BAB V Thickening Time [PDF]

Citation preview

BAB V PENGUJIAN THICKENING TIME SUSPENSI SEMEN



5.1.



TUJUAN PERCOBAAN Menentukan thickening time dari suatu suspensi semen



a.



dengan menggunakan alat atmospheric consistometer. b.



Mengetahui efek penambahan additif terhadap thickening time suatu suspensi semen 5.2.



DASAR TEORI Thickening time didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan suspensi



semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 UC (Unit of Consistency). Konsistensi sebesar 100 UC merupakan batasan bagi suspensi semen agar masih dapat dipompa, sebab bila lebih dari itu semen akan berbentuk ‘corn’ sehingga sulit untuk dipompa dan bila dipaksakan maka akan merusak pompa semen. Dalam penyemenan yang dimaksud konsistensi adalah viskositas, hanya dalam pengukurannya ada sedikit perbedaan prinsip. Sehingga penggunaan konsistensi dapat dipakai untuk membedakan viskositas pada operasi penyemenan dengan operasi pemboran (lumpur pemboran). Thickening time suspensi semen sangat penting untuk diketahui. Karena waktu pemompaan yang akan dilakukan harus lebih kecil dari thickening time, sebab bila lebih besar dari thickening time maka suspensi semen akan mengeras terlebih dahulu sebelum seluruh suspensi semen mencapai target yang telah ditentukan. Dan apabila suspensi semen mengeras didalam casing, hal ini merupakan kejadian yang sangat fatal dalam operasi penyemenan. Pengerasan juga tergantung pada temperatur kedalaman sumur yang akan dilakukan penyemenan. Untuk sumur yang dalam dan kolom yang panjang diperlukan waktu pemompaan yang lama, sehingga thickening time harus lebih lama. Untuk 58



59



memperpanjang atau memperlambat thickening time perlu ditambahkan retarder kedalam suspensi semen seperti Calcium Lignosulfonat, Carboxymethyl Hydroxyethyl Cellulose dan senyawa-senyawa asam organik. Pada sumur-sumur yang dangkal diperlukan thickening time yang tidak terlalu lama, karena selain target yang akan dicapai tidak terlalu jauh juga untuk mempersingkat waktu. Untuk mempersingkat thickening time dapat ditambahkan accelerator kedalam suspensi semen. Yang termasuk kedalam accelerator adalah Calcium Chlorida, Sodium Chlorida, gypsum, Sodium Silikat, air laut dan additif yang tergolong dispersant. Berikut ini adalah beberapa macam dari additif yang berpengaruh terhadap thickening time: 



Accelerator adalah additif yang dapat mempercepat proses thickening time. Contoh additif, antara lain: -



Calcium Chlorida, umumnya penambahan additif ini antara 2-4% kedalam



suspensi



semen,



pengaruhnya



dapat



mempercepat



thickening time dan menaikkan compressive strength -



Sodium Chlorida dan NaCl, dengan kadar sampai 10% BWOMW berelaku sebagai accelerator



-



Gypsum



-



Silika



-



Air laut







Retarder adalah additif yang dapat memperlambat proses pengerasan suspensi semen, sehingga suspensi semen mempunyai waktu yang cukup untuk mencapai kedalaman yang diinginkan. Contoh additif antara lain: -



Lignosulfonat, efektif dicampurkan kedalam suspensi semen dengan kadar 0,1-0,15% BWOC. Lignosulfonat tetap efektif sampai temperatur 121 ºC dan bila ditambahkan Sodium Barite maka akan dapat bertahan sebagai retarder hingga temperatur 315 ºC



60



-



CMHEC (Carboxymethyl Hydroxymethyl Cellulose), merupakan polisakarida yang terbentuk dari kayu dan tetap stabil hingga temperatur 121 ºC juga bila terdapat alkali pada suspensi semen



Perencanaan besarnya thickening time tergantung pada kedalaman sumur dan waktu untuk mencapai daerah target yang akan disemen. Dilaboratorium, pengukuran thickening time menggunakan alat High Pressure High Temperature (HPHT) disimulasikan pada kondisi temperatur sampai 220 ºF, BHT 500 ºF dan tekanan sirkulasi 2500 psi. Thickening time suspensi semen dibaca apabila pada alat tes telah menunjukkan 100 UC untuk standar API, namun ada perusahaan lain yang menggunakan angka 70 UC (seperti pada Hudbay) dengan pertimbangan faktor keselamatan, kemudian diekstrapolasi ke 100 UC. Perhitungan konsistensi suspensi semen dilaboratorium ini dilakukan dengan mengisi sampel kedalam silinder, lalu diputar konstan pada 150 rpm kemudian dibaca harga torsinya. Dan harga konsistensi suspensi semen dapat Bc  dihitung dengan menggunakan rumus



