hydraulic
DESCRIPTION
hidraulicTRANSCRIPT
PENDAHULUAN
I. PENDAHULUAN
Banyak faktor-faktor yang mempengaruhi kelakuan operasi pemboran. Salah satu dari faktor tersebut adalah hidrolika lumpur pemboran.
Selama lumpur pemboran melalui peralatan-peralatan sirkulasi, maka akan terjadi gesekan-gesekan di sepanjang peralatan yang dilalui tersebut. Hal ini akan menyebabkan kehilangan tekanan aliran yang dikenal dengan pressure loss atau juga sering disebut dengan pressure drop.
Rate sirkulasi ataupun rate pemompaan lumpur merupakan volume dari lumpur yang dipompakan atau disirkulasikan per satuan waktu. Rate pemompaan lumpur ini tergantung kepada diameter liner, panjang langkah, diameter piston dan stroke permenit dari pompa lumpur.
Lumpur diisap pompa dari tangki isap dipompakan ke stand pipe, kemudian lumpur naik melalui rotary hose, masuk ke swivel. Dari swivel lumpur turun ke dasar lubang melalui kelly, drill pipe, drill collar, dan bit. Selanjutnya lumpur naik ke permukaan melalui annulus drill collar dan annulus drill pipe. Di permukaan lumpur terus ke tangki melalui flow line shale shaker.
Selama sirkulasi ini terjadi pressure loss. Pressure loss dikelompokkan menjadi :
pressure loss melalui peralatan permukaan
pressure loss melalui drill pipe
pressure loss melalui drill collar
pressure loss melalui bit
pressure loss melalui annulus drill collar
pressure loss melalui annulus drill pipe
II. RATE DAN KECEPATAN ALIRAN
Dalam operasi pemboran lumpur bersirkulasi melalui peralatan sirkulasi dengan rate dan kecepatan tertentu.
2.1. Rate Aliran
Rate aliran atau yang disebut juga dengan rate pemompaan atau kapasitas aliran lumpur adalah volume lumpur yang mengalir dalam waktu tertentu. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut :
Vol
Q = . (2-1)
t
Dimana :
Q : kapasitas aliran
Vol : volume lumpur
t : waktu
2.2. Kecepatan Aliran
Kecepatan aliran lumpur adalah jarak yang ditempuh oleh lumpur dalam waktu tertentu. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut :
L
V = .. (2-2)
t
Dimana :
V : Kecepatan aliran
L : Jarak yang ditempuh lumpur
t : waktu
2.3. Hubungan Antara Rate Aliran Dengan Kecepatan Aliran
Hubungan kecepatan aliran fluida dengan kapasitas aliran adalah sebagai berikut :
Q = A x V . (2-3)
2.4. Kecepatan Aliran dalam Pipa
Kecepatan aliran di dalam pipa adalah :
Q
V = (2-4)
(
x ( ID )2
4
2.5. Kecepatan Aliran Dalam Annulus Pipa
Sehingga kecepatan aliran di annulus pipa adalah :
Q
Van = (2-5)
(
x ( dh2 OD2 )2
4
Dimana :
Van : kecepatan aliran di dalam annulus pipa
OD : outside diameter pipa
dh : diameter lubang tenbuka ( open hole )
Bila :
Kecepatan aliran lumpur dalam satuan ft/detik
Kapasitas aliran dalam gallon/menit
Diameter dalam inchi.
Maka persamaan kecepatan aliran fluida dalam pipa dapat digunakan :
Q
V = 0.4085 .. (2-6)
ID2
BilaKecepatan aliran lumpur dalam satuan ft/detik
Kapasitas aliran dalam cuft/menit
Diameter dalam inchi,
Maka persamaan kecepatan aliran fluida dalam pipa digunakan :
Q
V = 3.056 .. (2-7)
ID2
Konversi satuan yang perlu diketahui untuk penurunan persamaan diatas adalah :
1 cuft = 7.48 gal
1 ft = 12 inch
1 menit = 60 detik
1 bbl = 5.615 cuft
2.6. Persamaan Kontinuitas
Rate aliran dalam sistim sirkulasi lumpur dalam operasi pemboran adalah sama.
Untuk mencari kecepatan aliran dalam peralatan sirkulasi lumpur lebih gampang menggunakan persamaan kontinuitas.
