kinerja expanding additive baru untuk · pdf filewhat will be studied here is raising behavior...

PROCEEDING SIMPOSIUM NASIONAL IATMI 2001Yogyakarta, 3-5 Oktober 2001

IATMI 2001-18

KINERJA EXPANDING ADDITIVE BARU UNTUK MENINGKATKANSHEAR BOND STRENGTH (Sb) SEMEN PADA KONDISI HTHP

Ir. Nur Suhascaryo, MT.1, Ir. Eddy Wibowo 2, Ir. Budi Suroyo 3

1 TM-UPNV -Yogya2 Vico Indonesia Balikpapan

3 Lemigas Jakarta

Key Words : Expanding Additive, Burnt and Shearbond Strength

ABSTRACT

The quality of well cement is very important in maximizing the rate of production from oil, gas and geothermal wells, caused needto enhance physical properties of cement characteristics. In this case are shear bond strength and compressive strength value. Theexpanding characteristics of cement while setting affected on good bonding between cement with casing and between cement with rockformation to make effective zone isolation on annulus casing –formation. Hence the additive should be added in order to improve thecharacteristics of cement.

What will be studied here is raising behavior of expanding cement characteristics used pure burnt MgO and CaO materials areadding on cement samples API class G from one local manufactory and 35% BWOC silica flour in high temperature (100 – 150 oC)and high pressure (2000 psi) condition such as curing variables. It has been proved that addition could raise the value of shear bondstrength cement without decreasing the compressive strength to a minimum API value. The comparation of this experiment have the bestcomposition of pure burnt MgO at 1400oC added on cement composition 5-10% @ 150oC, Sb ranges 1056-1447 psi and Cs ranges1443-1551 psi.

1. PENDAHULUAN

Telah banyak upaya yang telah dilakukan untuk dapatmemperbaiki sistem penyekatan dari suspensi semen.Diantaranya dengan pemakaian semen mengembang denganpenambahan zat additive tertentu guna memperbaiki nilai shearbond strength suspensi semen yang telah mengeras. Namundemikian, usaha peningkatan nilai shear bond strength ternyatadi sisi lain akan menyebabkan penurunan nilai compressivestrength semen tersebut.

Berdasarkan latar belakang di atas maka diidentifikasimasalah, seperti : perlunya komposisi semen yang tepat dalammenghadapi beberapa kondisi khususnya penyemenan, sampaiseberapa jauh proses penyemenan dapat disempurnakanmemanfaatkan perbaikan penyekatan suspensinya pada sistemsemen mengembang dan adakah zat additive lain yang dapatditerapkan dalam usaha memperbaiki sistem penyekatansemen, dengan menaikan shear bond strength tanpamenurunkan nilai compressive strength-nya sampai melewatibatas yang perlu dikhawatirkan.

Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan kualitaspenyekatan semen yang baik dengan suspensi semen yangtepat dengan pemakaian expanding additive atau dengan katalain mencari komposisi suspensi semen yang tepat melaluipemakaian expanding cement dengan melakukan penambahanzat additive yang dapat menaikkan shear bond strength tanpamenurunkan harga compressive strength-nya sampai melewatibatas yang perlu dikhawatirkan.

Diharapkan setelah dilakukan penelitian ini, dapat dihasilkansuatu komposisi semen alternatif berbasis sistem semenmengembang, serta pengaruh penambahan zat additiveberbasis oksida dalam hal ini MgO dan CaO murni bakarterhadap sistem penyekatan semen pada tekanan dantemperatur tinggi. Sehingga pada akhirnya, hal ini menjadisolusi alternatif menghadapi proses penyemenan sumur

minyak, gas dan panas bumi dalam dunia industriperminyakan.

Solusi penyemenan dengan melakukan usaha perbaikan sistempenyekatannya melalui peningkatan nilai shear bond strengthsemen, telah dilakukan beberapa peneliti terdahulu. Fokusutama adalah pengembangan expanding additive baru, sebagaikelanjutan dari hasil penelitian sebelumnya yaitu RudiRubiandini R.S., dan Thomas Dooley.

2. SISTEM SEMEN MENGEMBANG

Penyemenan adalah suatu proses pendorongan sejumlahsuspensi semen ke dalam casing, kemudian melalui bagianbawah sepatu casing mengalir naikke annulus antara casingdan formasi. Kemudian suspensi semen ini akan mengerassehingga mengikat antara casing dengan formasi (dindinglubang bor) atau casing dengan casing.

