pengukuran viskositas dan gel strength menggunakan rheometer dan marsh funnel

BAB IV

PENGUKURAN VISKOSITAS DAN GEL STRENGTH

4.1 Tujuan

1. Mengetahui nilai dari viskositas relatif lumpur.

2. Menentukan viskositas nyata, Plastic Viscosity dan Yield Point.

3. Mempelajari rheologi lumpur pemboran.

4. Menghitung nilai Gel Strength pada lumpur.

5. Mengetahui perbedaan antara viskositas dengan Gel Strength.

4.2 Dasar Teori

Lumpur pemboran memiliki sifat antara lain yaitu viskositas dan Gel

Strength. Efektifitas dari pengankatan Cutting atau serpihan-serpihan

formasi merupakan fungsi langsung dari viskositas.

Viskositas merupakan suatu keengganan dari suatu fluida atau zat

cair untuk dapat mengalir atau bergerak. Dalam hal ini viskositas dapat

diakatakan sebagai kekentalan dari suatu fluida atau zat cair. Semakin tinggi

harga dari viskositas suatu fluida maka akan semakin kental fluida tersebut

dan semakin susah bagi fluida tersebut untuk mengalir atau bergerah. Begitu

juga sebaliknya jika nilai dari viskositas semakin kecil maka akan semakin

cair fluida tersebut dan semakin mudah baginya untuk mengalir.

47

48

Sama halnya dalam lumpur pemboran. Semakin besar nilai

viskositasnya maka akan semakin kental lumpur yang dihasilkan. Lumpur

yang terlalu kental akan susah untuk mengalir atau bergerak. Karena lumpur

kental dan susah untuk bergerak maka akan mengakibatkan kerja pompa

akan menjadi sangat berat. Selain itu viskositas yang terlalu tinggi dapat

menyebabkan Pressure Loss yang tinggi, Penetration turun, Lost

Circulation, Swabbing, dan masalah lainnya.

Akan tetapi nilai viskositas yang terlalu rendah juga akan

menimbulkan masalah dalam operasi pemboran. Viskositas yang terlalu

rendah dapar mengakibatkan pengankatan Cutting yang tidak sempurna dan

pengendapan Cutting pada lubang bor.

Selain viskositas sifat Gel Strength pada lumpur pemboran juga

berperan penting, karena pada saat proses Round Trip atau saat mencabut

maupun memasukkan rangkaian pipa pemboran berlangsung proses

sirkulasi lumpur pemboran akan dihentikan dan sifat Gel Strength dari

lumpurlah yang mencegah Cutting atau serpihan - serpihan formasi turun

dan mengendap kembali di dasar lubang bor yang dapat mengakibatkan

kerusakakan pemboran selanjutnya.

Lumpur pemboran pada percobaan kali ini mengikuti model rheologi

Bingham Plastic dan Power Law. Dimana model Bingham Plastic

merupakan model sederhana untuk fluida Non - Newtonian.

Laporan Resmi Praktikum Analisa Lumpur Pemboran

49

Berbeda dengan fluida Newtonian yaitu fluida yang viskositasnya

konstan atau tetap. Fluida Non Newtonian memperhatikan Yield Stress

tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida dapat mengalir.

Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas dalam percobaan

ini adalah Marsh Funnel. Cara kerjanya adalah dengan menghitung berapa

lama waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan 0,946 liter lumpur agar

keluar dari corong Marsh Funnel. Data yang didapatkan dari pengukuran

menggunakan Marsh Funnel akan memberikan gambaran rheologi fluida

sehingga dapat digunakan untuk membandingkan fluida awal dengan

kondisi sekarang.

Pengukuran viskositas dengan menggunakan Marsh Funnel

dilakukan dengan cara menghitung waktu untuk mengalirkan fluida dengan

menggunakan Stopwatch dan dinyatakan dalam satuan detik sesuai dengan

waktu uang tertera pada Stopwatch.

