teknik penyemenan (cementing) jilid i
DESCRIPTION
Teknik PenyemenanTRANSCRIPT
TEKNIK PENYEMENAN
CEMENTING
JILID 1
DISUSUN OLEH : IR. KASWIR BATU
CEPU, 1999
K A T A P E N G A N T A R
i
LUMPUR PENDORONG
cementing line
casing yang sudah
tersemen sebelumnya
lumpur
bottom
plug
foot collar
shoe track
casing shoe
SEMEN
SEMEN
dinding
lubang
casing yg
mau disemen
top plug
permukaan
pin 2
pin 1
a
b
cCEMENTING
HEAD
Penyemenan merupakan faktor yang sangat penting dalam operasi
pemboran. Keberhasilan suatu operasi pemboran sangat tergantung kepada
keberhasilan penyemenan sumur.
Buku Teknik Penyemenan ini merupakan Jilid I, yang berisikan tentang fungsi
dari penyemenan, komponen-komponen bubur semen, dan parameter-
parameter atau sifat-sifat dari bubur semen, dan metda penyemenan.
Untuk mendalami teknik penyemenan lebih lanjut, dapat dibaca pada buku
Teknik Penyemenan Jilid II.
Buku ini dapat merupakan pegangan bagi pekerja pemboran dan mahasiswa
di Jurusan Teknik Perminyakan, karena isinya merupakan hal-hal yang harus
dikuasai.
Buku0buku Teknik Penyemenan saat ini sulit didapat yang sudah berbahasa
Indonesia. Sedangkan kebutuhan pengetahuan tentang teknik penyemenan
sangat diperlukan bagi pekerja pemboran dan mahasiswa di Jurusan Teknik
Perminyakan. Itulah sebabnya penulis berusaha membuat buku-buku
dibidang pemboran minyak dan gas bumi, maupun panas bumi.
Mudah-mudahan yang Maha Kuasa memberikan kekuatan dan waktu kepada
penulis untuk lanjutan buku ini dan untuk membuat buku-buku Teknik
Pemboran untuk topik-topik yang lain.
Semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca dan bagi diri penulis sendiri.
Cepu, Desember 1995
Hormat dari penulis.
ii
PENGUMUMAN
Bersama ini kami khabarkan bahwa telah terbit Buku-buku Teknik Pemboran
sebagai berikut:
1. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid I
2. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid II
3. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid III
4. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid IV
5. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid V
6. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid VI
7. Teknik Pencegahan Semburan Liar (Well Control) Latihan Soal-soal
dan Kuncinya
8. Peralatan Pencegahan Semburan Liar ( BOP ) Jilid I
9. Lumpur Pemboran Jilid I
10.Lumpur Pemboran Jilid II
11.Hirdolika Pemboran Jilid I
12.Hidrolika Pemboran Jilid II
13.Peralatan Pemboran Jilid I
14.Peralatan Pemboran Jilid II
15.Perhitungan Teknik Pemboran Jilid I
16.Perhitungan Teknik Pemboran Jilid II
17.Perhitungan Teknik Pemboran Jilid III
18.Fishing Jilid I
19.Fishing Jilid II
20.Casing Jilid I
21.Cementing Jilid I
22.Pemboran Lurus Jilid I
23.Pemboran Berarah Jilid I
24.Mud Loss Jilid I
25.Pipa Terjepit Jilid I
iii
26.Pemboran Lepas Pantai ( Offshore Drilling ) Jilid I
27.Latihan Soal Teknik Pemboran Jilid I
28.Latihan Soal Peralatan Pemboran Jilid I
Bagi anda yang berminat untuk mempunyai buku-buku tersebut diatas dapat
menghubungi:
IR. KASWIR BADU
---------------------
Jl. Dumai No. 154 Nglajo Cepu
Telp. : 0296. 422130
HP : 08155033761
Rek : BNI cabang Cepu 252000005733.901
Harga buku perbuah adalah Rp. 40.000,-
Terima kasih atas perhatiannya.
Hormat penulis.
------------------
iv
D A F T A R I S I
HAL
KATA PENGANTAR …………………………………………………………………
i
DAFTAR ISI ………………………………………………………………..
iv
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………………..
vi
I. PENDAHULUAN …………………………………………………………………
1
II. FUNGSI PENYEMENAN ……………………………………………………………….
3
III. BUBUR PENYEMENAN
………………………………………………………………… 10
3.1. Bubuk Semen
………………………………………………………………… 11
3.1.1. Komponen Bubuk Semen .……………………………………..
11
3.1.2. Klasifikasi Bubuk Semen .……………………………………….
12
3.2. Sifat-sifat Bubur Semen ……………………………………………………
15
3.2.1. Strength ……………………………………………………………….
15
3.2.2. Water Cement Ratio ………………………………………………
15
3.2.3. Berat Jenis ……………………………………………………………
17
3.2.4. Thickening Time ……………………………………………………
21
3.2.5. Filtration Properties ……………………………………………….
21
3.2.6. Perforating Qualities ………………………………………………
22
3.2.7. Permeabilitas Semen ……………………………………………..
22
3.2.8 Sulfate Resistance ………………………………………………….
22
3.3. Additive
…………………………………………………………………………… 23
3.3.1. Extender
……………………………………………………………….. 23
3.3.2. Retarder ………………………………………………………………..
30
3.3.3. Accelerator …………………………………………………………….
32
3.3.4. Filtration Loss Additive …………………………………………….
36
3.3.5. Lost Circulation Additive …………………………………………..
37
3.3.6. Friction Reducer
……………………………………………………… 38
3.3.7. Contamination Additive …………………………………………….
38
v
DAFTAR ISI ( LANJUTAN )
Halaman
3.3.8. Weight Material ……………………………………………………
39 3.4. Semen Khusus
………………………………………………………………… 40
3.5. Pengaruh Temperatur dan Tekanan
Terhadap Semen ……………………………………………………………..
42
PENUTUP
……………………………………………………………………………………………….
44
DAFTAR PUSTAKA
…………………………………………………………………………………… 45
vi
DAFTAR GAMBAR Hal.
GB. 1 Semen Menahan Cairan Corosif 4
GB. 2 Semen Mencegah Hubungan Antar Formasi 5
GB. 3 Mengisi Annulus Yang Tidak Penuh 6
GB. 4 Semen Menyumbat Perforasi Ynag Salah 7
GB. 5 Semen Menutup Perforasi Yang Melewatkan Air 8
GB. 6 Semen Menyumbat Formasi Yang Tidak Produktif 9
GB. 7 Semen Sebagai Fondasi Whipstock 10
1
I. PENDAHULUAN
Penyemenan pada sumur minyak dan gas maksudnya adalah pendorongan
bubur semen ( cemen slury ) ke dalam lubang sumur, kemudian dibiarkan di
sana sampai bubur semen tersebut mengeras.
Pendorongan bubur semen ke dalam sumur melalui casing, bubur semen
keluar dari casing shoe dan kemudian bubur semen terus naik annulus antara
casing dengan dinding lubang ataupun annulus antara casing dengan casing,
dan dibiarkan bubur semen mengeras di sana. Penyemenan casing seperti ini
disebut dengan Primaru Cementing.
Adakalanya pendorongan bubur semen adalah dengan menggunakan drill
pipe atau tubing ke dalam lubang, bubur semen keluar dari casing shoe dan
naik ke annulus antara casing dengan dinding lubang sampai ke permukaan.
Penyemenan ada juga yang dilakukan secara bertingkat, dengan kata lain
penyemenan tidak sekaligus. Penyemenan annulus bagian bawah bubur
semen keluar melalui casing shoe, dan penyemenan kolom annulus
diatasnya melalui suatu sambungan yang disebut dengan dual stage
cementing collar.
Penyemenan dengan menggunakan drill pipe serta penyemenan bertingkat
ini di kelompokkan juga ke dalam Primary Cementing.