Tujuan utama dari operasi penyemenan adalah sebagaipengisolasi zona-zona pada sumur pemboran untuk mencegahmasuknya atau merembesnya fluida formasi yang tidakdiinginkan ke dalam sumur pemboran sekaligus sebagaimaterial penyekat antara casing dan formasi. Kegagalan dalamoperasi penyemenan akan menimbulkan banyak permasalahan,antara lain : menyebabkan kerusakan pada formasi produktif,kehilangan sirkulasi lumpur, kecilnya laju produksi,ketidaksempurnaan dalam melakukan stimulasi dan lain-lain.

Dilakukannya suatu operasi penyemenan pada sumur-sumurminyak, gas dan panas bumi, secara umum bertujuan :1. Melekatkan casing dengan dinding formasi, agar casing

kuat dan kokoh sehingga dapat berfungsi dengansempurna.

2. Melindungi casing dari pengaruh kondisi lingkungansekitarnya yang dapat merusak, seperti temperatur dantekanan tinggi, korosifitas fluida formasi.

3. Menutup zona lost sirkulasi, zona blowout serta zona-zona berbahaya lainnya.

Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen Nur Suhascaryo, Eddy Wibowo, SuroyoPada Kondisi HTHP

IATMI 2001-18

4. Mengisolasi zona-zona dibelakang casing, sehingga tidakterjadi komunikasi antar zona.

5. Mencegah penyusupan gas atau fluida formasibertekanan tinggi ke ruang antar casing dan formasiyang dapat mengakibatkan permasalahan yang berbahayadi permukaan.

6. Memperbaiki casing yang pecah dan menutupi zona yangtidak diperlukan.

7. Memperbaiki kesalahan letak perforasi.8. Dan lain-lain.

2.1. Komponen Dasar Semen

Pada operasi penyemenan sumur pemboran minyak, gas danpanas bumi suspensi semen yang digunakan terdiri darikomponen dasar dan komponen tambahan. Komponendasarnya adalah semen portland, dikembangkan oleh JosephAspdin (1824), dimana semen portland ini termasuk semenhidrolis dalam arti akan mengeras bila bercampur dengan air.

Sedangkan komponen tambahannya merupakan macam-macam additive yang dapat menjadikan semen memilikikinerja khusus yang sesuai dengan kebutuhan. Adapunkomponen dasar semen yang mampu menghidrat danmembentuk struktur yang keras dan kuat adalah :1. Triclacium silicate (3CaO.SiO2 atau C3S)

yang dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2.Komponen ini merupakan yang terbanyak dalam semenportland, 40 – 45 % untuk semen yang lambat prosespengerasannya dan sekitar 60 – 65 % untuk semen yangcepat proses pengerasannya (high-early strength cement).Komponen C3S pada semen memberikan strength yangterbesar pada awal maupun akhir pengerasan, terutamaawal pengerasan.

2. Dicalcium silicate (2CaO.SiO2 atau C2S)yang juga dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2.Komponen ini sangat penting dalam memberikan finalstrength semen karena C2S ini menghidrasinya lambatmaka tidak berpengaruh dalam setting time semen, akantetapi sangat menentukan dalam kekuatan semen lanjut.Kadar C2S dalam semen tidak lebih dari 20 %.

3. Tricalcium aluminate (3CaO.Al2O3 atau C3A)yang terbentuk dari reaksi antara CaO dan Al2O3.Walaupun kadarnya lebih kecil dari komponen silikat,sekitar 15 % untuk high-early strength cement dansekitar 3 % untuk semen yang tahan terhadap sulfatkarena hasil hidrasi C3A mudah diserang sulfat, namunberpengaruh terhadap rheologi suspensi semen danmembantu proses pengerasan awal pada semen tapi tidakmenyumbang kekuatan akhir semen.

4. Tetra calcium aluminoferite (4CaO.Al2O3.Fe2O3 atauC4AF)yang terbentuk dari reaksi CaO, Al2O3 dan Fe2O3.Komponen ini hanya sedikit pengaruhnya terhadapstrength semen. API menjelaskan bahwa bila kadar C4AFditambah dengan dua kali kadar C3A tidak boleh lebihdari 24 % untuk semen yang tahan terhadap kandungansulfat tinggi. Penambahan oksida besi yang berlebihanakan menaikkan kadar C4AF dan menurunkan kadarC3A, dan berfungsi menurunkan panas hasilreaksi/hidrasi C3S dan C2S.

Selain ke-4 dasar komponen yang ditemukan dalam klinker,semen portland dalam bentuk akhirnya dapat mengandunggypsum, alkali sulfat, magnesium, lime bebas dan zat

penambah lainnya. Pada konsentrasi normal, material-materialini tidak begitu mempengaruhi sifat set semen, tapimempengaruhi laju hidrasi, ketahan terhadap serangan sulfatdan sifat bubur semen.

