Hidrolika Fluida Pemboran 1Bab 7. Hidrolika Fluida Pemboran7.1. Rheology Fluida Pemboran7.1.1 Sifat AliranJenis aliran fluidapadapipaadadua, laminer dan turbulen.Padaaliran laminer(viscous)gerakaliranpartikel-partikelfluidayangbergerakpadarate yang lambat, adalah teratur dan geraknya sejajar dengan aliran (dinding).Pada aliran turbulen, fluida bergerak dengan kecepatan yang lebih besar danpartikel-partikelfluidabergerakpadagaris-garisyangtakteratursehingga terdapataliranberputar(pusaran,Eddiecurrent)danshearyangterjaditidak teratur.Selaindarikeduaaliranadasatualiranyangdisebut"plugflow",yaitu alirankhususuntukfluidaaliranplastisdimanashear(geser)terjadididekat dinding pipa saja, dan ditengah-tengah aliran terdapat aliran tanpa shear, seperti suatusumbat.Untukmenentukanalirantersebutturbulenataulaminer digunakan Reynold Number :VdN 928Re = .............................................................................. (7-1)dimana : =Density fluida, ppgV V =Kecepatan aliran, fpsd d =Diameter pipa, in =Viscositas, cpDari percobaan diketahui bahwa untuk NRe > 3000 adalah turbulen dan NRe < 2000 adalah laminer, diantaranya adalah transisi.7.1.2 Jenis-jenis Fluida PemboranFluida pemboran dapat dibagi dua kelas :1. Newtonian2. Non-newtonian, yang terdiri dari:a. Bingham plastisb. Powerlawc. Powerlaw dengan yield stress7.1.2.1. Newtonian FluidsAdalah fluida dimana viscositasnya hanya dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur, misalnya air, gas dan minyak yang encer.Dalamhaliniperbandinganantarashearstressdanshearrateadalah konstan,dinamakan(viscositas).Secaramatematisinidapatdinyatakan dengan :drdVrgc= ................................................................................... (7-2)dimana : = gaya shear per unit luas (shear stress), lb/100 ft2dVr/dr = shear rate, 1/secgc= convertion constant2 Hidrolika Fluida Pemboran7.1.2.2. Non-Newtonian Fluids Setiap fluida yang tidak bersifat adanya perbandingan tetap antara shear stress dan shear rate, disebut non newtonian fluids.a. Bingham PlasticUmumnya fluida pemboran dapat dianggap bingham plastic, dalam hal ini sebelumterjadialiranharusadaminimumshearstressyangmelebihi suatuhargaminimum,yangdisebut"yieldpoint".Setelahyieldpoint dilampaui,makapenambahanshearstresslebihlanjutakan menghasilkanshearrateyangsebandingdengan,disebut"plastic viscosity", daripada Bingham Plastic.Jadi :( )|.|

\| = drdVrgcpy ................................................................... (7-3)Selainviscositasplastikini,didefinisikanpulaapparentviscosity (viskositas semu) untuk Bingham plastic fluids, yaitu perbandingan antara shearstressdanshearrate,yangtidakkonstanmelainkanbervariasi terhadapshearstress.Gambar 7.1 menunjukanskema dari grafik aliran fluida Newtonian dan Bingham plastic.b. Power Law FluidsUntukpendekatanpowerlawdilakukandenganmenganggapkurva hubungan shear stress terhadap shear rate pada kertas log-log mengikuti garislurusyangditarikpadashearrate300rpmdan600rpm(lihat Gambar 7.2). Untuk ini power law dinyatakan sebagai :ndrdVrK|.|

\| = ............................................................................... (7-4)c. Power Law Fluids dengan Yield StressPersamaan yang digunakan adalah :nydrdVrK|.|

\| + = Hidrolika Fluida Pemboran 3Gambar 7.1. Grafik Shear Stres vs Shear Rate Fluida Newtonian dan Bingham16)Gambar 7.2. Power Law Fluids16)4 Hidrolika Fluida Pemboran7.2. Kecepatan Alir PompaPadapompalumpurpemboran,yangdimaksuddenganpompaadalah bagianunitpenggeraknyatidakterlalumenjadipermasalahan,karenaapapun jenisnyatidakbanyakbedanyaterhadapunitpompayangdipakai,misalnya memakai mesin uap, listrik, motor bensin, diesel dan lain-lain.Unitpompadikenalduajenisdilihatdarimekanismepemindahandan pendoronganlumpurpemboran,yaitupompasentrifugaldanpompatorak (piston).Yangseringdipakaidalampemboranadalahtipetorakkarena mempunyaibeberapakelebihandarisentrifugal,misalnyadapatdilaluifluida pemboranyangberkadarsolidtinggidanabrasive,pemeliharaandansistem kerjanyatidakterlalurumitataukeuntungandapatdipakainyalebihdarisatu macam liner sehingga dapat mengatur rate dan tekanan pompa yang diinginkan. Dilihatdarijumlahpistonnya,pompabisasimplex(1piston),duplex(2piston), triplex (3 piston) dengan arah kerja dapat berupa single acting (1 arah kerja) atau double acting(2 arah kerja).Kemampuan pompa dibatasi oleh Horse Power maksimumnya, sehingga tekanandankecepatanalirnyadapatberubah-ubahsepertiyangditunjukkan dalam persamaan:1714.Q PHP = ...................................................................................... (7-5)dimana :HP= Horse power yang diterima pompa dari mesin penggerak setelahDikalikan efisiensi mekanis dan safety, hpP= Tekanan Pemompaan, psiQ= Kecepatan alir, gpmBilamempunyaihpmaksimum,tekananpompamaksimumdapat dihitung bila kecepatan alir maksimum telah ditentukan dengan persamaan.( )e d d xSxNx Qpist lin2 22 00679 . 0 = ................................................. (7-6)dimana :S= Panjang stroke, inchsN= Rotasi per menit, rpmdpist = Diameter tangkai piston, inchsdlin= Diameter liner, inchse= Effisiensi volumetrik7.2.1. Kecepatan Alir Anulus.Dalamprosespemboranlangsung,bityangdipakaiselalumenggerus batuanformasidanmenghasilkancutting,sehinggasemakindalampemboran berlangsungsemakinbanyakpulacuttingyangdihasilkan.Supayatidak menumpuk di bawah lubang dan tidak menimbulkan masalah pipe sticking maka cuttingtersebutperludiangkatkepermukaandenganbaik,yaitubanyaknya cutting yang terangkat sebanyak cutting yang dihasilkan.Dalamprosesrotarydrillinglumpurbarumasuklewatdalampipadan keluarkepermukaanlewatanulussambilmengangkatcutting,sepertiterlihat padaGambar 7.3sehinggaperhitungankecepatanminimumyangdiperlukan untuk mengangkat cutting ke permukaan (slip velocity) dilakukan di anulus.Hidrolika Fluida Pemboran 5Gambar 7.3. Pengangkatan Cutting19)Kecepatanslipadalahkecepatanminimumdimanacuttingdapatmulai terangkat atau dalam praktek merupakan pengurangan antara kecepatan lumpur dengan kecepatan dari cutting.Vs = VM - Vp.................................................................................... (7-7)dimana :Vs= Kecepatan slip, ft/menitVM= Kecepatan lumpur, ft/menitVp= Kecepatan partikel, ft/menitDenganmemasukkankondisiyangbiasaditemuidalamoperasi pemboran maka didapatkan kecepatan slip sebesar :||.|