Selain penyemenan-penyemenan yang disebutkan di atas masih terdapat
penyemenan-penyemenan dalam bentuk lain. Seperti penyemenan untuk
memperbaiki primary cementing, memperbaiki casing yang bocor, menutup
lubang perforasi, menutup formasi sebelum pembelokan lubang ( sebagai
landasan alat pembelok lubang) dan lain-lain. Penyemenan-penyemenan ini
dikelompokkan ke dalam Secondary Cementing.
2
Bubur semen atau cement slurry merupakan campuran dari tepung semen,
air dan additive. Untuk mendapatkan ikatan penyemenan yang baik, maka
ditambahkan bahan-
bahan tertentu ke dalam bubur semen. Bahan-bahan yang ditambahkan ini
disebut dengan additive.
Kadang-kadang penyemenan menggunakan semen khusus, kalau
penyemenan dengan bahan-bahan yang biasa menemukan kegagalan.
Semen khusus mempunyai keistimewaan, dan tentu harga bahannya akan
mahal.
3
II. FUNGSI PENYEMENAN
Fungsi penyemenan ditinjau dari Primary Cementing dan Secondary
Cementing.
Fungsi Primary Cementing adalah sebagai berikut:
- Melekatkan casing dengan formasi.
- Melindungi casing dari berkarat.
- Mencegah hubungan formasi-formasi di belakang casing.
- Melindungi casing dari tekanan formasi.
- Menutup zone-zone atau formasi-formasi yang membahayakan
operasi pemboran selanjutnya.
Fungsi Secondary Cementing adalah sebagai berikut:
- Memperbaiki primary cementing yang tidak baik, atau tidak
sempurna.
- Memperbaiki casing yang bocor.
- Menutup lubang perforasi yang salah.
- Menutup lubang terbuka yang tidak diinginkan.
- Sebagai landasan bagi peralatan pembelokan lubang.
Dengan mengisi ruang annulus dengan semen maka casing akan kokoh di
dalam lubang.
Casing yang berada didepan formasi mengandung cairan yang bersifat
korosif, seperti magnesium sulfat, barium chlorida, kalau tidak disemen akan
berkarat, dan lama kelamaan casing bocor. Ini akan merugikan dalam dunia
perminyakan. Dengan adanya semen diantara casing dengan dinding lubang,
maka cairan formasi yang korosif tidak kontak dengan casing, tapi kontak
dengan semen. Disini perlu juga diperhatikan bahwa semen yang
ditempatkan didepan formasi yang mengandung cairan korosif harus tahan
terhadap cairan tersebut.
Gambarannya dapat dilihat pada gambar 1.
Dibelakang casing bisa terdapat formasi-formasi yang mempunyai tekanan
yang berbeda-beda. Bila formasi-formasi ini mengandung fluida maka kalau
tidak terdapat semen dibelakang casing yang mengisolasi formasi-formasi
ini, maka fluida dari formasi
4
yang satu dapat mauk ke dalam formasi yang lain. Lubang, semen akan
mengisolasi formasi-formasi tersebut. Sehingga fluida dari formasi tertahan
oleh semen.
Gambarannya dapat dilihat pada gambar 2.
CAIRAN COROSIF
LUMPUR
FORMASI YG
MENGANDUNG
CAIRAN COROSIF
CASING
SEBELUM DISEMEN
SEMEN
FORMASI YG
MENGANDUNG
CASING
SESUDAH DISEMEN
Gb.1. Semen Menahan Cairan Korosif
Kalau terdapat formasi yang membahayakan operasi pemboran, seperti
formasi lebah (zone loss), formasi bertekanan tinggi, formasi shale yang
mudah runtuh, dan formasi yang berbahaya yang lain, sebaiknya setelah
menembus formasi tersebut, dipasang casing, dan disemen. Sehingga
formasi tersebut tidak mempengaruhi operasi pemboran selanjutnya.
5LUMPUR
CASING
FORMASI 2
FORMASI 1
KALAU TIDAK DISEMEN
SEMEN
CASING
FORMASI 2
FORMASI 1
SETELAH DISEMEN
Gb.2. Semen Mencegah Hubungan Antar Formasi
Selesai penyemenan dilakukan pengujian terhadap hasil penyemenan yang
telah dilakukan. Apabila hasil penyemenan tidak baik atau kurang sempurna,
maka dilakukan penyemenan ulang dengan jalan menekankan bubur semen
ke bagian yang tidak sempurna tadi, melalui lubang perforasi yang sudah
dibuat sebelumnya. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 3.
6ANNULUS
CASING
DINDING
LUBANG
PUNCAKSEMEN
ANNULUS TIDAK PENUH
ANNULUS
CASING
DINDING
LUBANG
PERFORASI
BUBUR SEMEN
ANNULUS DIPENUHI DENGAN SEMEN
Gb.3. Mengisi Annulus Yang Tidak Penuh
Apabila casing bocor, perlu menyumbat dengan jalan menekankan bubur
semen ke bagian yang bocor tersebut, melalui lubang perforasi yang sudah
dibuat sebelumnya. Sehingga tidak terjadi aliran dari formasi.
Kesalahan perforasi dapat juga terjadi, sehingga terproduksi fluida formasi
yang tidak dikehendaki. Untuk ini perforasi yang salah itu harus disumbat
dengan semen dengan jalan menekankan bubur semen ke formasi yang
salah tersebut, agar menghindari terproduksinya fluida yang tidak diinginkan
itu.
Gambarannya dapat dilihat pada gambar 4.
7
CASING
SEMEN
PERFORASI
TUBING
PACKER
AIR
Minyak dan gas terproduksi bersama
CASING
SEMEN
PERFORASI
TUBING
PACKER
MINYAK
AIR
Setelah perforasi yang salah disemen, airtidak terproduksi lagi secara bebas.
SEMEN
MINYAK
Gb.4. Semen Menyumbat Perforasi Yang Salah
Di awal produksi suatu sumur, produksi air masih kecil. Tetapi setelah sumur
berproduksi cukup lama, air berproduksi cukup besar, karena permukaan air
dengan minyak naik ( WOC naik). Untuk mengurangi produksi air yang cukup
banyak itu maka lubang perforasi yang mengeluarkan air tersebut disemen
kembali.
Gambarannya dapat dilihat pada gambar 5.
8
CASING
SEMEN
PERFORASI
TUBING
PACKER
MINYAK
AIR
DIAWAL PRODUKSI AIR TIDAKIKUT TERPRODUKSI SECARABEBAS
CASING
SEMEN
PERFORASI
TUBING
PACKER
MINYAK
AIR
MINYAK DAN AIR TERPRODUKSI BERSAMA - SAMA KARENA WOC SUDAH NAIK
CASING
SEMEN
PERFORASI
TUBING
PACKER
MINYAK
AIR
PERFORASI YANG MELEWATKANAIR DISEMEN, SEHINGGA SUDAH TERHALANG.
SEMEN
Gb.5. Semen Menutup Perforasi Yang Melewatkan Air
Setiap sumur tidak selalu berhasil dalam menemukan minyak atau gas, dan
mungkin yang ditemukan hanya air asin. Lubang yang telah dibuat tidak
boleh dibiarkan terbuka begitu saja, sehingga harus disemen untuk
mencegah kemungkinan menyemburkan air asin di kemudian hari.
Gambaran tentang yang disebutkan tadi dapat dilihat pada gambar 6.
9
FORMASIYANG TIDAK PRODUKTIF
FORMASI TIDAK
PRODUKSI
SUMUR DRY HOLE
FORMASI TIDAK
PRODUKSI
DISMBAT DENGAN SEMEN
TUBING
SEMEN
DINDING
LUBANG
Gb.6. Semen Menyumbat Formasi Yang Tidak Produktif
Untuk pemboran berarah atau disebut dengan directional drilling dilakukan
pembelokkan dari pembelokan dari sumbu vertikal. Bila alat yang digunakan
adalah whipstock dan dasar lubang lunak, maka dasar lubang harus disemen
dahulu untuk langganan bagi whipstock. Kalau tidak whipstock akan
terperosok ke dasar lubang.
Untuk jelasnya lihat gambar 7.