Struktur butiran klinker bervariasi mengikuti materialmentahnya, ukuran butirannya dan pemanggangannya danpendinginannya. Variabel-variabel tadi mempengaruhi proseskristalisasi, berbagai hasil akhir dan porositas dari butiranklinker itu sendiri. Secara umum, C3S (alite), sebagaikomponen mayoritas mengkristal sebagai partikel butiran. C2S(balite) mengkristal kecil-kecil, lebih bundar yang manatersebar di sekitar butiran C3S. C4AF membentuk fasa kontinudi antara struktur butiran klinker.

Distrubusi permukaan dari komposisi yang berbeda pentingdalam menentukan sifat semen. Kelas semen tertentu denganspesifikasi yang sama dapat mempunyai kekuatan yangberbeda. Ini biasanya disebabkan perbedaan proses kristalisasi.

2.2. Komponen Tambahan Semen

Komponen tambahan semen merupakan macam-macamadditive yang digunakan dalam operasi penyemenan untukmemperoleh sifat khusus atau kinerja yang dibutuhkan.Additive yang umum digunakan untuk bahan campuran padasuspensi semen/slurry antara lain :• Retarder, digunakan untuk memperpanjang thickening

time.• Akselerator, digunakan untuk memperpendek thickening

time.• Weighting Agent, digunakan untuk menambah densitas

suspensi semen.• Ekstender, digunakan untuk mengurangi densitas

suspensi semen.• Dispersant, digunakan untuk menurunkan viskositas

suspensi semen.• Fluid Loss Control Agent, digunakan untuk mengurangi

filtrat (air bebas).• Lost Circulation Control Agent, digunakan untuk

mengurangi kehilangan suspensi semen ke formasi.• Special Additive, digunakan untuk keperluan khusus

dalam menanggulangi kasus tertentu.

Didalam penggunaan bahan additive tersebut pada suspensisemen akan memberikan efek sampingan yang terjadi padaparameter-parameter lainnya, walaupun memberikan sifattertentu yang diinginkan dari additive tersebut, sehingga perludilakukan uji laboratorium untuk mengetahui interaksi yangterjadi.

2.3. Semen Mengembang (Expanding Cement)

Selama bertahun-tahun industri kontruksi berusaha kerasmenghadapi masalah penyusutan pada semen yang telahmengering. Semen mengalami penyusutan volume setelahmengering melewati waktu setting-nya. Penurunan ini akanmenyebabkan rekahan pada semen saat terjadinyapengembangan tensile strength. Semen mengembang dibuatuntuk menghadapi masalah penyusutan volume denganmembuat semen mengembang selama periode kritik ini.

Secara kimia, semen mengembang hampir sama dengan semenportland biasa, kecuali adanya kandungan material anhydrous


IATMI 2001-18

kalsium sulfoaluminat (4CaO.3Al2O3.SO3). Sehinggakeuntungan dari adanya semen mengembang akanmenghasilkan ikatan yang lebih baik antara casing dengansemen dan semen dengan formasi.

Ikatan yang baik antara semen dengan pipa dan antara semendengan formasi sangat penting untuk penyekatan zona yangefektif. Ikatan yang buruk akan membatasi kinerja produksiyang diinginkan, dan menurunkan tingkat keefektifan padaperlakuan stimulasi. Hubungan antara zona dapat diakibatkanoleh tidak cukupnya lumpur yang dipindahkan, penyemenanyang buruk akibat mud cake yang tebal, ekspansi dan kontraksidari casing sebagai akibat dari adanya tekanan dalam atauthermal stress, dan adanya kontaminasi semen dari fluidapemboran atau formasi (Parker and Wahl, 1966; Beirute andTragresser, 1973). Dalam kondisi seperti ini, akan terjadimikroannulus pada ikatan semen dengan casing maupun semendengan permukaan formasi.

Sistem semen yang dapat mengembang setelah waktu settingdisimpulkan dapat mengurangi munculnya mikroannulus danmeningkatkan hasil penyemenan primer. Peningkatanpenyekatan dihasilkan dari adanya ketahanan mekanik ataupengetatan semen terhadap pipa dan formasi. Ikatan yang baikdapat diperoleh bahkan pada saat lumpur masih berada dicasing atau permukaan formasi.

Sistem semen mengembang kebanyakan bergantung padapembentukan mineral ettringite (3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O).Kristal ettringite memiliki volume bulk yang lebih besardaripada volume bulk bahan-bahan asalnya, berartipengembangan terjadi karena tekanan dalam yang mendesakpada saat kristalisasi. Semen yang dicampur air membentukbubur akan mengembang setelah mengental yaitu pada saatakan mengeras. Reaksi pengembangan yang terjadi inibiasanya hilang setelah 4 minggu.