\| = 1 5 . 92mcdc Vs.................................................................. (7-8)Begitu pula rate minimum yang harus dipilih sebesar :ACadhdpROPmcdc Q)`(((

|.|

\|+((

||.|

\| =25 . 01 361 5 . 92 min............ (7-9)dimana :dc= Diameter cutting terbesar, inchsc= Densitas cutting, ppgm= Densitas lumpur, ppgVs = Kecepatan slip, ft/minQmin= Rate minimum, ft3/min6 Hidrolika Fluida PemboranROP= Kecepatan Penembusan, ft/jamCa= Volume cutting di anulus, %dp= Diameter pipa, inchsdh= Diameter lubang, inchsA= Luas anulus, ft3/ftPadakondisipemboranyangnormal,alirandianuluslaminerseperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.4.Gambar 7.4. Tipe Aliran Fluida Selama Pemboran 19)Pada kondisi seperti itu dinding lubang yang belum tercasing mempunyai selaputtipissebagaipelindungyangdisebutmud-cake,agarselaputyang berguna tersebut tidakterkikis oleh aliranlumpur,harusdiusahakan aliran tetap laminer.Untuk mencegahterjadinya aliranturbulen, dapatdiindikasikandengan bilanganReynold.Denganbilanganreynoldyangtidaklebihdari2000aliran akantetaplaminer,sehinggabatastersebutdijadikanpeganganuntuk menentukan kecepatan maksimum di anulus yang disebut kecepatan kritik.( ) | |( ) dp dh mm Yb dp dh PVVca +=2123 . 9 08 . 1 08 . 1................................ (7-10)dimana :Vca= Kecepatan kritik, ft/detikPV = Plastic viscosity, cpYb = Yield point Bingham, lb/100 ft2Jadikecepatanlumpurdianulusharusdiantarakecepatanslipdan kecepatan kritik. Bentuk aliran di dalam pipa dapat dilihat pada Gambar 7.5.Gambar 7.5. Bentuk Aliran di Dalam PipaHidrolika Fluida Pemboran 77.3. Kehilangan Tekanan Pada Sistem Sirkulasi.Dalamsetiapaliransuatufluidamakakehilangantekananakanselalu terjadi,walaupunsangathaluspipayangdipakai,begitupulapadaproses sirkulasi lumpur pemboran pada seluruh sistem aliran, seperti yang terlihat pada Gambar 7.6. Dalam menentukan besarnya tekanan yang hilang sepanjang sistim sirkulasitersebut,bisadilakukandenganduacara,yaitucara analitisdancara praktis yang dipakai dilapangan.Gambar 7. 6. Kehilangan tekanan pada sistem sirkulasi36)7.3.1. Cara praktisDalammenghitung besarnya kehilangantekanandalam sistemsirkulasi lumpurpemborandenganmenggunakancarapraktisyangbiasadipakaidi lapangan,dilakukandenganmenghitungtiapsegmendahulu,barukemudian dijumlahkan secara total.Segmen-segmentersebutadalah:peralatanpermukaan,drillcollar, anulus Drill-collar, Drill-pipe dan anulusnya.a. Peralatan permukaan, Peralatan permukaan ini biasanya dibagi menjadi 4 tipe rangkaian seperti yangdiperlihatkanpadaTabel 7.2,tiaptipemempunyaikoefisien tersendiri yang akan dipakai dalam perhitungan sbb :10. .mk k Plossr l= ............................................................................ (7-11)dimana :k1= Koefisien loss, lihat Tabel (2)kr= Koefisien rate, lihat Tabel (1)b. Drill-collar Perhitungan untuk bagian dalam Drill-collar menggunakan rumus :8 Hidrolika Fluida Pemboran10. .. Ldck k Plossm r l =................................................................. (7-12)dimana :L= Panjang Drill-collar, ftc. Anulus Drill CollarUntukmenghitunganulusdrillcollarsepertihalnyadrillcollar menggunakan Tabel 9.3, rumus yang dipakai sama dengan drill collar. d. Drill Pipe dan Anulusnya Perhitungandrillpipedengananulusdrillpipedihitungbersama-sama sekaligus,tidaksepertidrillcollardipisahkan.Persamaanyangdipakai adalah (12) dan yang dipakai untuk menentukan koefisien lossnya adalah Tabel 7.4.Tabel 7-1. Koefisien rateFLOWGPMFLOWCOEFFFLOWGPMFLOWCOEFFFLOWGPMFLOWCOEFFFLOWGPMFLOWCOEFF100 0.53 380 6.29 660 17.55 940 33.89110 0.63 390 6.60 670 18.05 950 34.56120 0.74 400 6.92 680 18.56 960 35.24130 0.86 410 7.24 690 19.07 970 35.93140 0.98 420 7.57 700 19.58 980 36.62150 1.12 430 7.91 710 20.11 990 37.32160 1.26 440 8.26 720 20.64 1000 38.02170 1.41 450 8.61 730 21.17 1010 38.73180 1.57 460 8.97 743 21.72 1020 39.45190 1.73 470 9.34 750 22.26 1030 40.17200 1.91 480 9.71 760 22.82 1040 40.90210 2.09 490 10.09 770 23.38 1050 41.63220 2.28 500 10.47 780 23.95 1060 42.37230 2.47 510 10.87 790 24.52 1070 43.12240 2.67 520 11.27 800 25.10 1080 43.87250 2.89 530 11.67 810 25.69 1090 44.63260 3.10 540 12.09 820 26.28 1100 45.39270 3.33 550 12.51 830 26.88 1110 46.16280 3.56 560 12.93 840 27.49 1120 46.94290 3.80 570 13.36 850 28.10 1130 47.72300 4.05 580 13.80 860 28.72 1140 48.51310 4.31 590 14.25 870 29.34 1150 49.31320 4.57 600 14.70 880 29.97 1160 50.11330 4.84 610 15.16 890 30.61 1170 50.91340 5.11 620 15.63 900 31.25 1180 51.73350 5.40 630 16.10 910 31.90 1190 52.54360 5.69 640 16.58 920 32.56 1200 53.37370 5.98 650 17.06 930 33.22Hidrolika Fluida Pemboran 9Tabel 7-2. Koefisien Loss Peralatan PermukaanCASE STAND PIPE HOSE COEFICIENTLength FeetI.DIncheesLengthFeetI.DInches1 40 3 45 2 192 40 3 55 2 73 45 4 55 3 44 45 4 55 3 3CASE STAND PIPE HOSE COEFICIENTLength FeetI.DIncheesLengthFeetI.DInches1 4 2 40 2 1/4 192 5 2 40 3 1/4 73 5 2-1/2 40 3 1/4 44 6 3 40 4 3Tabel 7.3. Koefisien Loss Drill-collar10 Hidrolika Fluida PemboranTabel 7.4. Koefisien Loss Drill-PipeHidrolika Fluida Pemboran 117.4. Pembahasan HP Tekanan dan Rate PompaPompayangdipakaidalamsirkulasilumpurpemboranbiasanya