10
Gb.7. Semen Sebagai Fondasi Whipstock
LUMPUR
SEMEN
RANGKAIAN PEMBORAN
WHIPSTOCK
III. BUBUR SEMEN (CEMENT SLURY)
Bubur semen terdiri dari:
- Zat cair
- Bubuk semen
- Additive.
Zat cair yang digunakan pada umumnya adalah air, dan ada juga yang
menggunakan minyak pada semen khusus.
Tujuan dari zat cair disini adalah agar bubur semen yang terjadi dapat
dipompakan.
11
Bubuk semen merupakan padatan yang mempunyai sifat menyemen. Dan
additive merupakan bagian yang ditambahkan untuk mendapatkan sifat-sifat
semen yang diinginkan.
Sifat-sifat dari bubur semen yang dibuat harus disesuaikan dengan kondisi
formasi yang akan disemen, agar hasil penyemenan sesuai dengan yang
inginkan.
3.1. Bubuk semen.
Bubuk semen ditempatkan dalam karung atau sack. Berat dari 1 (satu) sack
semen adalah 94 lbs pada umumnya. Sedangkan berat jenis dari bubuk
semen adalah berkisar antara 3.1 sampat 3.2 gr/cc.
Bubuk semen yang dipakai dalam penyemenan sumur minyak atau gas
berbeda dengan semen yang digunakan untuk bangunan. Sumur minyak
mempunyai karakteristik-karakteristik tertentu, sehingga bubur semen harus
mempunyai sifat-sifat tertentu, sehingga mana komponen-komponennya
harus disesuaikan pula.
American Petroleum Institute telah membuat standar dari bubuk semen yang
digunakan untuk menyemen sumur minyak dan gas bumi.
3.1.1. Komponen Bubuk Semen
komponen bubuk semen terdiri dari oksida-oksida calcium, silicate, besi dan
aluminium.
Komponen bubuk semen tersebut adalah sebagai berikut:
- Tri Calcium Silicate.
- Di Calcium Silicate.
- Tri Calcium Aluminate.
- Tetra Calcium Alumino Ferrite.
3.1.1.1. Tri Calcium Silicate
- Rumus kimianya adalah 3Ca0 Si02
- Kodenya adalah C3S
- Komponen ini memberikan strength yang besar.
12
3.1.1.2. Di Calcium Silicate.
- Rumus kimianya 2Ca0 Si02.
- Kodenya adalah C2S.
- Komponen ini tidak tahan terhadap sulfate. Sulfate merupakan
cairan formasi yang korosif, yang dapat menyebabkan casing
berkarat.
3.1.1.3. Tri Calcium Aluminate
- Rumusnya kimianya adalah 3Ca0 A1203
- Kodenya adalah C3A
- Komponen ini tidak tahan terhadap sulfate. Sulfate merupakan
cairan formasi yang korosif, yang adapt menyebabkan casing
berkarat,akibat dari sulfate terhadap semen yang mempunyai tri
calcium aluminate yang berprosentase besar akan
melunakkansemen. Oleh sebab itu tri calcium aluminate yang
dicampurkan tidak lebih besar dari 3%.
3.1.1.4. Tetra Calcium Alumino Ferrite
- Rumus kimianya adalah 4Ca0 A1203 Fe203
- Kodenya adalah C4AF
- Komponen ini memberikan panas hidrasi yang rendah.
3.1.2. Klasifikasi Bubuk Semen.
American Petroleum Institute ( API ) dan American Society for Testing
Material (ASTM), telah membuat strandard bubuk semen yang digunakan
untuk sumur minyak dan gas. Di sini yang diberikan adalah klasifikasi oleh
API saja.
Standardisasi oleh API tersebut adalah sebagai berikut:
a. Kelas A.
- Semen ini dapat digunakan sampai kedalaman 6.000 ft
- Tidak tahan terhadap sulfate.
- Semen ini sama dengan semen untuk bangunan.
-
13
b. Kelas B
- Dapat digunakan dari permukaan sampai 6.000 ft
- Bubuk semen ini tahan terhadap sulfate, tersedia untuk tingkat
moderate sampai tinggi.
c. Kelas C
- Dapat dipakai sampai kedalaman 6.000 ft
- Mempunyai strength awal yang tinggi.
- Tersedia semen yang tahan terhadap sulfate dan juga yang tidak
tahan terhadap sulfate.
- Semen yang tahan terhadap sulfate adalah dari tingkat moderate
sampai tinggi.
d. Kelas D
- Digunakan untuk kedalaman 6.000 ft sampai 10.000 ft
- Digunakan untuk temperatur dan tekanan formasi yang moderate
sampai tinggi.
- Tersedia untuk semen yang tidak tahan terhadap sulfate. Dan yang
tahan terhadap sulfate dari tingkat moderate sampai tinggi.
e. Kelas E
- Digunakan untuk kedalaman 6.000 ft sampai 14.000 ft.
- Digunakan untuk temperatur dan tekanan yang tinggi.
- Tersedia tipe yang tidak tahan terhadap sulfate, dan yang tahan
terhadap sulfate untuk tingkat tinggi.
f. Kelas F.
- Digunakan untuk kedalaman 10.000 ft sampai 16.000 ft.
- Utnuk menyemen formasi dengan temperatur dan tekan yang
sangat tinggi.
14
g. Kelas G.
- Semen kelas G merupakan semen dasar, yang dapat dipakai
sampai kedalaman 8.000 ft.
- Kalau diinginkan untuk kondisi yang lain maka dapat ditambah
dengan additive yang sesuai.
- Tersedia untuk ketahanan terhadap sulfate untuk tingkat moderate
sampai tinggi.
h. Kelas H.
- Semen kelas H juga merupakan semen dasar, sama seperti semen
kelas G.
- Tersedia untuk tingkat moderate sulfate resistance.
Kelas semen dari A sampai F merupakan semen yang tidak ditambahi dengan
additive dalam penggunaannya, sedangkan untuk kelas G dan H ditambahi
dengan additve bila diperlukan.
3.2. Sifat-sifat Bubur Semen
Bubur semen yang dibuat harus disesuaikan sifat-sifatnya dengan keadaan,
formasi yang akan disemen.
Sifat-sifat bubur semen yang dimaksud adalah sebagai berikut:
- Strength
- Water Cement ratio
- Berat Jenis
- Thickening Time
- Filtration Properties
- Permeabilitas
- Perforating qualities.
- Sulfate Resistance.
15
3.2.1 Strength
Bubur semen setelah ditempatkan pada tempat yang diinginkan harus
mempunyai strength tertentu. Sebetulnya strength dari semen yang
diinginkan sama dengan strength dari formasi yang akan disemen, maka
umumnya diambil suatu patokan bahwa bila strength dari semen mencapai
500psi dengan waiting on cement 24 jam, maka strength semen sudah cukup
baik. Dan pemboran sudah dapat dilanjutkan.
Waiting On Cement (WOC) diukur diwaktu plug diturunkan sampai plug dapat
dibor kembali.
3.2.2. Water Cement Ratio
water Cement Ratio adalah perbandingan air yang dicampurkan dengan
bubuk semen di waktu membuat bubur semen.
Air yang dicampurkan tidak boleh terlalu banyak dan tidak boleh kurang,
karena akan memberikan ikatan semen yang tidak baik dengan formasi.
Batasannya diberikan dalam bentuk kadar maksimum air dan kadar
minimumnya. Kadar minimum air adalah jumlah air yang dicampurkan tanpa
menyebabkan consistency dari bubur semen lebih dari 30 poise.
Kalau air yang ditambahkan lebih kecil dari kadar minimumnya, gesekan-
gesekan di annulus diwaktu memompakan bubur semen akan menjadi besar
dan menaikkan pressure di annulus. Bila formasi yang dilalui tidak tahan
maka formasi bisa rekah.
