KINERJA POSSITIVE DISPLACEMENT MOTOR PADA SALAH SATU

SUMUR LAPANGAN CNOOC SES Ltd

Inggit Dwi Kurnia Alam

Jurusan Teknik Perminyakan Fakultas Teknologi Mineral UPN “Veteran”

Yogyakarta

ABSTRAK

Pada pemboran berarah dan horizontal diperlukan peralatan yang banyak, bahkan

kadang diperlukan peralatan tambahan yang tidak biasa ataupun jarang digunakan

pada pemboran konvensional. Salah satu peralatan tambahan tersebut adalah

berupa downhole motor yang berfungsi sebagai motor penggerak bit. Tipe dari

downhole motor ada dua yaitu Positive Displacement Motor (PDM) dan Turbin Mud

Motor. Penggunaan downhole motor secara signifikan akan berpengaruh terhadap

operasi pemboran dan ini haruslah diperhitungkan agar operasi pemboran dapat

berjalan dengan baik dan optimal.

1. Pendahuluan

Keberhasilan dalam melaksanakan

kegiatan pemboran untuk mendapatkan

laju penembusan yang optimum

tergantung pada pemilihan Bottom Hole

Assembly (BHA) beserta downhole

motornya dalam hal ini dipakai jenis

possitive displacement motor dan

pengaturan parameter pemboran. Salah

satunya yang dilakukan pada suatu sumur

pada lapangan Perusahaan CNOOC SES

Ltd menggunakan downhole motor

PowerPak yang berfungsi untuk

memutarkan pahat.

Penggunaan Laju alir lumpur penggerak

PDM dan WOB yang diterapkan harus

sesuai dengan formasi yang ditembus.

2. Dasar Teori

2.1. Possitive Displacement Motor

Motor tipe ini digerakan oleh pompa

moineau dengan rotor berbentuk

helicoidal yang berperan sebagai rotor

tersekat di dalam stator. Jika fluida

lumpur dialirkan, rotor akan

berputar untuk memberikan jalan

kepada fluida untuk mengalir.

Rotor bergerak karena ada

perbedaan tekanan dalam motor

yang dihasilkan oleh lumpur. PDM

biasanya ditempatkan langsung di

atas bit pada BHA.

Secara garis besar semua jenis

PDM terdiri dari 4 komponen

utama. Komponen tersebut antara

lain adalah sebagai berikut(

Gambar 1 ) :

1. Dumb Valve Assembly

2. Power Section

3. Connecting Rod Assembly

4. Bearing dan Drive Shaft

Assembly

Dalam pemilihan power modul

PDM yang akan digunakan, ada

banyak faktor yang harus kita

perhatikan dan kita perhitungkan sehingga

nantinya motor dapat berooperasi dengan

baik. Faktor-faktor tersebut terdiri dari:

1. Fluida pemboran

2. Hidrolika

3. Pemilihan drill bit

4. Efek temperatur

2.2. Perilaku Beban Pada Bit (WOB)

dan Putaran Pada Bit (RPM)

2.3.1. WOB

Beban pada pahat atau weigth on bit

(WOB) merupakan beban yang diberikan

pada batuan yang arahnya vertikal ke

bawah atau ke arah horisontal bila pada

pemboran horisontal, apabila batuan diberi

beban yang melampaui kekuatan batuan,

maka batuan akan pecah. Adapun beban

yang diberikan tergantung dari formasi

batuan yang akan ditembus dan jenis bit

yang dipergunakan.

Dalam kondisi normal, biasanya WOB

yang efektif dan aman diberikan berkisar

70% - 80% dari berat drill collar yang

digunakan, hal ini dimaksudkan supaya

rangkaian drill pipe bisa tetap tegang dan

diharapkan arah pemborannya lurus sesuai

yang diinginkan.

2.3.2. RPM

Putaran pada bit atau Rotating Per Minute

(RPM) menyatakan jumlah putaran dari

meja putar dalam waktu satu menit yang

diteruskan pada rangkaian pipa bor

termasuk pahat. Dengan kecepatan putar

tersebut, rangkaian pipa bor dan pahatnya

ikut berputar sehingga batuan formasi

dapat dihancurkan dan ditembus. Apabila

faktor – faktor yang lain tetap dan debit

lumpur cukup untuk

membersihkan dasar lubang bor,

maka laju penembusan akan

bertambah dengan naiknya RPM

Keadaan lapisan yang ditembus

akan mempengaruhi kecepatan dari

pemboran, dimana lapisan tersebut

akan dibagi menjadi dua bagian

yaitu :

Lapisan lunak

Pada lapisan yang lunak, biasanya

diberikan pemberian putaran

(RPM) yang besar dan pemberian

WOB yang kecil. Bila pemberian

beban pada pahat besar, maka akan

terjadi balling pada mata pahat,

karena banyaknya serbuk – serbuk

bor yang dihasilkan tetapi

kemampuan membersihkan lubang

bor kurang sempurna.

Lapisan keras

Pada lapisan yang keras, maka

pemberian putaran (RPM) pada

pahat kecil, dan untuk

mendapatkan kecepatan pemboran

yang baik diberikan beban (WOB)

pada pahat yang besar, sehingga

dengan demikian dari lapisan keras

akan memberikan reaksi terhadap

bit.