Plastic Viscosity merupakan nilai dari suatu tahanan terhadap aliran

yang disebabkan oleh adanya gesekan antara sesama benda padat didalam

lubang bor dan merupakan salah satu parameter kenaikan Solid dalam

lumpur.

Yield point merupakan nilai dari suatu tahanan terhadap aliran akibat

dari adanya gaya elektro kimia antara padatan dengan padatan, cairan

dengan cairan maupun padaran dengan cairan.

Gel strength merupakan nilai dari suatu sifat luida dimana fluida

atau zat cair akan menjadi lebih kental dalam keadaan diam dan semakin


50

lama akan semakin mengental. Sifat inilah yang berguna untuk menahan

Cutting pada saat sirkulasi berhenti.

Thick Mud dan Thin Mud adalah dua istilah yang biasa digunakan

untuk menggambarkan fiskositas dari suatu fluida. Thick mud itu sendiri

merupakan jenis fluida yang memiliki viskositas yang tinggi (kental).

Sedangkan Thin Mud merupakan fluida dengan nilai viskositas yang rendah

dan dapat mudah mengalir (encer).

Alat yang digunakan dalam melakukan percobaan pengukuran

viskositas yang lebih sederhana adalah Marsh Funnel. Hasil dari percobaan

pengukuran viskositas dinyatakan dalam jumlah detik yang dibutuhkan

lumpur sebanyak 0,9463 liter untuk mengalir keluar dari corong Marsh

Funnel. Dari hasil tersebut akan terlihat berapa waktu yang dibutuhkan

lumpur saat mengalir pada corong Marsh Funnel apakah memiliki

viskositas tinggi atau viskositas rendah.

Penentuan besarnya harga Shear Stress dan Shear Rate dapat

ditentukan dengan persamaan berikut :

..................................................................( Persamaan 4.1 )

..................................................................( Persamaan 4.2 )


τ = 5,077 x C

γ = 1,704 x Rpm

51

Keterangan :

τ = Shear Stress (dyne/cm2)

γ = Shear Rate (detik−1)

C = Dial Reading (derajat )

RPM = Revolution Per Minute dari Rotor (rpm)

Penentuan viskositas nyata untuk setiap harga Shear Rate dihitung

berdasarkan hubungan :

...………..........……………………......(Persamaan 4.3)

………………………………...............(Persamaan 4.4)

Penentukan Plastic Viscosity dan Yield Point dalam Field Unit

digunkan persamaan Bingham Plastic :

..............................................................(Persamaan 4.5)


πa= τ

γx 100

πa = (300 x c)RPM

µp = τ600 - τ300

γ600 −¿ γ300¿

52

Dengan memasukan persamaan 4.1 dan 4.2 ke dalam persamaan 4.5

maka di dapat :

......................................................(Persamaan 4.6)

..............…………………............(Persamaan 4.7)

Keterangan :

π p = Plastic Viscosity (cp)

Y b = Yield Point Bingham (lb/100 ft2¿

C600 = Dial Reading pada 600 RPM (derajat)

C300 = Dial Reading pada 300 RPM (derajat)

Harga Gel Strength dalam 100 lb/ft2 diperoleh secara langsung dan

pengukuran dengan alat Rheometer simpanan skala penunjuk akibat

digerakkan rotor pada kecepatan 3 RPM langsung menunjukan harga Gel

Strength 10 detik atau 10 menit dalam lb/100 ft2. Dalam rheometer terdapar

enam tingkatan putaran rotor yaitu 600 Rpm kecepatan High, 300 Rpm

kecepatan Low, 200 Rpm kecepatan High,100 Rpm kecepatan Low, 6 Rpm,

kecepatan High, 3 Rpm kecepatan Low.


π p=c600 - c300Yb =(300-πp)

53

4.3 Alat dan Bahan

4.3.1 Alat yang Digunakan

Tabel 4.1

Alat – Alat Laboratorium Yang Digunakan Beserta Fungsinya

No Nama dan Gambar Alat Fungsinya

1.

Gambar 4.1

Cup Mixer

Sebagai wadah pada saat

mencampurkan (Mixing)

bahan-bahan lumpur.

2.