T  78,2 20,02



61



5.3. 5.3.1. Alat



PERALATAN DAN BAHAN PERCOBAAN



1. Timbangan 2. Blender 3. Vicat Apparatus 4. Gelas ukur 5. Stop watch 5.3.2. Bahan 1. Semen portland kelas A 2. Air 3. NaCl



62



5.3.3. Gambar Alat



Gambar 5.1. Timbangan Digital Laboratorium Analisa Semen Pemboran Program Studi Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran”Yogyakarta



63



Gambar 5.2. Mixer Blender Laboratorium Analisa Semen Pemboran Program Studi Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran”Yogyakarta



64



Gambar 5.3. Stopwatch Laboratorium Analisa Semen Pemboran Program Studi Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran”Yogyakarta



65



Gambar 5.4. Atmospheric Cnsistometer (Laboratorium Analisa Semen Pemboran Program Studi Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran”Yogyakarta



66



5.4.



PROSEDUR PERCOBAAN 1.



Membuat suspensi semen sampel A dengan komposisi yang telah ditentukan yaitu 300 gram semen portland, 156,4 ml air dan 4 gram NaCl



2.



Membuat suspensi semen sampel B dengan komposisi yang telah ditentukan yaitu 300 gr semen portland dan 138 ml air, tanpa aditif.



3.



Menyiapkan peralatan dan stop watch, oven, dan vicat aparatus.



4.



Blender sampel komposisi semen A dan B secara bersamaan selama 10 menit



5.



Menuangkan suspensi semen kedalam cetakan berbentuk silinder diatas kaca agar permukaan semen rata.



6.



Masukan kedalam oven secara bersamaan kemudian atur waktu yang telah ditentukan 30-45 menit



7.



Keluarkan sampel suspensi semen A dan B dari oven kemudian langusng dicoba dengan Vicat Apparatus, jatuhkan bandul secara bersamaan, lihat bandul mana yang lebih tenggelam pada suspensi semen. Lalu amati.



67



5.5.



HASIL PERHITUNGAN DAN PERCOBAAN



5.5.1. Hasil Perhitungan Diketahui : 



Berat Semen



= 300 gram







% WCR



= 46







BWOC NaCl



= 4,6 %







Berat NaCl



=4



%



gram



1. Perhitungan tanpa Additive Volume Air Total =



WCR+(%BWOC x Additive ) 100



Volume Air Total =



46+(0 x 0) 100



x Ws



x 300



Volume Air Total = 138 cc 2. Perhitungan menggunakan Additive 20 gram NaCl Volume Air Total =



WCR+(%BWOC x Additive ) 100 4 x 100 ) 300 100



x Ws



46+(4,6 x Volume Air Total =



x 300



Volume Air Total = 156,4 ml 5.5.2. Hasil Percobaan Percobaan menggunakan alat Vicat Apparatus untuk membandingkan thickening time kedua semen. Waktu pengerasan semen dengan aditif NaCl lebih cepat dibandingkan dengan semen murni.



68



5.6. PEMBAHASAN Thickening time merupakan waktu yang diperlukan oleh suspensi semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 uc (unit of consistency) yang merupakan batasan di mana suspensi semen masih bisa dipompakan. Thickening time yang cepat dapat menyebabkan semen lebih cepat mengeras. Sebaliknya, thickening time yang lama menyebabkan semen lebih lama mengeras. Pada praktikum kali ini kami melakukan percobaan tidak secara spesifik dikarenakan alatnya ada (alat Atmospheric Consistometer) namun tidak melakukan praktikum sesuai dengan prosedur pada modul hanya dijelaskan oleh asisten laboratorium. Penjelasan praktikum yang kita lakukan Pertama-tama percobaan dilakukan dengan membuat 2 sampel suspensi semen terlebih dahulu, pertama membuat suspensi semen sampel A dengan komposisi yang telah ditentukan yaitu 300 gram semen portland, 156,4 ml air dan 4 gram NaCl, kemudian membuat suspensi semen sampel B dengan komposisi yang telah ditentukan yaitu 300 gr semen portland dan 138 ml air tanpa aditif, kemudian menyiapkan stop watch, oven, Atmospheric Cnsistometer, vicat apparatus, blender sampel komposisi semen A dan B secara bersamaan selama 10 menit agar keduanya dapat dibandingkan secara adil nantinya ketika dimulai percobaan, kemudian menuangkan suspensi semen kedalam cetakan berbentuk silinder diatas kaca agar permukaan semen benar- benar rata agar nantinya dapat digunakan untuk dijatuhkan bandul pada alat vicat apparatus ke permukaan semen. Percobaan dilanjutkan dengan memanaskan (memasukan suspensi semen tanpa aditif maupun yang memakan aditif NaCl ke dalam oven) selama 1 jam. Setelah itu, semen tersebut di cek secara kualitatif dengan menggunakan alat Vicatapparatus, yang fungsinya untuk mencari range WCR (Water Cement Ratio) yang tepat dengan cara trial and error. Hal terakhir yang dilakukan adalah melakukan perbandingan antara semen murni yang hanya dicampur air saja dengan semen yang ditambahan aditif NaCl dengan menggunkan alat Vicat Apparatus. Terlihat dari hasil perbandingan bahwa semen yang ditambahkan aditif NaCl lebih cepat mengeras dibandingkan dengan semen murni yang hanya



