BAB IV

SISTEM PEMUTAR

(ROTATING SISTEM)

4.1. TEORI DASAR

Fungsi utama sistem pemutar adalah untuk memutar rangkaian pipa bor dan

memberikan beban (beratan) pada bagian atas dari pahat selama operasi pemboran

berkangsung. Selain itu peralatan putar juga berfungsi untuk menggantungkan

rangkaian pipa bor yaitu dengan slip yang dipasang (dimasukkan) pada rotary table

ketika disambung atau melepas bagian-bagian drill pipe.

Sistem pemutar ini terdiri dari tiga sub komponen utama, yaitu :

1. Peralatan putar (rotary assembly)

2. Rangkaian pipa bor

3. Mata bor atau pahat (bit)

4.2 PERALATAN PUTAR

Peralatan putar ditempatkan pada lantai bor di bawah crown block dan diatas

lubang. Peralatan putar terdiri dari Meja putar, Master bushing, Kelly bushing, dan

Rotary Slip.

a. Meja putar

Meja putar (rotary table) berfungsi untuk :

• Meneruskan gaya putar dari drawwork ke rangkaian pipa bor melalui kelly

bushing dan kelly.

• Menahan pipa bor dalam lubang pada saat penyambungan atau pelepasan pipa

bor dilakukan.

Tenaga dari prime mover disalurkan ke rotary table dengan dua cara, yaitu :

• Dengan menggunakan rantai melalui drawwork.

• Langsung dari prime mover dengan belt.

b. Master bushing

Master bushing merupakan bagian dari rotary table yang berfungsi sebagai

kedudukan kelly bushing atau rotary slip.

c. Kelly bushing

Kelly bushing berfungsi untuk meneruskan tenaga putardari rotary table ke

rangkaian pipa bor selama operasi pemboran berlangsung.

d. Rotary Slip

Rotary slip akan berfungsi sebagai penggantung rangkaian pipa bor pada saat

dilakukan penyambungan ataupun pelepasan bagian rangkaian pipa bor.

Pemasangannya dilakukan dengan cara memasukkannya ke dalam master bushing.

4.3. RANGKAIAN PIPA BOR

Rangkaian pipa bor merupakan suatu rangkaian yang menghubungkan antara

swivel dan mata bor, dan berfungsi untuk :

• Menaik turunkan mata bor

• Memberikan beban di atas pahat untuk penembusan

• Meneruskan putaran ke mata bor

• Menyalurkan fluida pemboran yang bertekanan ke mata bor.

Rangkaian pipa bor secara berurutan terdiri dari Swivel, Kelly, Drill Pipe, dan

Drill Collar.

a. Swivel

Swivel terletak pada bagian paling atas dari rangkaian pipa bor. Alat ini

mempunyai fungsi untuk :

• Memberikan kebebasan rangkaian pipa bor untuk berputar.

• Memberikan perpaduan gerak vertikal dengan gerak berputar dapat bekerja

bersama-sama.

• Sebagai penghubung antara rotary hose dengan kelly.

Bagian-bagian dari swivel adalah sebagai berikut :

1. Bail, merupakan bagian atas dari swivel berfungsi untuk penggantung swivel

pada hook.

2. Goosneck, pipa berbentuk huruf U yang mirip dengan leher angsa, terletak pada

bagian atas swivel yang berfungsi untuk menghubungkan rotary hose dengan

swivel.

3. Internal Washpipe assembly, terletak pada bagian atas swivel bonnet yang

berguna untuk menghubungkan rotary hose (dari goose neck) dengan rotating

swivel stem. Washpipe assembly merupakan alat yang terpisah dari swivel,

sehingga dapat dilepas apabila diperlukan (untuk dibersihkan misalnya).

4. Bonnet, merupakan suatu bagian dari swivel yang terbuat dari metal dan

berfungsi sebagai pelindung washpipe assembly.

