BAB IIIASPEK PENYEMENAN3.1. Sejarah dan Definisi Semen3.1.1. Sejarah Semen di Industri PerminyakanSemen yang umumnya digunakan dalam industri perminyakan adalah semenPortland, yang ditemukan pertama kali dan dipatenkan oleh seorang penemu berkebangsaan Inggris Joseph Aspdin (1824), ia membuat semen dengan cara membakar batuan limestone dan batuan clay di dapurnya, kemudian menjadikannya bubuk semen hidrolis yang berarti semen tersebut dapat mengeras juka bercampur dengan air. Joseph Aspdin menamakan semen tersebut pertama kali didapatkan dari pulau Portland, Inggris. Dengan penemuan ini, Joseph Aspdin telah meletakkan dasar dari industry Portland dewasa ini.Kegiatan penyemenan dalam industry perminyakan digunakan pertama kali pada tahun 1903 di Amerika oleh Frank F. Hill dari Union Oil Company untuk menyumbat zona air di atas lapisan batu pasir yang mengandung minyak, pada salah satu sumur minyak di lapangan Lompoc, California. Teknik penyemenan yang digunakan adalah dengan menggunakan suatu boiler yang dirancang khusus untuk mencampur bubuk semen Portland dan air yang disebut dengan neat cement kemudian memasukkannya ke dalam sumur dengan menggunakan boiler tersebut. Setelah 28 hari, pekerja meneruskan pengeboran pada lapisan batu pasir dan secara15efektif teknik tersebut telah mengisolasi zona air. Teknik ini menjadi hal yang tepat guna dan segera menyebar ke seluruh lapangan di California pada waktu itu.Pada tahun 1920, Erle P. Halliburton memperkenalkan dan memperoleh hak paten untuk metoda penyemenan baru dengan menggunakan peralatan yang disebut jet mixer, yang mampu mengatasi kendala pada proses pencampuran bubuk semenPortland dan air dengan hasil yang memuaskan pada lapangan Hewit di Carter Country, Oklahoma.3.1.2. Defenisi PenyemenanSemen merupakan suatu bahan yang bersifat hidrolis, yaitu bahan yang akan mengalami proses pengerasan pada percampurannya dengan air ataupun larutan asam. Salah satu jenis semen yang khas dan biasa aplikasikan dalam industri perminyakan adalah semen portland (mula-mula ditemukan di pulau Portland, Inggris) .Cementing atau penyemenan adalah proses pendorongan bubur semen ke dalam casing dan naik ke annulus yang kemudian didiamkan sampai semen tersebut mengeras hingga mempunyai sifat melekat baik terhadap casing maupun formasi. Proses penyemenan dilakukan pada sekeliling outside diameter casing yang telah dimasukkan kedalam wellbor. Diameter lubang sumur bor lebih besar dari pada diameter casing, karena itu untuk memperkuat posisi casing maka perlu dilakukan penyemenan.16