3. Studi Kasus

Maksud dan tujuan dari penulisan

ini adalah untuk mengetahui

kinerja Possitive Displacement

Motor (PDM) pada suatu

pemboran dalam hubungannya

dengan evaluasi laju alir

penggerakan bit dan WOB,

sehingga laju penembusan saat

pengeboran dapat dilakukan dengan baik

dan efisien sesuai dengan yang telah

direncanakan.

3.1. Tahapan Perhitungan

Untuk menentukan nilai dari kecepatan

PDM, nilai laju alir lumpur sangat

dibutuhkan karena dari laju alir lumpur

inilah PDM dapat memutar bit

(Persamaan 1).

Nb=s

xq231 ………………………….. ( 1 )

Tenaga putar yang dibutuhkan untuk

memutar bit di dapatkan dengan

menggunakan (Persamaan 2).

M=

5252:

1714

Nbpxqx ..................... ( 2 )

Keterangan =

Nb = kecepatan rotor (RPM)

q = laju alir lumpur (gpm)

M = torsi (lbf)

∆P = kehilangan tekanan section (psi)

S = spesifik displacement (inch3)

= motor efficiency

Tenaga yang keluar dari PDM atau disebut

dengan mechanical horse power dihasilkan

dari tenaga hidrolika atau hidrolika horse

power, dari perbandingan tenaga yang

dihasilkan dan tenaga yang masuk, dan

dapat dilihat pada (Persamaan 3),

(Persamaan 4) .

Hidrolika HP (in) =1714

.QP ...... ( 3 )

Mechanical HP(out)=5252

.NT.... ( 4 )

Keterangan :

P = hilang tekanan (psi)

Q = laju alir lumpur (gpm)

T = torsi (lbf)

N = kecepatan bit (RPM)

3.2. Kasus Pada Salah Satu

Sumur Lapangan CNOOC

SES Ltd

Perilaku ROP dan parameter

dibawah ini dapat dilihat pada

(Gambar 5)

Pada salah satu sumur lapangan

CNOOC SES Ltd. BHA#1 (PDM

A962M5640XP) lubang 12 ¼”

menembus lapisan lempung secara

sliding ROP tertingginya sebesar

190,2 ft/hr, untuk laju alir 900

gpm, WOB 6000 lbf, dan

differential pressure 100 psi,

menghasilkan kecepatan PDM

100,5 RPM dan torsi 2469,64 ft-

lbf. Untuk rotasi ROP terbesarnya

375 ft/hr menggunakan kecepatan

40 RPM, torsi 5000 ft-lbf, laju alir

950 gpm, WOB 6000 lbf, dan

diff.pressure 100 psi,

menghasilkan putaran PDM

106,083 RPM, dan torsi 2469,64

ft-lbf. Pada BHA#2 ( PDM

A962M5640XP) lubang 12 ¼”

ROP terbesar saat menembus

lempung saat sliding 200 ft/hr

dengan laju alir 850 gpm, WOB

8000 lbf, dan diff.press 100 psi,

menghasilkan kecepatan PDM 94,91 RPM

dan torsi 2469,64 ft-lbf. Sedangkan rotasi

ROP terbesar 388,9 ft/hr dengan putaran

40 RPM, torsi 5000 ft-lbf, laju alir 860

gpm, dan diff.press 150 psi, menghasilkan

putaran PDM 96,03 RPM dan torsi

3704,45 ft-lbf.

Untuk formasi pasir BHA#1 (PDM

A962M5640XP) lubang 12 ¼” ROP

tertingginya metode sliding 87,5 ft/hr,

dengan laju alir 830 gpm, WOB 4000 lbf,

dan diff.press 50 psi, menghasilkan

putaran PDM 92,6 dan torsi 1234,82 ft-lbf,

sedangkan metode rotasi menghasilkan

166,7 ft/hr dengan kecepatan 40 RPM,

torsi 5000 ft-lbf, laju alir 830 gpm, WOB

4000 lbf, dan diff.pressure 100 psi,

mengahasilkan kecepatan PDM 92,68

RPM, dan torsi 2469,64 ft-lbf. Pada

BHA#2 (PDM A962M5640XP) lubang 12

¼” ROP tertinggi saat sliding sebesar

152,6 ft/hr dengan laju alir 810 gpm,

WOB 6000 lbf, dan diff.press 100 psi,

menghasilkan PDM 90,45 RPM dan torsi

2469,64 ft-lbf, sedangkan pada rotasi ROP

terbesarnya 231,2 ft/hr dengan putaran 90

RPM, torsi 7000 lbf, laju alir 860 gpm,

WOB 10000 lbf, dan diff.press 100 psi,

menghasilkan putaran PDM 96,03 RPM

dan torsi 2469,64 ft-lbf.

