BAB I

TEORI DASAR

1. Lumpur Pemboran

Fluida pemboran merupakan suatu campuran cairan dari beberapa komponen yang dapat terdiri dari : air (tawar atau asin), minyak, tanah liat (clay), bahan-bahan kimia, gas, udara, busa maupun detergent. Di lapangan fluida dikenal sebagai "lumpur" (mud).

Lumpur pemboran merupakan faktor yang penting serta sangat menentukan dalam mendukung kesuksesan suatu operasi pemboran. Kecepatan pemboran, efisiensi, keselamatan dan biaya pemboran sangat tergantung pada kinerja lumpur pemboran.

Secara umum lumpur pemboran dapat dipandang dengan empat komponen atau fasa :

a) Fasa cair

b) Reaktif solid, yaitu padatan yang bereaksi dengan air membentuk koloid (clay)

c) Inert solid (zat padat yang tidak bereaksi)

d) Fasa kimia

a. Fasa Cair

Fasa cair diidentifikasikan dengan air, yang merupakan fasa kontinyu dari fresh water maupun salt water, tergantung pada tersedianya air yang akan digunakan di lapangan. Fungsi utama dari fasa kontinyu cair adalah memberikan inisial viskositas yang selanjutnya dapat dimodifikasi untuk mendapatkan sifat rheologi lumpur yang diinginkan. Pada kondisi standard, yaitu pada 14.7 psi dan 60 F, viskositas air sama dengan 1.1 cp.

Fasa cair dari lumpur pemboran merupakan fase dasar dari lumpur yang mana dapat berupa air atau minyak atau pun keduanya yang disebut dengan

emulsi. Emulsi ini dapat terdiri dari dua jenis yaitu emulsi minyak didalam air atau emulsi air didalam minyak. Fasa cair lumpur pemboran meliputi :

1. Air

Lebih dari 75% Lumpur pemboran menggunakan air, disini air dapat dibagi menjadi dua, yaitu air tawar dan air asin, sedangkan air asin sendiri dapat dibagi menjadi dua, air asin jenuh dan air asin tak jenuh. Untuk pemilihan air hal ini tentu disesuaikan dengan lokasi setempat, manakah yang mudah didapat dan juga disesuaikan dengan formasi yang akan ditembus.

2. Emulsi.

Invert emulsions adalah pencampuran minyak dengan air dan mempunyai komposisi minyak 50-70% (sebagai fasa continyu) dan air 30-50% (sebagai fasa discontinyu) emulsi terdiri dari dua macam, yaitu : Water in oil Emulsion dan Oil in water emulsion.

o Oil in Water Emulsion.

Disini air merupakan fasa yang kontinyu dan minyak sebagai fasa yang terelmusi. Air bisa mencapai 70% volume sedangkan minyak sekitar 30% volume.

o Water in Oil Emulsion.

Disini yang merupakan fasa kontinyu adalah minyak sedangkan fasa yang terelmusi air. Minyak bisa mencapai sekitar 50-70% volume sedangkan air 30-50% volume.

3. Minyak.

Kalau fasa cair ini berupa minyak, maka minyak yang digunakan merupakan minyak yang diolah (refined oil). Minyak disini harus mempunyai sifat:

Aniline Number yang tinggi.

Aniline number merupakan suatu angka yang menunjukkan kemampuan untuk melarutkan karet. Makin tinggi aniline number suatu minyak maka kemampuan melarutkan karet makin kecil. Dalam operasi pemboran banyak peralatan yang dilewati Lumpur berupa karet, seperti pada pompa Lumpur, packer, plug untuk penyemenan dan lain-lain.

Flash Point yang tinggi.

Flash Point adalah suatu angka yang menunjukkan dimana minyak akan menyala. Makin rendah flash point suatu minyak, maka penyalaan akan cepat terjadi, atau minyak makin cepat terbakar.

Pour Point yang rendah

Pour Point adalah suatu angka yang menunjukkan pada temperature berapa minyak akan membeku. Jadi kita tidak menginginkan Lumpur yang cepat membeku.

Molekul minyak yang stabil, dengan kata lain tidak mudah terpecah-pecah.

Mempunyai bau serta fluorencensi yang berbeda dengan minyak mentah (crude oil). Kalau tidak demikian maka akan sulit nanti untuk menyelidiki apakah minyak berasal dari formasi yang dicari atau berasal dari bahan dasar dari lumpur.