5. Rotating swivel stem, merupakan poros perputaran pada swivel.

6. Pin , merupakan ulir bagian bawah pada swivel yang berfungsi untuk

menyambung swivel dengan bagian atas dari kelly cock.

b. Kelly

Kelly merupakan rangkaian pipa bor paling atas, irisan luar berbentu segi tig,

empat, segi enam. Kelly dimasukkan kedalam kelly bushing, yang berfungsi untuk

meneruskan gaya putar (torsi) dari rotary table ke kelly dan kemudian diteruslan le

seluruh rangkaian pipa bor.

Pada kelly terdapat dua sub-alat pokok, yaitu

1. Upper Kelly Cock,

Merupakan suatu valve (katup) yang dipasang diantara swivel dan kelly. Fungsi

dari upper kelly cock adalah untuk menutup kelly pada saat sirkulasi dihentikan

sehingga dapat menahan tekanan balik dari lubang bor yang bertekanan tinggi.

2. Lower Kelly Cock,

Merupakan suatu valve yang bekerja secara otomatis sebagai penahan cairan

pemboran dalam kelly pada saat melakukan penyambungan.

c. Drill Pipe (DP)

Merupakan bagian dari rangkaian pipa bor yang panjangnya tergantung dari

kedalaman pemboran, sehingga biasanya berjumlah paling paling banyak untuk

mencapai kedalaman lubang bor yang diinginkan.

Fungsi utama dari drill pipe adalah sebagai berikut :

• Menghubungkan kelly terhadap DC

• Meneruskan aliran lumpur bor dari swivel ke mata bor.

• Memberikan panjang rangkaian bor, untuk menembus formasi yang lebih dalam.

• Memungkinkan naik turunnya rangkaian pipa dan mata bor.

• Meneruskan putaran dari meja putar ke mata bor.

Karakteristik Drill Pipe

• Jenis Drill Pipe

Drill pipe yang biasa digunakan dalam operasi pemboran ada dua jenis, yaitu :

1. Standart Drill Pipe

Digunakan dari permukaan sampai pada bagian atas drill collar. Pada

umumnya drill pipe diikuti drill collar diatas mata bor.

2. Heavy Weight Drill Pipe (HWDP)

Drill pipe jenis ini berfungsi sebagai pemberat rangkaian pipa bor pada

kondisi-kondisi khusus, misalnya pada waktu terjadi down hole problem,

seperti pipa terjepit (pipe sticking), runtuhan shale (slouging shale) dan

sebagainya.

Ukuran dan Panjang

Ukuran dan panjang drill pipe dikategorikan menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Short, panjangnya antara 18" sampai 22" (c a t a t a n

2. Medium, antara 27 " sampai 30 ".

: ukuran ini

jarang digunakan dalam suatu operasi pemboran)

3. Long, antara 39" sampai 45".

Penyambungan Drill Pipe

Setiap section atau joint drill pipe standar umumnya mempunyai tiga bagian

pokok, yaitu tool joint pada kedua ujungnya, dan sebuah pipa (atau disebut tubs).

Kedua tool joint tersebut adalah :

1. Pin Connection, yang terletak pada bagian bawah drill pipe dan ulirnya dibuat

pada bagian luar dari pipa.

2. Box Connection, terletak pada bagian atas drill pipe dan ulirnya dibuat pada

bagian dalam dari pipa.

d. Drill Collar (DC)

Drill collar mempunyai bentuk seperti drill pipe, akan tetapi diameter dalamnya

lebih kecil dan diameter luarnya sama dengan diameter luar dari tool joint drill pipe.

Fungsi dari drill collar dalam rangkaian pipa bor adalah sebagai berikut :

• Sebagai pemberat (weight on bit, WOB) sehingga rangkaian pipa bor tetap

dalam kondisi tegang untuk menahan gaya yang menyebabkan terjadinya

pembelokan lubang, selama pemboran berlangsung.

