Casing Perencanaan (Compatibility Mode) [PDF]

Citation preview

PERENCANAAN CASING



PERENCANAAN CASING Dalam perencanaan rangkaian casing, pertimbanganpertimbanganpertimbangan yang harus di-pikirkan adalah bahwa casing yang direncanakan harus dapat menahan gayagayagaya dan tekanantekanan-tekanan yang bekerja pada rangkaian casing, supaya rangkaian casing tidak rusak : di dalam lubang. Dengan demikian rangkaian casing dapat berfungsi dengan baik. Mengingat biaya untuk rangkaian casing sangat mahal, rangkaian casing yang dipilih harus semurah mungkin. Jadi dalam perencanaan rangkaian casing, dipilih casing yang dapat menahan gayagaya-gaya dan tekanantekanan-tekanan yang bekerja pada rangkaian casing, dan semurah mungkin



Gaya--Gaya Yang diterima Gaya Casing Gaya-gaya dan tekanan yang diderita Gayacasing yang diperhitungkan dalam perencanaan casing adalah sebagai berikut : Tension Load External Pressure Internal Pressure Biaxial Stress



Tension load (gaya tarikan) yang diderita menggantung di dalam lubang sumur. Makin panjang casing maka tension load yang diderita casing yang teratas makin besar. Karena bagian dari casing yang paling menderita terhadap gaya tarikan ini adalah pada joint, maka tension load disebut juga dengan istilah joint load. Joint yang paling menderita terhadap tension load adalah joint yang teratas.



Joint load dari casing dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : JL = L x BN ........................ (4(4-1) Dimana : JL = Joint load, lbs L = Panjang casing, ft BN = Berat nominal, Ibs/ft



Gambaran joint load yang menderita casing dapat dilihat pada gambar 3-l.



Casing mempunyai kekuatan untuk menahan joint load. Kekuatan ini disebut dengan joint strength. Joint strength casing tergantung pada : Diameter luar Berat nominal Jenis sambungan Grade Joint strength dari beberapa buah casing untuk round thread and coupling, dapat dilihat pada tabel berikut :



Table 3.1 Joint Strength Casing, Round Thread and Coupling.



Soal Berapakah Joint estrength dari casing 7”OD, 23 lb/ft, NN-80. LT&C ? Tabel 3.1 memperlihatkan joint strength dari casing untuk ukuran mulai 4 ½” OD sampai dengan 20”OD, untuk jenis, sambungan Round thread and Coupling. Joint strength dari casing untuk ukuran mulai 4 ½” OD sampai dengan 20”OD, untuk jenis sambungan Buttress Thread and Coupling dan Extreme Line dapat dilihat pada table 3.2.



Table 3.2 Joint Strength Casing, Buttress Thread and Coupling, Outside Diameter inch



Nominal Weight Lb/ft



4½



Joint Strength, 1000 lb H-40



J-55



K 5 5



C-75



N-80



C-95



P-110



V-150



10.50 11.60 13.50 15.10



203 225



2 4 9 2 7 7



288 331



304 349



325 374



385 443 509



683



5.0



11.50 13.00 15.00 18.00 20.80 24.20



252 293



3 0 9 3 5 9



375 452



396 477



424 512



503 606



685 826 847 847



5½



15.50 17.00 20.00 23.00



300 329



3 6 6 4 0 2



423 497 550



446 524 579



480 563 608



568 667 724



908 910



6 5/8



20.00 24.00 28.00 32.00



374 453



4 5 3 5 4 8



583 683 771



615 721 814



665 780 880



786 922 1040



Table 3.2 Joint Strength Casing. Buttress Thread and Coupling ( Lanjutan ). Outside Diameter inch