b. Reactive Solid

Reactive solid atau fasa padatan yang bereaksi dengan sekelilingnya membentuk koloid yang merupakan suspensi yang reaktif terdispersi dalam fasa kontinyu (sifat koloid lumpur yang merupakan lembaran clay yang berukuran 10-20 Amstrong dan terdispersi dalam fasa kontinyu air). Dalam hal ini clay akan menghisap fasa cair air dan memperbaiki lumpur dengan meningkatkan densitas, viskositas, gel strength serta mengurangi fluid loss. Mud engineer biasanya membagi clay yang digunakan ntuk lumpur menjadi tiga, yaitu : montmorillonite, kaolinite dan illite. Montmorillinite yang paling sering digunakan karena kemampuannya yang mudah swelling menghasilkan clay yang homogenous bercampur dengan fresh water. Dalam literature pemboran manual, montmorillonite direferensikan dengan bentonite, karena bentonite identik dengan clay montmorillonite. Montmorillonite merupakan material berbentuk seperti plat atau lempengan tipis dengan ukuran partikelnya lebih kecil dari 0.1 mikron. Semakin kecil ukuran partikelnya, maka semakin luas bidang kontak antara partikel solid dengan media cairannya, sehingga interconnected properties (sifat saling berhubungan) dengan medianya besar, maka reaktifitasnya menjadi lebih

tinggi terhadap fasa cair lumpur pemboran. Seperti yang dijelaskan oleh Roger, bentonite merupakan koloid yang sangat reaktif yang mempengaruhi sifat fisik dan kimiawi lumpur pemboran. Sedangkan clay attapulgite, yang dapat swelling dalam air asin, biasanya digunakan dalam kondisi lumpur salt water.

Clay yang merupakan reactive solid dapat didefinisikan sebagai padatan yang diameternya kurang lebih 2 mikron yang mampu menyerap air sehingga mempunyai kemampuan swelling. Kemampuan swelling ini dipengaruhi oleh gaya differensial yang bekerja pada partikel clay, yang merupakan hasil dari gaya tolak-menolak antara ion-ion sejenis dan gaya tarik-menarik antara ion-ion tak sejenis di permukaan plat clay. Distribusi gaya-gaya tersebut ditentukan oleh sifat water-base mud yang dikontrol oleh jenis elektrolit yang terlarut dan derjat pH pada fasa gas, yaitu dengan menambahkan zat-zat additive lumpur pemboran. Kemampuan bentonite untuk hidrasi kemudian terdispersi akan mengurangi keberadaan elektrolit dalam air. Seperti yang ditunjukkan oleh Baroid, ketika bentonite ditambahkan fresh water terjadi empat kondisi kesetimbangan antara bentonite dengan air,

c. Inert Solid

Inert solid merupakan komponen padatan dari lumpur yang tidak bereaksi dengan fasa cair lumpur pemboran. Didalam lumpur pemboran inert solid berguna untuk menambah berat atau berat jenis lumpur, yang tujuannya untuk menahan tekanan dari formasi. Inert solid dapat pula berasal dari formasi-formasi yang di bor dan terbawa oleh lumpur seperti chert, pasir atau clay-clay non-swelling, dan padatan seperti ini bukan disengaja untuk menaikkan density lumpur dan perlu dibuang secepat mungkin (biasanya menyebabkan abrasi dan kerusakan pompa dll).

Dengan alasan bahwa berat clay ditambah air dalam lumpur pemboran dianggap kurang mampu untuk menahan dan mengontrol tekanan formasi, maka berat material yang terkandung dalam lumpur harus ditambah untuk memperoleh berat lumpur yang diinginkan. Material pemberat adalah material yang secara kimiawi memilki berat jenis atau densitas cukup untuk mengimbangi tekanan

hidrostatik yang berkembang. Beberapa material pemberat inert solid harus memberikan harga berat jenis yang tinggi dan memiliki watabilitas terhadap air. Material pemberat yang digunakan dalam lumpur harus water-wet sesuai dengan suspensi fasa kontinyunya. Lapisan film tebal yang terbentuk pada permukaan water-wet, seperti barite, akan meningkatkan daya melumasi (lubricant) lumpur.

Penambahan material pemberat juga meningkatkan volume total lumpur yang merupakan fungsi berat jenis material tertentu. Berkembangnya volume total, hasil dari penambahan berat jenis lumpur yang besar, akan memerlukan penanganan lumpur di permukaan sehingga perhitungan dalam penambahan material pemberat merupakan prioritas permulaan yang harus diperhatikan. Inert solid yang memberikan kontribusi terhadap kandungan padatan dalam lumpur akan sangat berpengaruh terhadap sifatsifat lumpur pemboran.

Sebagai contoh yang umum digunakan sebagai inert solid dalam Lumpur bor adalah :

Barite (BaSO4).

Keuntungan menggunakan barite adalah murah harganya, barit jenis 4,2 bersih, tidak reaktif mengadung impurities silica sedikit, berwarna putih dan mempunyai kekerasan 2,5-3,5 skala mohs.

Oksida Besi (Fe2O3).

Mempunyai sifat yang kurang sempurna bila dibanding dengan barit, karena barasif dan berwarna merah, selain itu biaya transportasi dan pengolahan selama proses pembuatannya mahal.

Calcium Carbonat (CaCO3).

Digunakan terutama pada oil base mud dan mengakibatkan settling ratenya rendah, mempunyai berat jenis 2,7 dan dapat diperoleh dari kulit kerang atau shell yang dihaluskan kemudian dicuci dan dikeringkan.

Galena (PbS).