Kenaikan temperatur dan tekanan pada semen akan menaikan compressive strength dari semen. Akan tetapi untuk temperatur diatas 230F compressive dari semen turun. Penurunan dari strength disebut juga Strength retrogression.Strength retrogression dapat pula terjadi karena penambahan air diwaktu pembuatan semen terlalu banyak. Selain dari itu additive yang terlalu banyak dapat menyebabkan retrogression juga.SemenFormasiBatuanPipaSelubungGambar 3.1. Pipa yang disemen di dalam formasi[8]Prosedur untuk penyemenan dibagi menjadi dua, yaitu primary cementing dan secondary cementing. Primary cementing adalah proses penyemenan yang dilakukan segera setelah operasi pemboran selesai.Penyemenan suatu sumur merupakan salah satu faktor yang tidak kalah pentingnya dalam suatu operasi pemboran. Berhasil atau tidaknya suatu pemboran, salah satu diantaranya adalah tergantung dari berhasil atau tidaknya penyemenan sumur tersebut.17Penyemenan sumur secara integral, merupakan salah satu aspek yang sangat penting dalam suatu operasi pemboran, baik sumur minyak maupun gas. Semen tersebut digunakan untuk melekatkan rangkaian pipa selubung dan mengisolasi zona produksi serta mengantisipasi adanya berbagai masalah pemboran.Perencanaan penyemenan meliputi :a.Perkiraan kondisi sumur (ukuran, temperatur, tekanan, dsb.)b.Penilaian terhadap sifat lumpur pemboranc.Pembuatan suspensi semen (slurry design)d.Teknik penempatane.Pemilihan peralatan, seperti centralizers, scratchers, dan float equipmentProgram perencanaan penyemenan secara tepat, merupakan hal pokok yang akan mendukung suksesnya operasi pemboran.Pada dasarnya operasi penyemenan bertujuan untuk :1.Melekatkan pipa selubung pada dinding lubang sumur,2.Melindungi pipa selubung dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi pemboran (seperti getaran),3.Melindungi pipa selubung dari fluida formasi yang bersifat korosi, dan4.Memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain dibelakang pipa selubung. Penyemenan lubang sumur perlu dilakukan terutama untuk menyekat zona-zona pada sumur pemboran sehingga dapat mencegah masuk atau merembesnya fluida formasi yang tidak diinginkan ke dalam lubang sumur pemboran. Dengan penyekatan yang baik maka diharapkan dapat diperoleh produksi yang optimal.18Pelaksanaan penyemenan yang salah akan dapat menyebabkan terbentuknya channel semen, adanya produksi air/gas yang tidak diinginkan dan korosi pada pipa. Untuk mencegah timbulnya problema tersebut maka diperlukan pengetahuan yang luas tentang prinsip-prinsip dasar dan perhitungan dalam melaksanakan penyemenan.Semen yang digunakan dalam industri perminyakan adalah dalam bentuk material bubuk semen tanpa additives adalah semen portland. Bahan dari semen tersebut adalah limestone, clay dan senyawa besi (Fe2O3) ditambah gypsum sejumlah tertentu untuk memperlambat setting time dan untuk meningkatkan kekerasan semen.Portland Cement adalah semen yang biasa dipakai pada operasi penyemenan sumur dalam industri perminyakan. Portland cement ini akan mengeras bila bertemu dengan air. Semen ini dibuat dari bahan dasar calcareous seperti : limestone, marl, karang-karangan dan argillaceous seperti clay, shale, slate yang diproses pada rotary kiln (tempat pembakaran berputar) dengan temperatur 2600 2800F.3.1.3. Proses Pembuatan SemenPembuatan semen Portland dibedakan dalam dua proses, yaitu dry proses dan wet process. Perbedaan antara dua proses ini terletak pada proses peleburan material- material mentahnya. Setelah melewati salah satu proses di atas, material-material tersebut akan melalui proses pembakaran, pendinginan dan penggilingan untuk kemudian dipak.Secara garis besar semen dapat diklasifikasikan menjadi empat tahap pokok,yaitu :191.Proses peleburanada dua jenis proses peleburan semen yaitu proses basah (wet process) dan proses kering (dry process)2.Proses pembakaran3.Proses pendinginan dan4.Proses penggilingan.1.Proses PeleburanDry ProcessMaterial mentah sama-sama dihancurkan lalu dianalisis komposisinya. Setelah didapat komposisi kimia yang sesuai, campuran tersebut dibawa ke kiln. Campuran ini biasanya berukuran 100 200 mesh agar kontak antar partikel yang terjadi dapat maksimal.Wet ProcessProses ini lebih rumit dibandingkan dengan dry process karena lebih membutuhkan energi lebih besar untuk menguapkan air di kiln. Material calcareous dicampur air agar kerikil-kerikilnya keluar. Kemudian kedua material mentah ini digiling dalam wet grinding mill dan setelah didapat komposisi kimia yang diinginkan, campuran siap-siap dibawa ke kiln.2. Proses PembakaranSetelah melalui salah satu proses peleburan di atas (dry process atau wet process), campuran masuk ke dalam rotary kiln dan dipanaskan perlahan-lahan20melalui beberapa proses temperatur seperti berikut (API Spec. 10A, Material and Testing for Well Cement):100C= pembebasan air bebas

200C= dehidroksilasi mineral-mineral clay

900C= kristalisasi mineral-mineral clay yang mengalami

dehidroksilasi dan dekomposisi CaCO3.