Kadar maksimum dari air yang dicampurkan dicari sebagai berikut: Bila
diambil dalam tabung bubur semen sebanyak 250 ml, didiamkan selama 2
jam terjadilah air bebas pada bagian atas dari tabung. Air bebas ini tidak
boleh lebih dari 2,5 ml. Kalau air dicampurkan melebih maksimumnya, tentu
pemisahan air bebas setelah 2 jam akan lebih dari 2,5 ml. Akibatnya akan
terbentuk kantong-kantong air di dalam semen. Diwaktu semen mengeras air
akan keluar sehingga timbul rongga-rongga di dalam semen. Hal ini tidak
diinginkan karena menyebabkan semen mempunyai permeabilitas.
16
Jadi air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen harus berada antara
kadar minimum dan kadar maksimum.
Menurut Allen T.O dan Robert A.P jumlah air yang dicampurkan untuk kelas-
kelas semen tertentu, yang disesuaikan dengan berat jenis, temperatur dan
kedalaman tertentu pula. Untuk jelasnya lihat tabel-1
TABEL – 1
WATER CEMENT RATIO
Kelas
Semen
WCR
gl/sk
Berat Jenis
ppg
Kedalaman
ft
Temperatur
Statis, F
A 5.2 15.6 0 - 6000 80 – 170
B 5.2 15.6 0 - 6000 80 – 170
C 6.3 14.8 0 - 6000 80 – 170
D 4.3 16.3 6000 – 12000 170 – 260
E 4.3 16.3 6000 - 14000 170 – 290
F 4.3 16.3 10000 -
16000
230 –320
G 5.0 15.8 0 - 8000 80 – 200
H 4.3 16.3 0 - 8000 80 – 200
Pada tabel – 2 tertera juga tentang kadar maksimum dan kadar minimum air
yang ditambahkan.
TABEL – 2
Kadar Maksimum dan Kadar Minimum Air
Kelas
Semen
Kadar Maks.
air, gl/sk
Berat Jenis
ppg
Kadar Min.
air, gl/sk
Berat Jenis
ppg
A 5.5 15.39 3.9 16.89
B 7.9 13.92 6.32 14.80
C 4.4 16.36 3.15 17.84
17
Akibat lain pengurangan jumlah air yang dicampurkan adalah sebagai
berikut:
- Berat Jenis serta compressive strength naik.
- Viskositas bubur semen naik.
- Volume bubur semen berkurang.
3.2.3. Berat Jenis
Berat Jenis dari bubur semen sangat penting juga diperhatikan. Karena
sangat berpengaruh terhadap tekanan bubur semen. Bila formasi tidak
sanggup menahan tekanan pendorong bubur semen, maka formasi akan
rekah, akibatnya bubur semen akan masuk ke dalam rekahan yang terjadi.
Berat jenis bubur semen tergantung kepada bubuk semen, air yang
dicampurkan serta additive.
Secara rumus dapat dituliskan sebagai berikut:
Gbk + Gw + Ga
BJ = ------------------- ………………………………
(3-1)
Bs Vbk + Vw + Va
Dimana :
BJ = Berat Jenis bubur semen
bs
Gbk = berat bubuk semen
Gw = berat air
Ga = berat additive
Vbk = volume bubuk semen
Vw = volume air yang dicampurkan.
Va = volume additive yang dicampurkan.
18
Contoh soal
Untuk membuat bubur semen diperlukan air 5,2 ga/sak. Bubuk semen yang
diperlukan adalah 500 sak. Berapa gallon air yang diperlukan.
Penyelesaian
Air yang diperlukan adalah : WCR x Jumlah sak semen
: 5.2 gal/sak x 500 sak
: 2600 gal.
Contoh
Bubur semen dibuat dari air (5.2 gal/sak, 8.4 ppg), dan tepung semen
(SG=3.1, 94 lg/sak). Berapakan berat jenis bubur semen yang terjadi?
Penyelesaian
Berat Jenis : 5.2 gal/sak x 8.4 lb/gal
: 43.68 lb/sak
Berat tepung semen : 94lb/sak
Berat Jenis tepung semen : 3,1 x 8.33 ppg
: 25.823 ppg
volume tepung semen : 94 lb / sak = 3.64 gal/sak
25.823 lb/sak
volume air : 5.2 gal/sak
volume bubur semen yang terjadi : 5.2 gal/sak + 3.64 gal/sak
: 8.84 gal/sak
Berat jenis bubur semen yang terjadi:
Berat bubur semen yang terjadi 137.68 lb/sak
---------------------------------------- = ----------------- = 15.57 ppg
Volume bubur semen yang terjadi 8.84 gal/sak
19
Secara tabulasi:
Komponen Volume, gal / sak Berat, lbs /sak
Air
Tepung
Semen
5.2
3.64
43.68
94.00
Bubur
Semen
8.84 137.68
137.68
Berat jenis bubur semen = -------- = 15.57
8.84
Bubur semen sering memakai bantonite sebagai additive. Komposisinya
dalam % berat tepung semen.
Contoh:
Bubur semen dibuat dari air (5.2 gal/sak, 8.4 ppg), dan tepung semen
(SG=3.1, 94 lb/sak). Serta bentonite (SG= 2.61 ; 2%). Berapakah berat jenis
bubur semen yang terjadi?
Penyelesaian.
Berat air : 5.2 gal/sak x 8.4 lb/sak
: 43.68 lb/sak
Berat tepung semen : 94 lb/sak
Berat bentonite : 0.02 x 94lb/sak = 1.88 lb/sak
Berat bubur semen yang terjadi :
43.68 lb /sak + 94 lb/sak + 1.88 lb/sak = 139.56/lb/sak.
Berat jenis tepung semen : 3.1 x 8.33 ppg
: 25.823 ppg
20
Volume tepung semen : 94 lb/sak
----------------- = 3.64 gal/sak
25.823 lb/sak
Berat Jenis bentonite : 2.6 x 8.33 ppg
: 21.658 ppg
Volume bentonite : 1.88 lb/sak
---------------- = 0.087 gal/sak
21.568 lb/sak
Volume air : 5.2 gal/sak
Volume bubur semen yang terjadi:
5.2 gal/sak + 3.64 gal/sak + 0.087 gal/sak = 8.927 gal/sak
Berat Jenis bubur semen yang terjadi :
Berat bubur semen yang terjadi 139.56 lb/sak
---------------------------------------- = ----------------- = 15.63 ppg
Volume bubur semen yang terjadi 8.927 gal/sak
Secara Tabulasi
Komponen Volume, gal / sak Berat, lbs / sak
Air
Tepung
Semen
Bentonite
5.2
3.64
0.087
43.68
94.00
1.88
Bubur semen 8.927 139.56
139.56
Berat jenis bubur semen = ------------------ = 15.63 ppg
8.927
21
3.2.4. Thickening Time
thickening Time adalah waktu yang diperlukan bagi bubur semen untuk
mencapai consistency 100 Uc. Consistency 100 Uc merupakan batasan bagi
bubur semen untuk dapat dipompakan lagi. Sehingga thickerning time sering
juga disebut dengan pumpability.
Sifat bubur semen ini sangat perlu, karena waktu pemompaan bubur semen
harus selalu lebih kecil dari thickening time. Kalau tidak bubur semen tidak
akan sampai ke tempat penempatannya, dan akan mengeras di dalam
casing. Hal ini merupakan kejadian yang sangat fata, dan tidak boleh terjadi.
Untuk sumur-sumur yang dalam atau dengan kata lain untuk kolom semen
yang sangat panjang, tentu waktu pemompaan bubur semen akan lama,
untuk keadaan seperti itu perlu untuk memperpanjang thickening time.
Sebaliknya untuk sumur yang dangkal perlu untuk memperpendek
thickerning time. Kalu tidak pengerasan bubur semen akan sangat lama, dan
ini merupakan kehilangan waktu.
Untuk memperpanjang atau memperpendek thickening time adalah dengan
jalan menambahkan additive ke dalam bubur sumur.
3.2.5. Filtration Properties
karena bubur semen terdiri dari padatan dan cairan, cairan dari bubur semen
dapat masuk ke dalam formasi-formasi permeable yang dilewatinya. Cairan
atau umumnya air yang masuk ini disebut dengan filtrat. Filtrat ini tidka
boleh terlalu banyak. Sebab akan membuat bubur semen kekurangan air.
