Uji Lab Lumpur [PDF]

Citation preview

BAB 3 Pengukuran Viskositas dan Gel Strength



1. Tujuan Percobaan 1. Memahami fungsi lumpur dalam proses pemboran. 2. Memahami tentang cara pengukuran nilai viskositas relatif lumpur pemboran dengan menggunakan marsh funnel. 3. Memahami tentang cara menentukan nilai viskositas nyata (apparent viscosity), plastic viscosity, yield point, dan gel strength



dengan



menggunakan fann VG meter. 4. Memahami rheology lumpur pemboran. 5. Mengetahui efek penambahan thinner dan thickener pada lumpur pemboran. 6. Memahami prinsip dan cara kerja peralatan praktikum, yaitu marsh funnel dan fann VG meter. 7. Memahami perubahan sifat lumpur pemboran akibat penambahan berbagai jenis aditif. 2. Dasar Teori Viskositas dan gel strength merupakan bagian yang pokok dalam sifat-sifat rheology fluida pemboran. Pengukuran sifat-sifat rheology fluida pemboran penting mengingat efektivitas pengangkatan cutting merupakan fungsi langsung dari viskositas. Sifat gel pada lumpur juga penting pada saat round trip sehingga dapat mencegah cutting mengendap didasar sumur yang dapat menyebabkan kesukaran pengeboran selanjutnya. Viskositas dan gel strength merupakan sebagian dari indikator baik tidaknya suatu lumpur. Fluida pemboran dalam percobaan ini adalah lumpur pemboran. Lumpur pemboran ini mengikuti model-model rheology Bingham Plastic, Power Law. Diantara ketiga model ini, Bingham Plastic merupakan model yang sederhana untuk fluida Non-Newtonian. Yang dimaksud fluida nonLaporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



28



Newtonian adalah fluida yang mempunyai harga viskositas tidak konstan, bergantung pada besarnya geseran (shear rate) yang terjadi. Pada setiap shear rate tertentu fluida mempunyai jumlah viskositas yang biasa disebut dengan apparent viscosity dari suatu fluida pada shear rate tersebut. Berbeda dengan fluida newtonian yang mempunyai viskositas konstan, fluida Non-Newtonian memperlihatkan suatu yield stress suatu jumlah tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida mengalir seluruhnya. Dalam percobaan ini pengukuran viskositas yang sederhana dilakukan dengan menggunakan alat marsh funnel. Viskositas ini adalah jumlah detik yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0,9463 liter untuk mengalir keluar dari corong marsh funnel. Bertambahnya viskositas ini direfleksikan dalam bertambahnya apparent viscosity. Untuk fluida Non-Newtonian, informasi yang didapatkan dengan marsh funnel memberikan suatu gambaran rheology fluida yang tidak lengkap sehingga biasa digunakan untuk membandingkan fluida yang baru (awal) dengan kondisi sekarang. Viscosity plastic Yield point adalah bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini disebabkan oleh muatan-muatan pada permukaan partikel yang didespersi dalam fasa fluida. Gel strength dan yield point keduanya merupakan ukuran dari gaya tarik menarik antar partikel. Gaya tarik menarik dalam suatu sistem lumpur. Bedanya, gel strength merupakan ukuran gaya tarik menarik yang statik sedangkan yield point merupakan ukuran gaya tarik menarik yang dinamis. Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. Viskositas plastik (plastic viscosity) seringkali digambarkan sebagai bagian dari resistensi untuk mengalir yang



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



29



disebabkan oleh friksi mekanik. Istilah thick mud digunakan untuk lumpur dengan viskositas tinggi (kental) dan sebaliknya adalah thin mud (encer). Ada dua anggapan mengenaai viskositas yang telah menyatakan bahwa apabila terjadi pada suatu peristiwa: 1. Viskositas suatu lumpur yang terlalu tinggi maka akan menyebabkan: a.Penetration turun, b.Pressure loss tinggi. c. Pressure surges yang berhubungan dengan loss circulation dan swabbing yang berhubungan dengan bahaya blow out. d.Sukar melepasnya gas dan cutting dari lumpur saat di permukaan (conditioning equipment). 2. Viskositas lumpur yang terlalu rendah akan menyebabkan: a. Pengangkatan cutting tidak baik. b. Material pemberat lumpur diendapkan. Gel strength adalah pembentukan padatan karena gaya tarik menarik antara plat-plat clay kalau didiamkan dan ini bukan dalam sifat aliran/gerakan melainkan statis. Maka dari itu dengan bertambahnya waktu maka nilai pada gel strength akan bertambah besar. Pada operasi pemboran gel strength harus normal karena apabila terlalu kecil menyebabkan terendapnya cutting/pasir saat sirkulasi berhenti. Dalam penentuan Harga



Shear Stress dan Shear Rate.



