7. SISTEM PENYEMENAN (CEMENTING SYSTEM) II

1. TEORI DASAR

Penyemenan suatu sumur merupakan salah satu faktor yang tidak kalah pentingnya

dalam suatu operasi pemboran. Berhasil atau tidaknya suatu pemboran, salah satu

diantaranya adalah tergantung dari berhasil atau tidaknya penyemenan sumur

tersebut.

Penyemenan sumur secara integral, merupakan salah satu aspek yang sangat

penting dalam suatu operasi pemboran, baik sumur minyak maupun gas. Semen

ter-sebut digunakan untuk melekatkan rangkaian pipa selubung dan mengisolasi

zona produksi serta mengantisipasi adanya berbagai masalah pemboran.

Perencanaan penyemenan meliputi :

• Perkiraan kondisi sumur (ukuran, tem-peratur, tekanan, dsb.)

• Penilaian terhadap sifat lumpur pem-boran

• Pembuatan suspensi semen (slurry de-sign)

• Teknik penempatan

• Pemilihan peralatan, seperti centralizers, scratchers, dan float equipment

Program perencanaan penyemenan secara tepat, merupakan hal pokok yang akan

mendukung suksesnya operasi pemboran.

Pada dasarnya operasi penyemenan bertujuan untuk :

1. Melekatkan pipa selubung pada dinding lubang sumur,

2. Melindungi pipa selubung dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi

pem-boran (seperti getaran),

3. Melindungi pipa selubung dari fluida formasi yang bersifat korosi, dan

4. Memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain dibelakang pipa selu-

bung.

1.1 KOMPONEN, KOMPOSISI DAN KARAKTERISTIK SEMEN

Komponen utama semen Portland diperlihatkan oleh Tabel 7-1. Dari tabel

tersebut dapat dilihat bahwa C3S dan C2S merupakan komponen utama. C3S

memiliki laju hidrasi yang paling tinggi dan berpengaruh pada sifat ketahanan

semen secara keseluruhan. C2S merupakan komponen yang tidak begitu reaktif

dan berpengaruh pada peningkatan kekuatan semen secara bertahap. C3A

berpengaruh pada pengerasan awal karena sifat hidrasinya yang cepat. C4AF

hampir sama dengan C3A akan tetapi sangat tergantung pada temperatur dan

persentase additif.

Tabel 1.

Komposisi Kimiawi Komponen Penyusun Semen

Komponen Rumus Kimia Nama Dagang Jumlah

Tricalcium Silicate 3CaO.SiO2 C3S 50%

Dicalcium Silicate 2CaO.SiO2 C2S 25%

Tricalcium Aluminate 3CaO.Al2O3 C3A 10%

Tetracalcium Aluminofferite 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 10%

Oksida lain (gipsum, magne-

sium, sulfat, CaO dan additif

khusus lainnya

5%

Bahan dasar pembuatan semen diambil dari batuan jenis Calcareous dan

Argillaceous seperti limestone, clay dan shale, serta jenis bahan lainnya dengan

kandungan kalsium karbonat yang tinggi.

Suspensi semen yang dipompakan ke dalam lubang sumur terdiri dari :

• Semen,

Jenis semen yang biasa digunakan adalah semen potland

• Additiv khusus

zat tambahan ini digunakan untuk mengatur karakteristik semen, seperti

tickening time, densitas dan compressive strengths.

• Air

air merupakan bagian yang penting dalam penyemenan, sehingga sample

semen dan air harus ditest sebelum digunakan dalam penyemenan yang

sebenarnya.

Tabel 2 Komposisi Semen berdasarkan Standar API

Class Compounds, % Fineness, Water-

Cement

API C3S C2S C3A C4AF sq cm/g Ratio

A

B

C

D

G

H

J

53

47

70

26

52

52

53,8

SiO2

24

32

10

54

32

32

8

3

3

2

8

8

38,8

CaO

8

12

13

12

12

12

1500-1900

1500-1900

2000-2400

1100-1500

1400-1600

1200-1400

1240-2480

0,46

0,46

0,56

0,38

0,44

0,38

0,44

0,435

Tabel 3.

Sifat Semen berdasarkan Standar API

Cement

Class

Mix Water,

gal/sack

Slurry Density,

lb'gal

Slurry

Yield,

cu-ft/sack

Approx Thicke-

ning Time,

113 o F, hr

24-hr Comp

Strength,

110 o F, psi

A

C

G

H

5,2

6,3

5,0

4,3

15,6

14,8

15,8

16,5

1,18

1,32

1,15

1,05

2 ½

1 ¾

1 ¾

2

4000

2700

3000

3700

1.2. JENIS PENYEMENAN

Berdasarkan alasan dan tujuannya, penyemenan dapat dibagi dua, yaitu primary

cementing, dan squee-ze cementing.

• Primary Cementing

Merupakan penyemenan pertama kali yang dilakukan setelah pipa selubung

diturunkan kedalam sumur.

