Lumpur Pemboran [PDF]

Citation preview

DRILLING MUD SYSTEM



1



OPERASI PEMBORAN Tujuan dari Operasi Pemboran adalah mengebor, mengevaluasi, dan menyelesaikan sumur yang akan menghasilkan minyak dan/atau gas secara efisien dan aman. Lumpur Pemboran (drilling Fluid, Drilling Mud) merupakan salah satu sarana penting dalam operasi pemboran sumur-sumur minyak dan gas bumiuntuk mencapai target yang direncanakan. Pada mulanya orang hanya menggunakan air saja untuk mengangkat cutting (serpih hasil pemboran) dan dengan kemajuan zaman lumpur mulai digunakan 2



Sistim Utama dalam Rig pemboran Pada operasi pemboran, biasanya peralatan yang dipakai dibagi ke dalam beberapa sistem. Pembagian sistem-sistem yang umum dilakukan oleh orang-orang di industri perminyakan adalah sebagai berikut:



1. Sistem pengangkat (Hoisting System) 2. Sistem pemutar (Rotating System)



3. Sistem sirkulasi (Circulating System) 4. Sistem pencegah sembur liar (BOP System) 5. Sistem daya (Power System)



3



Sistim Utama dalam Rig pemboran 1. Sistim Pengangkatan (Hoisting System) Sistem Pengangkat (Hoisting System) adalah salah satu dari antara komponenkomponen utama dari Rig yang berfungsi untuk memberikan ruangkerja yang cukup untuk pengangkatan dan penurunan drill string dan casing kedalam lubang bor selama operasi pemboran. Sistem pengangkatan ini terdiri dari dua sub komponen utama, yaitu a. Strukture Penyangga (Supporting Structure) • Substructure • Rig floor • Drilling tower (derick atau mast) b. Peralatan pengangkat (Hoisting equipment) • Drawwork. • Overhead tool (crown block, travelling block, hook, elevatore). • Drilling line 4



System Utama dalam Rig pemboran 2. Rotating System (Sistim Putar)



Rotating system (Sistem Pemutar) adalah salah satu dari komponen – komponen utama suatu drilling rig. Tugas utamanya adalah memutar mata bor, memberi beban mata bor dan memberi saluran lumpur bertekanan tinggi ke mata bor untuk mengebor membuat lubang sumur. System pemutar ini terdiri dari empat sub komponen utama : 1. Swivel (kepala pembasuh) 2. Rotating Assembly (Unit pemutar) 3. Drill Stem (batang bor) 4. Bit (mata bor)



5



System Utama dalam Rig pemboran 3. Circulating System (Sistim Sirkulasi) Circulating System adalah suatu bagian dari system utama dalam rig pemboran yang difungsikan untuk mengalirkan lumpur pemboran, turun melewati rangkaian pipa pemboran dan naik ke annulus membawa serbuk bor ke permukaan.Aliran lumpur bor pada saat sirkulasi akan melewati bagian-bagian: a. Mud tank ke mud pump b. Mud pump ke high pressure surface connection dan ke drillstring c. Drillstring ke bit d. Bit ke atas melalui annulus hingga ke permukaan e. Sampai dipermukaan akan melalui solid control equipment, seperti; 1. Shale Shaker 2. Desander 3. Desilter 4. Centrifuge Hal ini bertujuan untuk penyaringan cutting dari lumpur bor agar lumpur yang kembali ke tangki penghisapan (suction pit) kembali bersih. Dan terus berulang hingga selesai pekerjaan pengeboran. Dalam Perjalanan lumpur dari bit ke permukaan akan membawa banyak informasi di antaranya adalah sample batuan dalam bentuk cutting, selain itu juga terkadang pada lokasi tertentu akan membawa gas non hydrocarbon seperti H2S, CO yang berbahaya bagi makhluk hidup disekitar tempat tersebut. 6



System Utama dalam Rig pemboran 4. BOP System (Sistim Pencegahan Sembur Liar) Merupakan system rig pemboran yang berfungsi : - Menutup lubang sumur pd keadaan ada pipa atau tidak ada pipa dlm lubang serta utk pekerjaan stripping in atau stripping out - Menahan tekanan sumur yg timbul dan dpt dilalui semua peralatan yang dipakai utk operasi pemboran / kerja ulang - Mengendalikan tekanan sumur & dpt dipakai utk pekerjaan sirkulasi mematikan kick - Menggantung (hanging off) dan memotong pipa bor pd keadaan darurat. - Memiliki system peralatan cadangan apabila salah satu rusak, khusus utk sumur bertekanan tinggi. Peralatan untuk mencegah blowout (meledaknya sumur di permukaan akibat tekanan tinggi dari dalam sumur). Yang utama adalah BOP (Blow Out Preventer) yang tersusun atas berbagai katup (valve) dan dipasang di kepala sumur (wellhead).



