-
221
Gambar 4.18. Skema Dari Grafik Aliran Fluida Newtonian Bingham Plastic
(Rubiandini, R., 1993)
dimana :
= shear stress, dyne/cm2 y = yield point, lb/100 ft2 dVr/dr = shear rate, sec-1
gc = convertion constanta, 32ft/sec2
Gambar 4.18. menunjukkan skema dari grafik aliran fluida Newtonian dan
bingham plastic.
b. Power law fluid
Untuk pendekatan power law dilakukan dengan menganggap kurva
hubungan shear stress terhadap shear rate pada kertas kertas log mengikuti garis
lurus yang ditarik pada shear rate 300 rpm dan 600 rpm. Lihat gambar 4.19.
Untuk ini power law dinyatakan sebagai : n
drdVrK
= (4-14)
-
222
Gambar 4.19.
Kurva Shear Rate dan Shear Stress Pada Kertas Log Log (Rubiandini, R., 1993)
c. Power law fluid dengan yield stress
Untuk fluida jenis ini dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut: n
drdVrKy
+= .(4-15)
4.2.4.6.3. Perhitungan Tenaga Pompa Lumpur
Unit pompa dikenal ada dua jenis dilihat dari mekanisme pemindahan dan
pendorongan lumpur pemboran, yaitu pompa centrifugal dan pompa torak. Yang
sering dipakai dalam pemboran adalah tipe torak, karena mempunyai beberapa
kelebihan dibandingkan dengan tipe centrifugal, misalnya dapat dilalui fluida
pemboran yang berkadar solid tinggi dan abrasive. Pemeliharaan dan system
kerjanya tidak terlalu rumit dan keuntungan dapat dipakainya lebih dari satu
macam liner sehingga dapat mengatur rate dan tekanan pompa yang diinginkan.
-
223
Kemampuan pompa dibatasi oleh horse power maksimumnya, sehingga
tekanan dan kecepatan alirnya dapat berubah ubah seperti yang ditunjukkan oleh
persamaan :
1714Q . PHP = .(4-16)
dimana :
HP = horse power yang diterima pompa dari mesin penggerak setelah dikalikan
effisiensi mekanis dan safety, Hp.
P = tekanan pompa, psi.
Q = kecepatan alir, gpm
Bila mempunyai Hp maksimum, tekanan pompa maksimum dapat dihitung bila
kecepatan alir maksimum telah ditentukan dengan persamaan :
Q = 0.00679 S N (2D2 d2) e...(4-17)
dimana :
S = panjang stroke, in
N = Rpm
D = diameter tangkai piston, in
D = diameter liner, in
e = effisiensi volumetric.
4.2.4.6.4. Perhitungan HP Tekanan dan Rate Pompa
Pompa yang dipakai dalam sirkulasi lumpur pemboran biasanya
menggunakan pompa piston sehingga rate maksimum dengan suatu diameter liner
tertentu. Harga sebesar ini tidak pernah tercapai karena faktorfaktor effisiensi
volumetrik, mekanik dan lainlain, sehingga effisiensi totalnya hanya sekitar 70%
saja.
Besarnya HP merupakan pencerminan kekuatan suatu pompa, sehingga
sebagai pegangan awal harga yang dipegang tetap konstan adalah HP ini. Begitu
pula tekanan maksimum dari pompa mengalami penurunan sekitar 65%. Untuk
memenuhi kebutuhan yang diperlukan, penambahan rate tekanan bisa dilakukan
dengan penggantian liner yang terdapat pada piston tersebut, sehingga rate yang
diinginkan dapat tercapai. Tetapi konsekuensinya bila liner diganti dengan yang
-
224
lebih besar untuk menambah rate maksimum, akan terjadi penurunan tekanan
mmaksimum. Begitu pula sebaliknya, bila tekananmaksimum diperbesar, rate
maksimum akan mengecil.
4.2.4.6.5. Kecepatan Alir Annulus
Cutting dapat digunakan untuk indikasi tekanan abnormal. Perbedaan
tekanan sangat berperan dalam pendeteksian tekanan. Bila terjadi perbedaan
tekanan yang besar, cutting akan tertahan di bawah bit dan akan terus digerus
sampai ukurannya menjadi kecil dan dapat terangkat ke permukaan. Kejadian ini
dikenal sebagai chip hold down effect.
