dril-062 dasar pengangkatan cutting

Dasar Dasar PengangkatanDasar Dasar Pengangkatan CuttingCutting

TUJUAN

Penjelasan dasar-dasar pengangkatan Cutting Penjelasan faktor-faktor yang mempengaruhi pengangkatan Cutting

pada saat pemboran Penjelasan metode penentuan parameter-parameter pengangkatan

cutting pada pemboran:

Sumur vertical Sumur directional dan horizontal

Dril-062 Dasar-dasar Pengangkatan Cutting 1

1. Pendahuluan

Dalam proses pemboran langsung, bit yang dipakai selalu menggerus batuan formasi dan menghasilkan cutting, sehingga semakin dalam pemboran berlangsung semakin banyak pula cutting yang dihasilkan. Supaya tidak menumpuk di bawah lubang dan tidak menimbulkan masalah pipe sticking maka cutting tersebut perlu diangkat ke permukaan dengan baik, yaitu banyaknya cutting yang terangkat sebanyak cutting yang dihasilkan.

Dalam proses rotary drilling lumpur baru masuk lewat dalam pipa dan keluar ke permukaan lewat anulus sambil mengangkat cutting, seperti terlihat pada Gambar 1 sehingga perhitungan kecepatan minimum yang diperlukan untuk mengangkat cutting ke permukaan dilakukan di anulus.

Gambar 1. Proses Pengangkatan Cutting di Anulus

Cutting yang tidak dapat terangkat dengan baik akan mengendap kembali ke dasar sumur dan mengakibatkan beberapa masalah dalam pemboran, diantaranya :

1. Akan terjadi penurunan laju penetrasi dikarenakan penggerusan kembali cutting yang tidak terangkat (regrinding).

2. Meningkatnya beban drag dan torque karena daya yang diperlukan untuk memutar drill string semakin berat.

3. Kemungkinan terjadinya pipe sticking, yaitu terjepitnya pipa pemboran dikarenakan tumpukan cutting yang mengendap.

Beberapa faktor yang mempengaruhi pengangkatan cutting ke permukaan diantaranya:

Kecepatan fluida di annulus sebagai fungsi dari luas area annulus dan rate pemompaan yang diberikan.

Kapasitas untuk menahan fluida yang merupakan fungsi dari rheologi lumpur pemboran seperti; densitas lumpur, jenis aliran (laminar atau turbulen), viskositas, dst.

Laju penembusan yang dilakukan drill bit (rate of penetration). Kecepatan pemutaran pipa pemboran (RPM).

2 Dril-062 Dasar-dasar Pengangkatan Cutting

Eksentrisitas drill pipe. Yaitu posisi relatif pipa pemboran terhadap lubang pemboran, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Eksentrisitas Pipa Pemboran

Ukuran rata-rata partikel cutting. Konsentrasi cutting di dalam lumpur pemboran. Adanya pengaruhi kemiringan pada lubang pemboran.

Sedangkan parameter besaran yang sangat berpengaruh dalam mekanisme pengangkatan cutting antara lain :

a. Vslip (kecepatan slip) yaitu kecepatan kritik dimana cutting mulai akan terangkat ke permukaan.

b. Vcut (kecepatan cutting) yaitu yaitu kecepatan kritik dimana cutting mulai akan terendapkan

c. Vmin (kecepatan minimum) yaitu kecepatan slip ditambah dengan kecepatan cutting sehingga cutting dapat terangkat ke permukaan tanpa terjadi penggerusan kembali.

Secara umum hubungan antara kecepatan slip, kecepatan cutting, dan kecepatan minimum adalah sebagai berikut :


Gambar 3. Pengangkatan Cutting oleh Lumpur Pemboran

Vsl = Vm - Vcut ......................................................................................... (1)dimana:Vsl = Kecepatan slip, ft/menitVm = Kecepatan lumpur, ft/menitVcut = Kecepatan cutting, ft/menit

Dinding lubang yang belum tercasing mempunyai selaput tipis sebagai pelindung yang disebut mud-cake. Agar selaput yang berguna tersebut tidak terkikis oleh aliran lumpur, harus diusahakan aliran tetap laminer. Untuk mencegah terjadinya aliran turbulen, dapat diindikasikan dengan bilangan Reynold . Dengan bilangan reynold yang tidak lebih dari 2000 aliran akan tetap laminer, sehingga batas tersebut dijadikan pegangan untuk menentukan kecepatan maksimum di anulus yang disebut kecepatan kritik.