menggunakanpompapistonsehinggaratemaksimumdengansuatudiameter linertertentuadalahpersamaan(7-6).Hargasebesarinitidakpernahtercapai karenafaktor-faktorefisiensivolumetrik,mekanik,danlain-lain,sehingga effisiensi totalnya sekitar hanya 70% saja.Besarnya HP merupakan pencerminan kekuatan suatu pompa, sehingga sebagaipeganganawalhargayangdipegangtetapkonstanadalahHPini. Besarnya effisiensi sekitar 70% saja.Begitupulatekananmaksimumdaripompamengalamipenurunan sekitar65%.Untukmemenuhikebutuhanyangdiperlukan,penambahanrate atautekananbisadilakukanpenggantianlineryangterdapatpadapiston tersebut,sehinggarateyangdiinginkandapattercapai,tetapikonsekuensinya bilalinerdigantidenganyanglebihbesaruntukmenambahratemaksimum, akan terjadi penurunan tekanan maksimum.Begitu pula kejadian sebaliknya, bila tekanan maksimum diperbesar, rate maksimum akan mengecil.7.5. Bit HydraulicsKonsephidrolikabittidaklainmengoptimasikanaliranlumpurpada pahatpemboran,sedemikianrupasehinggadapatmembantulajupenembusan (penetration rate).Bilapadabitkonvensionalaliranfluidadengansengajamenyentuhgigi bit,sehinggagigibitterbersihkanlangsungolehfluidayangmasihbersihdan fluida yang sudah mengandung cutting.Sedangkanpada jet bit, pancaran fluida diutamakanlangsungmenyentuhbatuanformasiyangsedangditembus, sehinggafungsifluidainisebagaipembantumelepaskanbatuanyangmasih melekatyangsudahdipecahkanolehgigibit,kemudianfluidayangtelah mengandungcuttingtersebutmenyentuhgigibitsebagaifungsimembersihkan dan mendinginkan bit.Dengankejadiantersebut,padajetbitdiharapkantidakakanterjadi penggilingan/pemecahanulang(regrinding)padacuttingolehgigibit sehingga efektivitas bit maupun laju penembusan dapat lebih baik.Perbedaan pancaran terjadi antara bit konvensional dan jet bit dipasang nozzle,ialahsebuahlubang yangmempunyaidiameterkeluaranlebihkecil daripadamasukansehinggamempertinggirate.Biasanyadiameternozzle tersebut diameternya tertentu dengan satuan 1/32 inches.Faktor-faktoryangmenentukandanmempengaruhihidrolikadan disainnya adalah :a.Ukurandangeometrisistemsirkulasi.Halinimenyangkutvariasi diametersumurmaupundiameterperalatandankemampuan peralatan pompa.b. Sifat fisik fluida pemboran.c.Polaaliran.Polaaliraninimenyangkutpolaaliranlamineryang diwajibkan pada tempat-tempat tertentu serta pola aliran turbulen yang terpaksa diperbolehkan pada tempat-tempat tertentu pula.Kerjaaliran/pancaranlumpurkeluardaribitmenujubatuanformasi merupakanpokokpembicaraandalamBitHydraulics,dengankerjayang optimummaka diharapkanlajupenembusan(PenetrationRate)dapat ditingkatkan12 Hidrolika Fluida Pemboransertapengangkatancuttingseefektifmungkinsehinggapenggilingan kembali (Regrinding) seperti dijelaskan semula dapat dikurangi sekecil mungkin.Dalamusahamengoptimasikanhidrolikaini,ada3(tiga)prinsipyang satu sama lain saling berbeda dalam hal anggapan-anggapannya. Ketiga prinsip tersebut adalah :1. Bit Hydraulic Horse Power (BHHP) Prinsipdasardarimetodainimenganggapbahwasemakinbesardaya yang disampaikanfluida terhadap batuanakansemakin besarpulaefek pembersihannya, sehingga metoda ini berusaha untuk mengoptimumkan HorsePower(daya),yangdipakaidibitdariHorsePowerpompayang tersedia di permukaan. 2. Bit Hydaulic Impact (BHI) Prinsip dasar dari metoda ini, menganggap bahwa semakin besar impact (tumbukansesaat)yangditerimabatuanformasidarilumpuryang dipancarkan dari bit semakin besar pula efek pembersihannya, sehingga metoda ini berusaha untuk mengoptimumkan impact pada bit. 3. Jet Velocity (JV) Metodaini berprinsip, semakin besarrateyang terjadidi bitakanberarti semakinbesarefektivitaspembersihandasarlubang,makametodaini berusahauntukmengoptimumkanratepompasupayaratedibit maksimum.Padadasarnyakemampuanpompamemberikantekananpadasistem sirkulasiadalahhabisuntuk menanggulangikehilangantekanan(pressureloss) padaseluruhsistemsirkulasisepertiyangtelahdijelaskanpadabab sebelumnya,padahalkehilangantekanandibitmerupakanparameteryang cukupmenentukandalamperhitunganoptimasihidrolika,untukitumaka kehilangan tekanan dibagi dua, yaitu kehilangan tekanan seluruh sistim sirkulasi kecualibityangdisebutsebagaiParasiticPressureLoss(Pp)karenatidak menghasilkanapa-apa,hanyahilangenergikarenagesekanfluidasaja.Bit pressureloss(Pb)adalahbesarnyatekananyangdihabiskanuntukmenumbuk batuan formasi oleh pancaran fluida di bit.Dalamsistemsirkulasijugasepertiyangtelahdijelaskanpadabab sebelumnyabahwaakanterdapatduajenispolaaliranyaitulaminerdan turbulen,dimanamasing-masingpolamenempatitempatnyasendiri-sendiri.Di dalampipamulaidaristandpipe,swivel,kelly,drillpipedandrillcollarakan terjadipolaaliranturbulen.sedangkanpadaanulusantaradrillcollardanopen holebiasanyadibiarkanturbulentapibilaterjadilaminerlebihbaiklagi,anulus drill pipe dengan open hole maupun drill pipe dengan casing diwajibkan beraliran laminer akan tetapi harus lebih besar dari rate minimum.7.5.1. Optimasi dengan PerhitunganDalammenghitungoptimasihidrolikayangmenyangkutpenentuanrate optimum, telah dijelaskan dalam bab sebelumnya. Sedangkan penentuan ukuran nozzleyangmerupakanfungsidaridensitaslumpur,rateoptimumdan kehilangan tekanan di bit dijabarkan dalam bentuk persamaan sebagai berikut :5 . 0210858(((

