2001-66

If you can't read please download the document

Upload: abdulhafid

Post on 14-Sep-2015

27 views

Category:

Documents

7 download

Report

Download

Embed Size (px):

DESCRIPTION

paper

TRANSCRIPT

PROCEEDING SIMPOSIUM NASIONAL IATMI 2001

Yogyakarta, 3-5 Oktober 2001

OPTIMASI HIDROLIKA PADA PENGGUNAAN DOWN HOLE MUD MOTOR (DHMM)DENGAN KONSEP MINIMUM ANNULAR VELOCITYUNTUK PEMBORAN SUMUR-SUMUR BERARAH

Herianto 1, P. Subiatmono 1, M. Sauman 21 T.Perminyakan UPN2 Vico Indonesia

ABSTRAK

Pada pemboran berarah sekarang ini telah banyak menggunakan Down Hole Mud Motor (DHMM) dan untuk menambah RPM sehingga laju penembusan meningkat. Kehilangan tekanan pada downhole tool dipertimbangkan dalam optimasi hidrolika. Kehilangan tekanan ini berubah-ubah tergantung tipe peralatan yang digunakan, pabrik, model dan ukuran peralatan. Downhole motor memberikan rotasi pada bit, mengurangi putaran drillstring dari permukaan.

Dalam persamaan ini memperhitungkan optimasi pada DHMM, optimasi pada pahat, dan optimasi di annulus. Untuk memperoleh hasil optimasi yang optimum maka harus mengubah ukuran nozzle atau mengubah laju alir (Q) yang terjadi pada motor, pahat dan annulus.

1. PENDAHULUAN

Dalam optimasi hidrolika, lumpur memegang peranan penting dalam operasi pemboran terutama dalam proses pembersihan cutting di dasar sumur dan pengangkatan cutting ke permukaan. Pada sumur berarah biasanya menggunakan Down Hole Mud Motor (DHMM). Keuntungan utama dari downhole motor adalah (a) memberikan tikungan lubang yang kecil dalam bagian buld-up dan drop-off (b) memberikan kontrol yang lebih baik dari dog leg severity dan kondisi lubang yang lebih baik. (c) mengijinkan menggunakan peralatan MWD yang dapat memberikan pembacaan ke permukaan, dimana memberikan pembacaan yang secara terus-menerus dari data survey.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengangkatan cutting pada sumur berarah.yaitu : kecepatan fluida di annulus sebagai fungsi dari luas area annulus dan rate pemompaan yang diberikan, kapasitas untuk menahan fluida yang merupakan fungsi dari rheology lumpur pemboran (density lumpur, aliran laminer/turbulen, viscositas), laju penembusan yang dilakukan drill bit (rate of penetration), kecepatan pemutaran pipa pemboran (RPM), ukuran partikel cutting, pengaruh sudut pada sumur berarah.

2. TEORI DASAR

2.1. Lumpur Pemboran

Fluida pemboran adalah suatu fluida yang bersirkulasi dalam pemboran putar, yang mempunyai berbagai fungsi yang diperlukan dalam operasi pemboran. Jenis lumpur pemboran sifat-sifatnya yang sesuai akan mendukung keberhasilan operasi pemboran, dimana pola aliran, serta kecepatan pemboran serta keberhasilan pengangkatan cutting ke permukaan.

2.1. Rheology Lumpur Pemboran

Rheology adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang perubahan bentuk dan aliran dari suatu jenis fluida. Sifat rheology ini dijelaskan dengan hubungan antara gaya dari fluida terhadap aliran dalam satuan tekanan persatuan luas (shear stress) dengan besarnya laju perubahan kecepatan

aliran antar lapisan yang terjadi waktu fluida mengalir dalam satuan kecepatan persatuan panjang (shear rate). Rheology lumpur pemboran meliputi sifat aliran dan jenis fluda pemboran. Sifat aliran meliputi aliran laminer dan aliran turbulen sedangkan jenis fluida pemboran meliputi fluida newtonian dan non- newtonian.