Kelemahan dari semen mengembang dengan dasar mineralettringite ialah tidak mampu bertahan pada temperatur tinggidiatas 76 oC (170 oF) (Bour dkk., 1988). Ettringite tidak stabilpada suhu tinggi, cenderung untuk berubah menjadi kalsiumsulfoaluminat terhidrat dan gypsum yang lebih padat (Lea,1970).

2.4. Expanding Additive

Pengembangan suatu semen, yaitu penambahan ukuran bagianluar semen, menurut Danjushevsky (1980) dapat terjadimelalui beberapa proses :• Pada saat suspensi semen masih mampu mengalir, yang

diakibatkan efek kontraksi negatif secara kimiawi,artinya melalui pembentukan hasil hidrat lain yang akanmenambah volume, seperti terlepasnya garam-garam saatkristalisasi pada temperatur tinggi.

• Pada saat semen mengeras melalui kristal asing sepertiCaO, MgO dan CaSO4 dalam matriks semen.

• Masuknya fluida formasi ke dalam kolom semen.

Adanya efek kontraksi negatif tidak memberikan efekpenambahan shear bond strength yang berarti, misalnyadengan penambahan garam (NaCl), dikarenakan suspensisemen masih mampu mengirimkan tekanan hasil reaksi kesegala arah, sehingga tipe jenis ini tidak menjadi pilihansebagai expanding additive semen pemboran minyak, gas danpanas bumi. Masuknya fluida formasi ke dalam kolom semen

juga tidak termasuk dalam pilihan expanding additive, karenasama sekali tidak bisa diatur dan tidak dapat dipersiapkan.Sedangkan pengembangan pada saat semen sedang mengerasyang diakibatkan pengembangan kristal-kristal asing yangterbentuk, sehingga dapat memberikan pengembangan matriksdan meningkatkan shear bond strength.

Yang dimaksud dengan expanding additive dalam penelitianini adalah additive yang dapat mengakibatkan prosespengembangan matriks semen akibat adanya pengembangankristal asing yang dikandungnya, seperti di atas. Hal inidisebabkan pada kondisi seperti di atas, reaksi pengembangandapat diatur dengan cara memilih bahan, mengatur temperaturbakar, dan tingkat kehalusan material yang digunakan.Pengaturan saat pengembangan dumulai sangatlah pentinguntuk diperhatikan, karena sangat menentukan keberhasilanpeningkatan shear bond strength.

Bila pengembangan matriks semen terjadi pada saat suspensisemen mulai mengeras, maka kemungkinan diperolehpengembangan matriks yang nyata, bila memenuhi beberapasyarat sebagai berikut :• Peningkatan tekanan kristal asing tidak terlalu besar atau

tidak lebih besar dari kekuatan matriks itu sendiri,supaya tidak terjadi retakan-retakan.

• Tegangan yang dihasilkan dari kumpulan tekanan kristalasing tersebut tersebar ke segala arah, tidak hanya padasatu arah tertentu.

• Proses pengerasan semen belum selesai atau masih bisamembuat ikatan antar butir, sehingga memungkinkanpengikatan kembali antar butir semen dalam matriks, bilaada ikatan yang terlepas oleh dorongan tekanan kristalasing tersebut.

Bila pengembangan terjadi terlalu cepat, shear bond strengthyang meningkat tidak akan terjadi. Sebaliknya bila terlalulambat dibandingkan dengan kecepatan pengerasan semenakan memungkinkan terjadinya retakan-retakan.

Dalam kasus suspensi semen mengisi lubang annulus sumurpemboran yang volumenya terbatas, maka tekanan-tekananhasil pengembangan matriks berubah menjadi peningkatanshear bond strength antara semen dengan casing dan semendengan dinding lubang. Akibat lain adalah mengecilnya pori-pori matriks yang menjadi penyebab menurunnyapermeabilitas semen mengeras.

Penggunaan semen mengembang pada industri perminyakansaat ini menurun. Beberapa masalah berkenaan denganpenggunaan semen mengembang dalam industri perminyakan(Beirute, dkk., SPE 18027) adalah :1. Keterbatasan temperatur, semen mengembang sangat

sulit untuk diperlambat. Konvensional retarder(lignosulfonat) tidak bekerja dengan baik pada semenjenis ini. Peningkatan temperatur juga akan menurunkanpengembangan.

2. Sedikitnya pengetahuan akan kinerja semen jenismengembang ini pada kondisi sebenarnya di lapangan.

3. METODOLOGI PENELITIAN

Pengujian laboratorium terhadap suatu komposisi semensangat diperlukan untuk memperoleh kualitas semen yangdiharapkan. Persiapan pengujian di laboratorium meliputibeberapa tahapan kerja, yaitu :


IATMI 2001-18

• Persiapan peralatan.• Prosedur pengujian.• Persiapan material semen dan additive.• Pembuatan suspensi semen.• Pengkondisian suspensi semen.• Pengujian kualitas semen.