Bila perbedaan tekanan hanya kecil, maka cutting akan terangkat ke
permukaan dari bawah bit sebelum mengalami penggerusan lagi. Hal ini dapat
dilihat pada cutting yang berada di shale shaker. Cutting yang lebih besar
menunjukkan bahwa perbedaan tekanan berkurang. Bila berat fluida pemboran
konstan diasumsikan bahwa tekanan formasi konstan.
Dalam proses rotary drilling lumpur baru masuk lewat dalam pipa dan
keluar ke permukaan lewat annulus sampai mengangkat cutting, seperti terlihat
pada gambar 4.20. Sehingga perhitungan kecepatan minimum yang diperlukan
untuk mengangkat cutting ke permukaan (slip velocity) dilakukan di annulus.
Kecepatan slip adalah kecepatan minimum dimana cutting dapat mulai terangkat
atau dalam praktek merupakan pengurangan antara kecepatan lumpur dengan
kecepatan dari cutting.
Vs = Vf - Vp.....(4-18)
Dimana :
Vs = kecepatan slip, ft/Vp
V1 = kecepatan Lumpur, ft/sec
Vp = kecepatan partikel, ft/sec
Dalam aliran turbulen, distribusi kecepatan fluida hampir sama sehingga
bila kecepatan fluida melebihi slip padatan maka padatan akan terangkat secara
terus menerus kepermukaan (lihat gambar 4.22). Dalam aliran laminar distribusi
kecepatan dipengaruhi oleh properties dari fluida pemboran, sehingga
kecepatanya cenderung tidak merata. Oleh karena itu dalam mengangkat cutting
-
225
sebagian fluida mengangkatnya dengan kecepatan yang tinggi dan sebagian
lainnya mengangkat dengan kecepatan yang lebih rendah, selanjutnya pada
tengah-tengah aliran perolehan padatan aliran perolehan padatan dapat lebih cepat
karena kecepatan tertinggi berada di tengah-tengah aliran, sedangkan di dinding
pipa beberapa padatan mungkin tidak pernah muncul ke permukaan oleh karena
kecepatannya yang tidak mampu untuk mengangkatnya ke permukaan.
Pentingnya distribusi kecepatan diakui oleh William dan Bruce, sedangkan
mengenai besarnya pengaruh pada kapasitas pengangkatan ditekankan oleh
Walker,1963. Dia berpendapat bahwa distribusi kecepatan sebagai fungsi dari
sifat- sifat fluida pemboran. Umumnya peningkatan pada rasio yield point dengan
viskositas plastik atau penurunan slope n, untuk fluida power law menghasilkan
profile kecepatan yang merata, seperti yang terlihat pada gambar 4.20.
Gambar 4.20. Pola Aliran dan Distribusi Aliran
(Rabia, H., 1985)
Profil kecepatan yang tidak rata dalam gambar 4.20. disebut sebagai aliran
sumbat (plug flow). Dalam plug flow, tidak ada shearing pada lapisan-lapisan
fluida. Selanjutnya karena lebar area meningkat, bagian kecepatan aliran yang
rendah menurun dan aksi pembersihan fluida meningkat. Beberapa persamaan
dapat dikembangkan untuk menentukan profil kecepatan baik dengan
menggunakan asumsi aliran fluida Power- law maupun Bingham Plastik.
-
226
Sedangkan perkiraan bentuk profil kecepatan di dalam annulus tidak
mungkin dihasilkan karena rotasi drillpipe yang merusak profil aliran, drillstring
yang tidak konsentrik dalam lubang bor dan bentuk dari lubang bor yang tidak
beraturan. Ini cukup diketahui bahwa peningkatan pada yield point atau pada
penurunan factor n akan meratakan profil kecepatan dan memberikan bantuan
dalam pembersihan sumur.
Kapasitas pengangkatan fluida sebenarnya berhubungan langsung dengan
kecepatan slip padatan (cutting) yang melewati fluida pemboran. Kecepatan slip
padatan dapat diperkirakan dengan persamaan berikut :
fD
fpps C
DV
)(4.113
= .......(4-19)
dimana :
v : Kecepatan slip partikel, fpm.
D : Diameter partikel, in.
p : Berat partikel, ppg. f : Berat fluida pemboran, ppg. CD : Koefisien drag, dimensionless.
Diameter partikel atau padatan dapat diperkirakan dari contoh di lapangan,
jika ukuran yang tepat diperlukan, diameter ekuivalen dapat ditentukan dengan
sceen analysis. Densitas partikel/padatan biasanya konstan sebesar 21.0 ppg.