900 1200 C= reaksi antara CaCO3 atau CaO dengan

aluminosilicates.

1250 1280 C= mulai terbentuk fasa liquid.

> 1280C= fasa liquid terus terbentuk, komponen-

komponen semen terjadi.

3. Proses PendinginanKualitas clinker, produk yang dihasilkan dari rotary kiln sangat tergantung dari kecepatan dan metode proses pendinginan. Bila laju pendinginan lambat, akan dihasilkan produk yang baik dimana terjadi proses kristalisasi dari clinker akan meningkatkan kekuatan semen. Sedangkan bila pendinginan cepat akan dihasilkan produk seperti gelas yang mempersulit clinker digiling, ini dapat mengakibatkan kekuatan semen cepat naik tetapi tidak lama.4. Proses PenggilinganSetelah clinker didinginkan perlahan-lahan dan ditempatkan di silo-silo, kemudian akan mengalami proses penggilingan. Selama proses penggilingan ini21biasanya ditambahakan gypsum sekitar 3 5 % untuk mengontrol pembebasan CaO guna mengheindari flash setting. Bubuk semen yang dihasilkan kemudian ditempatkan di silo-silo dan dipak.3.2. Operasi PenyemenanKetika lubang sumur minyak telah dilakukan pemboran dan kemudian pipa (casing) dimasukkan ke dalam annulus, barulah semen berperan sangat penting untuk melindungi sumur dari formasi yang berbahaya atau supaya casing tetap stabil.Casing sebaiknya mempunyai permukaan yang tidak terlalu kasar dan mempunyai kekerasan tertentu yang digunakan sesuai dengan standar operasinal menurut API.Bubur semen dipompakan ke dalam lubang sumur minyak, kemudian mengisi bekas ruang yang kosong di bottom hole (open hole), serta semen mengisi antara casing dengan casing yang dipompakan sampai ke permukaan. Kemudian dibiarkan sampai semen tersebut mengeras dan mengikat dengan formasi atau casing.Umumnya casing ini dipasang dari permukaan sampai kedalaman yang dikehendaki. Susunan casing yang dipasang biasanya terdiri dari :1) Conductor casingMerupakan pekerjaan awal penyemenan yang bertujuan untuk memperkokoh sumur agar tidak runtuh dan untuk menghindari terjdinya kerusakan-kerusakan dari lubang sumur selama dilaksanakan pemboran selanjutnya. Pada umumnya diameter casing yang digunakan adalah 24 inch.22

Gambar 3.2. Conductor Casing[8]2) Surface casingFungsi dari surface casing adalah untuk menjaga dinding sumur agar tidak runtuh, menjaga air penduduk atau air formasi tidak terkontaminasi dengan fluida dari aktifitas pemboran serta sebagai kedudukan alat BOP. Biasanya diameter casing yang digunakan dalam pemasangan surface casing berukuran 18 5/8 atau 13 3/8.23

Gambar 3.3. Surface casing[8]3) Intermediate casingSetelah pemasangan surface casing langkah selanjutnya memasang intermediate casing dengan jalan menambah lubang bor dengan alat yang disebut bit atau mata bor. Intermediate casing bertujuan untuk mengatasi atau mengisolasi adanya formasi-formasi yang mengganggu aktifitas pemboran diameter casing yang biasa digunakan adalah 13 3/8, 10 3/4.24

Gambar 3.4. Intermediet casing[8]4) Production casingProduction casing merupakan penyemenan tahap akhir dari primary cementing, dimana tujuannya adalah untuk tempat akumulasi fluida formasi sebelum diproduksi ke permukan. Casing ini biasanya berukuran 7 atau 10 3/4.25