Harga shear stress dan shear rate yang masing-masing dinyatakan dalam bentuk penyimpangan skala penunjuk (dial reading) dan RPM motor, harus diubah menjadi harga shear stress dan shear rate dalam satuan dyne/cm2



dan detik-1 agar diperoleh harga viskositas dalam satuan cp (centipoise). Adapun persamaan tersebut sebagai berikut:  = 5,077 x C …………………………………………….……………………..(Persamaan 3.1)



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



30



…  = 1,704 x RPM ……………………………………………….…………...…(Persamaan 3.2) Keterangan



:







= shear stress (dyne/cm2).







= shear stress (detik-1).



C



= dial reading (derajat).



RPM = revolution per minute dari rotor. Penentuan



Harga



viskositas



nyata



(Apparent



Viscosity)



viskositas nyata (a) untuk setiap harga shear rate dihitung berdasarkan hubungan: a = ❑ x 100 ………………………..….……..…………………………..(Persamaan 3.3) ❑ 300 xC a= ………………………………………………………….(Persamaan RPM 3.4) Untuk menentukan plastic viscosity (p) dan yield point (Yp) dalam field unit digunakan persamaan bingham plastic sebaagai berikut: p = …………………………………………………………..(Persamaan 3.5) C 600−C 300 Y 600−Y 300 Dengan memasukkan persamaan (3.1) dan (3.2) kedalam persamaan (3.5) didapat: p = C600 - C300 ……………………………………………………………....(Persamaan 3.6)



Yp = C300 – p ………………………………………………………………….(Persamaan 3. 7)



Keterangan



:



p



= plastic viscosity (cp).



Yp



= yield point bingham (lb/100ft2).



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



31



C600



= dial reading pada 600 RPM (derajat).



C300



= dial reading pada 300 RPM (derajat).



Harga gel strength dalam 100 lb/ft2 diperoleh secara langsung dari pengukuran dengan alat fann VG meter. Simpangan skala penunjuk akibat digerakkannya rotor pada kecepatan 3 RPM, langsung menunjukkan harga gel strength 10 detik atau 10 menit dalam 100 lb/ft2. 3. Alat dan Bahan 3.1 Alat Yang Digunakan Tabel 3.1 Alat-alat Laboratorium Beserta Fungsinya No



Nama Alat



1.



Fungsi Alat Berfungsi sebagai wadah pada saat mencampurkan (mixing) bahan-bahan lumpur pemboran.



Gambar 3.1 Cup Mixer 2.



Untuk menampung lumpur pada saat menentukan viskositas relatif.



Gambar 3.2 Cup Mud Funnel



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



32



3.



Untuk mengetahui nilai nilai dari viskositas nyata dan gel strength suatu lumpur pemboran.



Gambar 3.3 Fann VG Meter Berfungsi untuk tempat 4.



melarutkan suatu zat.



Gambar 3.4 Gelas Kimia Berfungsi untuk menghitung 5.



volume suatu fluida.



Gambar 3.5 Gelas Ukur Berfungsi untuk menentukan 6.



visikositas relatif.



Gambar 3.6 Marsh Funnel



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



33



Berfungsi 7.



sebagai



pengaduk



otomatis putarannya mengikuti low,



medium,



tergantung



setiap



dan



high



komponen



material lumpurnya.



Gambar 3.7 Mud Mixer Berfungsi 8.



untuk



menghitung



waktu dalam satuan detik.



Gambar 3.8 Stopwatch Berfungsi 9.



untuk



material-material



menimbang yang



akan



dipakai untuk membuat lumpur, dinyatakan dalam satuan gram.



Gambar 3.9 Timbangan 3.2 Bahan Yang Digunakan a. Aquadest 350 mL. b. Bentonite 22,5 gr. c. CMC-LV 0,3 gr. 3.3 Gambar Rangkaian Alat



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



34



Marsh Funnel



Rheometer



4. Prosedur Percobaan 4.1 Membuat Lumpur Untuk Mencari Viskositas Relatif.



Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. Memasukkan aquadest sebanyak 350 mL ke dalam cup mixer. Menambahkan bentonite ke dalam cup mixer yang sudah berisi aquadest seberat 22,5 gram. Menyimpan cup mixer ke bawah multi mixer, lalu menyalakan multi mixer agar campuran tadi teraduk dengan kecepatan low selama 20 menit. Memindahkan lumpur ke dalam gelas kimia. Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan. 4.2 Membuat Lumpur Untuk Mencari NIlai Viskositas Nyata dan Gel Strength. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



35



Memasukan aquadest sebanyak 350 mlke dalam cup mixer.