• Membuat agar putaran rangkaian bor stabil.

• Memperkuat bagian bawah dari rangkaian pipa bor agar mampu menahan

adanya gaya puntiran.

Dengan demikian diharapkan operasi pemboran akan berjalan dengan laju

(ROP) yang besar, lubang bor yang lurus serta faktor kerusakan yang minimal untuk

ranglaian pipa bor, terutama drill pipe-nya.

Berdasarkan kondisi fisiknya, drill collar dapat dibedakan menjadi tiga jenis,

yaitu sebagai berikut :

1. Standart Drill Collar, mempunyai permukaan yang halus dengan box

connection terletak pada bagian atas (top) dan pin connectionnya pada bagian

bawah (bottom).

2. Spirraled Drill Collar, mempunyai permukaan yang beralur, seperti spiral dan

digunakan pada keadaan khusus, yaitu untuk mencegah terjadinya penjepitan

lubang bor pada pipa (differential wall sticking).

3. Zipped Drill Collar, pada permukaan terdapat ceruk (lekukan0 yaitu pada

bagian ujung atas drill collar yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan.

Karakteristik Drill Collar

• Perbedaan antara Drill Pipe dan Drill Collar

Perbedaan pokok antara drill pipe dengan drill collar terletak pada ukuran,

berat serta kekuatannya. Perbedaan yang lain adalah pada teknik

penyambungannya, dimana pada drill pipe terdapat tool joint sedangkan pada

drill collar tidak. Hal ini dikarenakan drill collar mempunyai dinding yang lebih

tebal dibanding drill pipe, sehingga ulir dapat dibuat pada dinding drill collar itu

sendiri.

• Ukuran Drill Collar

Ketentuan-ketentuan yang umum mengenai ukuran drill collar adalah

sebagai berikut :

1. Pada umumnya mempunyai panjang 30 ft atau mungkin kurang, akan tetapi

tidak mungkin lebih.

2. Tebal dindingnya minimum 3,5 inch.

3. Beratnya lebih dari 3 ton.

4. Pemasangan drill collar pada bagian bagian bawah rangkaian pipa bor

memungkinkan untuk 2 sampai 60 buah.

4.4. MATA BOR (PAHAT, BIT)

Mata bor merupakan ujung paling bawah dari rangkaian pipa bor yang secara

langsung bersentuhan dengan lapisan formasi. Mata bor berfungsi untuk

menghancurkan batuan dan menembus formasi sampai pada kedalaman yang

diinginkan.

Bagian-bagian dari mata bor adalah sebagai berikut :

• Shank, merupakan suatu alur ulir untuk menghubungkan mata bor dengan bit sub

atau box connection pada bagian bawah drill collar.

• Bit Lugs, bagian dari mata bor yang berfungsi untuk dudukan poros dan cone.

• Cone, merupakan suatu roda-roda bergerigi (gerinda) yang berputar pada bagian

bawah mata bor.

• Fluid Passage Way (jets), adalah suatu nozzle yang terdapat pada bagian bawah

mata bor dan berfungsi untuk menyemprotkan fluida pemboran (lumpur bor) ke

formasi.

Berdasarkan fungsinya mata bor diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Drag bit

2. Roller - cone

3. Diamond bit.

a. Drag Bit

Drag bit tidak mempunyai roda-roda yang dapat bergerak dan membor dengan

gaya keruk dari bladenya. Letak nozzle pada jenis bit ini dirancang agar lumpur

keluar dari rangkain pipa bor langsung menyemprot bladenya. Bit jenis ini biasanya

digunakan pada formasi lunak dan plastik.

Masalah-masalah yang sering timbul pada penggunan drag bit antara lain adalah

sebagai berikut :

1. Pembengkokan lubang bor.

2. Under Gauge, yaitu diameter lubang bor yang terbentuk tidak sesuai dengan

target.