69



berbahan campuran air, pada percobaan kali ini tidak ada hasil kualitatif, namun hanya berdasarkan penglihatan mata dan pengamatan waktu. Penambahan aditif NaCl ke dalam suspensi semen akan mempercepat proses thickening time atau proses pengerasan suspensi semen, hal ini disebabkan karena NaCl bersifat mengikat H2O sehingga jumlah volume air dalam suspensi semen akan berkurang dan menyebabkan suspensi semen cepat mengering. NaCl dan Sodium Chlorida merupakan beberapa contoh aditif accelelator, yaitu aditif yang berfungsi untuk mempercepat proses pengeringan dan pengerasan dari bubur semen dan biasanya digunakan pada sumur – sumur dangkal karena tekanan dan temperatur pada umumnya rendah dan karena jarak untuk mencapai target penyemenan tidak terlalu panjang. Lain halnya apabila percobaan menggunakan aditif CMC, dilihat dari hasil pengamatan praktikum oleh angkatan Teknik Perminyakan tahun- tahun sebelumnya, bahwa penambahan CMC ke dalam suspensi semen akan memperlambat proses thickening time, karena CMC termasuk ke dalam salah satu golongan aditif Retarder yang menyebabkan suspensi bertambah viscous atau kental sehingga air lebih sulit keluar dari suspensi semen dan menyebabkan lambatnya tickening time. CMC umunya digunakan untuk penyemenan casing pada sumur – sumur dalam yang bertempertaur tinggi. Hal ini sesuai dengan hasil percobaan yang ditunjukan apabila melakukan pengamatan pada grafik percobaan additive vs thickening time milik senior. Besar kecilnya thickening time harus diatur sesuai kedalaman lokasi yang akan di semen. Untuk penyemenan pada sumur yang dalam dan kolom penyemenan yang panjang akan memerlukan waktu yang lebih lama untuk semen sampai pada lokasi penyemenan sehingga thickening time semen harus diperlambat agar semen tidak mengeras sebelum mencapai lokasi yang akan di semen. Memperlambat thickening time dapat dilakukan dengan penambahan additive yang disebut retarder seperti calcium lignous sulfate, carboximethyl cellulose, dan senyawa-senyawa asam organik. Untuk penyemenan pada sumur dangkal, thickening time yang dibutuhkan tidak lama. Untuk mempercepat



70



thickening time dapat dilakukan dengan penambahan additive yang disebut akselerator seperti calcium chlorida, sodium clorida dan gypsum. Dalam operasi penyemenan lubang bor, thickening time sangat penting untuk diketahui karena jika semen mengeras sebelum mencapai target yang diinginkan maka akan mengganggu bahkan menghambat proses penyemenan selanjutnya dan juga menambah beban dari pompa semen sehingga laju dari pemompaan menurun dan pada akhirnya akan dapat merusak pompa semen. Aplikasi lapangan dari percobaan thickening time ialah mengetahui setting waktu pemompaan, dimana waktu pemompaan harus lebih kecil dari thickening time, karna jika tidak maka suspensi semen akan mengeras terlebih dahulu sebelum sampai pada kedalaman target yang di inginkan apabila semen mengeras dalam casing ini akan menjadi masalah berarti bagi proses penyemenan yang akan memakan waktu lebih lama dari yang sudah di tentukan, apabila waktu penyemenan lebih lamapun akan menambah biaya untuk jasa service company yang melakukan proses penyemenan.



71



5.7. KESIMPULAN 1. Thickening time adalah waktu yang diperlkan suspensi semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 UC. 2. Thickening time berkaitan dengan waktu yang diperlukan untuk memompa slurry semen, bila thickening time terlalu kecil menyebabkan beban pompa semakin besar. 3. Penambahan aditif NaCl berfungsi untuk mempercepat pengerasan semen karena NaCl termasuk kedalam golongan accelerator. 4. Penggunaan aditif tergantung pada kedalaman target yang akan disemen. 5. Faktor yang mempengaruhi thickening time : o Kedalaman sumur atau formasi o Temperature serta tekanan sumur o Aditif yang digunakan 6. Aplikasi lapangan dari percobaan thickening time ialah mengetahui pemompaan yang akan di lakukan harus lebih kecil dari thickening time maka suspensi semen akan mengeras terlebih dahulu sebelum sampai pada target yang di inginkan, apabila semen mengeras dalam casing ini akan menjadi masalah berarti bagi proses penyemenan yang akan memakan waktu lebih lama dari yang sudah di tentukan, apabila waktu penyemenan lebih lamapun akan menambah biaya untuk jasa service company yang melakukan proses penyemenan.