3.1 Teori Dasar Lumpur Pemboran Pada mulanya orang hanya menggunakan air saja untuk mengangkat serpih pemboran. Lalu dengan berkembangnya teknologi pemboran, lumpur mulai digunakan. Untuk memperbaiki sifat-sifat lumpur, zat-zat kimia ditambahkan dan akhirnya digunakan pula udara dan gas untuk pemboran. Sesuai dengan lithologi dan stratigrafi yang berbeda-beda untuk setiap lapangan, serta tujuan pemboran yang berbeda-beda (eksplorasi, pengembangan,kerja ulang) kita mengenal type/sistem lumpur yang berbeda-beda pulaseperti: 1. Sistem Lumpur Tak Terdispersi (Non Dispersed). Termasuk diantaranya lumpur tajak untuk permukaan dan sumur dangkal dengan treatment yang sangat terbatas. 2. Sistem Lumpur Terdispersi untuk sumur yang lebih dalam yang membutuhkan berat jenis yang lebih tinggi atau kondisi lubang yang problematis. Lumpur perlu didispersikan menggunakan dispersant seperti senyawa Lignosulfonat, Lignite serta Tannin 3. Lime Mud (Calcium Treated Mud), sistem Lumpur yang mengandalkan ion-ion Calcium untuk melindungi lapisan formasi shale yang mudah runtuh karena menyerap air. 4. Sistem Lumpur Air Garam yang mengandalkan larutan garam (NaCl, KCl)) untuk mengurangi pembasahan formasi oleh air. 5. Sistem Lumpur Polymer yang mengandalkan polymer-polymer seperti Poly Acrylate, Xanthan Gum, Cellulosa untuk melindungi formasi dan mencegah terlarutnya cuttings kedalam lumpur bor. Sistem ini dapat ditingkatkan kemampuannya dengan 24 menambahkan garam KCl atau NaCl, sehingga sistem ini disebut Salt Polymer System.6. Oil Base Mud. Untuk mengebor lapisan formasi yang sangat peka terhadap air, digunakan sistem lumpur yang menggunakan minyak sebagai medium pelarut. Bahan-bahan kimia yang dipakai haruslah dapat larut atau kompatibel dengan minyak, berbeda dengan bahan kimia yang larut dalam air. Sistem Lumpur ini Sistem Lumpur ini sangat handal melindungi desintefrasi formasi, tahan suhu tinggi, akan tetapi kecuali mahal juga kurang ramah lingkungan (mencemari) 7. Sistem Lumpur Synthetis menggunakan fluida sintetis dar jenis ester, ether, dan poly alha olefin, untuk menggantikan minyak sebagai medium pelarut. Lumpur ini sekualitas dengan Oil Based Mud, ramah lingkungan, akan tetapi dianggap terlalu mahal.

Secara umum lumpur pemboran mempunyai empat komponen dasar, yaitu : 1. Komponen Cair 2. Komponen Padat Reaktif 3. Komponen Padat Innert 4. Komponen Additive/Pengontrol Komponen Cair Komponen cair adalah suatu material yang diperlukan dalam pembuatan sistem lumpur (mud base) yang nantinya akan menentukan jenis sistem lumpur. Komponen cair dapat berupa air atau minyak. Air dapat pula dibagi menjadi dua yaitu air tawar dan air asin. Komponen Padat Reaktif Padatan ini bereaksi dengan sekelilingnya (sistem) membentuk koloidal. Clay air tawar seperti bentonite menyerap air tawar dan membentuk lumpur. Jumlah barel lumpur yang dihasilkan dari satu ton clay agar viskositasnya 15 cp, disebut yield. Untuk bentonite yield-nya kira-kira 100 bbl/ton. Komponen Padat Non-Reaktif Komponen padat non-reaktif adalah komponen padat yang tidak bereaksi (inert) terhadap sistem lumpurnya atau komponen pemberat, seperti barite (BaSO4 ), galena (PbS) dan biji besi atau ore (Fe2O3 ). Komponen Additive (bahan kimia) Komponen additive merupakan bagian dari sistem yang digunakan untuk mengontrol sifat-sifat lumpur bor. Bahan kimia tersebut pada umumnya digunakan untuk mengontrol: viskositas, filtration loss, pH, densitas. 