7



8



System Utama dalam Rig pemboran 5. Power System (Sistim Tenaga) Suatu system dalam rig pemboran dimana suatu perangkat instalasi pemboran menadaptkan supply daya untuk menggerakan system-sytem yang lain. Dalam suatu rig pemboran terdiri dari power system yaitu mechanical & Electrical. Sistem tenaga terutama digunakan sebagai penggerak drawwork dan pompa lumpur pada rig. Tenaga tersebut dihasilkan dari prime mover (Internal combustion engines) de-ngan bahan bakar minyak diesel



9



LUMPUR PEMBORAN Lumpur pemboran dapat didefinisikan sebagai semua jenis fluida (cairan, cairan berbusa, gas bertekanan) yang dipergunakan untuk membantu operasi pemboran dengan membersihkan dasar lubang dari serpih bor dan mengangkatnya kepermukaan, dengan demikian pemboran dapat berjalan dengan lancar. Lumpur pemboran merupakan fluida yang bersifat thixotropic yang terdiri dari campuran solid, liquid, dan aditif yang terus disirkulasikan di wellbore selama proses pemboran berlangsung. Dengan berkembangnya teknologi pemboran, lumpur pemboran mulai digunakan selain lumpur pemboran berbahan dasar liquid, digunakan pula gas atau udara sebagai fluida pemboran



10



SISTIM SIRKULASI LUMPUR PEMBORAN



11



Sekema Aliran Lumpur di Permukaan



12



Underbalanced Equipment



13



Fungsi Lumpur Pemboran Pada awal penggunaan pemboran berputar, fungsi utama fluida pemboran hanyalah mengangkat serpih dari dasar sumur ke permukaan. Tetapi saat ini fungsi utama lumpur pemboran adalah:



1. Pengangkatan Serpih Bor (Cutting Removal) Lumpur yang disirkulasi membawa serpih bor menuju permukaan dengan adanya pengaruh gravitasi serpih cenderung jatuh, tetapi dapat diatasi oleh kekentalan lumpur dan daya sirkulasi. Dalam melakukan pemboran serbuk bor (cutting) dihasilkan dari pengikisan formasi oleh pahat, harus dikeluarkan dari dalam lubang bor. Hal ini berdasarkan atas keberhasilan atau tidaknya lumpur untuk mengangkat serbuk bor. Apabila serbuk bor tidak dapat dikeluarkan maka akan terjadi penumpukan serbuk bor didasar lubang, jika hal ini terjadi maka akan terjadi masalah seperti terjepitnya pipa oleh serbuk bor. Serbuk bor dapat diangkat jika lumpur mempunyai kemampuan untuk mengangkatnya. Kemampuan serbuk bor untuk terangkat hingga kepermukaan tergantung yield point lumpur itu sendiri. Jika lumpur sudah memiliki yield point yang memadai maka dengan melakukan sirkulasi serbuk bor dapat terangkat keluar bersama–sama dengan lumpur untuk dibuang melalui alat pengontrol solid (Solid Control Equipment) berupa shale shaker, desander, mud cleaner, dan centrifuge. 14



2. Mendinginkan dan melumasi bit dan drill string. Karena adanya gesekan pada putaran bit dan pada drill string maka akan timbul panas. Untuk mengurangi panas ini tidak cukup dengan konduksi formasi. Dengan adanya lumpur pemboran maka panas akan diserap serta melumasi bit dan drill string. Sehingga gesekan akan berkurang. Laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan persamaan : Q = A Kc ( Ts - Tf ) dimana : A : Kc : Tf : Ts : Q :



Luas pemukaan , ft2 Konduktan konversi thermal Temperatur fluida lumpur, (oF) Temperatur drill pipe, bit (oF) Laju panas, kal/ detik



Panas akan mengalir dengan kondisi dari alat kedalam partikel partikel fluida yang paling dekat dengan drill pipe. Energi panas yang ditransmisikan dan terbawa alliran fluida yang lebih dingin sehingga akan mengalir.



15



3. Membersihkan Dasar Lubang (Bottom Hole Cleaning) Ini adalah fungsi yang sangat penting dari lumpur bor, lumpur mengalir melalui corot pahat (bit nozzles) menimbulkan daya sembur yang kuat sehingga dasar lubang dan ujung–ujung pahat menjadi bersih dari serpih atau serbuk bor. Ini akan memperpanjang umur pahat dan akan mempercepat laju pengeboran. Laju sembur (jet velocity) minimum 250 fps untuk tetap menjaga daya sembur yang kuat kedasar lubang. Laju sembur yang optimal sebaiknya harus memperhitungkan kekuatan formasi atau daya kemudahan formasi untuk dibor (formation drillability). Kalau laju sembur terlalu besar pada formasi yang lunak, dan akan mengakibatkan pembesaran lubang (hole enlargement) karena kikisan semburan. Sedangkan pada formasi keras akan terjadi pengikisan pahat dan menyia– nyiakan horse power



16



4. Melindungi Dinding Lubang Supaya Stabil Terjadinya kontaminasi pada formasi akan mempersukar pemboran. Untuk ini digunakan lumpur yang tidak bereaksi dengan batuan formasi. Terutama untuk formasi yang mempunyai permeabilitas 100 -150 md. Caving terjadi pada formasi shale yang mudah menghidrasi. Adanya formasi yang berlapis-lapis dapat memungkinkan hal ini terjadi, dimana formasi akan runtuh. Untuk menghindari hal ini gel strength dan viskositas harus tinggi.



17



5. Membentuk wall cake yang impermeabel Pada formasi yang permeabel, air mudah untuk mengalir kedalam formasi sehingga akibatnya pada lumpur akan tertinggal padatan dan membentuk dinding pada lubang bor. Wall cake ini apabila terlalu tebal akan mengakibatkan sempitnya lubang bor. Sedangkan bila lapisan zat padat ini tipis maka akan menahan aliran fluida lumpur yang masuk kemudian. Semakin cepat terbentuknya mud cake semakin sedikit partikel yang masuk kedalan formasi permiable dan semakin imbermiable mud cake akan semakin sedikit filtrate yang masuk kedalam formasi, sehingga kerusakan formasi akibat lumpur dapat diminimasi. Pembentukan wall cake ini dapat diperbaiki dengan : • Menambah bentonite



• Menambah zat-zat kimia, strach, CMC, PAC, Lignosulfonate untuk memperbaiki distribusi zat padat dalam lumpur.