Pada formasi karbonat untuk BHA#2

(PDM A962M5640XP) lubang 12 ¼”

ROP terbesar saat sliding 27,3 ft/hr

dengan laju alir 850 gpm, WOB 8000

gpm, dan diff.press 100 psi didapatkan

kinerja PDM 94,91 RPM dan torsi

2469,64, sedangkan pada rotasi ROP

terbesarnya 112,5 ft/hr dengan putaran 90

RPM, torsi 8000 ft-lbf, laju alir 950 gpm,

WOB 10000 lbf, dan diff.press 100 psi,

menghasilkan kinerja PDM

106,083 RPM dan torsi 2469,64 ft-

lbf.

3.3. Hasil Analisa

Dari hasil pengamatan kasus yang

terjadi maka dapat ditetapkan

konfigurasi laju alir, differential

pressure, dan WOB yang tepat

pada sumur tersebut pada ukuran

lubang bor 12 ¼” dengan jenis

PDM A962M5640XP (Tabel 1).

Untuk formasi lempung metode

sliding memakai laju alir 850-900

gpm, differential pressure 100 psi,

dan WOB 6000-8000 lbf.

Sedangkan pada system rotasi

memakai laju alir 860-950 gpm,

RPM pada top drive 40, torsi pada

top drive 5000 ft-lbf, differential

pressure 100-150 psi, dan WOB

6000-8000 lbf.

Untuk formasi pasir metode sliding

memakai laju alir 810-830 gpm,

differential pressure 50-100 psi,

dan WOB 4000-6000 lbf.

Sedangkan pada system rotasi

memakai laju alir 830-860 gpm,

RPM pada top drive 40-90, torsi

pada top drive 5000-7000 ft-lbf,

differential pressure 100 psi, dan

WOB 4000-10000 lbf.

Untuk formasi karbonat metode

sliding memakai laju alir 850 gpm,

differential pressure 100 psi, dan

WOB 8000 lbf. Sedangkan pada

system rotasi memakai laju alir

950 gpm, RPM pada top drive 90,

torsi pada top drive 8000 ft-lbf,

differential pressure 100 psi, dan WOB

10000 lbf.

Hasil ini didasarkan pada parameter yang

optimal menghasilkan nilai ROP dan tidak

melebihi parameter yang sudah diterapkan

pada spesifikasi alat dan tidak mengalami

problem pada saat pemboran berlangsung.

4. Diskusi

Tujuan dari mengetahui kinerja PDM

adalah unutk mengetahui konfigurasi

besarnya laju alir, differential pressure

pada motor, dan WOB yang tepat pada

saat menembus suatu formasi agar ROP (

Rate of Penetration ) yang dihasilkan

besar.

Namun untuk menentukan parameter itu

harus disesuaikan dengan spesifikasi PDM

itu sendiri dan batasan-batasan yang sudah

diterapkan karena akan terjadi problem

apabila melebihinya, yang berakibat umur

dari PDM cepat berkurang yang

menyebabkan ROP pemboran berkurang

pula bahkan terjadi problem.

5. Kesimpulan

Penentuan parameter laju alir lumpur

penghasil RPM pada bit, differential

pressure, dan WOB hasus di dasarkan

pada jenis formasi yang ditembus dan

batasan-batasan dari spesifikasi jenis

Possitive Displacement Motor yang

dipakai agar mendapatkan nilai ROP yang

diinginkan.

Daftar Pustaka

1. A. T. Bourgoyne., “ Applied Drilling

Engineering”,SPE Richardson, Texas,

1986.

2. Baker hughes, “ Drilling

Engineering Workbook “, Baker

Hughes Inteq, Houston, 1995.

3. Baker hughes, “ Navi Drill

Motor Handbook”, Baker

Hughes Incorporated, 2002.

4. Cavo Drilling Motor, “ Motor

Operations Manual “, Black

Gold Ct, Houston, 2005.

5. Schlumberger Annadrill,

“Directional Drilling Training

Manual”, 1996.

6. Schlumberger., “EOWR

CNOOC SES LTD ”, Indonesia,

2009.

7. Schlumberger, ” Powerpak

Steerable Motor Handbook”,

Texas, 2004.

Gambar 1.

Possitive Displacement Motor

Gambar 2

Lokasi Lapangan CNOOC SES Ltd

Gambar 3

Hubungan Laju Pemboran dengan Besarnya WOB

Gambar 4

Hubungan Laju Pemboran dengan RPM

Gambar 5

ROP vs Kedalaman BHA#1 dan BHA#2 Sumur Lapangan CNOOC SES Ltd

Tabel 1

Hasil Analisa Parameter Terhadap Formasi Yang Ditembus

Formation Metode RPM

Flow

(gpm)

WOB

(lbf)

Torque

(ft-lbf)

DP

(psi)

clay sliding 850-900 6000-8000 100

clay rotate 40 860-950 6000-8000 5000 100-150

sand sliding 810-830 4000-6000 50-100

sand rotate 40-90 830-860 4000-10000 5000-7000 100

limestone sliding 850 25000 100

limestone rotate 90 950 10000 8000 100

Gambar 6

WOB avg vs Kedalaman BHA#1 dan BHA#2 Sumur Lapangan CNOOC

SES Ltd

Gambar 7

Laju Alir avg vs Kedalaman BHA#1 dan BHA#2 Sumur Lapangan CNOOC

SES Ltd