2.3. LANGKAH PENGERJAAN

Menentukan tekanan pompa maksimum (Pmax) dan tekanan pompa minimum (Pmin)

Pmin = Total Pressure Loss

Slow Pump Rate + (P MWD + Pmotor)

Menentukan laju alir pompa maksimum (Qmax) dan laju alir pompa minimum (Qmin)

xD 2 xSxNx1

... (1)

Qmax= 3

231

Qmin= pada motor

= dengan menggunakan konsep minimum

annular velocity (Vmin)

Persamaan Vmin tersebut sebagai berikut :

Vmin = Vcut + Vs

dimana :

Vs= kecepatan slip, ft/s

Vmin= kecepatan minimum, ft/s

Vcut= kecepatan cutting, ft/s

Dilakukan koreksi terhadap sudut inklinasi, densitas lumpur, dan RPM

V min = Vcut + (1 + Ci * Cmw * CRpm )Vsv

maka untuk :

q 45 (600Rpm)(3 + m)

.... (2)

V min = Vcut +1 +

Vsv

202500

q 45

(600Rpm)(3 + m)

... (3)

V min = Vcut +1 +

Vsv

202500

IATMI 2001-66

Vcut =Optimasi Hidrolika Pada Penggunaan Down Hole Mud Motor (DHMM)Herianto, P. Subiatmono, M. Sauman

Dengan Konsep Minimum Annular Velocity Untuk Pemboran Sumur-sumur Berarah

dimana :Vcut= kecepatan cutting, ft/s

Vsv= kecepatan slip vertikal Moore, ft/sRPM= rotation per menitrm= densitas lumpur, ppg

= sudut inklinasi, derajad

Kecepatan cutting dihitung dengan persamaan :

ROP Dpipe 2

(4)

36 1-

Cconc

Dhole

Persamaan konsentrasi cutting, yaitu :

Cconc= 0.01778 ROP + 0.505 ..(5)

Kemudian laju alir lumpur di annulus dapat di hitung dengan persamaan :

Qmin= K x Aannulus x Vmin

Qmin = 3.1172 x 1 p (Dh2 - Dp2 )xV min (6)4

dimana :

Dpipe= diameter pipa, inchDhole= diameter lubang, inchCconc= konsentrasi cutting, %ROP= laju penembusan, ft/hr

Qmin= kecepatan minimum, gpmK= konstanta konversiVmin= kecepatan minimum, ft/s

Kecepatan Slip Serbuk Bor

Menurut Preston. L. Moore 10), Partikel yang jatuh dalam fluida mempunyai friksi terhadap fluida di sekitarnya. Akibat friksi ini, aliran fluida sekitar partikel mempunyai bilangan Reynold yang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:Np =928 rf .Vs Ds.(7)

dimana :

Np= bilangan Reynold partikel

rf= densitas fluida, ppg

Vs= kecepatan slip partikel, fps

Ds= diameter partikel, inch

Berdasarkan bilangan Reynold partikel, apabilaNp > 300 maka pola aliran di sekitar partikel adalah turbulen penuh, kecepatan slip partikel-partikel dapat dihitung dengan persamaan :

Vs = 1.54Ds ( s f )...(8)

Sedangkan apabila Np < 3 maka pola aliran di sekitar partikel adalah laminer, dan kecepatan slip dapat dihiutng dengan persamaan :

2( s f )(9)

82.87 Ds

Vs = a

Untuk bilangan Reynold di antara 3 dan 300, maka alirannya adalah transisi dan kecepatan slip dapat dihitung dengan persamaan :

2.9 Ds( s f )0,667Vs =

.. (10)

f 0,333 a 0,333dimana:

Vs= kecepatan slip partikel, fpsDs= diameter partikel, inchrs= densitas partikel, ppgrf= densitas fluida, ppgma= apparent viscosity, cp

Sedangkan apparent viscosity dapat dihitung dengan persamaan :ma =K Dh - Dp 1-n 2 +1/ n n..... (11)

144

0,0208

dimana:

= apparent viscosity, cp

= indeks konsistensi, cp

= indeks power law

= kecepatan lumpur di annulus, fps

= diameter lubang, inch

= diameter pipa bor, inch

Indeks konsistensi dihitung dengan persamaan :

K =510 (PV +YP)

..(12)

511n

ndeks power law dihitung dengan persamaan :

2PV + YP .... (13)

n = 3,32 log

PV + YP

dimana:

= viscositas plastis, cp

= yield point, lb/100 ft2

c). Optimasi Hidrolika di Down Hole Mud MotorOptimasi hidrolika pada motor ini untuk mengetahui laju alir

(Q) optimum pada motor, sehingga dapat ditentukan RPM optimum sehingga didapatkan laju penembusan (ROP) yang optimum dalam menembus batuan. Persamaan yang digunakan yaitu :

TFA =Q2 xMW

..(14)

Px10858

dimana :

TFA= total flow area, in2

Q= laju alir, gpm

MW= densitas lumpur, ppg

P= Differential pressure, psi

d) Optimasi Hidrolika pada Pahat

Dalam mengoptimasikan hidrolika pada pahat, yang perlu diperhatikan adalah profil sumur dan lithologi batuan yang ditembus. Ada tiga konsep hidrolika pada pahat yaitu : Bit Hydraulic Horse Power (BHHP), Bit Hydraulic Impact (BHI), dan Jet Velocity. Dari ketiga konsep tersebut dipilih yang paling cocok sesuai dengan profil sumur dan lithologi batuan.