Persiapan peralatan dan material merupakan langkah awalyang harus dikerjakan sebelum dimulainya suatu penelitianatau riset.

Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini, meliputi :densitas dan rheologi untuk suspensi semen serta pengujiancompressive strength dan shear bond strength pada semenmengeras.

3.1. Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan antara lain :• Semen klasifikasi API Kelas G produksi PT. Indocement

Tunggal Prakarsa.• Bubuk additive Silika produksi PT. Halliburton

Indonesia.• Bubuk additive MgO dan CaO murni yang telah dibakar

pada temperatur 1000 dan 1400 oC selama 2 jam,kemudian digiling dengan kehalusan 2800 – 3200cm2/gr.

• Aquadest yang digunakan sebagai fluida pencampur danpengkondisian.

3.2. Peralatan Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian meliputi :• Timbangan elektrik.• Gelas ukur.• Mixer dengan dua kecepatan tipe propeler.• Stop watch.• Cetakan sampel.• Pressure curing chamber.• Hydraulic pressure.

3.3. Prosedur Pengujian dan Persiapan Additive

Pembuatan suspensi semen dimulai dengan persiapan peralatandan material semen, adapun spesifikasi peralatan dan prosedurpengujian dilakukan berdasarkan API Spec. 10 pada AppendixA. Percobaan yang dilakukan pada penelitian ini terhadapsuspensi semen mengembang dapat dilihat pada Gambar 1.Sedangkan persiapan additive untuk bahan MgO dan CaOmurni dilakukan dengan membakar batuan dolomit dan kalsitsesuai temperatur yang diinginkan dengan lama waktupembakaran tertentu (dalam penelitian ini, selama 2 jam),terhitung sejak temperatur yang diinginkan tersebut tercapai.Kemudian hasil pembakaran tersebut ditumbuk hinggamencapai kehalusan yang dikehendaki.

Dari hasil pembakaran diperoleh tingkat kemurnian darimasing-masing additive tersebut, dimana CaO 1000 oC sebesar63,99%, CaO 1400 oC sebesar 72,35%, MgO 1000 oC sebesar91,12% dan MgO 1400 oC sebesar 97,42%.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari pengujian yang telah dilakukan di laboratorium diperolehhasil pengujian densitas dan rheologi serta hasil pengetesancompressive strength dan shear bond strength semen terlihatpada tabel di Lampiran.

4.1. Compressive Strength

Fenomena yang terjadi pada semen dasar dan semen silikasebagai pembanding kelakuan dan kinerja dari semenmengembang yang digunakan terlihat bahwa semakinbertambah temperatur CS semen dasar semakin rendah danberbeda dengan semen silika dimana semakin tinggitemperatur semakin tinggi besar harga CS, hal ini disebabkanoleh terbentuknya mineral α-C2SH gel yang lebih padatsehingga mengakibatkan volume semen menyusut, makaterjadi perubahan pada semen dasar (lemah dan poros).Sedangkan adanya penambahan silika pada semen dasarmemberikan kestabilan pada semen akibat terbentuknyamineral tubermorite pada kondisi temperatur tinggi sehinggamemberikan strength yang tinggi dan permeabilitas yangrendah.

Untuk semen mengembang pada penambahan additive MgO1000 oC dengan bertambahnya temperatur memberikanpeningkatan pada besar harga CS tersebut tetapi kenaikan yangsignifikan terjadi pada penambahan additive 1.5 dan 3%, halini diakibatkan masih kecilnya proses pengembangan yangterjadi pada konsentrasi tersebut sehingga memberikan tingkatkerapatan yang lebih baik dari penambahan additive pada 5dan 10%.

Begitu pula yang terjadi pada penambahan additive MgO 1400oC dengan bertambahnya temperatur akan mengalami kenaikanbesar harga CS-nya, tetapi untuk bahan additive ini hasil danperformance-nya lebih baik dari bahan MgO 1000 oC,dikarenakan tingkat kemurnian dari bahan additive tersebut.

Hal serupa juga diperlihatkan pada penggunaan bahan additiveCaO murni baik dengan temperatur bakar 1000 maupun 1400oC, dimana dengan bertambahnya temperatur akan mengalamikenaikan harga CS-nya. Tetapi kinerja dan besar harga yangdiperoleh dari bahan tersebut memberikan hasil yang lebihbaik pada CaO 1000 oC. Selain itu, pengaruh adanya silikaflour pada suspensi semen akan memberikan tingkat ketahanandan kestabilan yang lebih baik pada temperatur tinggi.