Penyemenan antara formasi dengan pipa selubung bertujuan untuk :

1. Melindungi formasi yang akan dibor dari formasi sebelumnya dibelakang

pipa selubung yang mungkin bermasalah .

2. Mengisolasi formasi tekanan tinggi dari zona dangkal sebelumnya.

3. Melindungi daerah produksi dari water-bearing sands.

Suspensi semen biasanya ditempatkan dibelakang pipa selubung. Suatu

kondisi pemboran tertentu mungkin mengharuskan untuk penyemenan annulus

tanpa penyemenan annulus secara keseluruhan.

Penyebab yang umum adalah adanya zona lost circulation yang

memungkinkan semen bersirkulasi kembali keatas. Sebab lain yang mungkin

adalah kesalahan dalam pembuatan suspensi semen.

Liner disemen dengan suspensi semen yang lebih ringan daripada rangkaian

pipa selubung. Pada saat liner diturunkan kedalam lubang sumur, suspensi semen

harus langsung dipompakan. Pensirkulasian suspensi semen dengan volume

berlebih dapat me-nyebabkan masalah-masalah pemboran, antara lain :

1. Jika suspensi semen dengan volume berlebih disirkulasikan keatas melalui

annulus, mungkin akan diperlukan waktu tambahan, dimana kemungkinan

semen akan mengeras di annulus.

2. Sedangkan jika suspensi semen dengan volume berlebih tersebut sirkulasinya

dikembalikan melalui pipa bor, tekanan hidrostatik dan tekanan friksi pada

dudukan pipa selubung akan menyebabkan terjadinya lost circulation.

• Squeeze Cementing

Untuk menyempurnakan dan menutup rongga-rongga yang masih ada

setelah primary cementing, dapat dilakukan squeeze cementing.

Aplikasi pokok untuk squeeze cementing antara lain adalah :

1. Menyempurnakan primary cementing ataupun untuk perbaikan terhadap hasil

penyemenan yang rusak.

2. Mengurangi water-oil ratio, gas-oil ratio dan water-gas ratio

3. Menutup kembali zona produksi yang diperforasi apabila pemboran

mengalami kegagalan dalam mendapatkan minyak.

4. Memperbaiki kebocoran pada pipa selubung

5. Menghentikan lost circulation yang terjadi pada saat pemboran berlangsung

Pertimbangan yang paling penting dalam operasi squeeze cementing adalah

teknik penempatan dan pembuatan suspensi semen yang akan digunakan.

Squeeze cementing juga dapat digunakan untuk menurunkan ratio fluida

produksi. Volume gas yang besar memungkinkan untuk terjadinya pengurangan

tekanan reservoir lebih cepat, bersamaan dengan pembentukan harga pemisah

yang berlebih pada fasilitas produksi permukaan oleh volume air yang besar.

Bagian perforasi tertentu mungkin harus ditutup dengan pemompaan suspensi

semen, sehingga volume gas dan air dapat dikurangi dengan penyemenan

dibagian atas dan bawah perforasi secara berurutan

Lost circulation seringkali dapat diatasi dengan squeeze cementing, dengan

catatan proses penyemenan harus sesuai dengan jenis lost circulation yang

terjadi.

Ada empat metode squeeze cementing yang saat ini digunakan, yaitu

bradenhead methods, packer squeeze methods, balanced plug methods, dan

dump bailer methods.

a. Bradenhead Method

Dalam metode ini drill pipe diturunkan hingga berada tepat diatas perforasi

(atau zona) yang akan mendapatkan squeezed off. Kemudian semen

ditempatkan guna menutupi zona tersebut. Pipe rams lalu ditutup dan

diterapkan tekanan hasil perhitungan dari permukaan guna melakukan

squeeze off terhadap perforasi tersebut.

b. Packer Squeeze Method

Pada metode ini retrievable packer atau retainer packer diturunkan hingga

berada tepat diatas zoana yang akan di sqieezed off. Retrievable packer,

ditempatkan pada pipa bor. Retainer packer dijalankan dengan wire line dan

diset dengan special setting kit. Jika volume total semen telah di squeezed

off, maka semen berlebih harus dipompakan agar kembali sehingga tidak

akan menyemen pipa bor.

c. Hesitation Squeeze

Metode ini secara khusus digunakan pada zona dengan permeabilitas rendah.

Sebuah pipa bor digunakan dalam menempatkan semen sepanjang zone of

interest dan bubur semen dipompa dan dihesitasi.

d. Plugging-back Operation

Operasi ini meliputi penempatan cemen plug sepanjang zona yang akan di

plug off.

Plug semen digunakan untuk :

• Meninggalkan lower depleted zones.

• Plug off atau meninggalkan seluruh sumur atau sebagian dari sebuah open

hole.

• Memberikan kick of point untuk operasi side track drilling.

• Menutup zona lost circulation pada open hole.

e. Balanced Plug Method

Pada metode ini hanya digunakan pipa bor. Pre-flush dipompakan sebelum

semen dan lalu diikuti oleh fluida pembatas (spacer).

Prinsipnya adalah menempatkan kolom semen pada pipa bor yang tingginya

harus sama dengan yang terdapat pada annulus.