18



6. Menjaga atau Mengimbangi Tekanan Formasi Pada kondisi normal gradien tekanan normal : 0.465/ft, 0.107-ksc/ft. Berat dari kolom lumpur yang terdiri dari fase air, partikel–partikel padat lainnya cukup memadai untuk mengimbangi tekanan formasi. Tetapi jika menjumpai daerah yang bertekanan abnormal dibutuhkan materi pemberat khusus (misal : XCD-polimer) yang mempunyai berat jenis tinggi untuk menaikkan tekanan hidrostatis dari kolom lumpur agar dapat mengimbangi dan menjaga tekanan formasi. Besarnya tekanan hidrostatik tergantung dari berat jenis fluida yang digunakan dan tinggi kolom yang dapat dihitung dengan persamaan :



Hp



= 0.052 x Mw (ppg) x D, Psi



dimana : Hp = Tekanan hidrostatic lumpur, psi. Mw = Densitas lumpur, ppg D = Kedalaman, ft.



19



Tekanan kolom fluida kadang-kadang juga dapat dinyatakan sebagai gradien tekanan, yaitu: Gm



= 0.052 x MW



Dimana: Gm = gradrien tekanan hidrostatik lumpur, psi/ft



Harga gradien tekanan untuk fluida adalah sebesar : (dP/dD)w = 0.45 psi/ft ................. (water) (dP/dD)o = 0.35 psi/ft ................. (oil) (dP/dD)g = 0.08 psi/ft ................. (gas)



20



7. Menahan Serpih / Serbuk Bor dan Padatan Lainnya Jika Sirkulasi Dihentikan Kemampuan lumpur bor untuk menahan atau mengapungkan serpih bor pada saat tidak ada sirkulasi tergantung sekali pada daya agarnya (gel strengt). Daya agar adalah suatu sifat fluida thixotropic yang mempunyai kemampuan mengental dan mengagar jika didiamkan (static condition) dan kembali lagi mencair jika diaduk atau digerak–gerakkan. Sifat pengapungan atau penahan serpih didalam lumpur sangat diinginkan untuk mencegah turunnya serpih kedasar lubang atau menumpuk di anulus yang akan memungkinkan terjadinya rangkaian bor terjepit. Tetapi daya agar ini tidak boleh terlalu tinggi supaya mengalirnya kembali lumpur tidak membutuhkan tekanan awal yang terlalu besar.



21



8. Sebagai Media Logging Data-data dari sumur yang diselesaikan sangat penting untuk dasar evaluasi sumur yang bersangkutan, juga penting untuk dasar pembuatan program dan evaluasi sumur-sumur yang akan di bor selanjutnya. Data-data tersebut diatas didapat dari analisa cutting dan pengukuran langsung dengan wire logging. Untuk itu lubang bor harus bersih dari cutting.



22



9. Menunjang (Support) Berat Dari Rangkaian Bor dan Selubung Makin dalam pengeboran, maka berarti makin panjang pula rangkain pipa atau casing, sehingga beban yang harus ditahan menara rig akan bertambah besar, dengan adanya bouyancy effect dari lumpur akan menyebabkan beban efektif menjadi lebih kecil sehingga dengan kemampuan yang ada mampu melakukan pengeboran yang lebih dalam. Faktor yang mempengaruhi dalam hal ini adalah berat jenis dari lumpur.



Wm



= W (1-0,015xMw)



Dimana: W = berat casing di udara (lbs) Wm = berat casing dalam lumpur (lbs) Mw = Density lumpur (ppg) (1-0,015xBjm) = Bouyancy faktor Buoyancy Factor using mud weight in ppg Buoyancy Factor (BF) = (65.5 – mud weight in ppg) ÷ 65.5 Note: 65.5 ppg is density of steel. 23



10. Menghantarkan Daya Hidrolika Kepahat Lumpur pemboran adalah media untuk menghantarkan daya hidrolika dari permukaan kedasar lubang. Daya hidrolika lumpur harus ditentukan didalam membuat program pengeboran sehingga laju sirkulasi lumpur dan tekanan permukaan dihitung sedemikian agar pendayagunaan tenaga (power) menjadi optimal untuk membersihkan lubang dan mengangkat serpih bor. Kemampuan untuk membersihkan serbuk bor dari bit itu didapat karena adanya tenaga hidrolik yang harus disalurkan dari permukaan menuju bit melalui media lumpur yang disebut sebagai Bit Hydraulic Horsepower



24



12. Mencegah dan Menghambat Laju Korosi



Korosi dapat terjadi karena adanya gas-gas yang terlarut seperti oksigen CO2, dan H2S. Juga karena pH lumpur yang terlalu rendah atau adanya garam-garam di dalam. Untuk menghindari hal - hal tersebut diatas, ke dalam lumpur dapat ditambahkan bahan – bahan pencegah korosi atau diusahakan untuk mencegah pencemaran yang terjadi.



25



SIFAT-SIFAT PENTING LUMPUR PEMBORAN Lumpur pemboran merupakan faktor terpenting dalam operasi pemboran karena sangat menentukan keselaamatan kerja dan biaya operaasi keseluruhan. Program lumpur ini menentukan sifat-sifat lumpur yang akan dipergunakan dalam operasi pemboran, Terdiri dari : • • • • • • • •



Density / Berat Jenis Rheology dan Gel – Strength Filtration loss Sifat filter cake/ mud cake Sand Content Solid Control Alkalinity Filtrate pH



26



1. Density / Berat Jenis Density atau Berat Lumpur merupakan sifat lumpur yang menyatakan berat per satuan volume ( berat jenis ). Penentuan density lumpur sangat penting sebab akan menentukan tekanan hisdrostatik kolom lumpur untuk tiap kedalaman, karena lumpur berfungsi sebagai penahan tekanan formasi, maka besarnya density harus ditentukan sedemikian rupa. Density terlalu besar dapat mengakibatkan kerusakan pada formasi dan hilangnya sebagian atau seluruhnya lumpur pemboran. Hal ini disebabkan tekanan kolom lumpur lebih besar dari tekanan formasi di lubang bor. Density terlalu kecil dapat terjadinya Kick (masuknya fluida formasi ke lubang bor), disebabkan tekanan kolom lumpur tidak dapat mengimbangi tekanan formasi. Terjadinya kick bila tidak tidak dapat ditanggulangi/dicegah akan terjadi kemungkinan blow out. Besarnya density lumpur yang dipergunakan harus lebih besar beberapa poit yang diambil untuk faktor keselamatan.