4.2. Shear Bond Strength

Besar harga SBS pada semen dasar dan semen silikamemperlihatkan kelakuan yang sama seperti pada besar hargaCS.

Pada semen mengembang dengan penambahan MgO dan CaOmurni diharapkan mampu memberikan nilai SBS yang besartanpa mengurangi nilai CS yang sesuai dengan standar API.Kondisi tersebut diatas berhasil diperoleh dalam penelitian ini,dimana untuk penambahan additive MgO 1000 oC dan 1400 oCmemperlihatkan adanya peningkatan harga SBS denganbertambahnya temperatur seiring dengan peningkatankonsentrasi penambahan additive tersebut. Harga SBS yangsignifikan terjadi pada konsentrasi 5 dan 10% penambahan,dikarenakan proses pengembangan semen mulai optimalterjadi. Tetapi harga SBS pada bahan MgO murni


IATMI 2001-18

memperlihatkan hasil yang lebih baik pada pembakaran 1400oC.

Untuk bahan CaO murni baik pembakaran 1000 maupun 1400oC kurang memberikan kanaikan harga SBS yang signifikan,disebabkan oleh tingkat kemurnian bahan tersebut setelahpembakaran lebih rendah dari bahan additive MgO murni,walaupun memberikan kecenderungan yang sama seperti MgOmurni, dimana dengan bertambahnya temperatur akanmemberikan kenaikan harga SBS tersebut.

Dalam penelitian ini juga diperlihatkan pengaruh mud cakeyang ada pada dinding formasi terhadap besar harga SBS yangdicapai pada saat setting semen mulai terjadi, lihat gambarpada Lampiran. Dengan adanya mud cake pada dindingformasi akan memperkecil besar harga SBS, dimana dayaikatan semen dengan dinding formasi terhalangi oleh mudcake, hal inilah yang akan mengurangi besar harga SBS sementersebut.

Untuk lebih memberikan sifat yang diinginkan, khususnyapada semen mengembang perlu adanya pengujian lain selainpengujian yang dilakukan dalam penelitian ini, sepertipengukuran Thickening time, Fluids loss, Free water contentagar dapat sesuai dengan standar yang berlaku pada API Spec.

5. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian di laboratorium dan analisa penelitianpada Bagian IV dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :1. Compressive strength semakin menurun apabila prosentasi

komposisi bahan additive MgO murni semakin besardalam suspensi semen.

2. Bahan CaO murni cenderung memberikan peningkatancompressive strength yang lebih baik, khususnya padabahan CaO 1000 oC dan cenderung turun untuk bahanCaO 1400 oC.

3. Peningkatan shear bond strength sangat baik terutama untuktemperatur tinggi pada bahan additive MgO 1400 oC,dimana makin tinggi temperatur semakin baikpeningkatannya.

4. Shear bond strength pada bahan additive CaO murni kurangmenunjukkan adanya peningkatan yang signifikan.

5. MgO murni merupakan bahan expanding additive terbaikdari seluruh bahan yang digunakan untuk temperatur 100– 150 oC.

6. Komposisi optimum untuk bahan MgO murni adalah 5 –10 % dan komposisi optimum untuk bahan CaO murniadalah 1.5 – 3 %.

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan inipula kami mengucapkan terima kasihkepada ketua tim RUT VII ITB Bpk. DR. Ing Ir. DoddyNawangsidi & DR. Ing. Ir. Rudi Rubiandini RS. Ataskesertaan kami selaku anggota tim peneliti.

DAFTAR PUSTAKA

1. BAIRUTE R.M., ART TRAGESSER., : “Expansive andShrinkage Characteristics Of Cements Under Actual WellConditions”, SPE of AIME, The Western Co, August1973.

2. BAIRUTE R.M., Amoco Production Co., and M.A.Wilson and F.L. SABINS, Haliburton Services., :

”Attenuation of Casing Cemented With Coventional andExpanding Cements Across Heavy Oil and SandstoneFormations”, SPE 18027.

3. BOUR, D.I., EAST LE., : “Expansion Anti-FluidMigration Technology Salles South Texas Fluid MigrationProblems”, IADC/SPE- 17259, Dallas, Texas, March1988, p.653-658.

4. BURGOYNE., ADAM T. Jr. : “Applied DrillingEngineering”, SPE., USA., 1986.

5. DOWELL SCHLUMBERGER., : “CementingTechnology”, Published by Nova Communications Ltd,London, England (1984).

6. P.N. PARKER., W.W. WAHL.: “Expanding Cement-ANew Development in well Cementing”, Member of AIME.,Dowell Div. Of The Dow Chemical Co, Tulsa, Okla, May1996.