Koefisien drag merupakan frictional drag antara fluida dengan partikel.
Tidak ada metode yang dapat digunakan untuk menentukan frictional drag
secara tepat. Gambar 4.21. menunjukkan kurva koefisien drag versus Reynold
number, partikel untuk padatan limestone dan shale. Persamaan (4-20) digunakan
untuk menghitung koefisien drag setelah kecepatan slip ditentukan lebih dahulu
dengan eksperimen. Reynold number partikel ditentukan dengan persamaan :
psf
p
DvR
47.15= .....(4-20)
-
227
dimana:
Rp : Reynold number, dimensionless.
Dp : Diameter partikel, in.
vs : kecepatan slip partikel, fpm.
f : Berat fluida pemboran, ppg. Viskositas fluida pemboran, sp.
Air dan glycerin yang dicampur air, digunakan sebagai fluida dasar untuk
penentuan Gambar 4.21. Reynold number partikel di atas 2000, koefisien drag
konstan sebesar 1.50. selanjutnya saat aliran di sekitar partikel adalah aliran
turbulen maka koefisien drag 1.50 dapat digunakan dalam persamaan (4-19) dan
kecepatan slip juga dapat dihitung secara langsung.
Gambar 4.21. Koefisien Drag Sebagai Fungsi Dari Reynold Number Partikel
(Moore. LP.,1974)
Namun pada saat aliran fluida di sekitar partikel adalah aliran laminar,
koefisien drag bervariasi dengan besarnya reynold number partikel. Untuk
Reynold number partikel kurang dari atau sama dengan 1.0, koefisien drag
ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :
-
228
P
D RC 40= ..(4-21)
Subtitusi harga koefisien drag dengan persamaan (4-19) menghasilkan
persamaan kecepatan slip sebagai berikut :
)(4980 2 fPP
S
DV
= ......(4-22)
Persamaan (4-22) memiliki keterbatasan penggunaannya, karena dalam
banyak kasus, Reynold number partikel akan lebih besar daari 1.0 pada saat aliran
di sekitar partikel adalah aliran laminar. Gambaran perkiraan garis lurus yang
paling baik adalah antara Reynold number paartikel 10 dan 100, sehingga
persamaan koefisien drag dan kecepatan slip menjadi :
5.022
PD R
C = ...(4-23)
333.0333.0667.0)(175
f
fPPS
DV
= ...(4-24)
Viskositas dalam persamaan (4-24) merupakan apparent viscosity yang
ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
( )v
DDKn
nDDv Ph
n
Phs
+
=200
3124.2 .(4-25)
nK 511300= .(4-26)
300
600log32.32log32.3 =
++=YPPVYPPVn .(4-27)
dimana :
: Apparent viscosity, cp. v : Kecepatan aliran fluida pemboran, fpm. K : Indek konsistensi.
n : Indek Power-law.
Dh : Diameter sumur, in.
DP : Diameter luar pipa, in.
-
229
PV : Viskositas plastik, cp.
YP : Yield point, lb/ 100 sq. ft.
600 : Dial pembacaan viscometer pada 600 rpm. 300 : Dial pembacaan viscometer pada 300 rpm. Laju aliran fluida pemboran minimum (Qmin dalam gpm) dapat diperoleh
dari dua kali kecepatan slip bor (Vmin = 2vs), sehingga laju alir fluida pemboran
minimum di annulus dihitung sebagai berikut :
5.24
)(minmin22
Ph DDvQ = ......(4-28) Dari beberapa keterangan dan persamaan di atas, maka :
1. Bila aliran fluida di sekitar partikel atau padatan merupakan aliran
turbulen atau besarnya reynold number lebih dari 2000, maka kecepatan
slip partikel ditentukan dengan menggunakan persamaan (4-19) dengan
harga CD = 1.50.
2. Bila aliran fluida di sekitar partikel merupakan aliran laminar atau besar
Reynold number kurang dari 1.0, maka kecepatan slip partikel ditentukan
dengan menggunakan persamaan (4-22) dengan harga CD = 40/ Rp.
3. Bila aliran fluida di sekitar partikel merupakan aliran trnsisi atau besarnya
Reynold number antara 10 - 100 maka kecepatan slip partikel ditentukan
dengan menggunakan persamaan (4-24) dengan harga CD = 22/ (RP)0.5.