2.2. Fungsi Lumpur Pemboran Fungsi utama lumpur pemboran adalah: 1. Mengangkat serbuk bor ke permukaanPembersihan lubang bor adalah fungsi pokok dari lumpur pemboran. Fungsi ini juga paling sering dilalaikan dan salah dinterpretasikan. Serbuk bor biasanya mempunyai SG sekitar 2,3 samapai 3,0 dan rata-rata adalah 2,5. Jika serbuk bor lebih berat dari lumpur, maka serbuk bor akan jatuh dengan kecepatan yang disebut dengan kecepatan slip.Kecepatan slip dari serbuk bor dalam aliran fluida, dipengaruhi secara langsung oleh sifat fisik lumpur antara lain kekentalan fluida. Jadi jika kecepatan lumpur di annulus dibatasi oleh kemampuan pompa atau pembesaran lubang, maka lumpur perlu dikentalkan untuk mengurangi kecepatan slip serbuk bor agar lubang bor tetap bersih. Keberhasilan pengangkatan juga dipengaruhi oleh luasan permukaan atau bentuk daripada partikel serbuk bor, semakin besar luasan dari partikel, maka gaya angkat fluida meneruskan tenaga dorong dari pompa akan semakin bagus sehingga kecepatan slip serbuk bor juga bisa dikurangi dengan memperbaiki sifat-sifat fisik lumpur, disamping itu juga mengoptimalkan tekanan pemompaan. Bentuk fisik daripada partikel serbuk bor tergantung juga kepada jenis formasi yang ditembus.Pada aliran laminer kecepatan fluida pada sisi dinding lubang bor sangatlah kecil sehingga efek torsi mudah terjadi karena ujung alirannya yang parabolik, hal ini akan menyebabkan serbuk bor mudah jatuh lagi ke dasar lubang bor, ini akan dapat menghambat berhasilnya pengangkatan serbuk bor. Pengangkatan serbuk bor akan mendapatkan hasil yang lebih bagus dengan menggunakan aliran turbulen, karena distribusi kecepatannya datar bukan parabolik seperti pada aliran laminer.Kekurangannya adalah mudah terjadi pengikisan lubang bor bila formasi yang ditembus tidak kompak, hal ini akan mengakibatkan runtuhnya dinding lubang bor yang menyebabkan semakin mengendapnya serbuk bor dan tidak terangkatnya serbuk bor dengan baik.Lumpur dasar air dapat dikentalkan dengan menambahkan bentonite, dengan menambahkan banyak padatan, dengan flokulasi padatan atau dengan aditif khusus. Jadi ada beberapa pilihan, dan penentuan pilihan tergantung dari tujuan lain yang ingin dicapai. Bentonite adalah pilihan yang murah, tetapi jika ada masalah hilang air, maka harus ditambah pengencer untuk mencegah flokulasi.Hasil yang didapat mungkin hanyalah sedikit penambahan pada kapasitas pengangkatan dan masalah dalam lubang tetap terjadi. Penambahan banyak padatan akan menaikkan densitas, pilihan ini tidak dianjurkan jika tidak digunakan untuk tujuan mengontrol tekanan. Penerapan flokulasi lumpur adalah pilihan yang mudah dan murah, tetapi juga dibatasi oleh masalah hilang air. Additif khusus mungkin merupakan pilihan yang paling tepat, tetapi hal ini akan menaikkan biaya lumpur.Lumpur pemboran yang baik untuk pembersihan dasar sumur apabila memiliki karakteristik mengencer akibat gesekan (shear thining) yang baik, karena semakin bersih lubang bor berarti semakin bagus pula pengangkatan serbuk bornya sampai kepermukaan.