3. Balling, yaitu pelapisan padatan pada bit, hal ini terjadi pada pemboran formasi

shale.

Masalah pembengkokan lubang dapat dikurangi dengan penambahan weight on bit

dengan menambah drill collar.

b. Roller Cone

Merupakan bit yang mempunyai kerucut (cone) yang dapat berputar untuk

menghancurkan batuan. Pada masing-masing cone terdapat gigi-gigi. Gigi yang

relatif panjang dan jarang atau renggang digunakan pada pemboran formasi lunak,

sedangkan gigi yang relatif pendek dan berdekatan digunakan untuk menembus

formasi batuan yang sedang sampai keras.

Berdasarkan jenis giginya, roller cone bit dibedakan menjadi dua macam, yaitu :

1. Steel Tooth Bit (milled tooth bit), dan

2. Insert bit.

c. Diamond Bit

Pengeboran dengan menggunakan diamond bit sifatnya bukan penggalian,

tetapi berprinsip pada proses penggoresan dari butir-butir intan yang dipasang pada

matrix besi sehingga laju pemboran yang terjadi adalah lambat.

Pemakaian intan dipertimbangkan karena karena intan dianggap zat padat yang

paling keras dan abrasif, dan pada prakteknya pemakaian diamond bit pada operasi

pemboran mempunyai umur yang relatif panjang (awet) sehingga mengurangi

frekuensi round trip, dengan demikian akan mengurangi biaya pemboran.

4.5. SPECIALIZED DOWN HOLE TOOLS

Specialized down hole tools merupakan peralatan khusus yang digunakan

untuk mengontrol kerja rangkaian pipa bor selama operasi pemboran berlangsung.

Specialized down hole tools yang umum digunakan adalah :

1. Stabilizer

2. Rotary Reamers

3. Sock Absorber

a. Stabilizer

Stabilizer digunakan sebagai bottom hole assembly untuk menjaga kestabilan

bit dan DC dalam lubang bor selama berlangsung operasi pemboran.

Ada 4 jenis stabilizer :

1. Non-rotating sleave type stabilizer

2. Sleave type rig replairable stabilizer

3. Replaceable wear pod rig repairable stabilizer

4. Blande stabilizer

b. Rotary Reamers

Merupakan peralatan yang digunakan pda operasi pemboran terutama menjaga

ukuran lubang bor .

c. Shock Absorbers

Sering juga disebut "shock sub" , merupakan peralatan yang diletakkan pada

bagian bawah section DC untuk mengurangi getaran dan kejutan yang ditimbulkan

oleh "cutting action of the bit" ketika membor batuan keras patahan dan selang-

seling batuan keras-lunak, hal ini akan mengurangi terjadinya kerusakan rangkaian

pipa bor dan bahkan rig-nya sendiri.

4.6. PEMBAHASAN

Parameter pemboran yang dijadikan indikator keberhasilan suatu operasi

pemboran dan berhubungan secara langsung dengan sistem putar adalah laju

penembusan (rate of penetration, ROP), yang didefinisikan sebagai pertambahan

kedalaman yang ditembus per satu satuan waktu.

Besarnya laju pemboran di pengaruhi oleh faktor-faktor tertentu, antara lain

adalah Karakteristik formasi yang ditembus, faktor mekanik, karakteristik fluida

pemboran (lumpur pembasuh), serta faktor hidrolik,

Salah satu faktor yang dapat optimasikan adalah faktor-faktor mekanik yang

meliputi weight on bit (WOB), putaran rotary table (N), serta kombinasi dari kedua

parameter tersebut .

a. Beratan pada pahat (weight on bit, WOB)

Ada dua metode pendekatan yang umum digunakan untuk penentuan beratan

pada pahat (WOB), yaitu :

1. WOB dibawah compressive strenght batuan, dan

2. WOB diatas beratan kritis atau compressive strenght batuan.

(c a t a t a n

Dari hasil analisa, baik lapangan maupun test laboratorium (Grafik 4.1),

apabila WOB diatas beratan kritis atau compressive strenght batuan, maka

: metode pendekatan kedua lebih sering digunakan).

hubungan antara beratan pahat (WOB) dengan laju pemboran (ROP) merupakan

suatu garis lurus berdasarkan pada persamaan sebagai berikut :

ROP a b W= + . ............................ (4.1)

dimana,

• ROP= laju penembusan (rate of penentration), ft/hr.