-
230
Gambar 4.22. Proses Aliran Lumpur Dalam Pipa Dan Annulus
(Rubiandini, R., 1993)
4.2.4.6.6. Metode Analisa Pengangkatan Cutting
Ada beberapa metode analisa pengangkatan cutting di dalam lubang bor,
di antaranya adalah :
1. Rasio transport cutting.
2. Konsentrasi cutting.
3. Indeks pengendapan cutting (Particle Bed Index)
Metodemetode tersebut menentukan keberhasilan pengangkatan cutting
di dalam annulus menuju permukaan. Oleh karena itu untuk memberikan hasil
yang baik, analisa pengangkatan cutting tersebut harus optimal.
4.2.4.6.6.1. Rasio Transport Cutting
Dari adanya slip velocity cutting, maka cutting memiliki kecepatan yang
lebih lambat dari kecepatan lumpur di annulus dapat dihitung dengan persamaan:
SfP VVV = .....(4-29)
-
231
Dengan mengetahui besarnya kecepatan aliran cutting di annulus, kita
dapat menghitung rasio transport dengan menggunakan persamaan :
f
Pt V
VF = ....(4-30)
Bila disubtitusikan dengan persamaan sebelumnya, maka persamaan
menjadi :
f
Sft V
VVF
= (4-31)
dimana :
VP : Kecepatan aliran cutting / serbuk bor, fps.
Vf : Kecepatan aliran fluida pemboran, fps.
VS : Kecepatan slip cutting / serbuk bor,fps.
Ft : Transport ratio cutting / serbuk bor, (percent).
Untuk rasio transport positif, maka cutting akan terangkat ke permukaan,
sedangkan untuk slip velocity sama dengan nol, maka transport bernilai satu yang
berarti cutting/serbuk bor memiliki kecepatan yang sama dengan kecepatan
lumpur. Jika kecepatan slip meningkat maka transport ratio menurun.
Rasio transport merupakan parameter yang paling baik untuk
menggambarkan kapasitas pengangkatan cutting oleh fluida pemboran. Untuk
meningkatkan transport ratio dapat dilakukan dengan mengurangi slip velocity
cutting dengan meningkatkan kecepatan lumpur di annulus, sehingga
kecenderungan pola atau tipe aliran menjadi turbulen.
Rasio transport tidak menggambarkan kondisi pembersihan lubang (hole
cleaning), namun dengan meningkatkan transport ratio akan menurunkan
konsentrasi cutting/serbuk bor di annulus. Sedangkan konsentrasi cutting itu
sendiri dipengaruhi oleh penetration rate. Transport ratio sebesar 100 % tidak
akan menghasilkan konsentrasi cutting 0 % di annulus selama masih berlangsung
penetration rate. Batas minimal untuk transport ratio adalah 90 %.
-
232
4.2.4.6.6.2. Konsentrasi cutting
Dengan harga transport ratio, maka dapat dihitung konsentrasi cutting di
annulus. Menurut pengalaman di lapangan konsentrasi cutting di annulus di atas
5% akan menimbulkan permasalahan seperti torsi yang tinggi, penurunan
penetration rate dan terjepitnya rangkaian pipa pemboran. Konsentrasi cutting di
annulus dapat diperkirakan dengan persamaan sebagai berikut :
%1007.14
)( 2 =QFDROPC
ta ...(4-32)
dimana :
Ca : Konsentrasi cutting, (persen).
ROP : Penetration rate, fph.
D : Diameter bit, in.
Ft : Transport ratio, (persen).
Q : Laju alir lumpur, gpm.
Apabila harga konsentrasi cutting di atas 5 %, maka cara yang dapat
dilakukan untuk menurunkannya adalah dengan meningkatkan laju alir lumpur
atau meningkatkan transport rationya.
4.2.4.6.6.3. Indeks Pengendapan Cutting
Dalam operasi pemboran sumur berarah, analisa pengangkatan cutting
harus mempertimbangkan adanya inkllinasi lintasan lubang terhadap arah
gravitasi bumi yang menyebabkan timbulnya vector kecepatan cutting ke arah
dinding lubang bor, sehingga cutting akan mengendap membentuk endapan.