V ca =1 ,08 PV + 1,08 [PV 2 + 9,3 (dh − d p ) Yb2 ρ m ] 1/2

ρ m (dh − d p) ............................................(2)Dimana : Vca = Kecepatan kritik, ft/detikPV = Plastic viscosity, cpYb = Yield point bingham, lb/100 ft2 ρm = Densitas lumpur, ppgdp = Diameter drillpipe, indh = Diameter lubang, ppg


2. Sumur Vertikal

2.1. Kecepatan Slip Metode Moore

Kecepatan slip untuk sumur vertikal dihitung dengan menggunakan persamaan:

V sl= 1 ,54 √dcut ( ρ s − ρ fρ f )

.........................................................(3)dimana:Vsl = Slip velocity, ft/detikρ s = Densitas cutting, ppgρ f = Densitas fluida (lumpur), ppgdcut = Diameter cutting, in

Kecepatan slip ini dihitung dengan prosedur sebagai berikut:

2.1.1. Penentuan Apparent Viscosity

Friction factor pada korelasi ini didasarkan berdasarkan perhitungan dari apparent Newtonian viscosity dengan menggunakan persamaan:

μ a = K144 ( dh − dp

Vmin)1−n ( 2 + 1n0 ,0208 )

n

.................................................(4)dimana :μ a = Apparent viscosity , cP

K = Indeks konsistensi =

510 (θ300 )511n

n = Indeks kelakuan aliran = 3 ,32 log

θ600θ300

dh = Diameter lubang, indp = Diameter pipa, inVmin = Kecepatan minimum , ft/sθ

600 = Dial reading pada 600 rpmθ

300 = Dial reading pada 300 rpm

2.1.2. Penentuan Reynold Number

Apparent viscosity tersebut digunakan untuk menentukan Reynold Number dibawah ini:

NRe =928 x ρ f x V sl x dcut

μ a .........................................................(5)Dimana:NRe = particle Reynold Numberρ f = densitas fluida, ppgVsl = slip velocity, ft/s


μ a = apparent viscosity, cpdcut = diameter cutting , in

Selanjutnya apparent viscosity ini digunakan untuk menentukan friction factor dengan menggunakan Gambar 4 berikut.

Gambar 4. Grafik antara Particle Reynold Number terhadap Friction Factor

Gambar 4 ini secara matematis memiliki persamaan:

Untuk NRe > 300 , aliran di sekitar partikel adalah fully turbulent dan friction factor nya = 1.5

Untuk NRe < 3 ,aliran laminar dan friction factor-nya :

f = 40NRe .......................................................................(6)

Untuk 3 < NRe < 300 maka aliran transisi dan friction factor-nya:

f = 22

√NRe ....................................................................(7)

faktor friksi ini kemudian dapat digunakan untuk menentukan Vsl pada persamaan.

2.2. Kecepatan Cutting

Kecepatan Cuttingnya dapat ditentukan dengan persamaan (3):

V cut =ROP

36 [1 − ( d p

dh)2 ]Cconc

..........................................................(8)dimana;


Vcut = Kecepatan cutting, ft/sdp = Diameter pipa, indh = Diameter lubang, inCconc = Konsentrasi cutting, %ROP = Rate Of Penetration, ft/hr

Dapat juga dinyatakan dengan persamaan lain yaitu:

Jika yang diketahui luas penampang pipa dan lubang

V cut =ROP

36 [1 − A pipe

Ahole]Cconc

............................................................(9)dimana :Apipe = Luas penampang pipa, in2

Ahole = Luas penampang lubang, in2

Jika V cutting dinyatakan dalam ft/menit, maka persamaan (8) dapat ditulis:

V cut =ROP

60 [1 − ( d p

dh)2 ]C conc

..........................................................(10)

dimana:Vcut = Kecepatan cutting. ft/min

Sehingga kecepatan minimum cutting adalah :

Vmin = Vsl + Vcut .............................................................(11)

Secara keseluruhan prosedur penentuan Vmin, Vcut dan Vslip pada sumur vertikal dapat dilihat pada Gambar 5 berikut.