Gambar 4.2

Cup Mud Funnel

Untuk menampung

lumpur yang akan di ukur

viskositas relatifnya.


54

3.

Gambar 4.3

Rheometer

Untuk pengukuran

fiskositas nyata, plastic

viscosity (PV), yield point

(YP), dan gel strength

dari lumpur pemboran.

4.

Gambar 4.4

Gelas Kimia

Sebagai tempat

melarutkan suatu zat.

5.

Gambar 4.5

Gelas Ukur

Menghitung volume

suatu fluida.


55

6.

Gambar 4.6

Marsh Funnel

Menentukan viskositas

relatif lumpur pemboran

7.

Gambar 4.7

Multi Mixer

Sebagai pengaduk

otomatis putarannya

meliputi low, medium,

high tergantung setiap

material lumpurnya.

8.

Gambar 4.8

Stopwatch

Untuk menghitung waktu

dalam satuan detik.


56

9.

Gambar 4.9

Timbangan

Untuk menimbang

material-material yang

dipakai untuk membuat

lumpur. Dinyatakan

dengan satuan (gr).

4.3.2 Bahan yang Digunakan

a. Aquadest 350 ml

b. Bentonite 22,5 gram

c. CMC-LV 0,2 gr

4.3.3 Gambar Rangkaian Alat

Rheometer Marsh Funnel


57

4.3 Prosedur Percobaan

4.4.1 Membuat Lumpur Dasar


Menyiapkan alat dan bahan

Mengambil aquadest sebanyak 350 mL dengan menggunakan gelas ukur

Menimbang bentonite sebanyak 22,5 gram menggunakan timbangan

Mencampurkan Aquadest dan Bentonite yang telah disiapkan ke dalam cup mixer, lalu memixingnya dengan menggunakan multi mixer selama 15 menit dengan kecepatan low

Merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

Menuangkan lumpur yang telah dibuat kedalam gelas kimia

58

4.4.2 Menghitung Viskositas Relatif Pada Marsh Funnel


Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan

Menutup lubang bagian bawah Marsh Funnel dengan jari

Memasukkan lumpur kedalam Marsh Funnel sampai menyentuh garis singgung yang ada didalam Marsh Funnel

59


Membuka jari tangan agar lumpur mengalir kedalam marsh funnel sambil menghitung berapa lama waktu yang diperoleh menggunakan Stopwatch sampai menyentuh garis singgung didalam Cup Marsh Funnel

Mencatat hasil yang diperoleh dari waktu yang diperlukan untuk mengalir dalam satuan detik

Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

60

4.4.3 Menghitung Viskositas Nyata Menggunakan Rheometer



Mencampurkan lumpur dasar dan CMC-LV sebanyak 0,2 gram kedalam Cup Mixer lalu memixingnya kembali selama 5 menit dengan kecepatan low

Memasukkan lumpur kedalam Cup Rheometer sampai batas tepi yang sudah ada pada Rheometer

61


Meletakkan cup pada Rheometer yang kedudukannya sampai lubang rotor tertutup oleh lumpur

Menyalakan rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer.

62


Menyalakan rheometer pada 300 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan low. Lihat skala yang ditunjukkan oleh rheometer.

Menyalakan Rheometer pada 200 RPM dengan posisi knop diatas dan kecepatan high. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer.

Menyalakan Rheometer pada 100 RPM dengan posisi knop diatas dan kecepatan low. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer.

Menyalakan Rheometer pada 6 RPM dengan posisi knop ditengah dan kecepatan high. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer.

Menyalakan Rheometer pada 3 RPM dengan posisi knop ditengah dan kecepatan low. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer.

63

4.4.4 Menghitung Gel strength Menggunakan Rheometer



Mencampurkan lumpur dasar dan CMC-LV sebanyak 0,2 gram kedalam Cup Mixer lalu memixingnya kembali selama 5 menit dengan kecepatan low.

Mencatat hasil yang didapat dari skala Rheometer.


64


Memasukkan lumpur kedalam Cup Rheometer sampai batas tepi yang sudah ada pada Cup Rheometer.