Menurut Ziedler (1988), hal ini dikarenakan pada sumur berarah dengan
pola aliran lumpur laminar, adanya penyimpangan lintasan sudut lubang bor
terhadap gravitasi bumi penyebab slip velocity, menyebabkan terjadinya arah
kecepatan serbuk bor yang merupakan penguraian dari vektor slip velocity cutting
(Vsa) yang searah dengan lintasan sumur Vsr yang tegak lurus terhadap lintasan
lubang bor, sehingga didapat persamaan :
Vsa = Vs cos .(4-33) Vsr = Vs sin ..(4-34)
-
233
dimana :
Vsa : Slip velocity searah lintasan sumur, fps.
Vsr : Slip velocity radial, fps.
Vs : Slip velocity searah grafitasi bumi, fps.
: Sudut inklinasi lintasan sumur. Dengan adanya Vsr maka cutting akan mengendap dalam waktu Ts, yang
dapat ditentukan dengan persamaan :
sr
PhS V
DDT )(12/1 = ......(4-35)
dimana :
T : Waktu yang dibutuhkan cutting untuk mengendap, detik.
Dh : Diameter lubang BOR, IN.
DP : Diameter pipa, in.
Gambar 4.23.
Settling Velocity Partikel (PE, Drilling Eng., 1986)
Seberapa jauh jarak yang ditempuh sebelum cutting mengendap dapat
ditentukan dengan persamaan :
LC = (VS - VSa) TS...(4-36)
-
234
dimana :
LC : Jarak yang ditempuh cutting, ft.
VS : Kecepatan lumpur di annulus, fps.
Vsa : Slip velocity searah lintasan sumur, fps.
TS : Waktu yang dibutuhkan cutting untuk mengendap, detik.
Sedangkan untuk menentukan waktu yang diperlukan cutting mencapai
permukaan adalah :
)(
''
sas
CS VV
LT = .(4-37)
dimana :
Lc : Jarak yang ditempuh cutting untuk sampai ke permukaan, ft.
TS : waktu yang dibutuhkan untuk melewati lintasan, detik.
Dengan kata lain apabila LC lebih pendek dari kedalaman lintasan sumur
pada inklinasi tersebut maka cutting telah mengendap sebelum sampai
kepermukaan.
Ziedler (1988), merumuskan perbandingan waktu antara pengendapan dan
waktu tempuh sampai permukaan tersebut sebagai indeks pengendapan serbuk bor
(Particle Bed Index), dengan persamaan sebagai berikut :
Aliran Laminer :
src
sasPh
VLVVDDPBI )()(12/1 = .......(4-38a)
Aliran Turbulen :
s
a
VV
PBI = 17 ....................................................................................(4-38b)
dimana :
PBI : Particle Bed Index (indeks pengendapan cutting ( serbuk bor)
Vsr : Slip velocity radial, fps.
Va : kecepatan aliran fluida pemboran, fps.
Setelah harga PBI ditentukan, maka dipakai acuan sebagai berikut :
PBI > 1, tidak terjadi pengendapan cutting (serbuk bor). PBI = 1, Cutting ( serbuk bor) dalam kondisi hampir mengendap.
-
235
PBI < 1, Cutting atau serbuk bor mengalami pengendapan. Cutting atau serbuk bor yang mengendap inilah yang menyebabkan
terjadinya torsi yang tinggi. Untuk mengurangi endapan cutting atau serbuk bor,
salah satunya adalah dengan cara mengubah pola aliran fluida pemboran menjadi
turbulen dengan maksud untuk mengacaukan arah daripada Vsr.
Selama pola aliran sumur masih laminar, endapan pada dinding bagian
bawah akan terus bertambah tebal. Endapan ini akan menyebabkan luas annulus
menyempit, sehingga kecepatan lumpur akan semakin tinggi hingga suatu saat
kecepatan tersebut akan melampaui kecepatan kritisnya dan menghasilkan pola
aliran turbulen.
Pada kondisi tersebut arah Vsr akan dikacaukan dan gaya gesek lumpur
terhadap permukaan endapan cukup kuat untuk melontarkan serbuk bor yang
berada pada permukaan endapan, selanjutnya endapan berada dalam suatu
kesetimbangan dan tidak akan bertambah tebal lagi.
4.2.4.6.7. Kehilangan Tekanan Pada Sistem Sirkulasi
Dalam setiap aliran suatu fluida maka kehilangan tekanan akan selalu
terjadi, walaupun sangat halus pipa yang dipakai. Begitu pula pada proses
sirkulasi lumpur pemboran pada seluruh system aliran, seperti yang terlihat pada
gambar 4.22. Untuk menentukannya dapat digunakan Reynold Number.