Kondisi seperti ini disebut dengan Flash Set.
Bila bubur semen mengalami flash set maka akibatnya sama seperti kalau air
yang dicampurkan membuat bubur semen lebih kecil dari kadar
minimumnya, yang mana akan menyebabkan friksi di annulus naik, pressure
loss naik dan tekanan bubur semen di annulus naik. Bila hal ini terjadi maka
formasi akan pecah bila formasi tidak tahan.
22
Jadi dapat disimpulkan bila formasi yang akan dilalui oleh bubur semen
merupakan formasi yang porous dan permeable, maka perlu penambahan
additive yang sesuai
sebelum bubur semen dipompakan, atau dengan kata lain sebelum dilakukan
penyemenan.
3.2.6. Perforating Qualities
semen yang keras atau dengan kata lain semen yang mempunyai strength
yang besar tidak baik diperforasi, semen akan remuk. Sehingga dianjurkan
untuk melakukan perforasi di saat semen belum keras betul.
Disarankan juga, untuk kolom semen yang akan diperforasi jangan digunakan
semen yang mempunyai strength awal yang tinggi.
Kalau semen yang diperforasi pecah dan remuk, maka pada daerah batas
minyak dengan air atau batas minyak dengan gas akan terproduksi fluida
yang tidak kita ingingkan.
Yang umum adalah cepat terproduksi air. Agar semen tidak mempunyai
strength awal yang tinggi dapat ditambahkan additive yang sesuai.
3.2.7. Permeabilitas Semen
semen diinginkan tidak mempunyai permeabilitas. Kalau semen mempunyai
permeabilitas, fungsi dari semen tidak terpenuhi atau semen tidak berfungsi.
Permeabilitas semen dapat naik karena air yang dicampurkan dalam bentuk
bubur semen terlalu banyak. Dan permeabilitas semen dapat juga naik
karena berlebihan menambah additive.
3.2.8. Sulfate Resistance, Corrosion Resistance
adanya formasi yang mengandung cairan-cairan perusak semen, seperti
Na2S04; MgS04; MgC12. Semen akan lunak bila kena cairan-cairan diatas.
Kalau semen lunak, berarti semen tidak berfungsi dalam hal menahan cairan
formasi menuju casing, dan
23
casing akan berkarat. Oleh sebab itu dipilih semen yang tahan terhadap
cairan yang disebutkan di atas.
Cairan garam sulfate ataupun MgC12 diatas tidak melunakkan semen untuk
temperatur tinggi. Jadi persoalan pelunakan semen sangat kritis untuk
formasi-formasi dangkal.
Melunaknya semen dikarenakan cairan garam di atas bereaksi dengan lime
dan senyawa alumina. Karena itu tri calcium aluminate tidak boleh lebih dari
3%.
3.3. Additive
Additive merupakan bahan-bahan yang ditambahkan dalam membuat bubur
semen, untuk mendapatkan sifat-sifat bubur semen sesuai dengan yang
diinginkan. Bubur semen yang dibuat dari bubuk semen dan air saja disebut
dengan neat cement.
3.3.1 Exteder
Extender adalah addiitive untuk menaikkan volume dari bubur semen. Pada
umumnya penambahan extender diiringi dengan penambahan air. Kenaikkan
volume tidak seimbang dengan kenaikkan berat bubur semen, sehingga akan
cepat penurunan berat jenis bubur semen.
Bahan-bahan yang termasuk sebagai extender adalah:
- Bentonite
- Pozzolan
- Diatomaceous Earth
- Gilsonite
Bentonite
Bentonite merupakan bermineral clay. Sifat utamanya adalah dapat
menghisap air dengan banyak, sehingga volume bubur semen yang terjadi
bisa naik sampai 10 kali. Akibatnya berat jenis bubur semen dapat turun
lebih besar.
24
Penambahan bentonite harus diiringi dengan penambahan air. Untuk 2x
bentonite kira-kira penambahan air adalah 1.3 gallon per sack.
Pengaruh lain akibat penambahan bentonite adalah:
- Yield semen naik
- Biaya lebih murah
- Perforating qualities baik.
- Compressive strength semen menurun
- Permeabilitas semen naik.
- Viskositas bubur semen naik.
Untuk temperatur 230 derajat F ke atas penambahan bentonite sangat
drastis menurunnya strength semen dan menaikkan permeabilitas semen.
Pada tabel berikut terlihat pengaruh penambahan bentonite terhadap
compressive strength.
Tabel – 3
Pengaruh Penambahan Bentonite Terhadap Compressive Strength
During Time
Jam
Temperatur
F
% Bentonite Compressive
Strength, psi
12 100 0 1035
12 100 4 375
12 100 8 155
12 100 12 75
25
Tabel – 3
Pengaruh Penambahan Bentonite Terhadap Compressive Strength
During Time
Jam
Temperatur
F
% Bentonite Compressive
Strength, psi
24 120 0 3595
24 120 4 1380
24 120 8 610
24 120 12 510
Pozzolan
Pozzolan merupakan extender yang tidak terlalu banyak menurunkan
compressive strength semen. Sedangkan penambajan pozzolan terhadap
bubur semen adalah sama dengan penambahan bentonite.
Umumnya campuran bubuk semen pozzolan adalah 50% berbanding 30%
dan biasanya bentonite 2%. Pengaruh campuran pozzolan bubuk semen dan
bentonite terhadap compressive strength adalah seperti tabel 4.
Untuk prosentase bentonite yang selain 2%, pengaruhnya terhadap
compressive strength adalah seperti pada tabel 5.
26
Tabel – 4
Compressive Strength Semen Campuran Bubuk Semen Pozzolan
dan Bentonite 50% : 50% : 50%
During
time
Jam
60 80 100 120 140 160 180
6 NS NS 110 235 380 660 830
12 25 120 295 490 685 1250 1520
18 60 195 445 660 880 1565 2000
24 100 350 600 815 1125 2300 2880
72 375 880 1210 1460 2145 3000 3105
CATATAN:
NS= Not Set = tidak melekat.
Compressive strength, psiTemperatur derajat F
Tabel 5. Pengaruh penambahan pozzolan dengan perbandingan 50% :
50% dengan bubuk semen terhadap compressive strength untuk
prosentase bentonite tertentu.
Bentonite
% 80 100 140
2 350 600 1125
4 225 390 600
6 150 300 550
8 100 220 425
Semen (bubur semen) yang dibuat dari campuran bubuk semen dan pozzolan
disebut dengan pozzolan cement.
27
Pada tabel dibawah ini diperlihatkan jumlah air yang diperlukan untuk
perbandingan pencampuran tertentu, dan berat jenis serta yield yang
dihasilkannya.
Tabel 6. Sifat-sifat bubur semen pada pozzolan cement
Pozzolan
%
Bubuk
Semen
Bentonite
%
Air
gal/sack
Berat
jenis
slurry,
ppg
Yield
cuft /
sack
0 100 0 5.20 15.60 1.17
50 50 2 5.75 14.15 1.26
50 50 4 6.95 13.60 1.43
50 50 6 7.66 13.30 1.53
50 50 8 8.37 13.10 1.64
Compressive strength, psiTemperatur derajat F
Selain pozzolan cement ada juga semen yang dibuat dari pencampuran
pozzolan dengan tanpa bubuk semen. Di pasaran dikenal dengan nama
Pozmix-140 cement, umumnya keluaran Halliburton. Semen ini berat lime
10% sampai 15% dari pozzolan. Campuran ini memberikan thickening time 3
sampai 4 jam, untuk range temperatur 140 derajat – 400 derajat F.
Kebaikannya adalah strength tidak turun untuk temperatur di atas 230
derajat F.
Diatomaceous Earth
Bahan ini berasal dari silika suatu sedimen. Diatomiceous Earth mempunyai
surface area yang besar, sehingga memerlukan banyak air dalam pembuatan
bubur semen.
Umumnya dicampurkan antara 10% sampai 40% dari berat bubuk semen. Di
pasaran sering disebut dengan:
- Diecel D, buatan Phillips Pet. Co
- Letepoz 2, buatan Dowell Schlumberger.