Gambar 3.5. Production Casing[8]Gambar 3.6. Liner casing[8]26Namun untuk sumur-sumur dilapangan minyak DSF (Duri Steam Flooding) yang mempunyai kedalaman target pemboran yang relatif dangkal umumnya hanya dilakukan dua tahap penyemenan yaitu, penyemenan surface casing kemudian dilanjutkan dengan penyemenan production casing.Pada dasarnya kegunaan casing pada sumur minyak adalah :1)Mencegah runtuhnya dinding sumur bor2)Mencegah tercemarnya fresh water formation oleh lumpur pemboran3)Tempat memasang alat pencegah semburan liar4)Menghubungkan permukaan dengan lapisan produktif5)Menutup formasi yang akan menimbulkan kesulitan terhadap operasi pemboran.Casing yang dipasang dalam perencanaannya harus dapat menahan gaya-gaya yang bekerja pada casing dengan biaya serendah mungkin. Gaya-gaya yang bekerja pada casing adalah :1)Tension load, yaitu beban tarik yang disebabkan oleh berat rangkaian casing itu sendiri. Sambungan casing akan menahan beban ini, untuk itu kekuatan sambungan (joint strength) harus lebih besar dari beban tarik yang terjadi.2)External Pressure, yaitu tekanan dari luar casing seperti tekanan hidrostatis fluida di luar casing. Casing collapse resistance harus lebih besar dari external pressure yang terjadi agar casing tidak collapse.3)Internal / Burst Pressure, yaitu tekanan yang terjadi di dalam casing oleh karena tekanan formasi lebih besar dari tekanan hidrostatis fluida di dalam casing.27Casing burst pressure harus lebih besar dari internal pressure yang terjadi agar casing tidak pecah.Proses penyemenan dilakukan dengan beberapa langkah yaitu :1. Tahap I : Melakukan pemboran dengan menggunakan bit atau mata bor pada kedalaman tertentu. Selanjutnya dengan memompakan lumpur buatan yang telah dicampur additive tertentu yang dapat mengangkat cutting, mempertahankan formation pressure, mempertahankan integritas bore hole (mengangkat mud cake).2.Tahap II : Pemasangan casing kedalam lubang bor (run casing).3.Tahap III : Selanjutnya memompakan spacer ke dalam lubang bor. Spacerini berfungsi sebagai pemisah antara lumpur dan semen,

pengangkat lumpur.

4.Tahap IV: Memompakan semen kedalam sumur

5.Tahap V: Displacement yaitu memompakan air atau fluida ke dalam

lubang sumur sampai semen mencapai kedalaman annulus

tertentu.

3.3. Fungsi penyemenanPada dasarnya penyemenan sumurmerupakan faktor penting di dalam kegiatan perminyakan. Penyemenan ini dilakukan di annulus dalam suatu lubang pengeboran yang akan dipasanag casing. Atau pada annulus-annulus yang akan28dilakukan penyemenan ulang, karena adanya kerusakan yang disebabkan oleh pengaruh formasi atau bonding (ikatan) semen itu kurang sempurna.Fungsi semen pemboran dalam suatu pemboran dari sumur adalah:a.Melekatkan casing pada dinding formasi, agar kokoh dan kuat sehingga casing dapat berfungsi dengan sempurna.b.Melindungi casing / liner dari tekanan yang datang dari bagian luar casing yang dapat menimbulkan collapse.c.Mencegah adanya migrasi fluida yang tidak diinginkan dari satu formasi ke formasi lain, menutup zona lost circulation dan mengisolasi zona-zona di belakang casing sehingga tidak terjadi hubungan antar lapisan, serta menutup zona yang tidak diperlukan.d.Melindungi casing terhadap pengaruh lingkungan sekitar yang dapat merusak, seperti cairan formasi yang bersifat korosif, tekanan dan temperatur.e.Mengurangi kemungkinan terjadinya semburan liar atau blow out melalui annulus, melindungi casing terhadap tekanan formasi dan mencegah penyusupan gas atau fluida formasi bertekanan tinggi ke ruang antara casing dengan formasi yang bisa menyebabkan kebakaran di permukaan.f.Memperbaiki casing yang pecahg.Memperkecil gas oil ratio dan water oil ratio.Untuk memenuhi fungsi-fungsi tersebut di atas, maka semen pemboran harusmemenuhi beberapa syarat, yaitu :29a.Semen slurry harus dapat dipompa sampai ke tempat tertentu (mempunyai rheology yang baik).b.Semen setelah ditempatkan harus mempunyai kekuatan atau strength yang cukup besar dalam waktu tertentu (dapat dipompa selama kurang lebih 6 jam 500 psi).c.Semen harus memberikan daya ikat casing dengan formasi yang cukup atau baik.d.Semen tidak boleh terkontaminasi dengan kotoran (cairan formasi) maupun cairan pendorong semen.e.Semen harus stabil atau tidak mudah berubah strength-nya setelah beberapa waktu dari penempatannya.f.Semen harus impermeable (permeabilitas nol) yaitu tidak dapat mengalirkan dan dialiri fluida, karena digunakan untuk menyekat dinding lubang pemboran sehingga semen tidak mudah terkorosi akibat kontaminasi fluida formasi.g.Semen harus tahan terhadap sulfate yang sering terdapat dalam cairan formasi.h.Mempunyai thickening time yang sesuai dengan target penyemenan sumur.Proses penyemenan didasarkan pada kondisi sumur yang mencakup hal-hal sebagai berikut :a.Kedalaman sumurb.Temperaturc.TekananPada kedalaman berbeda dengan formasi yang berbeda pula maka akan terjadi perubahan temperatur dan tekanan. Untuk itu setiap formasi yang berbeda dibutuhkan campuran additive yang berbeda pula. Untuk melanjutkan tahap penyemenan30