27



dengan diketahui besarnya density yang dipergunakan maka dapatlah diketahui tekanan formasi pada kedalaman tersebut dengan menghitung dari persamaan :



atau



dimana : Pm = tekanan static Lumpur, psi dm = density Lumpur, ppg D = kedalaman, ft Perhitungan density lumpur selama pemboran berlangsung dilakukan dengan menggunakan mud balance



28



Untuk menaikkan density biasa digunakan material barite (4.2 gr/cc), Kalsium karbonate (2,6 gr/cc), Hematite (5.2 gr/cc) dan Galena (7.6 gr/cc).



BaSO4



CaCO3



Fe2O3



PbS



Tetapi yang sering digunakan adalah material barite karena disamping murah harganya dan densitynya cukup tinggi, barite ini tidak bereaksi dengan air dan juga cukup bersih dari impurities.



Untuk menurunkan density lumpur dapat dilakukan dengan cara : • mengendapkan padatan/pasir di sand screen • menambah fasa cairnya (air / minyak). 29



30



2. Rheology dan Gel – Strength a. Viscositas Viscositas adalah tahanan terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. Alat untuk mengukur viscositas lumpur ialah Marsh Funnel, Fann VG. b. Plastic Viscosity (PV) Plasctic viscosity merupakan tahanan internal dari cairan untuk dapat mengalir, tahanan tersebut disebabkan oleh gesekan antara sesama partikel yang ada dalam lumpur dan merupakan salah satu parameter kenaikan solid yang ada dalam lumpur. c. Yield Point (YP) Yield point merupakan tahanan terhadap aliran yang disebabkan oleh gaya elektrokimia antara padatan – padatan, cairan – cairan dan padatan – cairan, dengan kata laian merupakan harga minimum dari Shear Stress yang harus dilampaui sebelum cairan bergerak dan yield point merupakan sifat dinamis sangat penting peranannya dalam mengangkat serbuk bor kepermukaan d. Gel – Strength Gel – strength adalah sifat dimana benda cair menjadi lebih kental bila dalam keadaan diam, dan makin lama akan bertambah kental. Sifat ini dikenal juga sebagai sifat “THIXOTOPIC”. 31



Funn VG 35 Marsh Funnel



Plastic Viscosity : R600 – R300 Yield Point : R300 – PV Apparent Viscosity : R600/2



1 Quart = 946 cc Viskositas air = 26 detik/quart 32



HPHT Viscometer Fann 75



33



Viskositas Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran, sedangkan Gel Strength (GS) adalah pembentukan pengejelan/pengagaran karena gaya tarik menarik antara partikel-partikel clay bila sirkulasi dihentikan.



Kedua sifat ini sangat penting, karena sangat erat hubungannya dengan : • Pengangkatan serpih pemboran • Menahan serpih pemboran dan material pemberat lainnya bila sirkulasi dihentikan • Pelepasan serpihan pemboran dan pasir di permukaan • Memperkecil efek-efek negatif terhadap lubang. Viskositas dan GS akan naik selama pemboran karena hasil pemboran berupa inert solid dan aktive solid yang bersatu dengan lumpur, jika kenaikan viskositas memberikan harga yang terlalu besar dari yang dikehendaki maka lumpur dapat ditambah air dan / atau bahan kimia untuk menurunkann viskositas.



34



Viskositas lumpur ini harus dikontrol, jangan sampai terlalu besar ataupun terlalu kecil. Viskositas yang terlalu tinggi menyebabkan : • Penetrasi rate turun • Pressure loss besar • Pressure surges yang berhubungan dengan lost circulation dan swabbing yang berhubungan dengan blow out • Sukar melepaskan gas dan cutting di permukaan • Torsi untuk memutar drill string besar • Tangga pompa yang besar Sedangkan viskositas lumpur yang terlalu rendah akan menyebabkan : • Pengangkatan cutting tidak baik • Material pemberat lumpur akan terendapkan Untuk mengencerkan lumpur ( menurunkan viskositasnya ) dapat dilakukan dengan menambahkan air atau dengan menambahkan thinner. Sedangkan untuk menaikkan viskositas dapat dilakukan dengan penambahan polimer (XCD, PAC-R) atau zat padat (bentonite untuk water base dan organic clay untuk oil base). 35