Dalam halaman berikut ini ditabelkan sifat-sifat Diatomaceous Earth Cement.
28
Tabel –7 sifat-sifat Diatomaceous Earth Cement.
Dia. Earth Air
gal / sack
Berat Jenis
ppg
Yield
Cuft / sack
0 5.2 15.60 1.18
10 10.2 13.20 1.92
20 13.5 12.40 2.42
30 18.2 11.70 3.12
40 25.6 11.00 4.19
Gilsonite
Gilsonite tidak memerlukan banyak air. Sehingga menurunkan compressive
strength semen akan lebih kecil dibandingkan dengan extender yang lain,
untuk pengukuran berat jenis yang sama.
Penambahan air adalah 2 gal per 59 lb gilsonite. Pada halaman berikut ini
diperlihatkan pengaruh penambahan gilsonite terhadap compressive strength
semen.
Tabel – 8 Pengaruh Gilsonite terhadap Compressive Strength
Gilsonite
lb/sk. Bk
Bentonite
% 80 F 100 F 140 F
0 0 2315 2740 6825
25 0 1250 1660 2725
50 0 730 960 1675
0 4 485 830 1805
25 4 365 605 1210
50 4 275 485 890
29
Expended Perlite
Expended merupakan extender yang berasal dari vulkanik. Umumnya
ditambahkan juga bentonite 2% sampai dengan 6% untuk mencegah
pemisahan air.
Pada umumnya juga penambahan perlu penambahan air yang banyak,
dibawah tekanan expended perlite bertindak sebagai spons. Sehingga bubur
semen akan mempunyai berat jenis yang lebih besar dan volume yang lebih
kecil untuk kondisi bertekanan dibandingkan dengan kondisi di permukaan.
Dengan tabel berikut ini dapat dilihat hubungan penambahan expanded
perlite.
Tabel 9 sifat-sifat bubur semen Perlite Semen.
Bentonite
%
WCR
gal /sack
Berat Jenis,
ppg
Yiled
ft / sack
Berat jenis
ppg
Yield
ft3 / sack
Tekanan atmosfir 3000 psi
Satu sack bubuk semen dan 1 cuft perlite
0 11.5 12.3 2.53 13.4 2.32
2 12.5 12.1 2.68 13.2 2.46
4 13.7 12.0 2.85 12.9 2.64
Satu sack bubuk semen dan ½ cuft perlite
0 8.5 12.3 1.87 14.1 1.77
2 9.5 13.0 2.02 13.7 1.91
4 10.7 12.7 2.19 13.4 2.09
Satu sack bubuk semen dan ¼ cuft perlite
30
0 7.0 14.0 1.55 14.6 1.49
2 8.0 13.7 1.69 14.1 1.64
4 9.2 13.2 1.86 13.1 1.81
30
3.3.2. Retarder
Retarder adalah additive berfungsi untuk memperlambat atau
memperpanjang thickening time. Hal ini diperlukan untuk penyemenan
sumur bertemperatur tinggi, atau untuk sumur yang dalam atau kolom
penyemenan yang panjang. Atau bila air banyak yang terisap oleh
penambahan additive lain sehingga thickening time berkurang. Sebagaimana
telah disebutkan di halaman terdahulu bhawa bila thickening time lebih kecil
dari waktu pemompaan bubur semen, maka bubur semen akan mengeras
sebelum sampai ke tempat yang diinginkan.
Bahan-bahan yang bertindak sebagai retarder sebagai berikut:
- Calcium Ligno Sulfonate
- Modified Lignin.
- CMHEC
- Garam (NaCl)
Calcium Ligno Sulfonate
Pengaruh Calcium Sulfonate terhadap thickening dapat dilihat pada tabel
berikut. Dimana bentonite adalah 12%, untuk kedalaman tertentu. Kalau
secara normal thickening time akan berkurang untuk pertambahan
temperatur. Temperatur akan naik dengan bertambahnya lubang.
Modified Lignin
Modified lignin adalah retarder untuk temperatur yang tinggi. Dan juga dapat
sebagai additive untuk menurunkan viskositas dari bubur semen.
Bahan ini terutama digunakan untuk:
- Pozzolan lime.
- Semen kelas D dan E.
Modified lignin tidak perlu menambahkan air yang banyak. Bahan ini
dianjurkan untuk kedalaman 12000 ft ke atas atau untuk temperatur 260
derajat F lebih.
31
Pada tabel berikut ini diperlihatkan modified lignin sebagai retarder untuk
kedalaman 12000 ft sampai 18000 ft untuk penyemenan casing dan squeeze
cementing dalam keadaan statis maupun saat dinamis, untuk semen kelas D
atau F. dengan kenaikan kedalam sumur dan penambahan berbagai harga
modified lignin didapatkan thickening time bubur semen antara tiga sampai
empat jam.
CMHEC
CMHEC adalah singkatan dari Carboxy Methyl Hidroxy Ethyl Cellulose. Bahan
ini digunakan untuk temperatur yang ekstrim. CMHEC memerlukan banyak
air dalam pencampurannya.
Tabel 12 Thickening Time Bubur Semen dengan penambahan Modified
Lignin. (Catatan untuk penyemenan casing)
Kedalaman
ft
Temperatur F Retarder
%
Thickening
Jam
Statis dinamis
12000 -
14000
260-290 172-206 0.2 3 – 4
14000 -
16000
290-320 206-248 0.3 – 0.5 3 – 4
16000 -
18000
320-350 248-300 0.7 – 1.0 3 - 4
Diatas 18000 350 ke
atas
3000 ke
atas
1.0 ke atas 3 – 4
12000 -
14000
260-290 231-242 0.6 – 0.8 3 – 4
14000 –
16000
290-320 242-271 0.8 – 1.0 3 – 4
Di atas
16000
320 ke
atas
271 ke atas 1.0 ke atas 3 – 4
Garam (NaCl)
Konsentrasi NaCl yang dicampurkan harus lebih besar dari 5%. Kalau 1.5
sampai 3% NaCl mempercepat thickening time. NaCl berguna untuk
memeperbaiki ikatan semen untuk menyemen formasi garam.
32
Untuk formasi shale digunakan juga air garam agar formasi shale tidak
menghisap air dari bubur semen. Sebab formasi shale menghisap air tawar.
Additive ini dapat pula menaikkan berat jenis bubur semen. Umumnya
digunakan 3.1 lb untuk setiap gallon air.
3.3.3. Accelerator
To accelerator maksudnya mempercepat. Accelerator artinya adalah additive
untuk mempercepat thickening time. Pada umumnya accelerator
ditambahkan bila menyemen sumur yang dangkal. Kalau tidak ditambahkan
accelerator akan terlalu lama menunggu bubur semen menjadi keras.
Bahan-bahan yang bertindak sebagai accelerator adalah:
- Calcium Chlorida
- Natrium Chlorida
- Desified Cement
Calcium Chlorida (CaCI2)
2% CaCI2 dapat melipat-duakan compressive strength semen dalam tempo
24 jam, pada temperatur 120 derajat F. umumnya Calcium Chlorida yang
ditambahkan berkisar antara 2% sampai 4%. Diatas 4% strength semen bisa
menjadi turun. Pengaruh penambahan CaCI2 terhadap thickening time
adalah seperti pada tabel berikut.
Terlihat pada tabel untuk kedalaman tertentu, dengan penambahan Calcium
Chlorida (kenaikan prosentase Calcium Chlorida) maka thickening time bubur
semen turun.
Pengaruh thickening time terhadap compressive untuk 2% penggunaan akan
memperkecil thickening time, akan tetapi penambahan 4% Calcium Chlorida
lebih sedikit kenaikan compressive strengthnya dibandingkan dengan
penambahan 4%.
Hal ini dapat terlihat pada tabel 14, untuk percobaan dengan memakai bubuk
semen kelas A, dengan penambahan Calcium Chlorida dua dan empat
persen.