Meletakkan Cup pada Rheometer dengan kedudukannya, sampai lubang rotor terendam oleh lumpur

Menyalakan Rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan High selama 30 detik

65


Matikan Rheometer selama 10 detik, kemudian naikkan knok ke posisi 3 RPM kecepatan low, lalu lihat simpangan terjauh yang didapat

Menyalakan Rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high, selama 30 detik

Mencatat hasil yang didapat dari skala Rheometer


Matikan Rheometer selama 10 menit, kemudian naikkan knop ke posisi 3 RPM

66

4.4 Hasil Pengamatan

Tabel 7.2

Hasil Pengamatan Viskositas dan Gel Strength

Bahan Lumpur

Komposisi Satuan Urutan Mix Hasil Pengamatan (s)

Aquadest 350 mL20’ L 102 detik

Bentonite 22,5 gram

Tabel 7.3

Hasil Pengamatan pH Pada Lumpur Pemboran

Bahan lumpur

Komposisi SatuanUrutan Mixing

Rheometer

RPMHasil

Pengamatan

Aquadest 350 mL15’

Low

600 43

300 31

200 27

100 21

Bentonit

e22,5 gr

6 15

3 13

CMC-LV 0,2 GR 5’ Low

AV 21,5

PV 12

YP 19

GL 10” 15

GL 10’ 47


67

4.5 Pengolahan Data

4.6.1 Mencari AV (Apparent Viscocity)

Diketahui :

R600 = 43

Ditanya :

AV = ... ?

Dijawab :

AV = R600

2

= 432

= 21,5

4.6.2 Mencari PV (Plastic Viscosity)

Diketahui :

a. R600 = 43

b. R300 = 31

Ditanya :

PV = ... ?

Dijawab :

PV = R600 – R300

= 43 – 31

= 12


68

4.6.3 Mencari YP( Yield Point )

Diketahui :

a. R300 = 31

b. PV = 12

Ditanya :

YP = ... ?

Dijawab :

YP = R300 - PV

= 31 -21

= 19

4.6 Pembahasan

Percobaan pengukuran viskositas dan gel strength bertujuan agar

praktikan dapat mengetahui nilai viskositas relatif lumpur dengan

menggunakan Marsh Funnel, menentukan viskositas nyata, Plastic Viscosity

dan Yield Point menggunakan Rheometer, mempelajari rheologi lumpur

pemboran, menghitung nilai Gel Strength pada lumpur, mengetahui

perbedaan antara viskositas dan Gel Strength.

Viskositas merupakan suatu keengganan dari suatu fluida untuk

dapat mengalir atau bergerak. Dalam hal ini viskositas dapat diakatakan

sebagai kekentalan fluida. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka

semakin kental fluida tersebut dan semakin susah bagi fluida tersebut untuk

mengalir. Begitu juga sebaliknya jika nilai dari viskositas semakin kecil


69

maka semakin cair fluida tersebut dan semakin mudah baginya untuk

mengalir.

Selain viskositas sifat Gel Strength pada lumpur pemboran juga

berperan penting, karena pada saat Round Trip atau saat mencabut maupun

memasukkan rangkaian pipa pemboran proses sirkulasi lumpur akan

dihentikan dan Sifat Gel Strength dari lumpurlah yang mencegah Cutting

atau serpihan - serpihan formasi turun dan mengendap kembali di dasar

lubang bor yang dapat mengakibatkan merusakakan pemboran selanjutnya.

Gel Strength adalah sifat luida dimana fluida atau zat cair akan

menjadi lebih kental dalam keadaan diam dan semakin lama akan semakin

mengental. Sifat inilah yang berguna untuk menahan cutting pada saat

sirkulasi berhenti.

Alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu Cup Mixer untuk

membuat lumpur dasar, Cup Mud Funnel untuk menampung lumpur dari

Marsh Funnel, Rheometer untuk menghitung Rheology lumpur, gelas kimia

untuk tempat lumpur dasar, gelas ukur untuk mengambil lumpur, Marsh

Funnel untuk lumpur yang akan diukur viskositas relatifnya, Multi Mixer

untuk mengaduk saat membuat lumpur dasar, Stopwatch untuk menghitung

besar viskositas relatif lumpur, timbangan untuk menimbang Bentonite.