=PbQAopt m........................................................................... (7-13)dimana :m= Densitas Lumpur, ppgHidrolika Fluida Pemboran 13Qopt= Laju optimum, gpmPb= Pressure Loss di bit, psiSebelummelakukanperhitunganterlebihdahuluharusditentukan besarnyafaktorpangkat(Z)dankonstantakehilangantekanan(Kp),dengan menggunakan persamaan (7-14) atau (7-15) dan (7-16) atau (7-17), yaitu :) / log() / log(2 12 1Q QP PZp p= ........................................................................... (7-14)) / log() / log(1 21 2Q QP PZp p= ........................................................................... (7-15)ZppQPK22= ......................................................................................... (7-16)ZppQPK11= ......................................................................................... (7-17)Selain ituperlu diketahui terlebihdahulu rate minimum, rate maksimum, tekanan maksimum pompa, daya maksimum pompa dan densitas lumpur.Sepertitelahdijelaskansebelumnyabahwaperhitunganpunakan disajikandalam 3 (tiga) konsepyang salingberbeda,yaitu : bitHydraulic Horse Power (BHHP), bit Hydraulic Impact (BHI) dan Jet Velocity (JV).7.5.2. Konsep BHHPLangkah- langkahuntukmenentukanoptimasiadalahsebagai berikut :a. Kondisi Tekanan Maksimum1. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaanPmZZPb1 += ................................................................................ (7-18)2. Hitung rate optimum dengan persamaanZKp Z PmQopt1) 1 (((

+= .................................................................... (7-19)3.PerhatikanapakahQoptlebihkecildariratemaksimum(Qmax).Jika tidak terpenuhi maka, Qopt = Qmax, sehinggaZoptQ Kp Pm Pb . = ......................................................................... (7-21)4.PerhatikanapakahQopttersebutlebihbesardarirateminimum (Qmin). Jika tidak terpenuhi, maka Qopt = Qmin, sehinggaZoptQ Kp Pm Pb . = ......................................................................... (7-20)5. Hitung daya yang diperlukan di permukaan (HPs)1714.optQ PmHPs = .............................................................................. (7-22)14 Hidrolika Fluida Pemboran6. Perhatikan apakah daya yang diperlukan di permukaan (HPs) tersebut tidaklebihbesardaridayamaksimumpompa(HPm).Jikatidak terpenuhi, bisa dicoba dengan kondisi daya maksimum.7. Hitung luas nozzle total yang optimum dengan persamaan212. 10858.(((

=PbQAopt m........................................................................... (7-23)b. Kondisi Daya Maksimum1. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan :ZQ KpQHPmPb min .min. 1714 = .................................................... (7-24)2. Hitung rate optimum (Qopt) dengan persamaan :Qopt = Qmin 3. Hitung tekanan yang diperlukan di permukaan (Ps) dengan persamaan min. 1714Q HpmPs = .............................................................................. (7-25)4. Perhatikan apakah Ps lebih kecil dari tekanan maksimum pompa (Pm). Jika tidak terpenuhi, bisa dicoba dengan kondisi pertengahan.5. Hitung luas nozzle total yang optimum dengan persamaan:212. 10858.((

=PbQopt mA

c. Kondisi Pertengahan1. Hitung rate optimum (Qopt) dengan persamaan :PmHPmQopt. 1714= ........................................................................ (7-26)2. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan : ZPmHPmKp Pm Pb((

=1714....................................................... (7-27)3. Hitung luas Nozzle total yang optimum dengan persamaan :212. 10858.((

=PbQopt mA.......................................................................... (7-28)7.5.3. Konsep BHILangkah-langkahuntukmenentukanoptimasidalamkonsepBHI adalah sebagai berikut :a. Kondisi Tekanan Maksimum1. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan :Hidrolika Fluida Pemboran 15PmZZPb2 += ............................................................................... (7-29)2. Hitung rate optimum (Qopt) dengan persamaan :ZKp zPmQopt1) 2 ( 2((

+= ................................................................... (7-30)3.PerhatikanapakahQoptlebihkecildariratemaksimum(Qmak).Jika tidak terpenuhi, Qopt = QmakPb = Pm-Kp.Qzopt ............................................................................ (7-31)4.PerhatikanapakahQopttersebutlebihbesardarirateminimum(Qmin).Jika tidak terpenuhi, Qopt = QminPb = Pm - Kp.Qzopt.......................................................................... (7-32)5. Hitung daya yang diperlukan di permukaan:1714.Qopt PmHps = ............................................................................ (7-33)6.PerhatikanapakahHPslebihkecildariDayapompamaksimum (HPm). Jika tidak terpenuhi, bisa dicoba dengan kondisi yang lain.7. Hitung luas Nozzle total yang optimum dengan persamaan :21210858.((

=PbQoptAm.......................................................................... (7-34)b. Kondisi Daya Maksimum1. Hitung rate optimum dengan menggunakan persamaan11) 2 (1714+((

+=ZKp ZHpmQopt ................................................................. (7-35)2. Hitung tekanan yang diperlukan di permukaan (Ps).Qoptm HPs1714 . .= ............................................................................ (7-37) 3. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan((

++=QoptHpmZZPb171421................................................................ (7-36)4. Periksa Qopt tidak lebih besar dari Qmak. Jika tidak terpenuhi maka :Qopt = Qmak((

++=QmakHpmZZPb171421................................................................ (7-38)5.Periksa Qopt tidak lebih kecil dari Qmin. Jika tidak terpenuhi maka :Qopt = Qmin16 Hidrolika Fluida Pemboran((