Nominal Weight Lb/ft



7 00



23.00 26.00 29.00 32.00 35.00 38.00



432 490



7 5/8



26.40 29.70 33.70 39.00 45.30



8 5/8



9 5/8



Joint Strength, 1000 lb H-40



J-55



K-55



C-75



N-80



C-95



P-110



V-150



522 592



557 631 707 779 833 833



588 667 746 823 876 876



836 722 808 891 920 920



853 955 1053 1096 1096



1296 1363 1363 1363



483



581



624 709 806 929



716 813 925 065



960 1093 1285



1482 1706 1932



32.00 36.00 40.00 44.00 49.00



579 654



690 780



847 947 1046 1157



895 1001 1105 1222



976 1092 1206 1334



1288 1423 1574



1925 2130



36.00 40.00 43.50 47.00 53.50 58.40 61.10 71.80



639 714



755 843



926 1016 1098 1257



979 1074 1161 1329



1047 1178 1273 1453



1388 1500 1718



2331 2519 2638 2692



659 749 8852 981



Soal. Berapakah Joint estrength dari casing 7”OD, 32 lb/ft, NN-80. BTC ? Joint strength dari casing untuk ukuran mulai 4 ½”OD sampai dengan 20”OD, untuk jenis sambungan Extreme Line dapat dilihat pada table 4.3



Table 3.3 Joint Strength Casing, untuk Extreme Line. Outside Diameter inch



Nominal Weight Lb/ft



5½



15.50 17.00 20.00 23.00



Joint Strength, 1000 lb H-40



J-55



K-55



C-75



N-80



C-95



P-110 620 654 722



339 372



429 471



471 497 549



496 523 577



521 549 606



605 648 717



637 682 755



668 716 793



6 5/8



24.00 28.00 32.00



477



605



7.00



23.00 26.00 29.00 32.00 35.00 38.00



499 506



632 641



632 641 585 761 850 917



666 675 721 801 805 965



796 852 944



699 709 757 841 940 1013



844 992 1002 1118 1207



7 5/8



26.46 29.76 33.70 39.00



553



700



700 700 766 751



737 737 806 896



774 774 846 941



922 1008 1120



8 5/8



32.00 36.00 40.00 41.00 49.00



686 688



869 871



871 941 1007 1007



917 992 1060 1060



963 1042 1113 1133



1240 1326 1326



V-150



Soal. Berapakah Joint strength dari casing 7”OD, 32 lb/ft, untuk casing extreme line ?



External Pressure External pressure adalah tekanan yang menyerang casing dari luar. Dalam perencanaan casing dianggap bahwa : External pressure adalah tekanan hydrostatik di belakang casing Kondisi yang terburuk terjadi disaat casing kosong, atau tekanan di dalam casing adalah nol



Karena external pressure dianggap adalah tekanan hydrostatik di belakang casing, external pressure yang diderita casing adalah : P ext. = 0.052 x TVD x BJ



.......



(3–2)



Dimana : P ext. = External pressure yang diderita casing, psi TVD = Panjang casing secara vertikal, ft BJ = Berat jenis lumpur dalam lubang, ppg External pressure terbesar dirasakan casing adalah di dasar lubang. Gambaran external pressure yang diderita oleh casing dapat dilihat pada garnbar 33-2.



Soal. Casing 7”OD, dipasang sampai kedalaman 10000 ft. Berat jenis lumpar di dalam lubang adalah 11.5 ppg. Berapakah external pressure yang dirasakan casing di dasar lubang ?



Kekuatan casing untuk menahan casing supaya tidak collapse disebut dengan collapse resistance. Collapse resistance casing tergantung kepada : ukuran casing berat nominal grade. Collapse resistance casing dari ukuran 4 ½”OD sampai 20”OD dapat dilihat pada table 3.4.



Tabel 3.4 Collapse Resistance Casing ( Lanjutan ) OD , Nominal inch Weight, lb/ft 5.0



5.0



11.50 13.00 15.00 18.00



Collapse Resistance, psi F-25



H-40



J-55 3060 4140 5550



1820



K-55 3060 4140 5550



C-75



N-80



C-95



P-110



V-150



6970 10000



7250 10490



8090 12010



8830 13450



10260 16860



20.80 24.20



22860 27000



5½



13.00 14.00 15.50 17.00 20.00 23.00



1660



2630



3120 4040 4910



3120 4040 4910



6.0



15.00 18.00 20.00



1540



2780



3620



36290



6070 8440 10460



6280 8830 11160



4780 5690



6930 10000 12920



7460 11080 14520



10380



13480 18390



Tabel 3.4 Collapse Resistance Casing ( Lanjutan )