Gambar 5. Flowchart Penentuan V cut, V min, dan V slip untuk Sumur Vertikal


3. Sumur Directional dan Horizontal

3.1. Metoda Larsen

3.1.1. Kecepatan Cutting

Kecepatan Cutting dapat untuk sumur directional dengan inklinasi 55 - 90o diperkenalkan oleh T. I. Larsen. Kecepatan cutting Larsen ini diturunkan dari persamaan yang sama seperti untuk sumur vertikal, yaitu pada persamaan 8.

Akan tetapi Larsen kemudian mengembangkan suatu koreksi tambahan terhadap laju penembusan mata bor, yang ditunjukkan pada Gambar 6 berikut.

Gambar 6. Hubungan antara Konsentrasi Cutting vs ROP

Hubungan pada Gambar 7. dapat dituliskan dengan persamaan :

Cconc = 0,01778 ROP +0,505 .................................(12)

dimana : Cconc = Konsentrasi cutting, %ROP = Rate Of Penetration, ft/hr

Dengan memasukkan faktor koreksi pada persamaan 8, maka didapatkan persamaan baru untuk sumur directional sebagai berikut:


V cut =1

[1− ( d pipe

dhole)2 ](0 .64 + 18 .16ROP )

......................................(13)

3.1.2. Kecepatan Slip (Vs) dan Faktor Koreksi

Hubungan kecepatan slip untuk sumur directional diGambarkan dalam grafik pada Gambar 7.

Gambar 7. Equivalent Slip Velocity vs Apparent Viscosity

Gambar 7 secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut:

V slip = 0 ,00516 μ a + 3 ,006 →μ a ≤ 53 cp................................(14)

V slip = 0 ,02554 (μ a + 53 ) + 3 ,28 →μ a ≥ 53 cp ..........................(15)

dimana:μ a = Apparent viscosity, cp = Kecepatan slip, ft/s

Gambar 7 diperlukan untuk memprediksikan hubungan antara Vmin dengan Vcut setelah mengetahui prediksi kecepatan slip-nya.

Persamaan yang yang digunakan untuk menentukan apparent viscositynya berbeda dengan metoda vertikal. Persamaan yang digunakan yaitu:

μa = PV +5 YP (dh − d p )

V crit ...................................................(16)

dimana :μ a = Apparent viscosity,cpPV = Viskositas plastik, cp


YP = Yield point, lb/100 ft2

dh = Diameter lubang, indp = Diameter pipa, inVcrit = Kecepatan kritik atau kecepatan slip, ft/s

Korelasi kecepatan slip pada persamaan 14 dan 16 memerlukan koreksi terhadap inklinasi, ukuran cutting dan densitas sebagai berikut:

1. Koreksi terhadap inklinasi sumur

Cang= 0 .0342θang − 0 ,000233 θang2 − 0 ,213

...........................

(17)

dimana :Cang = faktor koreksi terhadap inklinasiθang = sudut inklinasi, deg

Gambar 8. Faktor Koreksi untuk Sudut Inklinasi

2.Koreksi terhadap ukuran cutting Koreksi ukuran cutting dilakukan dengan menggunakan

persamaan berikut:

C size =−1 ,04 x D50 cut + 1 ,286 .............................................(18)

dimana :Csize = Faktor koreksi terhadap ukuran cuttingD50cut = Diameter cutting, in


Gambar 9. Faktor Koreksi Ukuran Cutting

3. Koreksi terhadap densitas

Cmwt = 1 − 0 ,0333 ( ρ m− 8,7 ) → ρ m > 8,7................................(19)

Cmwt = 1,0 → ρ m < 8,7 ...............................(20)

dimana :Cmwt = Faktor koreksi terhadap densitas mud ρ m = Densitas lumpur, ppg

Gambar 10. Faktor koreksi untuk densitas Lumpur

Dengan demikian persamaan yang menyatakan hubungan sepenuhnya tentang kecepatan slip (Vs) metode Larsen adalah :


V slip = V slip x Cang x C size x Cmwt ..................................................................(21)

dimana:Vslip = Kecepatan slip sesudah dikoreksi, ft/s Vslip = Kecepatan slip sebelum dikoreksi, ft/s

Prosedur penentuan transportasi cutting sumur directional metode Larsen dapat dilihat pada Gambar 11.