++=min171421Q HPmZZPb ............................................................... (7-39)6.PerhatikanapakahPstidaklebihbesardariPm.Jikatidakterpenuhi, coba dengan kondisi pertengahan.7. Hitung luas Nozzle total optimum, persamaan :21210858.((

=PbQopt mAc. Kondisi Pertengahan1. Hitung rate optimum dengan persamaan :PmHPmQopt. 1714= ......................................................................... (7-40)2. Hitung kehilangan tekanan di bit, dengan persamaanZPmHPmKp Pm Pb((

=1714 ........................................................ (7-41)3. Hitung luas Nozzle total optimum, persamaan :212. 10858.((

=PbQopt mA7.5.4. Konsep JVLangkah-langkah untuk menentukan optimasi dalam konsep Jet Velocity hanya dibagi dua bagian.a. Kondisi Tekanan Maksimum1. Tentukan rate optimum dengan persamaan :Qopt = Qmin2. Tentukan kehilangan tekanan di bit dengan persamaan :ZQ Kp Pm Pb min . = ................................................................... (7-42)3.Hitungdayayangdiperlukandipermukaan(HPs)dengan menggunakan persamaan :1714min .Q PmHPs = ........................................................................... (7-43)4. Perbaikan apakahHPstidaklebihbesardaridayapompamaksimum (HPm).Jika tidak terpenuhi, coba dengan kondisi daya maksimum.5. Hitung luas Nozzle total dengan menggunakan persamaan:21210858.((

=PbQopt mA.......................................................................... (7-44)b. Kondisi Daya Maksimum1. Tentukan rate optimum dengan menggunakan persamaan :Qopt = QminHidrolika Fluida Pemboran 172.Hitungtekananyangdiperlukandipermukaan(Ps)dengan menggunakan persamaan :min1714 .QHPmPs = ............................................................................. (7-45)3 Tentukan kehilangan tekanan di bit dengan menggunakan persamaan :ZQ KpQHPmPbmin.min1714 . = ........................................................... (7-46)4.PerhatikanapakahPstidaklebihbesardaritekananmaksimum pompa(Pm).Jikatidakterpenuhi,kondisioptimumdalamkonsepJet Velocity tidak tercapai.5. Hitung luas total Nozzle dengan menggunakan persamaan212. 10858.((