IATMI 2001-66

(18)Optimasi Hidrolika Pada Penggunaan Down Hole Mud Motor (DHMM)Herianto, P. Subiatmono, M. Sauman

Dengan Konsep Minimum Annular Velocity Untuk Pemboran Sumur-sumur Berarah

Disini yang digunakan yaitu konsep Konsep Bit Hydraulic Impact (BHI)

Untuk konsep BHI sesuai digunakan pada pemboran sumur berarah dan jenis batuan yang kekerasannya menengah. Prinsip dasar dari metoda ini, menganggap bahwa semakin besar impact (tumbukan sesaat) yang diterima batuan formasi dari lumpur yang dipancarkan dari bit semakin besar pula efek pembersihannya, sehingga metoda ini berusaha mengoptimumkan impact pada bit. BHI akan optimum jika kehilangan tekanan pada pahat adalah sebesar 48% tekanan pompanya. Rumus yang digunakan yaitu :

BHHP= 48%(15)

HHP

Untuk mengetahui hasil optimasi pada konsep BHI dilakukan dengan menghitung

Bit Impact.I = 0.0173 Q P W..... (16)b

Optimasi Hidrolika di Annulus

Rasio Transport Serbuk Bor

Batas minimal untuk rasio transport adalah 90%, persamaan yang digunakan yaitu4) : Ft = Va -Vs .(17)VaKonsentrasi Serbuk Bor

Konsentrasi serbuk bor di annulus harus lebih kecil dari 5% persamaan yang digunakan sebagai berikut9) : Ca = (ROP) D2 100%14,7 Ft Q

Indeks Pengendapan Serbuk Bor

Ziedler14), merumuskan perbandingan waktu pengendapan dan waktu tempuh lintasan tersebut

sebagai Indeks Pengendapan Serbuk Bor (Particle Bed Index), yang membentuk persamaan sebagai berikut untuk pola aliran laminer .

PBI = 1/12 (Dh - Dp) (Va -Vsa) (19)Lc Vsr

Pada pola aliran lumpur turbulen untuk melihat indeks pengendapan serbuk bor, digunakan persamaan sebagai berikut :PBI = Va / 17 Vs ...(20)

Setelah mendapatkan harga PBI, maka dipakai acuan sebagai berikut :

* PBI > 1 tidak terjadi pengendapan serbuk bor.

PBI =1 serbuk bor berada pada kondisi hampir mengendap. PBI < 1 serbuk bor mulai mengendap.

STUDI KASUS

Sumur yang di evaluasi adalah sumur berarah, metoda optimasinya adalah Bit Hydraulic Impact (BHI), sedangkan parameter yang dirubah adalah ukuran nozzle dan laju alir. Data yang diperlukan adalah laju alir, tekanan pompa , sifat fisik Lumpur, serbuk bor dan data pemboran yang lain. Langkah pertama menentukan kecepatan minimum annular velocity setiap interval kedalaman dimana laju alir pada motor

< laju alir.Langkah kedua menentukan tekanan pompa minimum dengan menghitung kehilangan tekanan sepanjang aliran, langkah berikutnya menentukan hidrolika pada pahat actual dan hidrolika di annulus aktual.

Dari hasil perhitungan hidrolika pada pahat (Tabel-1) diketahui tidak optimum, dengan mengubah ukuran nozzle dan laju alir dapat ditentukan optimasinya pada pahat (Tabel- 2), sedangkan grafik laju alir vs (BHHP/HHP) x 100% dapat dilihat pada Gambar-1 dan Gambar-2. Untuk menentukan optimasi hidrolika pada annulus dengan mengubah laju alir dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel-2.

4. DISKUSI

Tujuan dilakukannya optimasi hidrolika Lumpur pemboran adalah agar dapat meningkatkan effek pembersihan dasar lubang bor dan mengangkat serbuk bor bor dari annulus ke permukaan sehingga dapat membantu meningkatkan laju pemboran. Konsep BHI memaksimalkan tumbukan pada dasar lubang maka gaya yang bekerja cenderung akan mengikuti arah pahat dan inklinasi lubang, maka metoda BHI sangat cocok untuk lubang berarah secara maksimal. Dalam melakukan optimasi dengan down hole mud motor dimana batas laju alir pada trayek 12 adalah 300 900 gpm dan trayek 8 adalah 300 600 gpm. Apabila laju alir dibawah batas minimal maka motor yang digunakan tidak dapat memutar stator maupun rotor sedangkan apabila di atasnya maka motor akan mengalami kerusakan.