Vdp x ( IDdp2 ) = Vdc x (IDdc2 )
= Vandp x (dh2 ODdp2 )
= Vandp x (IDc2 ODdp2 )
= Vandc x (dh2 ODdc2 )
= Vandc x (IDc2 ODdc2 ) . (2-8)
Dimana :
Vdp : kecepatan aliran di dalam drill pipe
Vdc : kecepatan aliran di dalam drill collar
Vandp : kecepatan aliran di dalam annulus drill pipe
Vandc : kecepatan aliran di dalam annulus drill collar
dh : diameter lubang
ODdp : diameter luar drill pipe
ODdc : diameter luar drill collar
( IDdp : diameter dalam drill pipe
(IDdc : diameter dalam drill collar
III. JENIS ALIRAN DAN JENIS FLUIDA
3.1. Jenis Aliran
Jenis aliran lumpur dalam operasi pemboran dibedakan menjadi dua, yaitu :
laminar flow
turbulent flow
3.1.1. Laminar Flow
Laminar flow adalah aliran yang berbentuk peluru. Kecepatan aliran terbesar adalah di tengah, makin ke dinding pipa mengecil. Aliran ini teratur, dimana lumpur yang mengalir sejajar dengan bentuk pipa yang dilalui.
Aliran yang seperti ini kita kehendaki adalah di annulus lubang terbuka.
3.1.2. Turbulent Flow
Turbulent flow merupakan aliran yang bergejolak. Aliran ini tidak teratur.
Aliran yang seperti ini tidak kita kehendaki adalah di annulus lubang terbuka karena dapat mengikis dinding lubang. Kalau hal ini terjadi akan menyebabkan pembesaran lubang sumur.
Pola atau jenis aliran tergantung sifat-sifat lumpur yang mengalir dan kecepatan alirannya, serta parameter dimana lumpur mengalir.
Untuk menentukan jenis aliran lumpur dapat dilihat dari harga :
Bilangan Reynold
Kecepatan aliran kritis
Bilangan Reynold (NR)
Bilangan reynold tergantung kepada :
berat jenis lumpur (BJ)
viskositas lumpur (Vis)
diameter dalam pipa (ID), untuk dalam pipa
diameter luar pipa (OD), untuk di annulus pipa
diameter lubang (dh), untuk di annulus pipa dengan lubang
diameter dalam dari casing yang sudah terpasang (IDc) untuk di annulus pipa dengan casing.
kecepatan aliran
Tabel 1. Penentuan Jenis Aliran Berdasarkan Bilangan Reynold
BilaJenis aliran
< 2000Laminar
> 2000 Turbulen
Bilangan Reynold Dalam Pipa
928 BJ V ID
NR = .. (3-1)
Vis
Bilangan Reynold Di Annulus Pipa
928 BJ Van (dh OD)
NR = .. (3-2)
Vis
Kecepatan Kritis
Untuk menentukan jenis aliran lumpur apakah aliran laminer atau turbulen, dapat juga ditentukan dahulu kecepatan kritisnya.
Apabila kecepatan kristis lumpur lebih kecil atau sama dengan kecepatan aliran rata-rata, maka alirannya adalah laminer. Bila kecepatan rata-rata aliran lebih besar dari kecepatan kritis, maka jenis aliran lumpur adalah turbulen.
Kecepatan kritis dipengaruhi oleh :
Viskositas plastik dan Lumpur
Yield point lumpur
Berat jenis Lumpur
Ukuran lubang dan pipa
Kecepatan Kritis Dalam Pipa
Kecepatan kritis dalam pipa adalah :
(3-3)
Dimana :
Vc : Kecepatan kritis aliran dalam pipa, fps
PV : Viskositas plastik dari lumpur, cp
YP : Yield point Lumpur, lb/100 ft2
BJ : Berat jenis Lumpur, ppg
ID : Inside diameter dari pipa, inch
Kecepatan Kritis Dalam Annulus
Kecepatan kritis dalam pipa adalah
. (3-4)
Dimana :
Vcan : Kecepatan kritis aliran di annulus, fps
PV : Viskositas plastik dari lumpur, cp
YP : Yield point lumpur, lb/100 ft2
BJ : Berat jenis lumpur, ppg
OD : Outide diameter dari pipa, inch
Dh : diameter lubang, inc. (Dalam casing diganti dengan Idc)
3.2. Jenis Fluida Pemboran
Lumpur pemboran termasuk fluida non Newtonian. Fluida non newtonian menunjukkan hubungan shearing stress dan shearing rate yang tidak konstan.