3. Filtration loss Filtrat loss yang dimaksud adalah hilangnya sebagian atau seluruh fasa cair (filtrat) karena masuk kedalam formasi yang permeable. Pada tahap awal ketika menembus formasi permeable adalah terjadinya spud loss atau masuknya sebagian partikel kedalam formasi permeable sebelum bridging (mud cake) terbentuk. Air yang lepas disebut Filtate loss. Ada dua macam filtrat loss : a. Filtrasi dinamis, terjadi pada waktu fluida dalam sirkulasi b. Filtrasi statis, terjadi pada waktu tidak ada sirkulasi. Filtrasi dinamis berbeda dengan filtrasi statis, karena aliran fluida cenderung untuk mengikis filter cake (mud cake) yang terjadi karena proses filtrasi. Filter cake akan terus terjadi sampai kecepatan pengendapan sama dengan kecepatan pengikisan. Bila keseimbangan ini telah tercapai maka filtrasi menjadi konstan dan tebal mud cake akan tetap. Sedangkan filtrasi statis, mud cake akan terus bertambah ketebalannya dan kecepatan / jumlah filtrasi akan terus turun, Yang harus kita kontrol dalam operasi pemboran adalah filtrasi dinamis. 36



API Filtration



37



HPHT Filtration



38



39



Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah filtrasi adalah : • Permeabilitas dari filter cake • Tekanan Overbalance (ΔP) • Lamanya formasi kontak dengan lumpur Filtrat loss yang besar akan buruk pengaruhnya terhadap formasi, karena menyebabkan pengurangan permeabilitas efektif terhadap minyak (damage) dan juga lumpur akan banyak kehilangan fasa cairnya, karena itu setiap pemboran ditentukan jumlah filtrasi maksimum yang boleh terjadi. Pengaruh waktu terhadap filtrasi adalah bahwa volume filtrat naik setara dengan akar pangkat dua dari perbandiingan waktu. Grafik akan berupa garis linier yang tidak melalui titik nol, hal ini disebabkan karena dalam percobaan di laboratorium terdapat filtrat yang melalui kertas sebelum mud cake terbentuk.



40



Secara matematis hubungan tersebut dapat ditulis :



dimana : Q2 = Volume fluid loss yang dicarri selama waktu T2 menit, cc Q1 = Volume fluid loss yang diketahui selama T1 menit, cc Jika medium filtrasi adalah konstan, maka jumlah filtrasi akan berupa pangkat dua dari tekanan. Volume filtrat loss sangat tergantung pada jenis lumpur, pada lumpur bentonite, mud cake terbentuk dari partikel bentonite yang sangat kompresible sehingga jika tekanan dinaikkan filtrat loss akan tetap, berbeda dengan mud cake dari jenis lumpur yang lain. Pencegahan filtrat loss yang besar, dapat dilakukan dengan menambahkan additives yang dapat berupa : CMC, PAC, Starch, lignite, dsb



41



4. Sifat filter cake/ mud cake Filter cake ini sebaiknya tipis agar tidak memperkecil lubang bor. Selain itu filter cake harus bersifat impermeabel supaya invasi mud filtrat tidak terus berlangsung terus. Untuk ini maka filter cake juga harus cepat terbentuk dan harus tahan terhadap elektrolit. Apabila sifat-sifat filter cake ini kurang baik (misalnya masih permeabel) maka filtrat yang menginvasi kedalam formasi akan semakin banyak. Terjadinya filter cake :



Filter cake terjadi apabila ada invasi drilling mud kedalam formasi. Pada invasi lumpur bor ini sebagian partikel padatannya akan tersaring pada dinding lobang bor. Sehingga terbentuknya filter cake setelah ada invasi mud filtrat, selain itu juga terjadinya sangat dipengaruhi oleh tekanan kolom lumpur, tekanan formasi serta porositas dan permeabilitas formasi. Untuk terjadinya filter cake, maka tekanan hidrostatik kolom lumpur harus lebih besar dari tekanan formasinya, agar mud filtrat dapat menginvasi kedalam rongga-rongga formasi. Lapisan formasi harus mempunyai porositas dan permeabilitas yang cukup besar, karena dengan hal inilah maka fluida pemboran baru dapat menginvasi kedalam formasi. 42



BRIDGING PROCESS IN PERMEABLE ROCK



Tahapan • Spud loss • Bridging • Filtration loss



43



Damage Formation



Fine Migration



Swelling Particle



44



5. Sand Content Penentuan kadar pasir pada lumpur pemboran adalah untuk mencegah abrasi Pada pompa dan peralatan pengeboran lainnya, juga untuk mencegah penebalan mud cake dan drill pipe sticking.



6. Solid Content Kandungan solid di dalam lumpur bila tidak dikontrol dengan baik akan mempunyai akibat – akibat yang buruk antara lain : • • • •



Memperlambat peneteration rate Susah mengatur sifat – sifat rheologi Bit dan peralatan lainnya cepat aus. Treatment menjadi lebih mahal.



Solid dapat berasal dari penambahan weighting agent dapat pula berasal dari drilled cutting formasi.



45



7. Alkalinity Filtrate Tujuan pemeriksaan alkalinity filtrate adalah untuk mengetahui kontaminan – kontaminan terhadap lumpur. Kontaminan – kontaminan ini dapat berasal dari formasi yang di bor maupun dari air yang digunakan untuk pembuatan lumpur. • OH-, menunjukkan lumpur stabil dan dalam kondisi baik •



OH- dan CO-23, menunjukkan lumpur stabil dan dalam kondisi baik



• •



CO-23, menunjukkan lumpur tidak stabil tetapi masih bias dikontrol CO-2 dan HCO- , berarti lumpur tidak stabil dan sulit untuk dikontrol



•



HCO-3, berarti lumpur sangat jelek dan sulit untuk dikontrol



3



3



8. pH PH menyatakan konsentrasi dari gugus hidroxil (OH¯) yang terdapat dalam lumpur yang akan mempengaruhi kereaktifan bahan – bahan kimia yang digunakan dalam lumpur. Lumpur polymer sangat memerlukan akan kestabilan pH dalam lumpur, dengan pH yang dapat dikontrol antara 8.5 – 10 membikin kerja polymer menjadi efektif, baik dalam mempertahan kan viskositas lumpur maupun besarnya air tapisan.