Pada formasi yang mempunyai tekanan abnormal umumnya menggunakan galena, karena mempunyai berat jenis yang lebih besar yaitu 6,8 sehingga diharapkan dapat untuk mengimbangi tekanan normal formasi.

d. Fasa Kimia

Lumpur secara konvensional terdiri dari dua komponen fasa seperti yang telah disebutkan diatas, namun hingga sekarang telah dibuatkan formulasi secara kimawi dengan tujuan-tujuan tertentu, yang terdiri dari organic dan inorganic. Fasa kimia ini lazim dikenal dengan zat-zat additive untuk lumpur pemboran. Didalam lumpur pemboran selain terdiri atas komponen pokok lumpur, maka ada material tambahan yang berfungsi mengontrol dan memperbaiki sifat-sifat lumpur agar sesuai dengan keadaan formasi yang dihadapi selama operasi pemboran. Berikut ini akan disebutkan beberapa bahan kimia tersebut, yaitu untuk tujuan : menaikan berat jenis lumpur menaikkan filtration loss, dan lain-lain.

1. Bahan menaikkan berat jenis adalah sebagai berikut :

Barite (BaSO4).

Mempunyai specific gravity antara 4,25-4,35. Biasanya digunakan untuk operasi pemboran yang melewati zona gas yang bertekanan tinggi yang dangkal.

Galena (PbS).

Mempunyai specific gravity antara 6,7-7,0 fungsi utamanya adalah untuk usaha mematikan sumur apabila tekanan dari formasi yang besar.

Calcium Carbonat (CaCO3).

Mempunyai specific gravity sebesar 2,75 material ini digunakan untuk lumur jenis oil base mud. Calsium carbonate biasanya dipergunakan untuk operasi pemboran yang dalam.

2. Bahan untuk menaikkan visikositas sebagai berikut :

Wyoming bentonite, merupakan matrial tambahan berfungsi utnuk menaikkan viscositas Lumpur jenis fresh water mud, dimana tiap penambahan material ini kedalam air sebanyak 20 lb/bbl akan dapat memberikan viscositas sebesar kurang lebih 36 detik marsh funnel.

Attapulgite, merupakan clay yang berfungsi untuk menaikkan viscositas pada Lumpur jenis salt water base mud.

Extra high yield bentonite

High yielding clay

3. Bahan-bahan untuk menurunkan viscositas antara lain :

Calsium ligno sulfonat, sangat baik untuk dipersant pada calcium treated muds ataupun lime treated muds.

Phosphat, dipakai sebagai thinner pada low pH muds dimana temperature

tidak lebih dari 1800 F, karena pada suhu tersebut phosphate akan pecah menjadi orthophosphate dan sering juga dipakai untuk keadaan Lumpur yang terkontaminasi dengan semen.

SAPP (Sodium Acid Pyrophosphat), mempunyai pH kurang lebih 4, fungsinya utnuk memperbaiki keadaan Lumpur yang terkontaminasi dengan semen serta dapat digunakan untuk menurunkan viscositas lumpur.

Quebracho, dengan penambahan 2% dari volume Lumpur dapat memperbaiki lapisan dan menurunkanviscositas Lumpur.

Bahan penurun viscositas yang lainnya antara lain : Chrome ligno sulfonate, Processed lignite, Alkaline .

4. Bahan-bahan untuk menurunkan filtration loss

Pregelatinized starch Sodium poly crylate

Sodium carboxymethyl cellulose

5. Bahan untuk mengatasi lost sirkulasi

Mica, merupakan matrial mica yang tidak mengikis peralatan dan mempunyai bentuk yang kasar

Kwik seal, matrial yang sangat efektif untuk mencegah hilangnya Lumpur pada formasi porous

Mill-plug, merupakan matrial yang berbentuk butir yang mempunyai strength yang sangat tinggi yang berfungsi untuk menutup formasi yang pecah.

Bahan material loss yang lain seperti : fiber, wood fiber, Ground walnut hull.

6. Bahan-bahan chemical additive

Gypsum (CaSO4), berupa material kering yang halus dipakai untuk persiapan pembuatan gypsum base mud.

Sodium Bicarbonat (NaHCO3), material yang berfungsi menyingkirkan atau mereduksir ion calcium dari Lumpur yang mempunyai pH 9, terutama yang terkontaminasi oleh semen.

Caustic Soda (NaOH), mempunyai kadar alcohol yang tinggi dan berfungsi mengontrol pH pada water base muds.

Soda Ash, adalah material kering yang dipergunakan untuk mengendapkan ion Ca++ pada water base muds. 7. Corrosion Control additive.

Noxygen, berfungsi sebagai katalisator sodium sulfide yang berupa tepung, digunakan untuk membersihkan oksigen yang dapat menimbulkan korosi. Material ini biasanya dipakai secara menerus dalam operasi pemboran.

Noxygen L, mempunyai fungsi sebagai pembersih oksigen yang terdapat dalam Lumpur, adapun bentuk dari noxygen ini berupa larutan dengan konsentrasi 11,2 lb/bbl ammonium bisulfide.

8. Detergen additive

Additive ini berfungsi untuk membersihkan endapan-endapan shale pada bit atau balling up, baik untuk Lumpur yang menggunakan bahan dasar air tawar maupun air asin.

Contohnya : DD Compound dengan pemakaian normal antara 2-3 gallon tiap 100 barrel.