Menambakan bentonite seberat 22,5 gr ke dalam cup mixer yang sudah berisi aquadest Mengaduk campuran tersebut dengan menggunakan multi mixer selama 15 menit dengan kecepatan low. Menambahkan CMC-LV seberat 0,1 gram ke dalam campuran aquadest dan bentonite yang sudah tercampur. Mengaduk kembali campuran yang sudah ditambahkan CMC-LV dengan kecepatan low selama 5 menit. Mematikan multi mixer dan pindahkan lumpur yang sudah jadi ke dalam gelas kimia.



Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan. 4.3 Mencari Viskositas Relatif Lumpur Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. Memasukan lumpur ke dalam cup marsh funnel sebanyak 946 ml atau garis singgung yang ada di cup. Menutup bagian marsh funnel (corong) dengan jari tangan. Menuangkan lumpur ke dalam marsh funnel tepat melalui saringan yang ada pada marsh funnel. jari tanganUji agar lumpur mengalir ke dalam cup sambil 36 LaporanMembuka Resmi Praktikum Lab Lumpur menghitung berapa lama waktu yang diperoleh sampai lumpur habis dialirkan.



Mencatat hasil yang diperoleh dari waktu yang diperlukan untuk mengalir dalam satuan detik. Membersihkan dan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.



4.4 Mencari Viskositas Nyata dan Gel Strength. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.



Memasukan lumpur ke dalam cup sampai batas tepi yang sudah ada pada cup mixer.



Meletakkan cup pada rheometer dengan kedudukannya rotor dan bob tercelup lumpur. Mengaduk lumpur dengan menggunakan rheometer dengan kecepatan high dan skala 600 RPM, kemudian lihat nilai yang diperoleh dan mencatatnya.



Mengulangi langkah pengadukkan (mixing) pada kecepatan low 300 Laporan Resmi Praktikum Ujilow Lab100 Lumpur RPM, high 200 RPM, RPM, high 6 RPM, low 3 RPM.37



Mengaduk kembali dengan kecepatan rotor RPM high selama 10 detik, lalu catat hasil yang diperoleh, kemudian diamkan lumpur yang baru diaduk selama 10 menit, lalu amati jarum pengukuran sampai diam (tidak bergerak) sampai menunjukkan angka dan lalu catat sebagai hasil pengamatan. Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.



5. Hasil Pengamatan Tabel 3.2 Hasil Pengamatan Viskositas Relatif Pada Lumpur Pemboran Bahan



Komposis



Lumpur



i



Dasar



Satuan



Aquadest



350



mL



Bentonite



22,5



gr



Urutan Mixing 20’ L



Hasil Pengamatan (detik) 107 detik



Tabel 3.3 Hasil Pengamatan Viskositas Nyata Dan Gel Strength Pada Lumpur Pemboran Bahan



Komposis



Satuan



Urutan



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



Rheometer 38



Lumpur Dasar Aquadest Bentonite



CMC-LV



i



Mixing



350



ml



22,5



gr



0,1



15’ L



gr



5’ L



RPM



Hasil Pengamatan



600



49



300



35



200



29



100



22



6



9



3



8



AV



24,5 cp



PV



14 cp



YP



21 lb/100ft2



GL 10”



11



GL 10’



25



6. Pengolahan Data 1. Mencari AV (apparent viscosity). Diketahui : R600= 49 derajat Ditanya : AV = …? Jawab



: AV



= R600 2 = 49 2 = 24,5 cp



2. Mencari PV (plastic viscosity) Diketahui : a. R600 = 49 derajat b. R300 = 35 Ditanya : PV = …? Jawab : PV = R600 - R300 = 49 – 35 = 14 cp. 3. Mencari YP (yield point)



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



39



Diketahui



: a. R300



= 35 derajat



b. PV



= 14 cp.



Ditanya



: YP



= …?



Jawab



: YP



= R300 – PV = 35 – 14 = 21 lb/100ft2.