Untuk menentukan secara pasti jenis aliran tersebut digunakan kecepatan
kritik, yaitu kecepatan dimana di bawahnya merupakan aliran laminar dan di
atasnya merupakan aliran turbulen. Dengan membandingkan kecepatan ratarata
aliran fluida pemboran, dimana bila :
V > Vc adalah turbulen.
V < Vc adalah laminar
dimana :
V = kecepatan rata rata.
Vc = kecepatan kritik
-
236
Kecepatan rata rata umumnya dihitung dengan persamaan :
Untuk aliran di annulus
)(
)/(6.1722 DiDo
menitbblQV = ......(4-39)
Untuk aliran didalam pipa diambil Di : D dan D : Do
2D 2.448(gpm) qV = ...(4-40)
dimana :
V = kecepatan rata rata, fbs
Q = rate pompa, gpm
D = diameter dalam pipa, in
Di = diameter luar, in
Do = diameter lubang bor, in
Sedangkan kecepatan kritik dihitung dengan persamaan :
D y D 12.34 1.078p 1.078Vc
22 ++= ......(4-41)
Kecepatan kritik dalam aliran annulus
Di)(DoyDi)(Do 9.259 1.078p 1.078Vc
22
++= ..(4-42)
dimana :
Vc = kecepatan kritik, fps.
p = plastic viscosity, cp D = diameter dalam pipa, in
y = yield strength, lb/100 ft2 = densitas Lumpur, in Do = diameter lubang bor, in
Di = diameter luar pipa, in
Dalam perhitungan umumnya pressure loss dihitung untuk :
a. Friksi pada surface connection
Kehilangan tekanan pada surface connection yaitu pada flow line, stand
pipe, swivel dan Kelly dihitung berdasarkan equivalensi. Kombinasi alat alat ini
-
237
dibagi menjadi empat kelas, dan masing masing diberi equivalensi terhadap
panjang drill pipe.
b. Friksi pada drill pipe dan drill collar
Untuk menghitungnya digunakan persamaan sebagai berikut :
Untuk aliran Laminar :
D225Ly
D 1500V L fP 2 += ......(4-43)
Untuk aliran turbulen :
D 25.80 V L fP
2
= ....(4-44) dimana :
P = panjang loss, psi
L = panjang pipa, fps
V = kecepatan rata rata pada pipa, fps
y = yield point, lb/100 ft2 D = diameter dalam pipa, in
= densitas lumpur, ppg f = Fanning friction chart
c. Pressure loss pada bit
Untuik suatu aliran ideal (friction loss) dari suatu fluida incompressible
melalui suatu nozzle atau orifice, didapat dari suatu persamaan Bernoulli:
( ) 222211 PVVgc 2P =+ ..(4-45) dimana :
P1 = tekanan pada pipa, psi
= density lumpur, ppg gc = conversion constanta, 32.2 ft/sec2
V1 = kecepatan pada pipa, fps
V2 = kecepatan pada bit, fps
P2 = tekanan pada bit, psi
d. Pressure loss pada annulus drill collar dan annulus drill pipe
-
238
Untuk aliran laminar
Di)(Do 200Ly
Di)(Do 1000V L pP 2 += ....(4-46)
Untuk aliran turbulen :
2
2
Di)(Do 25.80V L fP = ......(4-47)
dimana :
P = pressure loss pada annulus, psi
L = panjang pipa, ft
V = kecepatan rata rata di annulus, fps
= density lumpur, ppg Do = diameter lubang bor, in
Di = diameter luar pipa, in
p = plastic viscosity, cp y = yield point, lb/100 ft2 f = fanning friction chart.
4.2.5. Perencanaan Casing
Setelah lubang dibuat hingga kedalaman tertentu, casing diturunkan ke
dalam lubang bor dan kemudian disemen. Casing adalah suatu pipa baja yang
diturunkan sepotong demi sepotong ke dalam lubang. Antara sepotong casing satu
dengan yang lainnya disambung dengan sistem ulir. Secara umum casing
berfungsi untuk menghindari kesulitankesulitan yang timbul pada pemboran
selanjutnya. Penamaan dari casing berdasarkan fungsi dari casing tersebut.
4.2.5.1. Fungsi Casing
Beberapa fungsi utama dari casing antara lain adalah sebagai berikut :
- Mencegah keguguran dinding sumur.
- Mencegah kontaminasi air tanah oleh lumpur pemboran.