46



9. Salinitas Penentuan Salinitas (kadar Cl-) dalam lumpur diperlukan terutama jika pemboran melalui daerah di garam dapat terkontaminasi dengan fluida pemboran yaitu daerah yang terdapat kubah garam



10. Kesadahan Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca+2, Mg+2, atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil Apabila kesadahan lumpur tinggi maka akan mengakibatkan yield point rendah, terjadi water loss yang tinggi dan gel strength rate yang terlalu besar, sehingga untuk mengatasinya memerlukan banyak bentonite untuk membentuk gel lumpur yang memadai



47



KOMPOSISI LUMPUR PEMBORAN Komposisi dari lumpur pemboran disusun dari berbagai bahan kimia yang masingmasing mempunyai fungsi secara individual, dan diharapkan saling bekerja secara sinergik untuk mendapatkan sifat-sifat lumpur yang di harapkan. Bahan-bahan kimia penyusun lumpur tidak hanya berfungsi tunggal melainkan dapat berfungsi ganda. Fungsi pertama disebut primary fungtion sedangkan fungsi keduanya disebut secondary fungtion. Tiga macam komposisi atau fasa yang umum digunakan di dalam pembuatan lumpur pemboran adalah sebagai berikut : 1. Fasa cair (air atau minyak) 2. Fasa padat a. Reactive solids (padatan yang bereaksi dengan air membentuk koloid ) b. Inert solids (zat padat yang tidak bereaksi) 3. Fasa kimia Dari ketiga komponen ini dicampurkan sedemikian rupa sehingga didapatkan lumpur pemboran yang sesuai dengan keadaan formasi yang ditembus.



48



1. Fasa Cair Fasa cair adalah komponen utama lumpur pemboran. Fungsi dari fasa cair adalah sebagai fasa dasar yang dapat menyebabkan lumpur dapat mengalir. Disamping itu bila bereaksi dengan reaktif solid akan membentuk koloid yang viscositasnya tertentu sehingga lumpur dapat mengangkat serpih bor. Fasa cair yang digunakan disesuaikan dengan kondisi lapangan dan kondisi formasi yang yang dibor. Fasa cair yang biasa digunakan adalah air tawar, air garam, minyak dan emulsi antara minyak dan air.



2. Fasa Padat Fasa ini terjadi dari partikel padatan halus atau bitir-bitir cairan (fluid droplets)yang berada didalam fasa cair. Dibedakan menjadi 2 (dua) kelompok yaitu : a. Reactive Solids Padatan ini bereaksi dengan sekelilingnya untuk membentuk koloidal. Dalam hal ini clay air tawar seperti bentonite mengisap (absorp) air tawar dan membentuk lumpur. Istilah “yield” digunakan untuk menyatakan jumlah barrel lumpur yang dapat dihasilkan dari satu ton clay agar viskositas lumpurnya 15 cp.



49



Pengembangan / Swelling Clay



50



b. Inert Solids Inert solid adalah padatan yang tidak bereaksi dengan air dan dengan komponen lainnya dalam lumpur, dimana material ini tidak tersuspensi. Fungsi utama dari material ini adalah berkaitan erat dengan densitas lumpur berguna untuk menambah berat ata berat jenis dari lumpur, yang tujuannya untuk menahan tekanan dari tekanan formasi dan tidak banyak pengaruhnya dengan sifat fisik lumpur yang lain. Material inert ini antara lain adalah barite atau barium sulfate (BaSO4), besi oxida (Fe2O3), calcite atau calsium sulfate (CaSO4) dan galena (PbS), dimana kebanyakan dari zat-zat ini berfungsi sebagai material pemberat. Inert solid dapat pula berasal dari formasi-formasi yang dibor dan terbawa oleh lumpur seperti chert, pasir atau clay-clay non swelling, padatan seperti ini bukan disengaja untuk menaikkan densitas lumpur dan perlu dibuang secepat mungkin (dapat menyebabkan abrasi dan kerusakan pompa).



51



Bahan-bahan ini sukar bereaksi dan mempunyai ukuran yang halus, terdiri dari : a. Barium Sulfat (BaSO4) Keuntungan-keuntungan dengan menggunakan barium sulfat adalah harganya murah, berat jenisnya 4.2, bersih, tidak reaktif, mengandung impurities silika sedikit, berwarna putih dan mempunyai kekerasan 2.5 - 35 mohs. b. Iron Oxide (Fe2O3) Material ini jarang digunakan sebagai material pemberat. Mempunyai sifat kurang sempurna bila dibandingkan dengan barium sulfat, karena berwarna merah dan abrasive. Selain itu biaya transport dan pengolahan selama proses pembuatan lebih mahal. c. Calsium Carbonat (CaCO3) Umum digunakan untuk memperkecil terjadinya kerusakan formasi akibat butiran halus yang dapat masuk kedalam pori batuan, material ini memeliki berat jenis sekitar 2.6



d. Hematite Umumnya digunakan pada formasi yang mengalami abnormal pressure. Mempunyai berat jenis 5.2, sehingga dapat mengimbangi abnormal pressure. e. Galena (PbS) (7.6 gr/cc) 52