7. RUDI RUBIANDINI RS. : “Pengaruh Elektrolit danTemperatur Pada Rheology Suspensi Semen”, LembagaPenelitian-ITB, 1992.

8. RUDI RUBIANDINI RS. : “Semen Penyekat LubangSumur Minyak, Gas dan Panas Bumi Yang BertemperaturDan Bertekanan Tinggi”, Laporan Penelitian PerguruanTinggi Hibah Bersaing, 1994/1995.

9. RUDI RUBIANDINI RS. : “Perubahan Sifat Fisik SemenPada Temperatur dan Tekanan Tinggi, Serta KandunganCO2 dan H2S Tinggi”, Jurnal Teknologi Minyak dan GasBumi, Nomor 1, Volume II/1995.

10. RUDI RUBIANDINI RS. dan HERIANTO : “Investigasi Laboratoris Penanggulangan CompressiveStrength Retrogration Semen Pemboran SampaiTemperatur 300oC “, IATMI, 1994.

11. THOMAS DOOLEY P. : “Perilaku Expanding Additivedari Bahan Magnesit pada Perubahan CompressiveStrength dan Shear Bond Strength Semen”, Tugas AkhirSarjana tak diterbitkan Jurusan Teknik PerminyakanFakultas Teknologi Mineral, ITB., 1996.

12. WAYNE, A. WALKER., and CALVIN, DSAUNDERS., Member AIME : “Strength of Oil WellCements And Additives Under High Temperatur WellConditions”, Paper 390-G, 1954.


IATMI 2001-18

LAMPIRAN

Tabel 1.Hasil Pengujian Densitas Suspensi Semen

Komposisi KomposisiAdditive

(%BWOC)

Densitas(ppg)

Semen Dasar 0 16.00S. Dasar + 35 % Silika 0 15.75S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC 1.5 15.75S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC 3.0 15.50S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC 5.0 16.10S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC 10.0 15.85S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC 1.5 15.85S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC 3.0 15.90S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC 5.0 15.65S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC 10.0 16.00S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC 1.5 15.80S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC 3.0 15.75S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC 5.0 15.65S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC 10.0 16.00S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC 1.5 15.65S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC 3.0 15.50S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC 5.0 15.60S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC 10.0 15.60

Tabel 2Hasil Pengujian Rheologi Suspensi Semen

Tabel 3Hasil Penelitian Semen

Temperatur (oC)Additive100 115 135 150

MgO10000oC - - + +MgO14000oC + + + +CaO10000oC - - - -CaO14000oC + + - -

Keterangan “Baik untuk digunakanTidak Baik untuk digunakan

Rheologi Suspensi SemenKomposisi θθ600 θθ300 µµ P ττ y

GS10”

GS 10'

Semen Dasar 181 122 59 63 11 18Semen Silika 110 72 38 34 9 13S. Dasar + 35% Silika + 1.5% MgO 1000 oC 112 78 34 44 14 22S. Dasar + 35% Silika + 3.5% MgO 1000 oC 104 84 20 64 14 23S. Dasar + 35% Silika + 5.0% MgO 1000 oC 140 105 34 70 15 20S. Dasar + 35% Silika + 10 % MgO 1000 oC 185 144 41 103 18 20S. Dasar + 35% Silika + 1.5% MgO 1400 oC 123 80 43 37 11 18S. Dasar + 35% Silika + 3.0% MgO 1400 oC 103 69 34 35 10 19S. Dasar + 35% Silika + 5.0% MgO 1400 oC 107 74 33 41 10 21S. Dasar + 35% Silika + 10 % MgO 1400 oC 118 83 35 48 11 34S. Dasar + 35% Silika + 1.5% CaO 1000 oC 120 78 42 36 10 14S. Dasar + 35% Silika + 3.0% CaO 1000 oC 100 65 35 20 10 11S. Dasar + 35% Silika + 5.0% CaO 1000 oC 117 76 41 45 9 17S. Dasar + 35% Silika + 10 % CaO 1000 oC 126 85 41 44 10 26S. Dasar + 35% Silika + 1.5% CaO 1400 oC 111 72 39 33 9 10S. Dasar + 35% Silika + 3.0% CaO 1400 oC 132 86 46 40 8 11S. Dasar + 35% Silika + 5.0% CaO 1400 oC 133 88 45 43 10 13S. Dasar + 35% Silika + 10 % CaO 1400 oC 147 95 52 43 13 17