33
Tabel 13
Pengaruh Calcium Chlorida terhadap Thickening Time Bubur Semen
Thickening Time, jam – menit
% CaCI2 Kedalaman, ft
2000 4000 6000
0 4,00 3,48 2,32
2 3,15 2,30 1,47
4 2,38 1,55 1,05
Tabel 14
Pengaruh Calcium Chlorida terhadap Compressive Strength Bubur Semen
Compressive Strength, psi
Curing Time % CaCI2 Temperatur derajat F
Jam 60 80 100 120
6 0 NS 45 385 905
12 0 65 365 830 1660
18 0 185 915 1525 3060
Natrium Chlorida (NaCl)
Natrium Chlorida atau garam dapur, dapat bertindak sebagai retarder dan
dapat juga sebagai accelerator, hal ini tergantung kepada konsentrasi
garamnya. Penambahan NaCl akan menurunkan thickening time prosentase
penambahan NaCl 2 dan 4% adalah seperti pada tabel 15.
Pengaruh penambahan NaCl terhadap compressive strength untuk tekanan,
temperatur dan waktu tertentu dilihat pada tabel 16. Dimana untuk
penambahan NaCl untuk tekanan temperatur dan waktu yang sama akan
menaikkan compressive strength semen.
34
Tabel 14
Pengaruh Calcium Chlorida terhadap Compressive Strength Bubur Semen
(lanjutan)
Compressive Strength, psi
Curing Time % CaCI2 Temperatur derajat F
Jam 60 80 100 120
24 0 430 1250 1805 3815
48 0 1040 1398 3490 5990
6 2 115 300 1015 1800
12 2 505 1055 2400 3260
18 2 750 1325 3075 4210
24 2 1580 2415 3910 5475
48 2 3050 4385 6340 6525
6 4 155 360 970 1445
12 4 610 1005 2090 2715
18 4 900 1395 2885 3635
24 4 1620 2385 3490 3665
48 4 2850 3715 4990 4830
Desified Cement
Desified cemen maksudnya bubur semen yang dikurangi WCR – nya. Dengan
mengurangi air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen, maka
dihasilkan semen yang padat.
Dengan demikian akan didapatkan berat jenis bubur semen yang lebih besar
dan thickening bubur semen yang lebih kecil.
35
Tabel 15
Pengaruh Sodium Chlorida
Terhadap Thickening Time Bubuk Semen
Thickening Time, jam, menit
Prosentase Kedalaman, ft
NaCl, % 1000 2000 4000 6000
0 4.40 4.12 2.30 2.25
2 3.05 2.27 1.52 1.13
4 3.05 2.35 1.35 1.20
Tabel 16
Pengaruh Sodium Chlorida terhadap
Compressive Strength Bubur Semen
Curing Compressive Strength, psi
Time % NaCl Tekanan dan Temperatur, psi,
F
Jam 60 ; 14,7 80 ; 14,7 95 ; 800 110 ;
1600
12 0 80 560 800 1120
24 0 615 1905 2080 2925
12 2 290 960 1590 2600
24 2 1230 2260 3200 3420
12 4 280 1145 1530 2575
24 4 1390 2330 3150 3400
Pengurangan air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen boleh
dilakukan kalau sudah memakai frictin loss reducer. Kalau tidak akan
menyebabkan gesekan di annulus besar. Jadi dengan kata lain bila
mengurangi air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen harus
diiringi oleh penambahan friction reducer, agar tidak banyak gesekan di
annulus.
36
Tabel 17 dibawah ini memperlihatkan penambahan friction reducer bila air
yang dicampurkan dikurangi, dan memperlihatkan berat jenis bubur semen
yang dihasilkan dan juga yield bubur semen.
Tabel 17
Sifat-sifat bubur semen Desified cement
Air
gal / sack
Frictin
reducer (5)
Berat jenis
ppg
Yield
cuft / sack
5,20 0,00 15,6 1,18
4,75 0,75 16,0 1,12
4,24 1,00 16,5 1,05
3,78 1,00 17,0 0,99
3,38 1,00 17,5 0,93
3,02 1,00 18,00 0,89
3.3.4. Filtration Loss Additive
Karena bubur semen mengandung cairan di dalamnya, bila bubur semen
melewati formasi yang porous dan permeable, maka air yang terdapat dalam
bubur semen akan terisap ke daam formasi tersebut. Hal ini akan
menyebabkan bubur semen kekurangan
air. Akibatnya sudah diuraikan pada halaman terdahulu. Agar air dari bubur
semen tidak banyak terisap oleh formasi maka dilakukan beberapa cara,
caranya adalah sebagai berikut:
- Menambahkan material-material yang membentuk film yang dapat
menutup permukaan formasi yang porous dan permeable.
- Menambahkan material-material yang bila bertemua dengan air
akan membetuk emulasi, yang dapat menghambat aliran masuk ke
dalam formasi tersebut.
- Menambahkan material-material yang dapat menyumbat pori-pori
formasi.
37
Material-material yang ditambahkan tersebut umumnya adalah bentonite,
latex, CMHEC dan organic polymer.
Bentonite
Bentonite bila ditambahkan ke dalam bubur semen akan membentuk filter
cake yang bertindak sebagai film dalam menutupi permukaan formasi yang
porous dan permeable.
Latex
Latex bila ditambahkan dalam bentuk bubur semen akan membentuk film.
Selain dari itu akan menjadikan semen mempunyai sifat perforating qualities
yang baik, penahan korosi dan kontaminasi.
CMHEC
Carboxyl Methyl Hidrocyl Cellulose (CMHEC), juga merupakan bahan yang
dapat membentuk film yang tipis pada permukaan formasi yang porous dan
permeable, bila ditambahkan dalam pembuatan bubur semen.
Karena CMHEC bertindak sebagai retarder, maka dianjurkan untuk
menambahkan natrium silicate, bila tidak diinginkan thickening time yang
lama. Ini dilakukan untuk temperatur dibawah 170 derajat F. Untuk
temperatur di atas 170 derajat F tidak perlu. Karena pengaruh retarder tidak
merugikan.
3.3.5 Lost Circulation Additive
Material yang sering dipakai untuk mengurangi atau menanggulangi lost
circulation pada lumpur, juga dipakai untuk mengatasi lost circulation pada
semen.
Bahan-bahan itu antara lain:
- Raw cotton
- Bagasse
- Wood fiber
- Cellophase.
- Asphalt
38
- Sawdust
- Mica
- Dan lain-lain..
Gilsoite kadang-kadang digunakan juga, begitu juga perlite. Gilsonite
dpandang sebagai bahan yang terbaik. Biasanya 5 sampai 25lb, ditambahkan
tiap sack bubuk semen.
3.3.6. Friction Reducer
Bahan ini digunakan untuk mengurangi tahana terhadap aliran bubur semen
sampai ke tempat yang di inginkan.
Diusahakan aliran berbentuk turbulent, denganjalan memperbesar Reynold
number.
Additive sebagai friction reducer ini antara lain adalah organic dispersant,
yang dapat menyebabkan aliran turbulent pada rate yang rendah.
Selain itu dapat digunakan garam, calcium lignosulfonate dan cellulose
material yang bermolekul tinggi.
3.3.7. Contamination Additive
Additive ini dicampurkan guna menghindari kontaminasi bubur semen
dengan lumpur.
Bahan ini antara lain adalah:
- Mud Kil
- Adtivated Charcoal.
Mud Kil.
Mud-Kil adalah suatu bahan yang dapat menetralkan quobracho, tannine
yang mana kimiawi-kimiawi ini bertindak sebagai retarder pada bubur
semen.
39
Activated Charcoal
Activated Charcoal adalah bahan untukmenghindari kontaminasi dengan
lumpur. Bahan ini akan bertindak menghalangi pengaruh zat kimia perawat
lumpur terhadap bubur semen.
Umumnya activated charcoal yang ditmabahkan berkisar antara 3% sampai
5%. Kalau lebih dari 5% maka bahan ini bertindak sebagai accelerator
terhadap bubur semen. Bahan ini tidak digunakan untuk retarder cement,
karena akan memperpendek thickening time bubur semen.