7. Pembahasan Dalam percobaan yang ketiga yang berjudul “Pengukuran Viskositas dan Gel Strength” mempunyai beberapa asumsi mengenai pembacaan volume suatu lumpur tidak keliru, tekanan percobaan harus konstan dalam pembacaan rheometer, tidak ada kontaminasi lumpur dengan material lainnya, tidak ada kesalahan alat serta fungsi dari kinerja alat, dan pembuatan lumpur dipastikan tepat komposisinya. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk memahami fungsi lumpur dalam proses pemboran, memahami tentang cara pengukuran nilai viskositas relatif lumpur pemboran dengan menggunakan marsh funnel, memahami tentang cara menentukan nilai viskositas nyata (apparent viscosity), plastic viscosity, yield point, dan gel strength



dengan



menggunakan fann VG meter, memahami rheology lumpur pemboran, mengetahui efek penambahan thinner dan thickener pada lumpur pemboran, memahami prinsip dan cara kerja peralatan praktikum, yaitu



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



40



marsh funnel dan fann VG meter, memahami perubahan sifat lumpur pemboran akibat penambahan berbagai jenis aditif. Alat yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah cup mixer yang berfungsi sebagai wadah pada saat mencampurkan (mixing) bahanbahan lumpur pemboran, cup mud funnel berfungsi untuk menampung lumpur pada saat menentukan viskositas relatif, fann VG meter berfungsi untuk mengetahui nilai nilai dari viskositas nyata dan gel strength suatu lumpur pemboran, gelas kimia berfungsi untuk tempat melarutkan suatu zat, gelas ukur berfungsi untuk menghitung volume suatu fluida, marsh funnel berfungsi untuk menentukan visikositas relatif, mud mixer berfungsi sebagai pengaduk otomatis putarannya mengikuti low, medium, dan high tergantung setiap komponen material lumpurnya, stopwatch berfungsi untuk menghitung waktu dalam satuan detik, dan timbangan berfungsi untuk menimbang material-material yang akan dipakai untuk membuat lumpur, dinyatakan dalam satuan gram. Bahan yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah aquadest 350 ml, bentonite 22,5 gr, dan CMC-LV 0,3 gr. Viskositas dan gel strength merupakan bagian yang pokok dalam sifat-sifat rheology fluida pemboran. Pengukuran sifat-sifat rheology fluida pemboran penting mengingat efektivitas pengangkatan cutting merupakan fungsi langsung dari viskositas. Viscosity plastic Yield point adalah bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini disebabkan oleh muatan-muatan pada permukaan partikel yang didespersi dalam fasa fluida. Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. Apabila viskositas tinggi akan menyebabkan penetration turun dan pressure loss tinggi sehingga menimbulkan blow out. Dalam percobaan ini sebagai fasa liquid digunakan air tawar sedangkan reaktif solid digunakan bentonite dengan komposisi 22,5 gr bentonite dalam 350 cc air. Fungsi fasa liquid dalam lumpur adalah Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



41



sebagai fasa continiu dan memberikan viskositas awal sedangkan reaktif solid dapat memberikan viskositas yang lebih besar. Penggunaan multi mixer dalam pengadukan campuran lumpur dimaksudkan agar terjadi pencampuran yang sempurna. Semua prosedur pembuatan lumpur dalam percobaan ini adalah ditujukan untuk keperluan laboratorium, sedangkan untuk keperluan lapangan dengan kwantitas yang lebih besar secara prinsip adalah sama. Penggunaan fann VG meter berdasarkan prinsip momen puntir (torsi) yang terjadi diantara rotor dan bob, sehingga dari kecepatan putaran dan jenis fluida tertentu kita dapat menentukan simpangan yang terbaca (dial reading) akibat torsi tersebut, yang selanjutnya digunakan untuk menentukan rheology fluida seperti apparent viscosity, plastic viscosity, yield point dan gel strength. Dari data perhitungan menggunakan rheology dengan kecepatan 600 RPM didapat nilai sebesar 49, kecepatan 300 RPM didapat nilai sebesar 35, kecepatan 200 RPM didapat nilai sebesar 29, kecepatan 100 RPM didapat nilai sebesar 22, kecepatan 6 RPM didapat nilai sebesar 9, kecepatan 3 RPM didapat nilai sebesar 8. Nilai apparent viscosisty yang diapat adalah sebesar 24,5 cp, plastic viscosity sebesar 14 cp, yield point sebesar 21 lb/100 ft2, GL dalam waktu 10 menit sebesar 11, dan GL pada 10 detik didapat sebesar 25, sedangkan waktu yang didapat pada viskositas relatif adalah selama 107 detik. Apabila kita melihat pada data hasil perhitungan apparent viscosity, shear rate yang makin besar justru menurunkan viskositas. dirarenakan apparent viscosity merupakan rasio antara shear stress dan shear rate, dan apabila shear rate meningkat, maka shear stress juga meningkat. Namun peningkatan shear stress tidak sebesar shear ratenya sehingga rasio keduanya (apparent viscosity) menurun. Ini membuktikan bahwa lumpur yang diuji bukan fluida Newtonian yang mempunyai rasio shear stress dan shear rate (viskositas nyata) tetap Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