OD , inch



Nominal Weight, lb/ft



Collapse Resistance, psi F-25



H-40



J-55



K-55



C-75



23.00 26.00



N-80



C-95



7180



12180



P-110



6 5/8



17.00 20.00 24.00 28.00 32.00



1370



2520



2970 4560



2879 4560



5570 7830 9830



5760 8170 10320



6290 9200 11800



6710 10140 13200



7.0



17.00 20.00 23.00 26.00 29.00



1100



2450



2270 3270 4320



2270 3270 4320



3770 5250 6760



3830 5410 7020



4150 5870 7820



6210 8510



V-150



9800



Tabel 3.4 Collapse Resistance Casing ( Lanjutan ) OD , inch



Nominal Weight, lb/ft



Collapse Resistance, psi F-25



H-40



J-55



K-55



32.00 35.00 38.00 7 5/8



20.00 24.00 26.40 29.70 33.70 39.00 45.30



1100



2040



2890



2890



8 5/8



24.00 28.00 32.00 36.00 40.00 44.00 49.00



950



1640 2210



1370 2530 3450



1970 1530 3450



C-75



N-80



C-95



P-110



V-150



8230 9710 10680



8600 10180 11390



9730 11640 13420



10760 13010 15110



13020 16230 19240



3280 4670 6320 8430



3400 4790 6560 8810



3710 5120 7260 9980



5340 7850 11060



8860 13450 19680



4100 5520 6950 8570



4360 6010 7730 9690



6380 8400 10720



9640 12950



4020 5350 6680 8200



Tabel 3.4 Collapse Resistance Casing ( Lanjutan ) OD inch



,



Nominal Weight, lb/ft



Collapse Resistance, psi F-25



16 5/8



87.50



20.00



94.00 106.50 133.00



630



410



H-40



J-55



630



630



520



520 770 1500



K-55



C-75



N-80



C-95



520 770 1500



* Halliburton Cementing Table, l981 Makin Besar ukuran casing, collapse resistance makin keciI.



Soal. Berapakah collapse resistance casing 7”OD, 26 lb/ft J-55 ?



P-110



V-150



Internal Pressure Internal pressure adalah tekanan yang menyerang casing dari dalam casing , Dalam perencanaan casing dianggap bahwa internal pressure adalah tekanan formasi yang berasal dari trayek casing berikutnya, disaat terjadi blow out. Gambaran internal pressure yang diderita oleh casing dapat dilihat pada gambar 33-3. Kekuatan yang dipunyai casing untuk menahan internal pressure disebut dengan Internal Yield Pressure, yang diberi notasi Pi.



Internal yield pressure casing tergantung kepada : Out side diameter Berat nominal Grade casing Internal yield pressure casing dapat dilihat pada table 33-5.



Collapse resistance casing yang tercantum pada tabel 33-4. akan berkurang harganya kalau menerima beban tarikan. Disaat rangkaian casing masih menggantung, sebelum casing disemen, casing dalam kondisi menerima tarikan oleh berat casing itu sendiri. Oleh sebab itu collapse resistance casing di suatu titik di dalarn lubang harus dikoreksi. Collapse resistance casing di suatu titik di dalam lubang tergantung kepada : Berat casing yang menguntungkan Collapse resistance yang tertera pada tabel 3.4 Konstanta koreksi yang tertera pada tabel 33-6



Gambaran rangkaian casing saat kondisi menggantung di dalam lubang dapat dilihat pada gambar berikut :



Persamaan untuk mencari collapse resistance casing di suatu titik di dalam lubang adalah :



Dimana : PC = Collapse resistance yang tertera pada tabel 44-3, psi PCc = Collapse resistance casing di suatu titik di dalam lubang, psi K = Konstanta koreksi yang tertera pada tabel 33-6, lb W = Berat casing yang menggantung, lb



Berat casing yang menggantung adalah: W = BN x L (3–4) Dimana W : Berat casing yang menggantung,lb BN : Berat casing yang menggantung Soa1. Casing 7”OD, 26 lb/ft, N-80 dipasang sampai kedalaman 10000 fl Berapakah collapse resistance casing: a. pada kedalaman 7000 ft ? b. di dasar lubang ?.