Fluida non newtonian kita dibedakan menjadi dua, yaitu :
Bingham Plastic fluid
Power Law Fluid
3.2.1. Bingham Plastic Fluid
Hubungan matematis antara shearing stress dan shearing rate untuk bingham plastic fluid adalah sebagai berikut :
SS = YP + (PV) SR . (3-5)
Dimana :
SS : shearing stress
SR : shearing rate
YP : Yield point
PV : Viskositas plastik
3.2.2. Power Flow Fluid
Lumpur pemboran termasuk power law fluid apabila mempunyai padatan yang rendah.
Hubungan matematis antara shearing stress dan shearing rate untuk fluida power law adalah sebagai berikut :
SS = K x (SR)n . (3-7)
Dimana :
K : Flow behavior index
n : Consistency factor
Consistency factor dapat dicari dengan persamaan berikut :
0 600
n = 3.32 log .. (3-8)
0 300
Bila harga K bertambah besar berarti padatan dalam lumpur bertambah. Bihavior index dapat dicari dengan persamaan berikut :
0 300
K = .. (3-9)
511n
Dalam bentuk log, persamaan (3-8) menjadi :
Log SS = Log K + n log SR ... (3-10)
IV. PRESSURE LOSS
Pressure loss dalam hidrolika lumpur dihitung pressure loss pada peralatan-peralatan yang dilalui lumpur saat bersirkulasi. Pressure loss ini dikelompokkan menjadi :
pressure loss di permukaan, ( Psc; yang terdiri dari pressure loss di
flow line
stand pipe
rotary hose
kelly
pressure loss di dalam drill pipe, ( Pdp
pressure loss di dalam drill collar, ( Pdc
pressure loss di bit, ( Pb
pressure loss di dalam annulus drill collar, ( P andc
pressure loss di dalam annulus drill pipe, ( P andp
4.1. Pressure Loss di dalam Drillpipe
Pressure loss aliran di dalam drillpipe tergantung kepada :
jenis aliran
viskositas lumpur,(PV),cp
panjang drillpipe, Ldp, ft
kecepatan lumpur di dalam drillpipe,Vdp, fps
inside diameter drillpipe, IDdp, inch yield point Lumpur,(YP), lb/100 ft2 berat jenis lumpur, BJ, ppg
Bila aliran adalah laminar maka pressure loss di dalam drillpipe adalah sebagai berikut :
(PV) x Ldp x Vdp (YP) x Ldp
(P dp = + .. (4-1)
1500 IDdp2 225 IDdp
Bila aliran adalah turbulent maka pressure loss di dalam drillpipe adalah sebagai berikut :
f x Ldp x BJ x Vdp2
(P dp = ... (4-2)
25.8 IDdp
f adalah faktor gesekan, yang mana dapat dicari dengan menggunakan grafik pada gambar berikut.
Untuk mencari harga ini maka tentukan terlebih dahulu bilangan Reynold (NRe).