Bahan yang digunakan yaitu Aquadest 350 ml sebagai pelarut, Bentonite

22,5 gr sebagai zat terlarut dan bahan dasar lumpur, CMC-LV 0,1 gr sebagai

zat aditif dalam percobaan ini.


70

Terdapat 4 prosedur percobaan yang harus dilakukan. Yang pertama

adalah membuat lumpur dasar. Langkah yang pertama Menyiapkan alat dan

bahan yang akan digunakan lalu Memasukan 350 ml Aquadest dan 22,5 gr

bentonite kedalam Cup Mixer, Melakukan Mixing di Multi Mixer dengan

kecepatan Low selama 15 menit, Menambah 0,2 gr CMC-LV kedalam Cup

Mixer, Melakukan Mixing selama 5 menit dengan kecepatan Low,

Menuangkan lumpur yang telah dibuat kedalam gelas kimia, Merapihkan

alat dan bahan yang telah digunkan.

Prosedur yang kedua yaitu mengukur viskositas menggunakan

Marsh Funnel. Langkah yang pertama menyiapkan alat dan bahan yang

akan digunakan, menutup lubang bagian bawah Marsh Funnel dengan jari

memasukkan lumpur kedalam Marsh Funnel sampai menyentuh garis

singgung yang ada didalam Marsh Funnel, membuka jari tangan agar

lumpur mengalir kedalam marsh funnel sambil menghitung berapa lama

waktu yang diperoleh menggunakan stopwatch sampai menyentuh garis

singgung didalam Cup Marsh Funnel, mencatat hasil yang diperoleh dari

waktu yang diperlukan untuk mengalir dalam satuan detik, membersihkan

dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.

Prosedur ketiga yaitu mengukur Shear Stress menggunakan

Rheometer. Langkah yang pertama yaitu menyiapkan alat dan bahan yang

akan digunakan, mencampurkan lumpur dasar dan CMC-LV sebanyak 0,2

gram kedalam Cup Mixer lalu memixingnya kembali selama 5 menit dengan

kecepatan Low, memasukkan lumpur kedalam Cup Chamber sampai batas


71

tepi yang sudah ada pada rheometer, meletakkan cup pada Rheometer yang

kedudukannya sampai lubang rotor tertutup oleh lumpur, menyalakan

rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high.

lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, menyalakan rheometer pada

300 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan Low. lihat skala yang

ditunjukkan oleh Rheometer, menyalakan Rheometer pada 200 RPM dengan

posisi knop diatas dan kecepatan High. lihat skala yang ditunjukkan oleh

Rheometer, menyalakan rheometer pada 100 RPM dengan posisi knop

diatas dan kecepatan Low. lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer,

Menyalakan Rheometer pada 6 RPM dengan posisi knop ditengah dan

kecepatan High. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, Menyalakan

rheometer pada 3 RPM dengan posisi knop ditengah dan kecepatan Low.

Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, mencatat hasil yang didapat

dari skala Rheometer, Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang

telah digunakan

Prosedur yang terahir yaitu mengukur gel strength menggunakan

Rheometer. Langkah yang pertama yaitu menyiapkan alat dan bahan yang

akan digunakan, mencampurkan lumpur dasar dan CMC-LV sebanyak 0,2

gram kedalam Cup Mixer lalu memixingnya kembali selama 5 menit dengan

kecepatan Low, memasukkan lumpur kedalam Cup Chamber sampai batas

tepi yang sudah ada pada Chup Chamber , meletakkan Cup pada Rheometer

dengan kedudukannya, sampai lubang rotor terendam oleh lumpur,

meletakkan Cup pada Rheometer dengan kedudukannya, sampai lubang


72

rotor terendam oleh lumpur, Menyalakan rheometer pada 600 RPM dengan

posisi knop dibawah dan kecepatan high selama 30 detik, Matikan

rheometer selama 10 detik, kemudian naikkan knok ke posisi 3 RPM

kecepatan low, lalu lihat simpangan terjauh yang didapat, Menyalakan

rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high,

selama 30 detik , Matikan rheometer selama 10 menit, kemudian naikkan

knop ke posisi 3 RPM, Mencatat hasil yang didapat dari skala rheometer,

Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.