Gambar 11. Flowchart Penentuan Transportasi Cutting Metode Larsen


3.2. Metode Rudi Rubiandini dan Shindu L. M.

Kecepatan minimum cutting metode Rudi Rubiandini dan Shindu L.M. mengkoreksi parameter inklinasi, densitas lumpur dan rotary speed (RPM). Persamaan ini merupakan pengembangan dari persamaan Moore, Larsen dan percobaan yang dilakukan Peden. Prinsip pengembangan persamaan ini adalah membuat plot suatu parameter Vs tak berdimensi. Vs tak berdimensi yaitu perbandingan Vs directional metoda Larsen dan Peden, dengan Vs vertikal metoda Moore.

3.2.1. Koreksi Inklinasi

Koreksi sudut (Ci) diperoleh dari plot dimensionless Vs cutting sehingga didapatkan persamaan koreksi sudut yang dikalikan dengan Vs vertikal Moore. Koreksi sudut (Ci) yang digunakan adalah:

Untukθ ≤ 45o:

C i= (1 + 2θ45 ).........................................................................................................(22)

Untuk θ ≥ 45o

Ci = 3 .......................................................................(23)

dimana:q = Sudut inklinasi, degCi = Koreksi sudut.

3.2.2. Koreksi Densitas Lumpur

Plot dimensionless Vs terhadap inklinasi metode Larsen dengan berbagai densitas lumpur dapat ditentukan koreksi densitas lumpur terhadap Vsv. Dengan mengambil nilai densitas sama dengan 12 ppg dan nilai Dimensionless Vs sama dengan 3 maka koreksi densitas (Cmw) terhadap Vsv adalah:

Cmw = 3 + ρ m15 ................................................................(24)

dimana:ρ m = Densitas lumpur, ppgCmw = Koreksi terhadap densitas lumpur.

3.2.3 Koreksi Terhadap RPM

Sedangkan koreksi terhadap rotary speed (RPM) adalah:

CRPM = (600− RPM600 )

......................................................(25)

dimana:CRPM = Koreksi terhadap RPMRPM = Kecepatan putar / rotary

Sehingga Vmin untuk sumur vertikal, directional, maupun horizontal dengan mengembangkan rumus Moore adalah:

Vmin = Vcut + ( Ci x Cmw x CRPM)Vsv


maka untuk:

Untuk θ ≤ 45o

Vs = (1 + 2 θ45 )( 3 + ρ m

15 )(1− RPM600 ) V sv

..................................(26)

Untuk : θ ≥ 45o

Vs = 3 ( 3 + ρ m15 )(1 − RPM

600 ) V sv...........................................(26)

Prosedur penentuan transportasi cutting dengan metode Rudi dan Sindhu ini dijelaskan pada Gambar 12.


Gambar 12. Flowchart Penentuan Parameter Transportasi Cutting Metode Rudi-Sindhu

4. CONTOH PERHITUNGAN

Data :

θ = 61,352 oρm = 15 ppg


ρ s = 19,16 ppgPV = 40 cPYP = 17 lb/100 ft2μ a = 145,7 cPdh = 6 indp = 3,38 inDcut = 0,7283 inROP = 54 ft/hrRPM = 0Cconc = 1.5 %Kec. Pengangkatan Cutting:

Vcut= 1

[1−( dpd h )

2][0.604+18.16ROP ]...............................................................................................................(13)

Vcut= 1

[1−( 3.386 )2 ][0.604+18.1654 ]