9. Bahan-bahan untuk emulsifier

Elmusifier adalah fasa kimia untuk emulsi minyak dan air. Antara lain:

Mogco Mul (buatan agcobar)

Trimulso (buatan Baroid)

Atlasol (buatan Mil White)

Imco-Ceox (buatan IMC)

10. Bahan-bahan sebagai Flocculant.

Flocculan adalah fasa kimia yang berfungsi untuk mempercepat pengendapan serbuk bor.

Fasa kimia tersebut adalah :

Floxit (buatan agcobar)

Baroflac (buatan Baroid)

Separan (buatan Mil White)

Imco floe (buatan IMC)

1.1 Fungsi Lumpur Pemboran

Lumpur pemboran merupakan faktor yang penting dalam pemboran,

kecepatan pemboran, effisiensi, keselamatan dan biaya pemboran sangat tergantung pada lumpur ini.

Fungsi lumpur pemboran adalah sebagai berikut :

1. Mengangkat cuttings dari dasar lubang

2. Menahan tekanan formasi

3. Menahan dinding lubang supaya tidak runtuh

4. Menahan cuttings dan material pemberat saat sirkulasi berhenti.

5. Sebagai pelumas dan pendingin

6. Mengurangi berat rangkaian pemboran

7. Sebagai media logging

8. Sebagai media informasi

9. Sebagai tenaga penggerak.

1.1.1 Lumpur Mengangkat Cuttings Dari Dasar Lubang

Lumpur pemboran disirkulasikan dari permukaan ke dasar lubang melalui

rangkaian pemboran, dan kembali ke permukaan melalui annulus rangkaian pemboran dengan dinding lubang sambil membawa cuttings ke permukaan. Di permukaan cutting disaring oleh shale shaker, dan lumpur masuk kembali ke dalam tangki lumpur. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 3.1. Bila cuttings tidak terangkat dari bawah bit, bit akan member cutting kembali, dan akan memperlambat laju pemboran. Bila Cuttings tidak terangkat dengan sempurna , dan cuttings akan menumpuk di sekeliling rangkaian pemboran. Kondisi ini dapat menyebabkan rangkaian pemboran terjepit.

Swivel

Standpipe

Tangki isapKelly

Rotary

Pompahose

Shale shaker

CuttingFlow line

ShakerCasingDrill pipe

Tank

LumpurCuttings

Lubang

TerbukaDrill collar

Bit

Gb. Sirkulasi Lumpur Untuk Mengangkat Cuttings

1.1.2 Menahan tekanan formasi

Lumpur harus dapat menahan fluida formasi supaya tidak masuk ke dalam

lubang. Untuk itu tekanan hidrostatis lumpur harus lebih besar dari tekanan formasi. Perbedaan antara tekanan hidrostatik Lumpur dengan tekanan formasi disebut dengan overbalance. Gambaran lumpur menahan fluida formasi dapat dilihat pada gambar 3.2. Tekanan hidrostatik lumpur harus lebih besar dari tekanan formasi, untuk mencegah terjadi well kick.

Permukaan

Lumpur

Pemboran

Ph = Tekanan hidrostatik Lumpur,psi

hPf = Tekanan formasi

PhPh = 0.052 x BJ x h

Dimana :

Bj: berat jenis Lumpur, ppg

h: Tinggi kolom Lumpur,ft

Pf

Gb. Lumpur Menahan Fluida Formasi

1.1.3 Menahan Dinding Lubang Supaya Tidak Runtuh.

Tekanan hidrostatik yang diberikan lumpur terhadap dinding lubang akan

menahan dinding lubang supaya tidak runtuh selama casing dipasang. Pada dinding lubang terbentuk lapisan padatan yang disebut dengan mud cake yang juga akan menahan dinding lubang supaya tidak runtuh. Gambaran lumpur menahan dinding lubang supaya tidak runtuh sebelum lubang dipasang casing dapat dilihat pada gambar 3.3

Gb. Lumpur Menahan Dinding Lubang

1.1.4 Menahan Cuttings Dan Material Pemberat Saat Sirkulasi Berhenti.

Saat sirkulasi lumpur dihentikan, lumpur harus dapat menahan cuttings dan material pemberat lumpur supaya tidak turun. Bila tidak, cuttings dan material pemberat Lumpur akan turun menuju dasar lubang, dan akan menumpuk disekeliling rangkaian pemboran. Kondisi ini dapat menyebabkan rangkaian pemboran terjepit. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 3.4.

Cuttings

Lumpur

Rangkaian pemboran

Gb. Lumpur Menahan Cuttings Dan Material

Pemberat Saat Sirkulasi Berhenti.

1.1.5 Sebagai pelumas dan pendingin.

Bit menggerus lapisan formasi akan menimbulkan panas. Panas akan

menyebabkan bit cepat aus. Dengan sirkulasi Lumpur panas cepat diserap oleh lumpur. Jadi Lumpur bertindak sebagai pendingin. Rangkaian pemboran dan bit dalam membuat lubang adalah berputar. lumpur di dalam lubang

1.1.6 Mengurangi Berat Rangkaian Pemboran

Menurut Archemedes : Apabila suatu benda dimasukkan ke dalam suatu cairan, akan berkurang beratnya sebesar berat cairan yang dipisahkannya.