Setelah melakukan percobaan diperoleh hasil pengamatan dan

pengolahan data sebagai berikut. Pada percobaan pengukuran viskositas

relatif hasil yang didapat yaitu 102 detik dan pada percobaan pengukutan

viskositas nyata dan gel strength, shear stress pada R600 adalah 43, pada R300

adalah 31, pada R200 adalah 27, pada R100 adalah 21, pada R6 adalah 15,

pada R3 adalah 13 .Nilai gel strength 10 detik adalah 47 dan nilai gel

strength 10 menit adalah 47. Nilai apparent viscosity semesar 21,5 poise,

nilai plastic viscosity sebesar 12 poise dan nilai yield point adalah 19 lb/100

ft2.


73

4.7 Analisa Kesalahan

Dari percobaan Pengukuran Viskositas dan Gel Strength terdapat

beberapa kesalahan yaitu :

a. Pada saat mengukur Gel Strengh yang 10 detik praktikan tidak fokus saat

melihat simpangan terjauh skalanya sehingga harus di ulang.

b. Melihat waktu pada Stopwatch kurang teliti pada saat mengukur

viskositas relatif.

4.8 Kesimpulan

Setelah melakukan Pengukuran Viskositas dan Gel Strength dapat

disimpulkan, yaitu :

1. Nilai viskositas berdasarkan pengukuran dengan Marsh Funnel adalah

102 detik.

2. Nilai Plastic Viscositynya adalah 12 poise dan nilai Yield Point adalah 19

lb/100 ft2.

3. Rheologi lumpur pemboran terdiri dari Plastic Viscosity, Yield Point, Gel

Strength , Viskositas. Plastic Viscosity adalah tahanan terhadap aliran

yang disebabkan oleh adanya gesekan antara sesama benda padat

didalam lubang bor dan merupakan salah satu parameter kenaikan Solid

dalam lumpur. Yield Point adalah tahanan terhadap aliran akibat dari

adanya gaya elektro kimia antara padatan dengan padatan, cairan dengan

cairan maupun padaran dengan cairan. Gel Strength adalah sifat fluida

dimana fluida atau zat cair akan menjadi lebih kental dalam keadaan

diam dan semakin lama akan semakin mengental. Sifat inilah yang


74

berguna untuk menahan Cutting pada saat sirkulasi berhenti. Viskositas

merupakan suatu keengganan dari suatu fluida untuk dapat mengalir atau

bergerak. Dalam hal ini viskositas dapat diakatakan sebagai kekentalan

fluida. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka semakin kental fluida

tersebut dan semakin susah bagi fluida tersebut untuk mengalir. Begitu

juga sebaliknya jika nilai dari viskositas semakin kecil maka semakin

cair fluida tersebut dan semakin mudah baginya untuk mengalir.

4. Nilai Gel Strength pada lumpur Gel Strength 10 detik adalah 15, Gel

Strength 10 menit adalah 47.

5. Perbedaan viskositas dan Gel Strength adalah viskositas adalah sifat

fluida yang menunjukkan keengganan fluida untuk mengalir. Viskositas

dapat di sebut kekentalan fluida. Viskositas memiliki peranan dalam

mengangkat Cutting selama proses sirkulasi berlangsung. Sedangkan Gel

Strength adalah sifat fluida atau zat cair akan menjadi semakin kental apa

bila berada dalam keadaan diam. Gel strength memiliki peranan untuk

menahan cutting agar tidah turun ke dasar lubang bor selama proses

sirkulasi berhenti.


pengukuran viskositas dan gel strength menggunakan rheometer dan marsh funnel

Documents