Tabel 3.5. internal Yield Pressure Casing OD , inch



Nominal Weight, lb/ft



Internal Yield Pressure, psi F-25



H-40



J-55



3190



4380 4790 5350



4½



9.50 10.50 11.60 13.50 15.10



1990



5.0



11.50 13.00 15.00 18.00 20.80 24.20



1930



5½



13.00 14.00 15.50 17.00 20.00



1810



3110



K-55



C-75



N-80



C-95



P-110



V-150



4380 4790 5350



7290 8460



7780 9020



9240 10710



10690 12410 14420



18360



4240 4870 5700



4240 4870 5700



7770 9500



8290 10140



9840 11770



11400 13620



15540 18580 18580 18580



4270 4810 5320



4270 4810 5320



7250 8610



7740 8990



9190 10680



10640 12860



16860



Soal. Berapakah Collapse resistance dan Internal yield dari casing 7”OD, 32 lb/ft N-80 ?



Tabel 3.6 Konstanta Koreksi Terhadap Beban Tarikan (K) Outside Diameter inch



Berat Nominal, lb/ft



Konstanta Koreksi Terhadap Beban Tarikan (K), 1000 lb H-40



J-55



K-55



N-80



P-110



430 490 569



430 490 569



744 897



1076 1298



403



524 587 645



524 587 645



844 991 1127



1221 1434 1631



18.00 20.00 23.00 26.00



517



672



672



879 982 1141



1030 1867



20.00 24.00 28.00 32.00



573



745 902



902



1179 1383 1560



1707 2001 2258



5.00



11.50 13.00 15.00 18.00



5½



14.00 15.50 17.00 20.00 23.00



6.0



6 5/8



Tabel 3.6 Konstanta Koreksi Terhadap Beban Tarikan (K) Outside Diameter inch 7.0



7 5/8



8 5/8



Berat Nominal, lb/ft



Konstanta Koreksi Terhadap Beban Tarikan (K), 1000 lb K-55



H-40



J-55



N-80



17.00 20.00 23.00 26.00 29.00 32.00 35.00 38.00



941 575



747 865 981



747 981



24.00 26.40 29.70 33.70 39.00



690



977



977



1278 1452 1652 1903



28.00 32.00 36.00 40.00 44.00 49.00



795 915



901 1189 1344



901 1189 1344



1757 1968 2170 2040



1132 1283 1436 1584 1729 1863



P-110 1857 2078 2292 1503 2696



2101 2391 2753



2843 3140 3473



Soal. Berapakah konstanta K untuk casing 7”OD, 26 Ib/ft, N-80 ?



Perencanaan Casing. Casing. Sebagaimana telah diuraikan pada halamanhalamanhalaman sebelumnya di dalam lubang rangkaian casing menerima gayagaya-gaya dan tekanantekanantekanan. Kalau gayagaya-gaya dari tekanantekanan-tekanan yang menyerang casing melebihi kekuatannya, maka casing akan rusak. KerusakanKerusakan-kerusakan casing tersebut adalah sebagai berikut : Casing putus Casing collapse Casing bursting



Untuk itu kita harus merencanakan casing untuk menghadapi gayagaya-gaya dan tekanan-tekanan tersebut. GayaGaya-gaya dan tekanan--tekanan tersebut adalah : tekanan - external pressure - internal pressure - joint load Selanjutnya dipilih casing yang mempunyai kekuatankekuatan-kekuatan yang lebih besar dari gayagaya-gaya atau tekanan tekanan-tekanan yang_menyerang casing.



Perencanaan Casing Menghadapi External Pressure. Agar casing tidak mengalami collapse, casing yang dipilih harus mempunyai collapse resistance yang lebih besar dari external pressure. Gambaran casing collapse dapat dilihat pada gambar 3.5. Dengan kata lain casing yang dipasang harus mempunyai collapse resistance minimum sebesar : Pc min = 0.052 x Bj x L x Nc (3.5) Dimana : Pc min: collapse resistance minimum, psi BJ : berat jenis lumpur di dalam lubang, ppg L : Panjang casing yang dipasang, ft Nc : design factor agar casing tidak collapce, yang harganya berkisar antara 1.0 s/d 1.25.