1.1.7 Lumpur Sebagai Media Logging Listrik

Logging listrik yang dimaksud adalah resistivity log dan conductivity log.

Transmitter melepaskan arus listrik, arus listrik dihantarkan oleh lumpur ke dalam formasi di belakang dinding lubang, Selanjutnya kembali ke receiver yang dihantarkan oleh Lumpur. Sifat-sifat listrik direck Berat rangkaian di.dalam lumpur direkam di permukaan dalam logging truck. Gambarannya adalah seperti gambar 3.7

Gb. Lumpur sebagai media logging

1.1.8 Sebagai Media Informasi.

Lumpur memberikan informasi kepada drilling personel bahwa :

sumur mengalami well kick

sumur mengalami mud loss.

Saat terjadi well kick, permukaan lumpur di dalam tangki naik. Fluida formasi mendorong lumpur ke permukaan, dan lumpur masuk ke dalam tangki, sehingga permukaan lumpur di dalam tangki naik. Peristiwa ini disebut dengan mud gain. Gambaran mud gain dapat dilihat pada gambar 3.8 a

Mud gain

Lumpur

Lumpur

Kondisi mula - Kondisi Well Kick

mula

Influx

FluidaFormasi

Gb. a Lumpur Menginformasikan Mud Gain

Mud loss maksudnya lumpur hilang masuk ke dalam formasi. Permukaan lumpur dalam tangki turun cukup besar secara mendadak. Lumpur memberikan informasi bahwa sumur mengalami mud loss. Gaaambaran sumur mengalami mud loss dapat dilihat pada gambar 3.8 b

Lumpur

Kondisi MulaKondisi Mud

MulaLoss

Lumpur

Mud loss

Gb. b Mud Loss

1.1.9 Sebagai Tenaga Penggerak Bit.

Down hole motor merupakan alat pembelok lubang yang umum digunakan

saat ini pada directional drilling. Sebuah motor dipasang di atas bit, disambung dengan bent sub, non magnetic drill collar, steel drill collar, dan selanjutnya dirangkai sampai ke permukaan dengan drill pipe.

Diwaktu membelokkan lubang rangkaian pemboran tidak berputar, kecuali rotary bit sub dan bit. Motor digerakkan oleh dorongan atau tekanan yang diberikan lumpur. Gambaran rangkaian seperti gambar 3.9 a.

Non Magnetic

Drill Collar

Bent Sub

Down Hole

Motor

Rotary

Bit Sub

Bit

Gb. a Lumpur Memutar Rotor dari Down Hole Motor

Motor terdiri dari :

Rotor

Stator

Gb. b Down Hole Motor

Rotor adalah batang yang berbentuk spiral yang dapat berputar. Dorongan lumpur akan membuat rotor berputar. Bagian yang diam di dalam motor disebut dengan stator. Rangkaian rotor dan stator dapat dilihat pada gambar 3.9 b

Rotor berhubungan dengan rotary bit sub. Sehingga bila rotor berputar, rotary bit sub akan berputar. Bit Berhubungan dengan rotary bit sub, sehingga bit akan berputar.

1.2 Sifat-sifat Lumpur Pemboran

Sifat-sifat lumpur sangat berpengaruh pada pemboran, perencanaan casing,

drilling rate dan komplesi dipengaruhi oleh lumpur yang digunakan pada saat itu, misalnya pada daerah batuan lunak, pengontrolan sifat-sifat lumpur sangat diperlukan, tetapi pada daerah yang keras sifat-sifat ini tidak terlalu kritis sehingga airpun dapat digunakan. Dengan ini dapat dikatakan bahwa sifat-sifat geologi suatu daerah juga menentukan jenis lumpur yang digunakan. Dalam hal ini hanya tiga sifat lumpur terpenting yang dibicarakan, yaitu :

1. Densitas lumpur

2. Viskositas dan Gel strength

3. Filtration loss

1.2.1. Densitas Lumpur

Densitas lumpur bor merupakan salah satu sifat lumpur yang sangat penting, karena peranannya berhubungan langsung dengan fungsi lumpur bor sebagai penahan tekanan formasi. Adanya densitas lumpur bor yang terlalu besar akan menyebabkan lumpur hilang ke formasi (lost circulation), sedang apabila terlalu kecil akan menyebabkan kick (masuknya fluida formasi ke lubang sumur). Maka densitas lumpur harus disesuaikan dengan keadaan formasi yang akan dibor.

Berat jenis lumpur adalah berat lumpur dibagi dengan volume lumpur. Secara matematik dituliskan :

BJm =Gm

Vm

Dimana :

Bjm: berat jenis lumpur

Vm: volume lumpur

Gm: berat lumpur

Padatan yang umum digunakan untuk menaikan berat jenis Lumpur adalah barite. Selain dari barite biasanya juga digunakan antara lain :

Galena

Limenite

Calcium carbonat

NaCl

Berat jenis lumpur juga umumnya dinyatakan dalam bentuk specipic gravity (S.G). Specipic grafity adalah perbandingan berat jenis lumpur bor dengan berat jenis air tawar.