3.3.8. Weight Materials.
Weight Material ditambahkan dalam membuat bubur semen bila akan
menyemen formasi bertekanan tinggi.
Untuk menaikkan berat jenis bubur semen ditambahkan dalam pembuatan
bubur semen antara lain:
- Ilmenite
- Barite
- Pasir
- Densified cement
- Garam (NaCl)
Ilmenite
Ilmenite merupakan bahan yang terbaik sebagai weight material. Material ini
adalah inert solid dan tidak memberikan pengaruh terhadap thickening time.
Rumus kimia solid dari Ilmenite adalah FeTi03, mempunyai SG 4,7. Distribusi
ilmenite dalam bubur semen dapat merata atau uniform. Berat Jenis bubur
semen yang terjadi dapat mencapai 22 ppg.
Barite.
Barite merupakan bahan yang paling umum digunakan untuk menaikkan
berat jenis bubur semen, maupun lumpur pemboran. Bubur semen menjadi
18ppg. Kata lain untuk barite adalah barium sulfate.
40
Dalam penambahan barite, perlu diiringi dengan penambahan air untuk
membasahi partikelnya, karena barite mempunyai surface area yang besar.
Air ini dapat juga melarutkan retarder dari bubur semen. Sehingga thickening
time-nya jadi singkat. Penambahan air yang banyak dapat menurunkan
compressive strength dari semen.
Pasir
Pasir yang digunakan untuk menaikkan berat jenis bubur semen umumnya
adalah Pasir ottawa (Ottawa sand). Berat jenis yang terjadi dapat mencapi 18
ppg. Biasanya digunakan untuk menyemen lubang untuk pemasangan
whipstock SG dari ottawa sand adalah 2,6 sehingga untuk menaikkan berat
jenis bubur semen diperlukan pasir yang banyak.
Densified Cement
Bubur semen yang dikurangi air dalam pembuatannya akan memberikan
berat jenis bubur semen yang lebih tinggi. Dalam pembuatannya harus
diiringi dengan menambahkan friction reducer 0,75 sampai 1% berat bubuk
semen.
Sodium Chlorida (Natrium Chlorida)
Untuk menaikkan berat jenis bubur semen yang kecil saja, dapat
ditambahkan natrium chlorida. Kenaikkan yang diperoleh 0,5 ppg sampai 1
ppg.
3.4. Semen Khusus
Semen khusus mempunyai keistimewaan jika dibandingkan dengan semen-
semen yang telah dijelaskan sebelumnya.
Harganya lebih mahal. Oleh sebab itu semen khusus baru digunakan bila
penyemenan dengan semen-semen lain gagal.
Semen yang termasuk semen khusus antara lain:
- Diesel Oil Cement
- Resin Cement.
41
- Gypsum Cement.
- Hight temperature cement.
- Quick setting cement.
Diesel Oil Cemen (DOC)
Diesel Oil Cement adalah bubur semen yang dibuat dari campuran bubuk
semen dengan minyak diesel (kerosine) dan surfce active agent. Bubur
semen yang terjadi tidak bersifat menyemen dan tidak mengeras.
Bila bubur semen ketemu dengan air, maka minyak diesel akan terdorong
oleh air, sehingga sekarang bubur semen merupakan campuran antara
bubuk semen dengan air dan dapat bersifat mengeras. Jadi bubur semen ini
mempunyai thickening time yang tidak terbatas. Atau waktu pemompaan
nya tidak terbatas.
Semen ini baik untuk menutup formasi gas atau air, dimana semen jenis lain
gagal hasilnya.
Resin Cement.
Resin Cement merupakan pencampuran bubuk semen dengan resin atau
damar dan air. Keisitimewaan semen ini adalah bubur semen dapat
menembus mud cake, sehingga ikatan semen formasi sangat baik.
Berhubung harga damar atau resin mahal, maka semen ini jarang digunakan.
Hight Temperature Cement.
Dari istilahnya terlihat bahwa semen ini baik digunakan untuk menyemen
formasi yang mempunyai formasi yang mempunyai temperatur tinggi.
Dimana pada temperatur 400 derajat F masih memberikan strength yang
baik. Yang mana semen yang lain untuk temperature yang mencapai 350
derajat ke atas, strength semen akan turun.
Hight temperature cement merupakan pencampuran bubuk semen. Dengan
penambahan HR-12,s emen ini dapat digunakan sampai temperatur 400
derajat F.
42
Quick Setting Cement
Quick setting cement merupakan semen yang sangat cepat mengeras.
Semen ini dibuat dari pencampuran bubuk semen dengan Plaster of Paris
(CaS04 ½ H2O), dengan perbandingan 1:1. Semen ini baik digunakan untuk
menutup formasi yang menimbulkan blowout dan lost circulation.
Keistimewaan lain adalah bahwa semen ini mempunyai kekerasan awal
(early strength) yang tinggi. Kekurangannya adalah bahwa semen ini hanya
dapat menyemen formasi yang dangkal.
Gypsum Cement
Gypsum cement merupakan semen yang dibuat dari pencampuran gypsum
(CaS04 2H2O) dengan bubuk semen.
Semen ini mempunyai sifat sebagai berikut:
- Cepat mengeras
- Mengembang setelah ditempatkan.
Oleh sebab itu semen ini baik untuk blowout dan circulation.
3.5. Pengaruh Temperatur dan Tekanan Terhadap Semen
kenaikan temperatur dan tekanan akan menaikkan compressive strength dari
semen. Akan tetapi untuk temperatur di atas 230derajat F, compressive
strength dari semen turun.
Penurunan strength dari semen disebut dengan strength retrogession dapat
pula terjadi karena penambahan air diwaktu pembuatan bubur semen terlalu
banyak.
Selain dari itu additive yang terlalu banyak dapat menyebabkan strength
restrogression pula. Contohnya bentonite yang ditambahkan terlalu banyak
akan menyebabkan strength semen turun.
43
Itulah sebabnya bentonite harus dibatasi dan bentonite jangan digunakan
untuk temperature yang lebih dari 230 derajat F. strength semen akan naik
dengan
bertambahnya waktu. Hal ini berlangsung sampai waktu setahun atau lebih.
Setelah itu dari semen akan konstan.
44
PENUTUP
Syukur Alhmdulillah penulis telah dapat menyelesaikan buku Teknik
Penyemenan Jilid I ini tanpa halangan yang berarti.
Semoga dengan mempelajari buku ini pembaca menguasai:
- Kegunaan penyemenan
- Komponen-komponen bubur semen
- Sifat-sifat bubur semen
- Additive-additive yang diperlukan
- Serta semen khusus.
Pada buku Penyemenan Jilid II pembaca akan dapat mempelajari kelanjutan
jilid I ini. Terutama tentang cara-cara penyemenan untuk sumur migas dan
peralatan-peralatannya.
Semoga Allah SWT memberikan kesempatan dan kemampuan kepada
penulis.
Terima kasih atas perhatian pembaca.
Cepu, April 1998
Hormat Penulis
45
DAFTAR PUSTAKA
1. Anon : “A Guisde to Oil and Well Cemen and
Cementing Additives”, Petroleum
Equipment and Services, 1968
2. Baker Line : “Service Catalog”. A Baker
Tools Company,
San Antonii, 1981
3. Bambang, T : “Teknik Pemboran II”, Patra, ITB,
Bandung,
1970
4. Brantly, J.E. : “Rotary Handing Handbook”, New
York,
1961
5. Craft and Holden : “Well Design Drilling and
Production”, New
Jersey, 1962
6. Dowell Schlumberger : “Cementing Technology”, 1983
7. Halliburton : “Sales and Services Catalog”,
Halliburton
Company, Duncan, 1983
8. K. Smith, Dwight : “Cementing”, AJME, New York,
1976
9. Kaswir Badu : “Pipa Selubung dan Penyemenan”,
PPT
Migas, Cepu, 1987
10.Nel J. Adam : “Drilling Engineering”, Penn Well
Books,
PennWell Publishing Company, Tulsa,
Oklahoma, 1985