• W = beratan pahat (weight on bit), lbs

• a = intercept

• b = slope

(c a t a t a n

: a dan b besarnya tergantung pada sifat batuan, jenis dan

ukuran pahat, serta sifat lumpur bor)

Grafik 4.1

ROP vs WOB pada Compressive Strenght dua batuan

b. Putaran Rotary Table (N)

Pengaruh putaran rotary table (dinotasikan dengan N) terhadap rate of

penetration tidak dapat ditetapkan dengan pasti, akan tetapi secara umum dapat

dikatakan bahwa ROP bertambah dengan naiknya N.

Dari hasil test lapangan dan laboratorium, hubungan antara ROP dengan N

dapat dirumuskan sebagai :

ROP f N n= ( ) ............................... (4.2)

dimana,

• ROP = laju penembusan (rate of penentration), ft/hr.

• N = putaran rotary table, rpm.

• f = suatu fungsi tetapan.

• n = konstanta ( n < 1 ).

c. Pengaruh Kombinasi WOB dan N

Secara empiris, dari kombinasi persamaan 4.1 dan 4.2 didapatkan persamaan

sebagai berikut :

ROP e f W N= + ( )1

2 ...................... (4.3)

dimana,

• e, f = konstanta suatu kondisi yang sudah diketahui

Apabila dalam persamaan 4.1 harga intercept (a) = 0, maka persamaan 4.3 akan

menjadi

ROP f Wd

N= '1

2 ....................... (4.4)

dimana,

• d = diameter pahat, inch.

• W = WOB per inch diameter pahat, lb/inch

Sedangkan berdasarkan koreksi dari hasil test lapangan, persamaan 4.4 dapat

dinyatakan sebagai berikut :

ROP f W Nm= '1

2 ........................ (4.5)

dimana, m ≅ 1,2

Didalam prakteknya, harga W dan N yang terlalu besar akan menyebabkan

mata bor menjadi cepat aus, serta gagalnya peralatan seperti patahnya drill pipe dan

sebagainya.

Grafik 4.2.

Pengaruh N terhadap ROP pada WOB yang variable

4.4. KESIMPULAN

Besarnya laju pemboran (rate of penetration, ROP) di pengaruhi oleh faktor-

faktor tertentu, antara lain adalah sebagai berikut :

1. Unit pemborang yang digunakan, yang meliputi :

• Ukuran,

• Maintenance yang teratur, dan

• Derajat otomatisasi, serta jenis sumber tenaga yang digunakan.

2. Karakteristik formasi yang ditembus, yang meliputi :

• Compressive strength batuan,

• Kekerasan, kondisi bawah permukaan,

• Elastisitas,

• Jenis Fluida terkandung, dan

• Temperatur reservoir.

3. Faktor-faktor mekanik, yang meliputi :

• WOB,

• Putaran rotary table, dan

• Jenis serta ukuran bit.

4. Karakteristik fluida pemboran (lumpur pembasuh), yang meliputi :

• Densitas lumpur,

• Kadar solid dalam lumpur,

• Sifat fluida,

• Konsentrasi minyak,

• Filtrasi (water loss) dan

• Tegangan permukaan.

5. Faktor-faktor hidrolik, yang meliputi :

• Derajat kebersihan cutting dalam lubang bor,

• Kecepatan lumpur pada bit nozzle, serta

• Debit sirkulasi.