=PbQopt mA.......................................................................... (7-47)Sedangkanuntukmerubahnilailuastotalnozzlemenjadibentuk kombinasi ukuran nozzle dalam satuan 1/32 inch dapat digunakan Tabel 7.5.Tabel 7.5. Tabel Luas Total Kombinasi Nozzle(7-31)7.5.5. Evaluasi Hasil OptimasiUntukmengetahuiapakahhasiloptimasiyangtelahdilakukanbetul-betulnaikefeknyaatautidak,ditentukandenganmelihatparameter yangbisadievaluasiuntukmasing-masingkonsep,yaitusebagai berikut :a. Konsep BHHPEvaluasidapatdilakukanmelaluiHorsePowerperSquareInches (HSI) di bit. 18 Hidrolika Fluida PemboranAQopt PbHSI. 1714.= .............................................................................. (7-48)2. 1346.dQopt PbHSI = .............................................................................. (7-49)b. Konsep BHI.Dalam mengevaluasihasiloptimasi pada konsepBHI, dilakukan dengan menghitung bit Impact (BIF).5 . 0. . Pb Q Ki BIF = ............................................................................ (7-50)dikonversikan dengan kondisi lapangan, menjadi :| | 5 . 02. 10 . 73 , 1 Pp m Q BIF = .......................................................... (7-51)c. Konsep JVDalamkonsepinievaluasibisadilakukan melaluikecepatanalirandibit (Vb).5 . 0.Pb Kv Vb = .................................................................................. (7-52)dikonversikan dengan kondisi lapangan, menjadi :AnQoptVb 321 . 0 = ............................................................................. (7-53)Hasil evaluasiyang didapat hanya dapatdipakai untuk membandingkan satukasusyangsamayangdikerjakandenganmetoda/konsepyangsama antara kondisi lapangan yang sedang dipakai dengan perhitungan optimasi yang didapat,sedangkanuntukmembandingkantiapkonsepdengankonseplainnya tidak dapat dilakukan, karena satu sama lain seperti telah dijelaskan sebelumnya mempunyai kelebihan-kelebihan pada konsep masing-masing.Gambar 7.7. Diagram Alir Konsep BHHP38)Hidrolika Fluida Pemboran 19Gambar 7.8. Diagram Alir Konsep BHI38)20 Hidrolika Fluida PemboranGambar 7.9. Diagram Alir Konsep JV38)Gambar 7.10. Contoh Pemakaian Nomograph Pada Konsep JV38)Hidrolika Fluida Pemboran 21Gambar 7.11. Contoh Pemakaian Nomograph Pada Konsep JV38)7.6. Contoh Soal1.Kedalaman= 6000 ftRate minimum = 444 gpmRate maksimum = 762 gpmDaya maksimum = 1388Tekanan permukaan maksimum= 2145 psiDensitas lumpur = 9.2 ppgDari Slow Pump Rate Test diperoleh :Pp1 = 560 psi Q1 = 432 gpmPp2 = 155 psi Q2 = 211 gpmBerdasarkan optimasi dengan konsep BHHP, BHI, dan JV dari data-data di atas, tentukan :1. Rate optimum2. Tekanan permukaan yang digunakan3. Kehilangan tekanan di bit4. Kombinasi ukuran nozzle optimum2. Desain HidrolikaHole Geometry:Kedalaman sumur = 10000 feet22 Hidrolika Fluida PemboranIntermediate Casing= 9,625 inch OD, 9,0 inch ID, 7000 feet DepthString Configuration:Drill Pipe = 4,0 inch OD, 3,25 inch IDDrill Collar = 4,0 inch OD, 2,75 ID, 400 feet DepthBit Size = 8,5 inch, with Nozzle 15-15-15Lumpur :Densitas= 8,9 ppgViskositas Plastik = 50 cpYield Point = 25 lb/100 ft2Pump Data :Maximum HP = 1500Maximum Pressure= 3500 psiaMaximum Rate = 900 gpmMinimum Rate = 230 gpmLow Pump Rate Test:Normal Rate = 500 gpm, Pressure= 1100 psiaSlow Rate = 250 gpm, Pressure= 310 psiaDrilling Parameter :Weight on Bit = 30000 lbsRate of Penetration= 150 fphCutting Diameter= 0,65 inchCutting SG = 2.635Pertanyaan :DalamOptimisasihidrolika,dimanadiameternozzletidakmungkin diubah (tetap), berapa rate pemompaan optimum yang harus dilakukan ?3. Hidrolika BitSebelummenggantibitpadalubang121/4in,diketahuitekanan standpipe sbb:Laju alir (gpm) Tekanan Stamdpipe (psi)300 500400 850500 1200600 1700650 1900Kedalaman lubang adalah 6528 ftBit diharapkan membor sampai kedalaman 8000 ftData-data lain:Ukuran nozzle = tiga buah (16/32) inBerat lumpur = 8.7 ppgLaju alir sekarang = 650 gpmMax. alowable surface pressure =2500 psiTentukanlahparameterhidrolikaoptimumuntukbitberikutnya menggunakan kriteria BHHP dan IF.Hidrolika Fluida Pemboran 237.7.Dasar Dasar Pengangkatan Cutting7.7.1. PendahuluanDalamprosespemboranlangsung,bityangdipakaiselalumenggerus batuanformasidanmenghasilkancutting,sehinggasemakindalampemboran berlangsungsemakinbanyakpulacuttingyangdihasilkan.Supayatidak menumpuk di bawah lubang dan tidak menimbulkan masalah pipe sticking maka cuttingtersebutperludiangkatkepermukaandenganbaik,yaitubanyaknya cutting yang terangkat sebanyak cutting yang dihasilkan. Dalamprosesrotarydrillinglumpurbarumasuklewatdalampipadan keluarkepermukaanlewatanulussambilmengangkatcutting,sepertiterlihat padaGambar 7.12 sehinggaperhitungankecepatanminimumyangdiperlukan untuk mengangkat cutting ke permukaan dilakukan di anulus.Gambar 7.12. Proses Pengangkatan Cutting di AnulusCuttingyangtidakdapatterangkatdenganbaikakanmengendap kembalikedasarsumurdanmengakibatkanbeberapamasalahdalam pemboran, diantaranya :1.Akanterjadipenurunanlajupenetrasidikarenakanpenggerusan kembali cutting yang tidak terangkat (regrinding).2.Meningkatnyabebandragdantorque karenadayayangdiperlukan untuk memutar drill string semakin berat.3. Kemungkinan terjadinya pipe sticking, yaitu terjepitnya pipa pemboran dikarenakan tumpukan cutting yang mengendap.Beberapafaktoryangmempengaruhipengangkatancuttingke permukaan diantaranya: Kecepatanfluidadiannulussebagaifungsidariluasareaannulusdan rate pemompaan yang diberikan. Kapasitasuntukmenahanfluidayangmerupakanfungsidarirheologi lumpurpemboranseperti;densitaslumpur,jenisaliran(laminaratau turbulen), viskositas, dst. Laju penembusan yang dilakukan drill bit (rate of penetration). Kecepatan pemutaran pipa pemboran (RPM).24 Hidrolika Fluida Pemboran Eksentrisitasdrillpipe.Yaituposisirelatifpipapemboranterhadap lubang pemboran, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.13.Gambar 7.13 Eksentrisitas Pipa Pemboran Ukuran rata-rata partikel cutting. Konsentrasi cutting di dalam lumpur pemboran. Adanya pengaruhi kemiringan pada lubang pemboran.Sedangkanparameterbesaranyangsangatberpengaruhdalam mekanisme pengangkatan cutting antara lain :a)Vslip(kecepatanslip)yaitukecepatankritikdimanacuttingmulaiakan terendapkan.b)Vcut(kecepatancutting)yaitukecepatancuttinguntuknaikke permukaan c)Vmin(kecepatanminimum)yaitukecepatanslipditambahdengan kecepatan cutting sehingga cutting dapat terangkat ke permukaan tanpa terjadi penggerusan kembali.Secaraumumhubunganantarakecepatanslip,kecepatancutting,dan kecepatan minimum adalah sebagai berikut :Gambar 7.14. Pengangkatan Cutting oleh Lumpur PemboranVsl= Vm- Vcut.................................................................................... (7-54)Hidrolika Fluida Pemboran 25dimana :Vsl= Kecepatan slip, ft/menitVm= Kecepatan lumpur, ft/menitVcut= Kecepatan cutting, ft/menitDindinglubangyangbelumtercasingmempunyaiselaputtipissebagai pelindungyangdisebutmud-cake.Agarselaputyangbergunatersebuttidak terkikisolehaliranlumpur,harusdiusahakanalirantetaplaminer.Untuk mencegahterjadinyaaliranturbulen,dapatdiindikasikandenganbilangan Reynold.Denganbilangan reynoldyang tidaklebihdari2000aliranakantetap laminer,sehinggabatastersebutdijadikanpeganganuntukmenentukan kecepatan maksimum di anulus yang disebut kecepatan kritik.( ) | |( )pd hp hcad mm Yb d d PV PVV + +=2 / 1 2 23 , 9 08 , 1 08 , 1...................... (7-55)Dimana : Vca= Kecepatan kritik, ft/detikPV= Plastic viscosity, cpYb = Yield point bingham, lb/100 ft2 m = Densitas lumpurdp = Diameter drillpipe, indh = Diameter lubang, 7.7.2. Sumur Vertikal7.7.2.1. Kecepatan Slip Metode MooreKecepatanslipuntuksumurvertikaldihitungdenganmenggunakan persamaan :||.|

\| =ff sd Vcut sl 54 , 1 ........................................................... (7-56)dimana :Vsl = Slip velocity, cps = Densitas cutting, ppgf = Densitas fluida (lumpur), ppgdcut = Diameter cutting, inKecepatan slip ini dihitung dengan prosedur sebagai berikut :7.7.2.1.1. Penentuan Apparent ViscosityFriction factor pada korelasi ini didasarkan berdasarkan perhitungan dari apparent Newtonian viscosity dengan menggunakan persamaan:nnnV dp dh Ka||||.|