=1.5578 ft/ s

Asumsi Vslip :Asumsi Slip Velocity = 0.1 ft/sVminiawal = 0,1 + 1,5578 = 1,6578 ft/s

μa = μ p +5 Yp . (Dhole − Dpipe )V crit

...............................................................................................................(16)

μa = 40 +5 x 17 x Yp . (6 −3 ,38)1 ,6578

= 17 ,32 cP

Karena μa > 53 cPmaka digunakan persamaan (15)

V sl2= 0 ,02554 μa + 3 ,28 μa > 53 cP...............................................................................................................(15)Vsl2 = (0,02554 x 174,32) + 3,28 = 7,731 ft/s| Vsl2 - Vsl1| = | 7,731 - 0,1| > [0,01], jadi Vsl1 = 7,731 ft/sVmin = 7,731 + 1,5578 = 9,289 ft/sVmin hasil perhitungan tadi kemudian digunakan untuk menghitung kembali apparent viscosity dengan menggunakan persamaan (16).

μa = 40 +5 x 17 . (6− 3 ,38 )

9 ,289= 63 ,97 cP

Karena μa > 53 cP maka digunakan persamaan (15)


Vsl2 = (0,02554 x 63,97) + 3,28 = 4,9137 ft/s| Vsl2 - Vsl1 | = | 4,9137 - 7,731 | > 0,01, jadi Vsl1 = 4,913 ft/sDengan melakukan iterasi sampai | Vsl2 - Vsl1 | < 0,01, didapatkan Vsl = 3,9758 ft/sPerhitungan Koreksi Vslip# Koreksi Angle Inclination :Cang = 0,0342 (ang) - 0,000233 (ang)2 - 0,213...............................................................................................................(17)Cang = 0,0342 (61,3526) - 0,0002338 (61,3526 )2 - 0,213 = 1,0052# Koreksi terhadap Ukuran Cutting :Csize = -1,04 (D50 cutting) + 1,286...............................................................................................................(18)Csize = -1,04 x 0,7283 + 1,286 = 0,5285# Koreksi terhadap Mud Weight :

Cmwt = 1 ρm > 8,7...............................................................................................................(19)

karena ρm > 8,7 ppgCmwt = 1Final Slip Velocity:

Vslip = Vsl . (Cang).(Csize).(Cmwt).......................................................................................(21)

Vslip = 3,9758 x 1,0052 x 0,5285 x 1 = 2,1121 ft/sFinal minimum Velocity:Vmin = Vslip + Vcut

...............................................................................................................(11)Vmin = 2,1121 + 1,5578 = 3,669 ft/sec


2. Contoh Perhitungan dengan menggunakan Persamaan Rudi-Shindu,Dengan data yang sama untuk perhitungan Menggunakan Metode Larsen:Data :

θ = 61,352 o

ρm = 15 ppgρs = 19,16 ppgPV = 40 cPYP = 17 lb/100 ft2μa = 145,7 cPdh = 6 indp = 3,38 inDcut = 0,7283 inROP = 54 ft/hrRPM = 0Cconc = 1,5 %Kecepatan Cutting:Dengan menggunakan konsentrasi cutting dan ROP yang sama dengan data diatas, maka Vcut dengan persamaan (8) adalah :

V cut =ROP

36 [1 − ( Dpipe

Dhole)2 ] Ccone

...............................................................................(8)

V cut =ROP

36 [1 − ( 3 ,386 )2 ] 1,5

= 1 ,4648 ft /s

Asumsi Vslip

Vsl1 = 0.1 ft/sIterasi Slip Velocity:Vmin = Vs + Vcut

Vmin awal = 0,1 + 1,4648 = 1,5648 ft/s

μa = μp +5 . Yp (Dhole Dpipe )

V min ..............................................................(16)

μa = 40 +5 . 17 x (6−3 ,38 )

1 ,5648= 182,31 cP

N Re =928 . ρm x V Sl 1 x dcut

μa ...................................................................(5)