SGBJm

BJw

Dimana :SG = Specific grafity tanpa satuan

BJm= Berat jenis lumpur bor, berat per volume

BJw= Berat jenis air tawar adalah 8,33 pound per gallon, atau 1 gr/cc, atau 1 kg/ltr, atau 62,4 lb/cuft.

Dalam merencanakan lumpur pemboran harus dibuat berat jenis Lumpur memberikan tekanan hidrostatis lumpur yang lebih besar dari tekanan formasi yang akan ditembus. Kelebihan ini berkisar antara 2% sampai 10% dari tekanan formasi. Berat jenis lumpur yang terlalu tinggi akan menyebabkan loss sirkulasi dan penetration rate (laju pemboran) turun dan bila terlalu ringan akan menyebabkan blow out.

Alat untuk mengukur berat jenis Lumpur dilapangan biasanya digunakan adalah Mud Balance.

BAB IIPENENTUAN KECEPATAN SLIP PADA PENGANGKATAN

CUTTING PEMBORAN

1. HIDROLIKA LUMPUR PEMBORAN

Hydrolika merupakan salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi

penetration rate, yang efeknya terutama dari segi pembersihan cutting dari bawah pahat dan horse power. Kalau dimasa-masa lalu penggunaan jet bit belum meluas, dewasa ini jet bit telah mencapai 60 70% dari semua bit. Dahulu orang berfikir bahwa penggunaan bit mengharuskan penambahan tekanan pompa. Hal ini dapat mempercepat kerusakan pompa. Tetapi pengontrolan sifat-sifat fluida akan memperbaiki keadaan ini. Penggunaan jet bit didukung oleh hasil-hasil praktek dimana jet bit mempertinggi penetration rate, karena adanya pembersihan dasar lubang dengan baik dan cepat. Sehingga penggunaan jet bit memerlukan perencanaan hidrolika yang lebih baik, yang berhubungan dengan pembersihan cutting.

Untuk mempelajari pengangkatan cutting perlu diperkenalkan konsep slip velocity(kecepatan menggelincir), dimana dapat diterangkan sebagai berikut : Bila suatu partikel (cutting) dengan density kira-kira 20,8 sampai 22 lb/gal dimasukkan ke dalam ember air (density 8,33 lb/gal), maka dia akan turun ke bawah dengan kecepatan mula-mula, makin lama makin cepat, lalu setelah mencapai kecepatan tertentu (terminal velocity) akan jatuh dengan kecepatan tetap. Kecepatan yang tetap ini disebut slip velocity.

1.1. Densitas Lumpur Pemboran

Kenaikan dari densitas lumpur ini akan memperbesar daya apung (buoyancy force) dari tiap-tiap partikel dengan arah yang berlawanan terhadap arah gravitasi. Kenaikan kapasitas pengangkatan dari lumpur. pada rate sirkulasi yang sama. Dapat dilihat bahwa dengan densitas lumpur yang tinggi, maka kemampuan lumpur dalam mengangkat partikel-partikel, sebagai particle recovery

(percent), menjadi lebih besar dengan waktu sirkulasi (menit), yang relatif lebih cepat.

1.2. Viskositas dan Gel Strength

Dalam setiap operasi pemboran, hal yang paling penting dan vital adalah pengontrolan sifat fisik dari Lumpur bor agar senantiasa memberikan nilai performance yang optimum, Dua komponen penting untuk dikontrol adalah viscositas dan gel strength. Pengontrolan Viscosity dan gel strength berhubungan untuk:

1. transformasi cutting ke permukaan.

2. menahan cutting dan material berat dalam suspensi saat tidak ada sirkulasi.

3. pelepasan cutting di permukaan.

4. minimumkan efek yang merugikan sepanjang lubang bor

5. mendapatkan informasi tentang formasi yang ditembus.

Viscositas didefenisikan sebagai tahanan terhadap aliran Lumpur pada saat Lumpur bersikulasi atau dapat dikatakan sebagai keengganan Lumpur untuk bergerak atau mengalir, yang disebabkan gaya tarik antar partikel partikel Lumpur.

Gel strength adalah ukuran kemampuan suatu Lumpur untuk meng agar dalam kondisi static (penghentian sirkulasi Lumpur pemboran) dan secara umum ditulis dalam (lb/100 sq ft).

Viscositas dan gel strength meningkat selama pemboran. Saat menembus formasi Lumpur akan tercampur material material dari cutting. Dalam hal ini menyebabkan peningkatan viscositas dan gel strength mencapai keatas yang tidak diinginkan. Bila terjadi, penambahan air atau bahan kimia atau kedua duanya dapat dilakukan untuk pengontrolannya.

Zat zat kimia pendispersi (thiner) yang digunakan untuk mengencerkan atau menurunkan viscositas antara lain :

lignitas.

Sodium tannate ( kombinasi coustic sodium dan thannium).