IATMI 2001-18


IATMI 2001-18

Gambar 4.Grafik Compressive Strength Semen MgO 1000 C pada

Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari

Gambar 5.Grafik Compressive Strength Semen MgO 1400 C pada


Gambar 6.Grafik Compressive Strength Semen CaO 1000 C pada


Gambar 7.Grafik Compressive Strength Semen CaO 1400 C pada


3016

1129 1243 1171928 928

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2513

12711547

14561176

969

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Se

DSR

Se

Silika

1.5% 3 % 5 % 10%

1878

1285

16131537

1234971

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

886

2238

16911543

1243 1077

0

5 0 0

1000

1500

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

S e

DSR

S e

Silika

1.5% 3 % 5 % 10%

CO

MP

RE

SS

IVE

ST

RE

NG

TH

(p

si)

100 C

115 C

135 C

150 C

3016

1129 1177922

784 767

0

5 0 0

1000

1500

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

2513

1271 1224 1362

1174 1132

0

5 0 0

1000

1500

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

S e

D S R

S e

S i l i k a

1 . 5 % 3% 5% 1 0 %

1878

1285 1372 1397 1398 1502

0

5 0 0

1000

1500

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

886

2238

1436 15361443

1551

0

5 0 0

1000

1500

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

Se

D S R

Se

Si l ika

1.5% 3 % 5 % 10%

CO

MP

RE

SS

IVE

STR

EN

GTH

(psi

)

100 C

115 C

135 C

150 C

3016

11291577 1475 1444

1060

0

5 0 0

1000

1500

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

CO

MP

RE

SS

IVE

ST

RE

NG

TH

(p

si)

2513

1271

2124 2158

1564 1509

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1878

1285

2341

3106

26732372

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

886

2238

3064 31833081 2973

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Se

DSR

Se

Silika

1.5% 3 % 5 % 10%

150 C

135C

115C

100C

3016

1129

15231313

1147 916

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2513

12711543

13781234 1171

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1878

1285

17301449

1145 1241

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

886

2238 2128 2108

17521500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

SeDSR

SeSilika

1.5% 3 % 5 % 10%

CO

MP

RE

SS

IVE

ST

RE

NG

TH

(p

si)

150 C

135 C

115 C

100 C

Jenis Semen

Jenis Semen

Jenis Semen Jenis Semen


IATMI 2001-18

Gambar 8.Grafik Shear Bond Strength Semen MgO 1000 C pada


Gambar 9.Grafik Shear Bond Strength Semen MgO 1400 C pada


Gambar 10.Grafik Shear Bond Strength Semen CaO 1000 C pada Berbagai

Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari

Gambar 11.Grafik Shear Bond Strength Semen CaO 1400 C pada Berbagai

Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari

770

10

308

10

692

20

688

19

760

29

847

38

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

835

19

440

19

676

19

747

19

772

29

622

39

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

765

29

385

29

714

10

859

19

892

19

855

57

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

571

39

441

20

783

98

923

78

897

115

1179

106

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

S e

D S R

S e

S i l i k a

1 . 5 % 3% 5% 1 0 %

SH

EA

R B

ON

D S

TRE

NG

TH (

psi)

100 C

115 C

135 C

150 C

770

10

308

10

593

19

695

19

515

38

1008

145

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

835

19

440

19

581

19

784

38

666

48

1074

192

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

765

29

385

29

853

29

884

39

819

77

1116

205

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

571

39

441

20

900

29

896

30

1056

88

1447

249

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

Se

D S R

Se

Si l ika

1.5% 3 % 5 % 10%

SH

EA

R B

ON

D S

TRE

NG

TH (

psi)

100 C

115 C

135 C

150 C

SH

EA

R B

ON

D S

TRE

NG

TH (p

si)

770

10

308

10

495

20

486

29

287

20

536

19

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

835

19

440

19

581

19

514

29

313

29

482

29

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

765

29

385

29

605

30

546

30

492

48

615

49

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

571

39

441

20

588

39

697

39

588

78

669

78

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

S e

D S R

S e

S i l i k a

1 . 5 % 3% 5% 1 0 %

100 C

115 C

135 C

150 C

SH

EA

R B

ON

D S

TRE

NG

TH (p

si)

770

10

308

10

504

19

783

19

656

10

482

30

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

835

19

440

19

788

20

893

20

720

19

578

28

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

765

29

385

29

481

20

1043

29

832

29

795

38

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

571

39

441

20

504

20

783

30

700

39

736

49

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1000

1200

1400

1600

S e

D S R

S e

S i l i k a

1 . 5 % 3% 5% 1 0 %

100 C

115 C

135 C

150 C

Jenis Semen

Jenis Semen

Jenis Semen

Jenis Semen

kinerja expanding additive baru untuk · pdf filewhat will be studied here is raising behavior...

Documents