Karena external pressure dianggap sama dengan tekanan hidrostatis lumpur di belakang rangkaian casing, maka external pressure yang terbesar diderita casing adalah di dasar lubang, sehingga kemungkinan casing collapse terbesar di dasar lubang. Soal. Casing 7”OD direncanakan dipasang sampai kedalaman 10000 ft. Berat jenis lumpur di dalam lubang 11 ppg. Design factor untuk melawan external pressure adalah 1.2. Casing apakah yang saudara pasang?



Perencanaan Casing, Menghadapi Internal Pressure.



Casing akan mengalami bursting atau pecah apabila internal pressure yang bekerja pada casing melebihi internal yield pressure. Gambaran casing mengalami bursting dapat dilihat pada gambar 3.6.



Agar casing tidak mengalami bursting, casing yang dipilih harus mempunyai internal yield pressure yang lebih besar dari internal pressure. Dengan kata lain casing yang dipasang harus mempunyai internal yield pressure minimum sebesar : Pi min = Pf x Ni (3 (3--6) Dimana : Pi min : internal yield pressure minimum, psi Pf : tekanan formasi terbesar pada trayek casing selanjutnya yang mungkin menyebabkan kick, psi Ni : design factor agar casing tidak bursting, yang harganya berkisar antara 1.0 s/d 1.125.



Soal. Casing 7”OD, direncanakan dipasang sampai 10000 ft Berat jenis lumpur di dalam lubang 11 ppg. Design factor untuk melawan external pressure adalah 1.2. Pada kedalaman 1200 ft diperkirakan tekanan formasi adalah 6500 psi Design factor untuk melawan internal pressure adalah 1.1. ., Casing apa saja yang dapat menahan internal pressure supaya casing tidak pecah ?



Perencanaan Casing Menghadapi Joint Load. Casing akan putus atau parted apabila joint load yang bekerja pada casing melebihi internal joint strengthnya. Gambaran casing mengalami putus dapat dilihat pada gambar 3.7.



Agar casing tidak putus, casing yang dipilih harus mempunyai joint strength yang lebih besar dari joint load. Dengan kata lain casing yang dipasang harus mempunyai joint strength minimum sebesar : Fj min = L x BN x Nj ........ (3 (3--7) Dimana Fj min : joint strength minimum, lb BN : berat nominal casing, lb/ft NJ : design factor agar casing tidak putus, yang harganya berkisar antara 1.6 s/d 2.0.



Soal. Casing 7”UD, 32 lb/ft, NN-80, LT&C, direncanakan dipasang sampai 10100 ft. Design factor terhadap joint load adalah 1.7. Apakah casing tersebut sanggup dipasang sampai ke permukaan ?



Perencanaan Combination Casing String.



Combination. casing adalah rangkaian casing yang terdiri dari lebih satu section. Satu section maksudnya rangkaian casing yang terdiri dari satu spesifikasi.



Gambaran dari combination casing string dapat dilihat pada gambar 3.8



Pada gambar 3.8.I combination casing string terdiri dari tiga section, section bawah ( section 1 ) adalah NN-80, 29 #, section tengah ( section 2 ) adalah NN-80, 26 #, dan section atas ( section 3 ) adalah NN-80, 29 #. Pada kombinasi ini setiap section gradenya sama, dan section 2 berat nominalnya berbeda. Pada gambar 3.8.II combination casing string terdiri dari tiga section, section bawah ( section 1 ) adalah NN-80, 23 #, section tengah ( section 2 ) adalah JJ-55, 23 #, dan section atas ( section 3 ) adalah NN-80, 23 #. Pada kombinasi ini setiap section berat nominalnya sama, dan section 2 gradenya berbeda.



Tujuan dari membuat combination casing string adalah untuk mengurangi biaya casing. External pressure yang terbesar berada di dasar lubang, dan makin keatas makin kecil. Sehingga casing section yang terbawah dipasang yang mempunyai collapse resistance yang terkuat yang dapat menahan external pressure supaya casing tidak collapse. Di atasnya sebagai section 2 dipasang casing yang mempunyai collapse resistance lebih kurang.