- Menutup zone bertekanan abnormal dengan zone lost.
- Membuat diameter sumur tetap.
-
239
- Mencegah hubungan langsung antar formasi.
- Tempat dudukan BOP, peralatan produksi
4.2.5.2. Sifat Sifat Casing
Seperti halnya drill pipe maupun drill collar, casing juga mempunyai
spesifikasi yang menyatakan ciri dari suatu casing, adapun spesifikasi tersebut
meliputi grade, panjang, diameter, berat nominal dan tipe sambungan.
a. Grade
Casing dibagi menjadi beberapa grade sesuai dengan grade baja pada
casing. Tiap grade memiliki komposisi yang berbeda beda, sehingga strength
yang dimilikinya juga berbeda beda.
Sifat sifat fisik casing seperti minimum yield strength dan ketahanan
casing terhadap korosi yang disebabkan oleh gas gas korosif ditentukan oleh
komposisi bahan casing.
Pembagian grade casing yang diberikan oleh API adalah F-25, H-40, J-55,
N-80, P-110. Sedangkan pada grade casing di luar grade yang diakui API adalah
K-55, C-55, dan V-150. Semakin tinggi grade casing, yield strength tersebut
ditentukan oleh komposisi bahan casing. Dengan demikian semakin tinggi grade
casing semakin besar pula kemampuan untuk menahan gaya gaya yang bekerja
pada casing (burst dan collaps pressure).
Pada umumnya semakin rendah grade casing semakin tahan casing
terhadap kerapuhan hydrogen sulfide (H2S). Hal ini perlu dipertimbangkan
terutama dalam merencanakan casing untuk sumursumur gas. Dalam
merencanakan casing yang akan dipasang pada sumursumur gas sebaiknya
dipakai grade H-40, J-55, atau K-55 apabila gas H2S diperkirakan dapat
menimbulkan kerapuhan pada casing.
b. Range panjang casing
Panjang dari casing diukur mulai dari ujung coupling hingga ujung thread,
merupakan panjang casing bersama coupling. Range panjang casing dapat dilihat
pada table 4-4.
-
240
Tabel 4 4 Range Length Of API Casing
(Rubiandini, R., 1993) Range Length Range
(ft)
Minimum Length
(ft)
Maximum Length
Variation (ft)
1
2
3
16-25
25-34
34 or more
18
28
36
6
5
6
Dari uraian di atas, suatu casing dapat ditulis sebagai berikut : casing 7
OD, 23 lb/ft,, N-80 LT & C,R-1, yang artinya casing mempunyai diameter luar 7,
berat nominal 23 lb/ft, grade N-80 dengan tipe sambungan adalah long thread and
coupling dan length range I.
c. Diameter casing
Casing mempunyai tiga macam diameter, yaitu:
- diameter luar (OD)
- diameter dalam (ID)
- diameter drift (DD)
Drift diameter adalah drift maksimal suatu benda yang dapat dimasukkan
ke dalam casing. Drift diameter lebih kecil daripada diameter dalam. Diameter ini
berguna untuk menentukan diameter bit untuk melanjutkan pemboran setelah
rangkaian casing terpasang. Diameter casing diukur pada body casing bukan pada
sambungan atau coupling.
d. Berat nominal casing
Berat nominal suatu casing menyatakan berat casing beserta couplingnya
per satuan panjang. Pada umumnya berat nominal dinyatakan dalam satuan lb/ft.
API mengeluarkan standart yang dapat digunakan untuk merencanakan
pemasangan casing, dimana standart yang dikeluarkan tersebut dari dua macam
ukuran yaitu dalam ukuran satuan British dan satuan matric.
e. Tipe sambungan casing
Antara satu casing dengan lainnya disambung dengan menggunakan ulir
(thread). Ada tiga macam sambungan dari casing, yaitu :
-
241
a. Round thread and coupling
Round thread and coupling mempunyai bentuk ulir seperti huruf v dan
mempunyai 8 sampai 10 ulir setiap inch. Tipe sambungan ini ada dua macam,
yaitu long thread and coupling dan short thread and coupling. Long thread and
coupling memnpunyai tension strength 30% lebih kuat dari short thread and
coupling.
b. Butters thread and coupling
Sambungan ini mempunyai bentuk ulir seperti trapezium dan mempunyai
lima ulir setiap inch. Butters thread and couplings digunakan untuk tension load
yangbesar, ata