Pada trayek 12 dan 8 dengan konsep minimum annular velocity dan laju alir minimum pada motor sebesar 300 gpm. dapat ditentukan laju alir minimum serta tekanan minimum pompa yang diperlukan, seperti terlihat pada Tabel-1.

Dari perhitungan yang telah dilakukan terlihat bahwa hidrolika pada pahat di semua trayek belum optimum. Hal ini terlihat dari perbandingan BHHP/HHP x 100% masih di bawah optimasinya 48 % lihat Tabel-2. Dengan melakukan perubahan kombinasi ukuran nozzle dan laju alir akan didapatkan optimasinya, seperti terlihat pada Tabel-3.

Hidrolika pengangkatan serbuk bor dari hasil perhitungan tidak semua trayek telah optimum, lihat Tabel-2. Untuk melakukan optimasi pada trayek yang belum optimum yaitu dengan cara menurunkan laju sirkulasinya menjadi laminar dan didapatkan optimasinya seperti terlihat pada Tabel-3.

5. KESIMPULAN

Konsep minimum annular velocity pada penggunaan Down Hole Mud Motor akan terlihat bahwa laju alir dan tekanan pemompaan tidak akan merusak pompa dan pembersihan cuttingnya bisa sempurna.

DAFTAR PUSTAKA

Adam, N.J. (1985) Drilling Engineering, A Complete

Well Planning Approach Pen Well Publishing, Tulsa, Oklahoma.

Athur W Mc Cray, (1959) Oil Well Drilling Technology, University of Oklahoma Press.

IATMI 2001-66Optimasi Hidrolika Pada Penggunaan Down Hole Mud Motor (DHMM)Herianto, P. Subiatmono, M. Sauman

Dengan Konsep Minimum Annular Velocity Untuk Pemboran Sumur-sumur Berarah

Azar, J.J. (1980),Drilling Optimation, University of Tlsa, Petroleum Engineering Department, Tulsa.

Bourgoyne, A.T., et al. (1986), Applied Drilling Engineering, Society of Drilling Engineerings, Richardson, Texas.

5.Chillingarian,G. V.,Voraburt,P. (1981),Drilling

andDrillingFluids, ElsevierScientific Publishing

Company, New York.

6.Gatlin,C.(1960), PetroleumEngineeringDrilling

andWellCompletion, Prentice Hall Inc.,Englewood Clift, New Jersey

J.M Peden, J.T Ford, and M.B Oyeneyin, Heriot-Watt U (1990), SPE Paper Comprehensive Experimental Investigation of Drilled Cuttings Transport in Inclined Well Including The effect of Ratation and Eccentricity Drillpipe, SPE no 20925.

Lummus. J.L.(1986), Drilling Fluids Optimization, Penn Well Publishing Co., Tulsa Oklahoma.

Millpark Staff (1993), Drilling Fluid Manual, Millaprk Drilling Fluids, A Baker Hughes Company

Preston L. Moore (1974)., Drilling Practices Manual, The Petroleum Publishing Co., Tulsa.

Rabia, H.(1985), Oil Well Drilling Engineering Principles and Practice, University of New Castle, UK.

Rudi Rubiandini R.S Diklat Kuliah Teknik dan Alat Pemboran.

T.I. Larsen, A.A. Pilehvari, and J.J. Azar (1997), SPE Paper Development of a New Cutting Transport Model for High-Angle Wellbores Including Horizontal Well, SPE No 25872

Ziedler. H. Udo, Dr. P.E.(1988), Drilling Fluid Technology applied to Horisontal Drilling, Maurer Engineering Inc, Houston, Texas

Tabel-1Kecepatan Minimum Annular Velocity

dan Tekanan Pompa Minimum Hasil Perhitungan

Depth, ftDia Hole, inLaju Alir, gpmQmin, gpmPmin, psi470-435612 549,28549,281544

4356-492012 534,11534,021708

4920-89628 300276,541580

8962-97778 300279,841624

9777-104688 300268,111760

10468-110008 300267,411815

Tabel-2Hasil Perhitungan Hidrolika Actual di Pahat dan Annulus

DepthQUk. Nz.Pahat

Annulus