42



Langkah pertama kali dalam percobaan kali ini adalah membuat lumpur, pada percobaan ini menggunakan 2 jenis lumpur dasar, pada pembuatan lumpur dasar untuk menentukan nilai viskositas relatif, yaitu menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, menyampurkan aquadest sebanyak 350 ml dengan bentonite seberat 22,5 gram, lalu mengaduknya dengan menggunakan multi mixer selama 20 menit dengan kecepatan low. Sedangakan lumpur untuk menentukan nilai viskositas nyata dan gel strength, yaitu menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, mencampurkan aquadest 350 ml dengan bentonite 22,5 gram, lalu mengaduknya dengan menggunakan multi mixer selama 15 menit dengan kecepatan low, kemudian menambahkan CMC-LV 0,1 gram, lalu mengaduknya kembali selama 5 menit dengan kecepatan low. Untuk menentukan nilai viskositas relatif, yaitu memasukkan lumpur kedalam cup lalu menuangkan ke dalam corong yang ada saringannya dengan lubang corong ditutup dengan jari agar tidak mengalir terlebih dahulu, lalu alirkan lumpur kedalam cup yang kosong yang isinya sudah dituangkan kedalam corong sambil menghitung berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengalirkan lumpur dengan menggunakan stopwatch, sedangkan untuk menentukan nilai viskositas nyata dan gel strength, yaitu mengaduk lumpur yang berada didalam cup dengan menggunaka fann VG meter dengan kecepatan yang sudah diperintahkan, lalu melihat hasil yang diperoleh pada percobaan ini dengan cara menunggu jarum fann VG meter berhenti, lalu catat nilai yang didapat untuk hasil pengamatan. Pada percobaan kali ini terdapat beberapa kesalahan, yaitu mengisi lumpur ke dalam cup yang tidak teliti, dan menentukan nilai viskositas relatif yang tidak akurat. 8. Kesimpulan Pada percobaan kali ini yang berjudul Pengukuran Viskositas dan Gel Strength dapat diambil kesimpulan, bahwa: Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



43



1. Viskositas dan gel strength merupakan indicator baik atau b uruknya suatu lumpur. 2. Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. 3. Gel strength merupakan pembentukan padatan karena gaya tarik menarik antar plat-plat clay. 4. Pada percobaan kali ini sebagai fasa liquid digunakan air tawar (aquadest) dan reaktif solid digunakan bentonite. 5. Hasil pengamatan viskositas relatif pada lumpur pemboran adalah 107 detik. 6. Hasil pengamatan viskositas nyata dan gel strength pada lumpur pemboran didapat: a. Pada skala 600 RPM kecepatan high di dapat sebesar 49. b. Pada skala 300 RPM kecepatan low di dapat sebesar 35. c. Pada skala 200 RPM kecepatan high di dapat sebesar 29. d. Pada skala 100 RPM kecepatan low di dapat sebesar 22. e. Pada skala 6 RPM kecepatan high di dapat sebesar 9. f. Pada skala 3 RPM kecepatan low di dapat sebesar 8. g. Nilai apparent viscosity di dapat sebesar 24,5 cp. h. Nilai plastic viscosity di dapat sebesar 14 cp. i. Nilai yield point di dapat sebesar 21 lb/100 ft2. j. Nilai GL 10 menit di dapat sebesar 11. k. Nilai GL 10 detik di dapat sebesar 25. 7. Teori hasil ideal dengan hasil pengamatan sama. 8. Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah: a. Cup mixer. b. Cup mud funnel. c. Fann VG meter. d. Gelass kimia. e. Gelas ukur. f. Marsh funnel. g. Mud mixer. h. Stopwatch. i. Timbangan.



9. Bahan yang digunakan adalah: a. Aquadest 350 mL. Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



44



b. Bentonite 22,5 gr. c. CMC-LV 0,3 gr.



Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur



45