Terlihat pada gambar 4.8.I bahwa section 1 adalah NN-80, 29 #., dan section 2 adalah N N--80, 26 #. Casing NN-80, 29 # mempunyai collapse resistance lebih besar dari N-80, 26 #, dan harganya lebih mahal. Section 1 dibuat sependek mungkin, dan section 2 dibuat sepanjang mungkin. Begitu juga dengan combination casing string yang diperlihatkan pada gambar 4.8.II. section 1 adalah NN-80, 23 #., dan section 2 adalah JJ--55, 23 #. Casing NN-80, 23 # mempuuiyai collapse resistance lebih besar dari JJ-55, 23 #, dan harganya lebih mahal. Section 1 dibuat sependek mungkin, dan section 2 dibuat sepanjang mungkin.



Joint load yang terbesar pada rangkaian casing berada di permukaan, dan makin ke bawah makin kecil. Sehingga casing section yang teratas dipasang yang mempunyai Joint strength yang terkuat yang dapat menahan joint load supaya casing tidak putus. Umumnya casing section teratas sama dengan section yang terbawah. Terlihat pada gambar 3.8.I bahwa section yang teratas ( section 1 ) sama dengan section yang terbawah ( section 3 ) adalah NN-80, 29 #, Begitu juga dengan combination casing string yang diperlihatkan pada gambar 3.8.II. section 3 adalah NN-80, 23 #.



Prinsip dari perencanaan combination casing string adalah : Casing yang dipasang harus dapat menahan semua gayagaya-gaya dan tekanantekanan-tekanan yang menyerang casing supaya casing tidak rusak Casing yang dipasang harus semurah mungkin Perencanaan combination casing string ada beberapa cara, yaitu secara analitis dan secara grafis



Perencanaan Combination Casing String Secara Analitis Perencanaan combination casing string secara analitis ada dua metoda, yang mana kedua metoda ini menggunakan trial and error.



Langkah-langkah perhitungan dalam perencanaan Langkahadalah sebagai berikut : A. Menentukan casing untuk section 1. Untuk menentukan casing untuk section 1, dihitung harga collapse resistance minimum untuk section 1 menggunakan persamaan 3.5 Pcl min



= 0.052 x Bj x LS1 x Nc



Dimana Pcl min : collapse resistance minimiun untuk section l, psi Bj : Berat jenis lumpur di dalam lubang, ppg LS1 : Setting depth section 1,ft Nc : Design factor untuk menghadapi external pressure. Pilih casing yang mempunyai collapse resistance yang sedikit lebih besar dari Pc min. Gunakan table 3.4.



B. Menentukan Casing yang dikombinasikan. Untuk menentukan casingcasing-casing yang dapat dikombinasikan dihitung internal yield minimum berdasarkan persamaan 3.6 Pi min = Pf x Ni Dimana Pi min : internal yield pressre minimum, psi Pf : tekanan formasi pada trayek pemboran selanjutnya yang mungkin menyebabkan blowout, psi Ni : Design factor untuk menghadapi internal pressure. Casing – casing yang dapat dikombinasikan adalah casing – casing yang mempunyai internal yield pressure yang lebih besar dari internal yield pressure minimum.



C.Tabelkan collapse resistance, dan joint strength dari CasingCasing-casing yang dapat dikombinasikan.



D.Menentukan panjang section 1. Untuk menentukan panjang section 1, pilih casing untuk section 2 yang mempunyai collapse resistance lebih lemah dari section 1, kemudian tentukan settingth depth section 2 dengan cara trial and error atau coba – coba.



Anggapan-pertama Anggapan.* Setting depth section 2 adalah



Dimana LS 2 : Setting depth section 2 Pc2 : Collapse resistance casing section 2 yang diambil dari table 3.4 BJ : Berat jenis lumpur di dalam lubang Nc : Design factor terhadap external pressure



•



Panjang section 1 adalah : L1 = LS1 - LS2 ………. (3(3-9)



Dimana: L1 : Panjang section 1 LS 1 : Setting depth section 1 LS 2 : Setting depth section 2



Gambaran rangkaian setelah dihitung setting depth section 2 adalah seperti gambar 3.9.



Section 1



* Berat section 1 W1 = L1 x BN1 …….. (3.10) Dimana : L 1 : Panjang section 1, ft BN 1: Berat nominal casing section 1, lb/ft * Collapse resistance casing section 2 pada LS 2 Collapse resistance dihitung berdasarkan persamaan 3.11 sebagai berikut :



selesai