3. Fasa Kimia Zat kimia merupakan bagian dari sistem yang digunakan untuk mengontrol sifat – sifat lumpur misalnya menyebarkan partikel- partikel clay (disepertion), menggumpalkan partikel – partikel clay (flocculation) yang akan berefek pada pengkoloidan partikel clay itu sendiri. Banyak sekali zat kimia yang dapat digunakan untuk menurunkan kekentalan, mengurangi water loss, mengontrol fasa kolid yang disebut dengan surface active agent. Zat kimia yang dapat menurunkan kekentalan dan mendispersi partikel clay biasa disebut thiner. Thiner yang dapat menurunkan kekentalan atau mengencerkan partikel clay diantaranya adalah : 1. Quobracho (dispersant) 2. Phosphate 3. Sodium Tannate (kombinasi caustic soda dan tannium) 4. Lignosulfonate 5. Lignite Sedangkan zat-zat yang dapat menaikkan kekentalan antara lain : 1. CMC 2. PAC 3. XCD Zat-zat kimia tersebut diatas bereaksi dan mempengaruhi lingkungan sistem lumpur tersebut, misalnya dengan menetralisir muatan – muatan listrik clay, menyebabkan dispertion dan lain sebagainya. 53



4. Komponen pembentuk koloid Merupakan suspensi padatan yang reaktif terdispersi dalam media kontinue (sifat koloid lumpur yaitu merupakan lembaran-lembaran clay yang berukuran 10 - 20 angstrom dan terdispers dalam media kontinue air). Makin kecil ukuran partikel makin luas bidang kontak antara permukaan partikel solid dengan cairan mediumnya, sehingga sifat interconected dengan mediumnya besar. Sifat partikel ini menyerupai gerak molekulnya (gerak Brown). Hal-hal yang pelu diketahui : • adanya gaya tarik menarik atom-atom pada permukaan akan membentuk endapan • dalam absorbsi terbagi menjadi koloid yang hydrophilic (menarik air) dan hydrophobic (tidak menarik air). Pada hydrophilic partikell menarik molekul air dan membenttuk lapisan film yang disebut cushion. Pada hydrophobic partikel mempunyai muatan yang saling tolak menolak dengan molekul air, drilling mud mengandung partikel hydrophobic maupun hydrophilic.



54



5. Komponen Thinner Selama proses pemboran berlangsung, padatan dari batuan formasi akan bergabung kedalam lumpur. Walaupun padatan yang tidak diinginkan dalam lumpur dapat dibuang, akan tetapi ada sebagian yang pecah menjadi partikel-partikel kecil sehingga memberikan kenaikan viskositas. Air dapat dipakai untuk mengencerkan lumpur, akan tetapi pemakaian air tidak dapat ekononis bila terjadi viskositas abnormal. Untuk itu digunakan thinner yang dapat mengontrol pengaruh kontamin. Secara kimiawi, thinner dapat berupa organic thinner dan anorganic thinner.



6. Komponen Fluid Loss Reducer Fluid loss resifer adalah bahan yang dipergunakan untuk mengontrol besarnya fluid loss lumpur, tanpa memberikan perubahan sifat lumpur yang lain. Macam-macam yang biasa dipergunakan adalah bentonite, minyak, thinner yang berfungsi sebagai fluid loss reducer, CMC dan Strach. Pemakaian bentonite kurang efektive mengingat mudahnya terpengaruh oleh lingkungan kimia yang berubah.



55



PERENCANAAN DAN PEMBUATAN LUMPUR PEMBORAN Perencanaan dan pembuatan lumpur pemboran dilakukan dengan melaui tahaptahap sebagai berikut : a. Memilih jenis lumpur yang sesuai dengan formasinya. Kondisi formasi merupakan pedoman utama dalam memilih jenis lumpur bor apa yang akan dipergunakan. Pada pemboran eksplorasi lapisan-lapisan formasi yang akan dibor diperkirakan jenisnya. Secara umum syarat yang harus dipenuhi dalam pembuatan lumpur boradalah membuat lumpur yang sesuai dengan sifat fisik dan kimia yang cocok dengan formasi. b. Membuat perhitungan material yang sesuai dengan jenis lumpur yang telah dipilih Meskipun sering dialami perhitungan material yang berbeda dengan praktek. Hal tersebut biasanya disebabkan oleh trouble formasi. Membuat lumpur pemboran yaitu mencampurkan bahan baku lumpur yang terdiri dari bahan padatan yang dicampur dengan bahan cairan, ditambah dengan koloid, ditreat dengan bahan kimia agar didapat hasil lumpur yang sesuai dengan fungsinya



56



Perencanaan lumpur bor meliputi : • Penyediaan material yang akan dipergunakan baik jenis maupun jumlahnya, yang disesuaikan dengan tujuan pemboran. • Persedian air kadang-kadang menimbulkan problema terutama pada daerah yang sulit air.



Pembuatan Formulasi Lumpur 1 lb/bbl sama artinya dengan 1 gr/350 cc



1 lb 1 bbl



= 453,592 gr = 158.987,30 cc



1 𝑙𝑏 𝑏𝑏𝑙



453,592𝑔𝑟 1 𝑙𝑏



𝑥



𝑥



1 𝑏𝑏𝑙 158.987,30𝑐𝑐



=



1 𝑔𝑟 350.5 𝑐𝑐



≈



1 𝑔𝑟 350 𝑐𝑐



57



Perhitungan Ulang Formulasi Lumpur untuk tiap lb/bbl Lumpur yang Dibuat No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11



Products Aqua Water Bentonite Xanthan Gum PAC-R PAC-L PHPA-L KOH KCl Sulphonated Asphalt HT-Stab Barite T O T AL



SG 1.00 2.50 1.50 1.55 1.55 1.10 2.13 1.72 1.20 1.05 4.25 1.18



350 cc Mixing order Time, min lb/bbl ml 306.15 306.15 0 8.50 3.40 10 10 0.05 0.03 10 20 2.00 1.29 10 30 5.50 3.55 10 40 1.50 1.36 10 50 1.00 0.47 2 52 19.00 11.05 3 55 8.00 6.67 3 58 2.50 2.38 1 59 58.00 13.65 5 64 412.20 350.00 Total LMH speed: 64 Med. speed: 10 Total: 74