2. Mengontrol tekanan formasi3. Mendinginkan serta melumasi pahat dan drillstring 4. Membersihkan dasar lubang bor 5. Membantu dalam evaluasi formasi 6. Melindungi formasi produktif 7. Membantu stabilitas formasi 2.3. Sifat-Sifat Fisik Lumpur Pemboran Sifat fisik Lumpur yang terpenting yang dikontrol pada setiap operasi sumur migas dan panas bumi ada tiga, yaitu: 1. Densitas 2. Rheologi (sifat aliran) 3. Filtration Loss Densitas Pengontrolan densitas lumpur pada hakekatnya adalah mencegah blow out, dan kadang-kadang juga digunakan untuk menjaga stabilitas lubang bor. Lumpur yang terlalu berat dapat menyebabkan terjadinya loss circulation, sedangkan, lumpur yang terlalu ringan dapat menyebabkan masuknya fluida formasi ke dalam lubang bor (kick ) dan jika tidak segera diatasi akan menyebabkan terjadinya semburan liar (blow out). Rheologi (Sifat Aliran) Pengontrol rheologi diperlukan untuk mengangkat serbuk bor (cutting) pada saat pemboran berlangsung. Dalam terminologi lapanga minyak, istilah sifat aliran (flow properties) dan viskositas adalah merupakan ungkapan umum yang digunakan untuk menggambarkan perilaku lumpur pemboran dalam keadaan bergerak. Viskositas fluida pemboran merupakan fungsi dari beberapa faktor, yaitu : Viskositas fasa cair Volume padatan dalam lumpur Volume fluida yang terdispersi (emulsi) Jumlah partikel per satuan lumpur Bentuk partikel padatan Gaya tarik (atau gaya tolak) antara partikel-partikel padat, dan antara fasa padat dengan fasa fluida Viskositas menunjukkan kekentalan lumpur dalam aliran, dan gel strength menunjukkan kekentalan lumpur dalam kondisi diam pada periode waktu tertentu. Secara ilmiah, viskositas adalah suatu konstanta antara shear stress dan shear rate untuk fluida Newtonian, seperti air, tetapi tidak berlaku untuk lumpur pemboran. Untuk fluida pemboran, perbandingan antara shear stress dan shear rate berkurang dengan naiknya shear rate. Penggunaan utama plastic viscosity yang diukur dalam centi poises, adalah untuk menunjukkan pengaruh kandungan padatan terhadap kekentalan lumpur. Plastic viscosity diperoleh dengan mengurangkan dial reading 600 rpm dengan 300 rpm pada viscometer. Besarnya plastic viscosity dipengaruhi oleh kandungan padatan, ukuran padatan, dan temperatur. Sukar mengatakan bahwa lumpur berat tertentu harus mempunyai viskositas tertentu juga, karena faktor ukuran padatan berpengaruh. Yield point adalah merupakan suatu pseudometer, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1, yang diperoleh dengan ekstrapolasi garis lurus antara pembacaan dial 300 rpm dan 600 rpm pada viscometer. Yield point ditentukan secara kuantitatif dengan pengurangan pembacaan 300 rpm dengan plastic viscosity. Gel strength adalah merupakan suatu harga yang menunjukkan kemampuan lumpur untuk menahan padatan-padatan. Faktor yang menyebabkan terbentuknya gel strength yaitu adanya gaya tarik menarik dari partikel-partikel atau plat-plat clay sewaktu tidak adanya sirkulasi lumpur. Fungsi gel strength dalam lumpur pemboran adalah menahan cutting dan pasir dalam suspensi sewaktu sirkulasi lumpur dihentikan. Filtration Loss Filtration loss adalah kehilangan sebagian fasa cair (filtrate) lumpur yang masuk ke dalam formasi permeable. Filtration loss yang terlalu besar berpengaruh jelek terhadap formasi maupun terhadap lumpurnya sendiri, karena dapat menyebabkan terjadinya formation damage (pengurangan permeabilitas efektif terhadap minyak/gas) dan lumpur akan kehilangan banyak cairan. Mud cake sebaiknya tipis agar tidak memperkecil lubang borPermasalahan yang sering timbul terkait akibat filter cake yang terlalu tebal atau karena excessive filtration antara lain terjadinya penyempitan lubang bor, peningkatan torsi dan hambatan, stuknya pipa, lost circulation, kualitas log yang buruk, dan kerusakan formasi. Untuk itu kita membutuhkan lumpur yang memiliki filtration control yang memadai dan menghasilkan filter cake yang tipis serta low permeable. Filtrasi dapat terjadi apabila ada hal-hal berikut ini :1. Ada liquid atau liquid/solid slurry2. Ada permeable medium3. Fluida harus memiliki tekanan yang lebih tinggi dari permeable mediumSelama pengeboran berjalan, fluida pengeboran disirkulasikan ke dalam lubang bor. Zona permeable seperti sandstone dibor dan tekanan hidrostatik dari mud column dijaga lebih tinggi daripada tekanan formasi. Ketika kondisi ini tercapai, filter cake akan terbentuk pada dinding formasi yang bersifat permeable. Sementara itu fase liquid dari lumpur akan mengalir menembus filter cake ke dalam formasi. Ketebalan filter cake dan kedalaman invasi filtrate dipengaruhi oleh konsentrasi solid, differential pressure, permeabilitas filter cake tersebut, panjang waktu paparan.