N Re = 928 . 15 x 0,1 x 0 ,7283182 ,31

=5 .56

NRe > 3 dan NRe <300, jadi aliran yang terjadi menurut Moore transisi

f = 22√N Re .............................................................................................. (7)

f = 22√5 ,5608

= 9 ,3295

Vsv (Slip Velocity Vertikal) dengan Moore :

V Sl2=f √Dcut ( ρs − ρfρf )

.............................................................................(3)

V Sl2=9 ,3295 √0 ,7283 (19 ,16 − 1515 )= 4 ,1929 ft /s

| Vsl2 - Vsl1 | = | 4,1929 - 0,1 | > | 0,01 |, jadi

V Sl1=V Sl 1+ V Sl 2

2

V Sl1=0,1+ 4 ,1929

2=2 ,1465 ft / s

Dengan melakukan iterasi sampai | Vsl2 - Vsl1 | < 0.01, didapatkan Vsl1 = 1,06723 ft/sKoreksi Sudut, Densitas dan RPM :Dari koreksi sudut yang didapatkan untuk sudut inklinasi lubang sumur pemboran lebih besar dari 45o, maka digunakan persamaan. (27).

V s= 3 (3 + ρm15 )(1 − RPM

600 ) V sv

...............................................................................................................(27)

V s= 3 (3 + 1515 )(1 − 0600 ) x 1 ,06723 = 12 ,8067 ft / s


DAFTAR PARAMETER DAN SATUAN

μa = Apparent viscosity, cPρs = Densitas cutting, ppgρm = Densitas lumpur, ppgρf = Densitas fluida, ppgθ600 = Dial reading pada 600 rpmθ300 = Dial reading pada 300 rpmApipe = luas penampang pipa, in2Ahole = luas penampang lubang, in2Cconc = Konsentrasi cutting, %dh = Diameter lubang, indp = Diameter pipa, indcut = Diameter cutting, inf = Friction factorK = Indeks konsistensin = Indeks kelakuan aliran NRe = Particle Reynold NumberPV = Plastic viscosity, cpVsl = Kecepatan slip, ft/menitVm = Kecepatan lumpur, ft/menitVcut = Kecepatan cutting, ft/menit, ft/detVca = Kecepatan kritik, ft/detikVmin = Kecepatan minimum , ft/sYb = Yield point bingham, lb/100 ft2ROP = Rate Of Penetration, ft/hr


DAFTAR PUSTAKA

1. Adam T. Bourgoyne Jr., Keith K. Millhelm, Martin E. Chenevert, F.S. Young Jr., SPE Textbook Series Vol. 2, "Applied Drilling Engineering", First Printing Society of Petroleum Engineers, Richardson TX, 1986.

2. Beyer, A.H., et. al, "Flow Behaviour of Foam as Well Circulating Fluid", SPE Reprint Series 6A, Drilling, SPE of AIME, Dallas, Texas, 1973.

3. Craft, B.C., et.al., "Well Design, Drilling & Production", Prentice Hall Inc., New Jersey, 1962.

4. Dodge, D.G. and Metzner, A.B. , " Turbulent Flow of Non Newtonian System ", AIChE J., 1959.

5. Gatlin, Carl., "Petroleum Engineering : Drilling and Well Completions", Prentice Hall Inc., 1960.

6. J.M. Peden, J.T. Ford, and M.B. Oyenenin, Heriot-Watt U., SPE Paper, " Comprehensive Experimental Investigation of Drilled Cuttings Transport in Inclined Wells Including the Effects of Rotation and Eccentricity", Oktober 1990, SPE No. 20925.

7. Lord, D.L., "Mathematical Analysis of Dynamic & Static Foam Behaviour", SPE Symposium on Low Gas Permeability Reservoir, Dencer, Colorado, 1979.

8. Lucky., Shindu, " Persamaan Baru Penentuan Kecepatan Minimum Lumpur Untuk Mengangkat Cutting Sumur Vertikal, Miring dan Horizontal", Tugas Akhir, Jurusan Teknik Perminyakan, FIKTM, 1999.

9. Marsden, S.S., et.al., "The flow of Foam Through Short Porous Media & Apparent Viscosity Measurements", Trans AIME, 1966.


dril-062 dasar pengangkatan cutting

Documents