selanjutnya maka semen harus dibiarkan mengeras terlebih dahulu, minimal kekerasan yang harus dicapai oleh semen adalah 500 psi.Setelah rangkaian casing diturunkan ke dalam lubang, ruang antara rangkaian casing dengan dinding lubang diisi dengan bubur semen. Bubur semen ini dibiarkan hingga keras membatu, sehingga mengikatkan rangkaian ke dinding lubang, dan sumur menjadi kuat dan kokoh. Gambaran casing yang sudah disemen dapat dilihat pada gambar dibawah ini.Gambar 3.7. Gambaran Rangkaian Casing yang Telah Disemen[8]Penyemenan yang dilakukan setelah pemasangan casing di dalam disebut dengan primary casing. Sedangkan penyemenan selain dari primary cementing dikelompokkan ke dalam secondary cementingBerdasarkan alasan dan tujuannya, penyemenan dapat dibagi dua, yaitu primary cementing, dan squeeze cementing.313.3.1. Primary CementingPrimary cementing adalah penyemenan pertama kali yang dilakukan setelah casing diturunkan kedalam sumur. Pada primary cementing, penyemenan casing pada dinding lubang sumur dipengaruhi oleh jenis casing yang akan disemen. Penyemenan conductor casing bertujuan untuk mencegah terjadinya kontaminasi fluida pemboran (lumpur pemboran) dengan formasi. Penyemenan surface casing bertujuan untuk melindungi air tanah agar tidak tercemar dari fluida pemboran, memperkuat kedudukan surface casing sebagai tempat dipasangnya BOP. Untuk menahan beban casing yang terdapat di bawahnya dan untuk mencegah terjadinya aliran fluida pemboran atau fluida formasi yang akan melalui surface casing.Penyemenan antara formasi dengan pipa selubung bertujuan untuk :1.Melekatkan casing dengan formasi melindungi formasi yang akan dibor dari formasi sebelumnya dibelakang pipa selubung yang mungkin bermasalah.2.Mengisolasi formasi tekanan tinggi dari zona dangkal sebelumnya.3.Melindungi daerah produksi dari water-bearing sands.Suspensi semen biasanya ditempatkan dibelakang pipa selubung. Suatu kondisi pemboran tertentu mungkin mengharuskan untuk penyemenan annulus tanpa penyemenan annulus secara keseluruhan.Penyebab yang umum adalah adanya zona lost circulation yang memungkinkan semen bersirkulasi kembali keatas. Sebab lain yang mungkin adalah kesalahan dalam pembuatan suspensi semen.