4.2. Pressure Loss di dalam Drillcollar
Pressure loss aliran di dalam drillcollar tergantung kepada :
jenis aliran
viskositas lumpur,(PV),cp
panjang drillcollar, Ldc,ft
Bila aliran adalah laminar maka pressure loss di dalam drill collar adalah sebagai berikut :
(PV) x Ldc x Vdc (YP) x Ldc
(P dc = + .. (4-3)
1500 (Iddc)2 225 IDdc
Dimana :
Ldc : Panjang drill collar yang dilalui, dalam ft
Vdc : Kecepatan aliran di dalam drill coolar, dalam ft/detik
(Pdc : Pressure loss di dalam collar pipe, psi
IDdc : Diameter dalam dari drill collar, dalam inch
Bila aliran di dalam drill collar turbulen maka pressure loss adalah sebagai berikut :
f x Ldc x BJ x Vdc2
(P dc = ... (4-4)
25.8 IDdc
4.3. Pressure Loss di Annulus Drill Pipe
Bila aliran adalah laminar maka pressure loss di dalam annulus drillpipe adalah sebagai berikut :
(PV) x L andp x Vandp (YP) x L andp
(P andp = + .. (4-5)
1000 (dh - ODdp)2 200 (dh - ODdp)
4.4. Pressure Loss di Annulus Drill Collar
Bila aliran adalah laminar maka pressure loss di dalam annulus drillpipe adalah sebagai berikut :
(PV) x L andc x V andc (YP) x L andc
(P andc = + .. (4-6)
1000 (dh - ODdc)2 200 (dh - ODdc)
4.5. Pressure Loss di Bit
Pressure loss di bit tergantung kepada :
kapasitas aliran
berat jenis Lumpur
ukuran nozzle
coefficien of discharge
Secara matematik pressure loss di bit dapat dinyatakan sebagai berikut :
Q2 x BJ
(P b = .. (4-7)
12032 Cd2 An2
Dimana :
Q : Kapasitas aliran, dalam satuan gpm
(Pb : Pressure loss di bit, dalam psi
An : Luas Nozzle, dalam inch kodrat
Cd : Coefficien of discharge, tanpa satuan
4.6. Pressure Loss Diperalatan Permukaan
Pressure loss pada peralatan permukaan tergantung kepada :
kombinasi peralatan permukaan
OD drill pipe yang digunakan
Pressure loss pada peralatan permukaan persamaan ditentukan dengan
L ekivalen x pressure loss di DP
Pressure loss = . (4-8)
Ldp
Table 1. : Panjang Ekivalent Peralatan Permukaan
Komponen
Peralatan
PermukaanKomb. No.1Komb. No.2Komb. No.3Komb. No.4
ID, inL, ftID, inL, ftID, inL, ftID, inL, ft
Standpipe 2403.540445445
Rot. Hose2452.555355355
Swivel, Cs242.552.5535
Kelly 2.25403.25403.2540440
Outside Diameter Panjang Ekivalen Peralatan permukaan terhadap Drillpipe, ft
3.5 in437161
761479
816340
579
4.25 in
4 in
DAFTAR PUSTAKA
1. Azar, J. J. : Drilling Fluid, The University of Tulsa, Oklahoma.
2. Adam, Neal, J. : Drilling Engineering, Complete Well Planing Approach, Penn Well Publishing Company, Tulsa, Oklahoma, 1985.
3. Anon : A Guide to Oil Well Cement and Cementing Additives, Petroleum Equipment and Services, 1968.
4. Bakerline Service Product / Service Catalog, A Baker Toll Co., San Antonio, 1981.
5. Bambang I. : Teknik Pemboran II, PATRA, ITB, Bandung, 1970.
6. Brantly J. E. Rotary Drilling Handbook, Palmer Publ., New York, 1961.
7. Barid Division : Flow Characteristics And Gelstrength, NL Industries, Houston. Texas 77001.
8. Craft and Holden : Well Design Drilling and Production, New Jersey, 1962.
9. Halliburton Services : Sale and Services Catalog, Number 41, Halliburton Company, Duncan, 1983.
10. Hall, H.N., Thomson, Howard and Nuss, Frank Ability of Drilling Mud to Lift Bit Cutting, Trans-AIME, Vol.189, 1950.
DAFTAR ISI
Hal
I. PENDAHULUAN
1
II. RATE DAN KECEPATAN ALIRAN
2
2.1. Rate Aliran
2
2.2. Kecepatan Aliran
2
2.3. Hubungan Antara Rate Aliran Dengan Kecepatan Aliran
3
2.4. Kecepatan Aliran Dalam Pipa
3
2.5. Kecepatan Aliran Dalam Annulus Pipa
3
2.6. Persamaan Kontinuitas
4
III. JENIS ALIRAN DAN JENIS FLUIDA
6
3.1. Jenis Aliran
6
3.2. Jenis Fluida Pemboran
9
IV. PRESSURE LOSS
11
4.1. Pressure Loss Di Dalam Drill Pipe
11
4.2. Pressure Loss Di Dalam Drill Collar
12
4.3. Pressure Loss Di Dalam Annulus Drill Pipe
13
4.4. Pressure Loss Di Dalam Annulus Drill Collar
13
4.5. Pressure Loss Di Bit
13
4.6. Pressure Loss Di Peralatan Permukaan
14
DAFTAR PUSTAKA
PAGE 16
_1057509637.unknown
_1057509998.unknown