1.3. METODE PENYEMENAN

Berdasarkan pada metode yang digunakan, proses penyemenan dapat

dibedaka menjadi dua jenis, yaitu single stage cementing, dan multy stage

cementing.

a. Single Stage Cementing

Single stage cementing umumnya digunakan untuk melakukan penyemenan

terhadap pipa konduktor dan surface. Sejumlah lumpur disiapkan dan

dipompakan ke dalam casing.

Perlu dicatat pula bahwa seluruh bagian internal dari peralatan casing,

termasuk float shoe, wiper plug dan lain sebagainya merupakan peralatan

yang dengan mudah dapat hancur bila dibor.

b. Multi Stage Cementing

Multi stage cementing diterapkan pada penyemenan rangkaian casing yang

panjang khususnya guna :

• Mengurangi tekanan total pemompaan .

• Mengurangi tekanan total hidrostatis pada formasi-formasi lemah sehingga

tidak terjadi atau terbentuk rekahan.

• Memungkinkan pemilihan penyemenan daripada formasi.

• Memungkinkan penyemenan keseluruhan total panjang casing.

• Memastikan penyemenan efektif di sekeliling shoe dari rangkaian casing

sebelumnya.

Pada multi stage cementing sebuah stage cementer dipasang pada posisi

tertentu pada rangkaian casing. Posisi stage cementer ditentukan oleh panjang

total kolom semen dan kekuatan formasi.

Untuk pekerjaan two-stage cementing, sebuah one-stage cementer

digunakan pada rangkaian casing. Casing lalu diturunkan ke dasar lubang.

Kemudian casing disirkulasikan dengan sejumlah volume sebesar dua kali

kapasitas lubang. Tahap pertama penyemenan ditujukan sebagai operasi tahap

tunggal, akan tetapi bagian top kolom semen berakhir tepat dibawah stage

cementer.

Tahap kedua diawali dengan menjatuhkan sebuah opening bomb dari

permukaan sehingga memungkinkan untuk jatuh pada opening seat pada stage

collar. Saat bomb telah ditempatkan, tekanan pemompaan sebesar 1200 - 1500

psi diatas tekanan sirkulasi diterapkan pada penyeretan pin penahan dan

memungkinkan sebuah bottom sleeve bergerak turun. Gerakan sleeve akan

membuka terminal, sehingga menetapkan hubungan antara bagian dalam

(internal) casing dengan annulus. Lumpur kemudian disirkulasikan guna

mengkondisikan sumur yang ditujukan untuk memulai tahap kedua.

Volume semen yang diperlukan untuk tahap kedua lalu dipompakan dan

diikuti dengan sebuah closing plug. Bubur semen melewati terminal dari stage

cementer dan akan ditempatkan pada annular area. Jika plug telah mencapai

stage cementer maka tekanan sebesar 1500 psi diatas tekanan yang diperlukan

untuk mensirkulasikan semen diterapkan pada closing plug sehingga

mendorong upper sleeve turun dan dengan demikian akan menutup terminal

dan menyekat ruang antara casing dengan annulus. Sehingga dengan demikian

keseluruhan rangkaian casing telah disemen.

1.4. MEKANIKA PENYEMENAN

• Persiapan dan pemompaan bubur semen

Tergantung pada kedalaman lubang dan temperatur dasar lubang yang

diperkirakan, additiv kimia yang ditambahkan untuk mengontrol sifat-sifat

semen yang akan dimiliki setelah semen mengeras.

Bubur semen disiapkan dengan mencampurkan semen kering dengan sebuah

water jet. Hasil campuran diarahkan ke dalam sebuah tangki, dimana akan

diuji densitas dan viskositasnya. Bubur semen kemudian dihisap oleh sebuah

pompa tripleks yang kuat dan dipompakan pada tekanan tinggi sehingga

masuk ke dalam casing melalui cementing head.

Cementing head menghubungkan top dari casing dengan unit pompa. Pada

alat ini terdapat dua katup penahan yang berfungsi menahan top dan bottom

wiper plugs. Alat ini juga dilengkapi dengan sebuah manifold yang dapat

dihubungkan dengan unit pompa semen atau sebuah pompa rig.

Operasi penyemenan berlanjut dengan membuka katup penahan bottom

wiper plugs dan mengarahkan bubur semen melewati top valve. Kemudian

bubur semen akan mendorong bottom plug masuk ke dalam casing sampai

plug mencapai dan duduk diatas float collar. Pemompaan diteruskan hingga

meruntuhkan diafragma sentral pada plug yang akan memungkinkan semen

agar dapat mengalir lewat dan menempati sekeliling casing. Jika volume

keseluruhan semen telah tercampur, maka pemompaan dihentikan dan top

wiper plug ditempatkan pada cementing head. Kemudian lumpur pemboran

dipompakan melalui top valve, yang akan mendorong top wiper plug turun

ke dalam casing. Jika top plug telah mencapai bottom plug maka sumur

ditutup dan bubur semen dibiarkan agar mengeras.