Surfactant (surface active agent)

CMC (carboxy methyl cellulose),

Stacth

Pengukuran viscositas di lapangan dapat dilakukan dengan menggunakan alat mars funnel selagi viscositas berada pada batas kemampuan alat itu sendiri. Walaupun hasil yang diperoleh bukan merupakan hasil yang tepat untuk semua Lumpur bor. Namun secara umum ketentuan tersebut telah disepakati dan dapat digunakan.

Mars funnel tidak dapat digunakan untuk mengukur gel strength yang juga merupakan factor yang sangat penting dalam Lumpur pemboran. Untuk lebih efektifnya penentuan karakteristik reologi Lumpur bor maka digunakan mfunn rotation viscosimeter. Dengan alat ini penyebab variasi dalam viscositas dapat diketahui dan hubungan perbadaan perbedaan tersebut untuk perlakuan koreksi yang dibutuhkan.

Dalam hubungan berikut harga viscositas dipergunakan untuk :

a. Menentukan tipe aliran fluida

b. Penentuan pola aliran.

c. Penentuan slip velocity

1.3. Yield Point

Yield point adalah bagian dari reaktansi untuk mengalir oleh gaya tarik menarik antar pertikel gaya tersebut disebabkan oleh muatan pada permukaan partikel yang didispersi dalam fase fluida. Yield point merupakan angka yang menunjukkan shearing stress yang diperlukan untuk mensirkulasikan Lumpur kembali. Dengan kata lain Lumpur tidak akan mengalir sebelum diberikan searing stress sebesar yield point.

Yield point dan gel strength keduanyan merupakan ukuran dari gaya tarik menarik dalam suatu system Lumpur. Bedanyan gel strength adalah ukuran gaya tarik menarik yang static dan yield point yang dinamik. Yield point perlu diketahui karena berpengaruh pada kehilangan tekanan saat sirkulasi

1.4. Rate dan Kecepatan Aliran

Dalam operasi pemboran Lumpur bersirkulasi melalaui peralatan sirkulasi dengan dengan rate dan kecepatan tertentu.

A . Rate Aliran

Rate aliran atau disebut juga dengan rate pemompaan atau kapasitas aliran Lumpur adalah volume Lumpur yang mengalir dalam waktu tertentu.

Secara matematis dinyatakan sebagai berikut :

Q =

Dimana :

Q = Kapasitas aliran

V = Volume Lumpur

t = Waktu

B. Kecepatan Aliran

Kecepatan aliran Lumpur adalah jarak yang ditempuh oleh Lumpur pemboran dalam waktu tertentu. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut :L

V =t

Dimana :

V = Kecepatan aliran

L = Jarak yang ditempuh Lumpur

t= waktu

Hubungan antara rate alira dengan kecepatan aliran adalah sebagai berikut : Volume adalah :

V = L x A

Dimana :

A = Luas penampang aliran

Gabungan persamaan (4.1) dengan (4.3) adalah :

QL A

t

Diubah bentuk menjadi :

L x A

Qt

Q = V x A

Atau

Q

V =A

C. Kecepatan aliran dalam pipa

Aliran dalam pipa dapat dilihat seperti gambar 4.1

Gambar. Aliran di Dalam Pipa

Luas penampang pipa adalah :

Dimana :

ID= inside diameter pipa

Dengan memasukkan persamaan (4,8) ke dalam persamaan (4,7)

D. Kecepatan Aliran Dalam annulus Pipa

Kecepatan aliran di dalam pipa dipengaruhioleh rate aliran, diameter lubang dan outside diameter pipa. Gambaran aliran di dalam pipa dapat dilihat pada gambar 4.2

Gambar. aliran Lumpur di annulus Luas penampang annulus adalah :

Dimna :

Aan = luas penampang anulus

dh2= diameter lubang

OD2 = out side diameter pipa

Sehingga kecepatan aliran Lumpur didalam annulus pipa adalah sebagai berikut :

Dimana :

Van= Kecepatan aliran di dalam annulus pipa

OD= Out side diameter pipa

dh= diameter luibang terbuka (openhole)

Bila satuan satuan, kecepatan aliran di dalam annulus pipa dalam ft detik, Outside diameter pipa dalam inch, Diameter lubang terbuka (open hole) dalam inch, maka kecepatan aliran di dalam annulus pipa adalah sebagai berikut :

Van 0,4085Q

(dh2OD2 )

E. Persamaan kontinuitas

Dalam operasi pemboran kecepatan kecepatan aliran yang perlu diperhitungkan adalah :

Kecepatan aliran lumpur dalam drill pipe, Vdp Kecepatan aliran Lumpur dalam drill collar, Vdc

Kecepatan aliran Lumpur dalam annulus antara drill pipe dengan casing yang sudah terpasang, Van dpc

Kecepatan aliran Lumpur dalam annulus antara drill pipe dengan lubang terbuka, Vdph

Kecepatan aliran Lumpur dalam annulus antara drill collar dengan lubang terbuka, Van dch

Gambaran kecepatan kecepatan Lumpur diatas dapat dilihat pada gambar 4.3

Gambar. gambaran aliran Lumpur dalam lubang

4.2. Peranan - peranan Lumpur Di Dasar Sumur

Lumpur bisa encer dengan naiknya temperatur atau lumpur bisa mengental

oleh flocculation. Lumpur yang tidak berat lebih mungkin encer akibat kenaikan temperatur.