RPM Low Low High High High High Low Low Low Low



58



No



Generic Discription



MI Indonesia Conc. Product name Lb/bbl



BHI Product name



Conc. Lb/bbl



Baroid Halliburton Conc. Product name Lb/bbl



183.43



Saraline 185V



173.53



Saraline 185V



Carbomul HT



12.50



BDF 303



8.00



BDF 352



1.00



1



Base Oil



Saraline 200



2



Primery Emulsifier



Novatec P



4.00



3



Secondary Emulsifier



Novatec S



2.00



4



Organophilic Clay Viscosifier



VG Plus



7.00



Carbogel 2



10.00



Geltone II



10.00



5



Hydrated Lime



Lime



8.00



Lime



17.00



Lime



10.00



6



Water



Fresh Water



61.00



Fresh Water



56.19



Drill water



59.73



7



Calcium Choride



CaCl2



25.49



CaCl2



29.53



CaCl2



33.72



8



Non Asphaltic F.L.A.



-



9



Weighting Material



MI Bar



Barite



114.90



10



Others



Novatec F



182.60



136.97



Barite



123.63



0.50



Sa-58



2.00



59



Jenis Lumpur Pemboran Pada umumnya lumpur pemboran dibagi dalam dua sistem, yaitu lumpur bor dengan bahan dasar air (water base mud) dan lumpur bor dengan bahan dasar minyak (oil base mud). Lumpur bor berdasarkan fasa cairnya yaitu air dan minyak dapat diklasifikasikan sebagai berikut :



1. Water base mud Lumpur jenis ini yang paling banyak digunakan, karena biayanya relatif murah. Lumpur ini terbagi atas fresh water mud dan salt water mud, dan apabila dilihat dari komposisinya lumpur ini terbagi lagi sebagai berikut :



a. Gel spud mud Komposisinya adalah sebagai berikut : - 20 – 25 lb/bbl bentonite - 0.25 – 0.5 lb/bbl caustic soda Lumpur ini digunakan pada awal pemboran dimana pemeliharaannya dengan cara menjalankan desander dan desilter secara terus menerus selama sirkulasi lumpur.



60



b. Lignosulfonate mud Lumpur ini dalah salah satu jenis fluida pemboran yang serba guna, dan dalam prakteknya lumpur ini akan menajadi optimal bilamana beberapa syarat penting harus kita perhatikan, antara lain : • Berat Jenis tinggi ( > 14ppg ) • Tahan Panas ( 121 – 150o c) • Toleransi padatan yang tinggi • Tapisan yang rendah ( < 10 cc ) • Toleransi terhadap garam, anhydrite, gypsum • Tahan kontaminasi semen Komponen dasarnya meliputi air tawar atau air asin, bentonite, Chrome Lignosulfonat, lignite, caustic soda, CMC, atau modified Starch. Ada beberapa faktor yang harus diperhatikan di dalam penggunaan lumpur Lignosulfonat : • Sifat inhibitive akan rusak pada suhu 300oF • Sifat pengontrolan laju tapisan akan rusak pada temperatur 350oF • Pada temperatur > 400oF lignosulfonat akan pecah • Viscositas akan berkurang seiring kenaikan temperatur • Lignosulfonate tidak efektif dalam menstabilkan shale • Filtrat lumpur Lignosulfonat dianggap mempinya peranan merusak formasi yang produktif • Lumpur Lignosulfonat yang sudah terkontaminasi semen akan mengental 61



Tergolong lumpur medium sampai berat, temperatur kerja 250 – 300 °F, mempunyai toleransi tinggi terhadap konsentrasi garam, anhidrit gipsum dan semen. Komposisinya adalah sebagai berikut : • Bentonite 20 – 25 lb/bbl • Spersene 2 lb/bbl • Xp – 20 1 lb/bbl • Barite secukupnya sesuai dengan kebutuhan



c. Polimer mud Komposisinya adalah sebagai berikut : • Menggunakan air tawar • Bentonite • Polymer (XCD, PAC-L, PAC-L, Starch, dll) • Caustic soda (NaOH) atau Potassium hydroxide (KOH) d. Sea water mud Adalah lumpur lignosulfonate yang mempergunakan prehydrated bentonite untuk dasar pengental didalam air asin, formulasinya berkisar 2 ppb caustic soda, 1.5 ppb kapur (lime), 2 - 4 ppb lignosulfonate, 1 - 2 ppb lignite dan larutan prehydrated bentonite secukupnya. Biasanya alkalinity pf 1.3 - 3.00 cc dijaga dengan caustic soda, pm 3.0 - 8.0 cc dengan kapur dan tapisan dipembuat lumpur. Konsentrasi garam dalam air laut berkisar 30 -3 5,000 ppm dengan berbagai ion-ion lain (Mg+2, Ca+2). 62



Pengujian yang dilakukan A. Fresh Water Gel Persyaratan : Specific Gravity (SG) Viscosity Yield Point (YP) pH Lumpur



: : : :



9.0 – 9.5 ppg 50 – 60 sec/qt > 40 lb/100ft2 > 8.5



63



B. 7% KCl Polymer Mud @ 250 oF Persyaratan : Specific Gravity (SG) Yield Point (YP) Gel strength 10 second Gel strength 10 minute pH Lumpur API Filtrat API Mud Cake K+ LGS MBT HPHT Filtration HPHT Mud Cake



: : : : : : : : : : : :



9.20 – 9.40 25 – 35 6 – 10 7 – 15 9 – 9.5 < 6 < 1.5 > 45.000