\|+||.|

\| =0208 , 0121441min ................................................ (7-57)dimana :a = Apparent viscosity , cP26 Hidrolika Fluida PemboranK = Indeks konsistensi =( )n511510300n = Indeks kelakuan aliran = 300600log 32 , 3dh = Diameter lubang, indp = Diameter pipa, inVmin= Kecepatan minimum , ft/s600= Dial reading pada 600 rpm300= Dial reading pada 300 rpm7.7.2.1.2. Penentuan Reynold NumberApparentviscositytersebutdigunakanuntukmenentukanReynold Number dibawah ini :ad x V x f xNcut sl 928Re = ............................................................ (7-58)dimana :NRe= particle Reynold Numberf = densitas fluida, ppgVsl = slip velocity, ft/sa = apparent viscosity , cPdcut= diameter cutting , inSelanjutnyaapparentviscosityinidigunakanuntukmenentukanfriction factor dengan menggunakan Gambar 4 berikut.Gambar 7.15. Grafik antara Particle Reynold Number terhadap Friction FactorHidrolika Fluida Pemboran 27Gambar 7.15 ini secara matematis memiliki persamaan : UntukNRe>300,alirandisekitarpartikeladalahfullyturbulentdan friction factor nya = 1.5 Untuk NRe3 ,aliran laminar dan friction factor nya :Re40Nf = ........................................................................................... (7-59)Untuk 3 < NRe < 300 maka aliran transisi dan friction factor nya :Re22Nf = ........................................................................................ (7-60)faktorfriksiinikemudiandapatdigunakanuntukmenentukanVslpada persamaan.7.7.2.2. Kecepatan CuttingKecepatan Cuttingnya dapat ditentukan dengan persamaan (3):conchpcutCddROPV(((

||.|

\|=21 36............................................................ (7-61)dimana ;Vcut = Kecepatan cutting, ft/sdp = Diameter pipa, indh = Diameter lubang, inCconc = Konsentrasi cutting , %ROP = Rate Of Penetration , ft/hrDapat juga dinyatakan dengan persamaan lain yaitu:Jika yang diketahui luas penampang pipa dan lubangconcholepipecutCAAROPV((

=1 36................................................................ (7-62)dimana :Apipe = Luas penampang pipa, in2Ahole = Luas penampang lubang, in2JikaVcuttingdinyatakandalamft/menit,makapersamaan(8)dapat ditulis:conchpcutCddROPV(((

||.|

\|=21 60............................................................ (7-63)dimana Vcut = Kecepatan cutting. ft/minSehingga kecepatan minimum cutting adalah :Vmin = Vsl + Vcut ............................................................................. (7-64)28 Hidrolika Fluida PemboranSecarakeseluruhanprosedurpenentuanVmin,VcutdanVslippadasumur vertikal dapat dilihat pada Gambar 7.16 berikut.Gambar 7.16. Flowchart Penentuan V cut, V min, dan V slip untuk Sumur Vertikal7.7.3. Sumur Directional dan Horizontal7.7.3.1. Metoda Larsen7.7.3.1.1. Kecepatan CuttingKecepatanCuttingdapatuntuksumurdirectionaldenganinklinasi55-90odiperkenalkan oleh T. I. Larsen. Kecepatan cutting Larsen ini diturunkan dari persamaan yang sama seperti untuk sumur vertikal, yaitu pada persamaan 7-61.Hidrolika Fluida Pemboran 29AkantetapiLarsenkemudianmengembangkansuatukoreksitambahan terhadaplajupenembusanmatabor,yangditunjukkanpadaGambar 7.17berikut.Gambar 7.17. Hubungan antara Konsentrasi Cutting vs ROPHubungan pada Gambar 6. dapat dituliskan dengan persamaan :Cconc = 0,01778 ROP +0,505......................................................... (7-65)dimana : Cconc = Konsentrasi cutting, %ROP = Rate Of Penetration, ft/hrDenganmemasukkanfaktorkoreksipadapersamaan8,maka didapatkan persamaan baru untuk sumur directional sebagai berikut : |.|

\|+(((

||.|

\|=ROP ddVholepipecut16 . 1864 . 0 112............................................. (7-66)7.7.3.1.2. Kecepatan Slip (Vs) dan Faktor KoreksiHubungankecepatanslipuntuksumurdirectionaldiGambarkandalam grafik pada Gambar 7.18.30 Hidrolika Fluida PemboranGambar 7.18. Equivalent Slip Velocity vs Apparent ViscosityGambar 7 secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut:cp a a Vslip53 006 , 3 00516 , 0 s + = ...................................... (7-67)( ) cp a a Vslip53 28 , 3 53 02554 , 0 > + + = .............................. (7-68)dimana:a = Apparent viscosity, cp= Kecepatan slip, ft/sGambar 7.18 diperlukanuntukmemprediksikanhubunganantaraVmin dengan Vcut setelah mengetahui prediksi kecepatan slip nya. Persamaanyangyangdigunakanuntukmenentukanapparent viscositynya berbeda dengan metoda vertikal. Persamaan yang digunakan yaitu :( )critp haVd d YPPV+ =5 ................................................................ (7-69)dimana :a = Apparent viscosity,cpPV = Viskositas plastik, cpYP = Yield point, lb/100 ft2dh = Diameter lubang, indp = Diameter pipa, inVcrit = Kecepatan kritik atau kecepatan slip, ft/sKorelasi kecepatan slip pada persamaan 14 dan 16 memerlukan koreksi terhadap inklinasi, ukuran cutting dan densitas sebagai berikut :1. Koreksi terhadap inklinasi sumur213 , 0 000233 , 020342 , 0 = ang ang angC ......................................... (7-70)dimana :Cang = faktor koreksi terhadap inklinasiHidrolika Fluida Pemboran 31ang = sudut inklinasi, degGambar 7.19. Faktor Koreksi untuk Sudut Inklinasi 2. Koreksi terhadap ukuran cutting Koreksiukurancuttingdilakukandenganmenggunakanpersamaan berikut :286 , 1 04 , 150+ = cut D x Csize........................................................ (7-71)dimana :Csize= Faktor koreksi terhadap ukuran cuttingD50cut = Diameter cutting, inGambar 7.20. Faktor Koreksi Ukuran Cutting3. Koreksi terhadap densitas( ) 7 , 8 7 , 8 0333 , 0 1 > = m m Cmwt ...................................... (7-72)32 Hidrolika Fluida Pemboran7 , 8 0 , 1 < = m Cmwt ..................................... (7-73) dimana :Cmwt = Faktor koreksi terhadap densitas mud m = Densitas lumpur, ppgGambar 7.21. Faktor koreksi untuk densitas lumpurDengandemikianpersamaanyangmenyatakanhubungansepenuhnya tentang kecepatan slip (Vs) metode Larsen adalah :mwt size ang slip slipC x C x C x V V = ........................................................ (7-74)dimana :Vslip = Kecepatan slip sesudah dikoreksi, ft/s Vslip = Kecepatan slip sebelum dikoreksi, ft/sProsedurpenentuantransportasicuttingsumurdirectionalmetode Larsen dapat dilihat pada Gambar 7.22.Hidrolika Fluida Pemboran 33Gambar 7.22. Flowchart Penentuan Transportasi Cutting Metode Larsen7.7.3.2. Metode Rudi Rubiandini dan Shindu L. M.KecepatanminimumcuttingmetodeRudiRubiandinidanShinduL.M. mengkoreksiparameterinklinasi,densitaslumpurdanrotaryspeed(RPM). PersamaaninimerupakanpengembangandaripersamaanMoore,Larsendan 34 Hidrolika Fluida Pemboranpercobaanyang dilakukan Peden. Prinsip pengembangan persamaan ini adalah membuatplotsuatuparameterVstakberdimensi.Vstakberdimensiyaitu perbandinganVsdirectionalmetodaLarsendanPeden,denganVsvertikal metoda Moore.7.7.3.2.1. Koreksi InklinasiKoreksisudut (Ci) diperolehdari plot dimensionless Vs cutting sehingga didapatkanpersamaankoreksisudutyangdikalikandenganVsvertikalMoore. Koreksi sudut (Ci) yang digunakan adalah:Untuko45 s :|.|