Temperatur air mendinginkan lumpur sekitar 60 0F dan kekentalan lumpur diukur karena pertimbangan untuk menggerakkan cutting. Ketika kekentalan lumpur diukur pada temperatur dasar, perhitungan menunjukkan lumpur juga akan membersihkan lubang. Ini dicocokkan dengan permasalahan aktual disumur, dimana masalah pembersihan lubang terjadi sehari-hari. Sebelum memperbaiki prosedur yang tidak perlu dimulai, permasalahan-permasalahan yang nyata harus ditemukan setelah pengentalan lumpur terjadi, sedikit penambahan biaya untuk masalah runtuhan lubang dan pembersihan lubang dikoreksi.

4.3. Pembersihan Lubang Dengan Lumpur Pengeboran

Ketika beberapa kapasitas pembersihan diperlukan, ini akan sulit dicapai

tanpa peningkatan dari kehilangan tekanan diannular. Jika lost sirkulasi juga

merupakan suatu masalah yang potensial, operator selalu ditempatkan pada posisi percobaan untuk mencapai solusi yang paling baik.

Suatu metoda yang dapat mengurangi berat lumpur atau meningkatkan kekentalan lumpur serta menjaga kehilangan tekanan annular yang konstan. Jika berat lumpur tidak dapat dikurangi karena tekanan pori formasi, kemudian selanjutnya alternative yang paling baik menggunakan suatu slug yang sangat kental. Prosedur ini meliputi percampuran sekitar 25 barrels lumpur yang sangat kental, dimana akan menempati sebagian kecil dari keseluruhan annulus.

Lumpur yang kental dapat mengangkat cutting dipermukaan dan meningkatkan total kehilangan tekanan diannulus yang sangat kecil. Prosedur ini akan diulang secara berkala jika pemboran dilakukan pada lubang yang sama.

Suatu masalah lubang yang serius terjadi diTexas Timur yang dipecahkan dengan cara ini. Pada beberapa putaran, beberapa halangan ditemui ketika running back didasar dan penambahan lebih dari 100 ft halangan didasar yang umum terjadi. Sedikit gas kick dicatat dan sirkulasi telah hilang dalam lubang. Pada hari-hari berikutnya, sekitar 25 barrels lumpur kental telah disirkulasikan melalui lubang sebelum trip. Sirkulasi tidak hilang dan tidak terjadi hambatan yang dialami didasar atau halangan didalam lubang.

Kasus ini merupakan merupakan permasalahan yang diagnisa secara teliti dan perawatan yang sukses.

4.4. Rate Dari Kekentalan Lumpur

Kebanyakan operasi pemboran kecepatan lumpur melalui nozle bit dalam

ratusan feet per detik dan tingkat pola aliran turbulent tinggi. Energi yang diberikan lumpur pada nozle bit mencegah sebagian lumpur menjadi kental pada aliran yang rendah ketika diperlukan kapasitas pengangkatan. Telah dicatat bahwa kekentalan aliran dari berbagai lumpur adalah berbeda dan ini dapat menjadi dinding ketika pemboran, untuk merekahkan zona shale yang mudah runtuh.

Pada semua sumur, dimana muncul masalah yang potensial operator seharusnya mengetahui tekanan total hidrostatis pada formasi underground. Perkiraan ukuran lubang dan kapasitas pengangkatan lumpur digunakan. Jika

diperlukan properties temperatur yang tinggi, test laboratorium diperlukan pada lumpur yang kental. Beberapa alternative yang peting digunakan untuk mengatasi masalah lubang karena keperluan untuk membersihkan lubang tidak diketahui.

4.5. Cutting Slip Velocity

Dalam operasi pemboran, lumpur yang baru disirkulasikan lewat bagian

dalam pipa dan keluar ke permukaan lewat annulus sambil mengangkat cutting. Kecepatan pengangkatan cutting ke permukaan lewat annulus dihitung dengan pendekatan konsep slip velocity.

Partikel cutting dapat terangkat apabila kecepatan fluida pemboran yang bergerak ke atas membawa cutting ke permukaan lebih besar daripada kecepatan slip partikel cutting (slip velocity) yang bergerak ke bawah. Secara matematik konsep velocity dapat ditulis sebagai berikut :Vc = Vf - Vs

Dimana : Vc= kecepatan partikel cutting, fpmVf= kecepatan fluida pemboran, fpmVs= kecepatan slip, fpm

Dari persamaan diatas terlihat bahwa Vf dan Vs arahnya berlawanan. Untuk mengimbangi Vs, maka Vf harus diperbesar agar partikel cutting dapat terangkat. Sehingga pada konsep ini boleh dikatakan bahwa Vs (slip velocity) merupakan cutting atau kecepatan minimum dimana cutting mulai terangkat,.aliran cutting dapat dilihat pada gambar 4.1

Gambar 4.1 : Aliran Cutting (Moore P.L, Drilling Practice Manual, Penn Well Publishing