\| + =45201iC .................................................................................... (7-75)Untuko45 > Ci = 3(23)Dimana :q= Sudut inklinasi, degCi = Koreksi sudut.7.7.3.2.2. Koreksi Densitas LumpurPlotdimensionlessVsterhadapinklinasimetodeLarsendengan berbagaidensitaslumpurdapatditentukankoreksidensitaslumpurterhadap Vsv.Denganmengambilnilaidensitassamadengan12ppgdannilai DimensionlessVssamadengan3makakoreksidensitas(Cmw)terhadapVsv adalah :153 mCmw += .................................................................................. (7-77)mana :m = Densitas lumpur, ppgCmw = Koreksi terhadap densitas lumpur.7.7.3.2.3 Koreksi Terhadap RPMSedangkan koreksi terhadap rotary speed (RPM) adalah :|.|

\| =600600 RPMCRPM.................................................................... (7-78)dimana:CRPM = Koreksi terhadap RPMRPM = Kecepatan putar / rotarySehinggaVminuntuksumurvertikal,directional,maupunhorizontal dengan mengembangkan rumus Moore adalah :Vmin = Vcut + ( Ci x Cmw x CRPM)Vsvmaka untuk :Untuko45 s svVRPM mVs|.|

\| |.|

\|+|.|

\| + =60011534521 ......................................... (7-79)Hidrolika Fluida Pemboran 35Untuk:o45 > svVRPM mVs|.|

\| |.|

\|+=60011533...................................................... (7-80)ProsedurpenentuantransportasicuttingdenganmetodeRudidan Sindhu ini dijelaskan pada Gambar 7.23.Gambar 7.23. Flowchart Penentuan Parameter Transportasi Cutting Metode Rudi-Sindhu36 Hidrolika Fluida Pemboran7.7.4. CONTOH PERHITUNGANData : = 61,352 om = 15 ppgs = 19,16 ppgPV = 40 cPYP = 17 lb/100 ft2a = 145,7 cPdh = 6 indp = 3,38 inDcut = 0,7283 inROP = 54 ft/hrRPM = 0Cconc = 1.5 %Kec. Pengangkatan Cutting:((

|.|

\|+ =ROP dhdpVcut16 , 18604 , 0 2 11.................................................... (7-66)s ft Vcut/ 5578 , 15416 , 18604 , 0 2638 , 311=((

|.|

\|+ =Asumsi Vslip :Asumsi Slip Velocity = 0.1 ft/sVminiawal = 0,1 + 1,5578 = 1,6578 ft/scritpipe holep aVD D Yp ) ( . 5+ = ......................................................... (7-69)cPYp x xa32 , 176578 , 1) 38 , 3 6 ( . 17 540 =+ = KarenacP a > maka digunakan persamaan (7-68)cP a a Vsl> + = 28 , 3 02554 , 02.............................................. (7-68)Vsl2= (0,02554 x 174,32) + 3,28 = 7,731 ft/s| Vsl2- Vsl1| = | 7,731 - 0,1| > [0,01], jadi Vsl1 = 7,731 ft/sVmin= 7,731 + 1,5578 = 9,289 ft/sVminhasilperhitungantadikemudiandigunakanuntukmenghitung kembali apparent viscosity dengan menggunakan persamaan (7-68).Hidrolika Fluida Pemboran 37cPxa97 , 63289 , 9) 38 , 3 6 ( . 17 540 =+ = KarenacP a > maka digunakan persamaan (7-68)Vsl2 = (0,02554 x 63,97) + 3,28 = 4,9137 ft/s| Vsl2- Vsl1| = | 4,9137 - 7,731 | > 0,01, jadi Vsl2= 4,913 ft/sDenganmelakukaniterasisampai|Vsl2- Vsl1| = m Cmwt ................................................................. (7-72)karena ppg m 7 , 8 > Cmwt = 1Final Slip Velocity:Vslip= Vsl. (Cang).(Csize).(Cmwt) ............................................................ (7-74)Vslip= 3,9758 x 1,0052 x 0,5285 x 1 = 2,1121 ft/sFinal minimum Velocity:Vmin= Vslip+ Vcut................................................................................. (7-64)Vmin= 2,1121 + 1,5578 = 3,669 ft/sec2. Contoh perhitungan dengan menggunakan Persamaan Rudi-Shindu,Dengan data yang sama untuk perhitungan Menggunakan Metode Larsen :Data : = 61,352 om = 15 ppgs = 19,16 ppgPV = 40 cPYP = 17 lb/100 ft2a = 145,7 cPdh = 6 indp = 3,38 inDcut = 0,7283 inROP = 54 ft/hrRPM = 0Cconc= 1,5 %38 Hidrolika Fluida PemboranKecepatan Cutting:DenganmenggunakankonsentrasicuttingdanROPyangsamadengandata diatas, maka Vcut dengan persamaan (8) adalah :coneholepipecutCDDROPV(((

||.|

\|=21 36......................................................... (7-61)s ftROPVcut/ 4648 , 15 , 1638 , 31 362=(((

|.|

\|=Asumsi VslipVsl1= 0.1 ft/sIterasi Slip Velocity:Vmin= Vs + VcutVmin awal= 0,1 + 1,4648 = 1,5648 ft/s( )min_. 5VD D Ypp apipe hole+ = .......................................................... (7-69)( )cPxa 31 , 1825648 , 138 , 3 6 17 . 540 =+ = ad x V x mNcut Sl1. 928Re = ........................................................... (7-58)31 , 1827283 , 0 1 , 0 15 . 928Rex xN =NRe > 3 dan NRe | 0,01 |, jadiHidrolika Fluida Pemboran 3922 11Sl SlSlV VV+=s ft VSl/ 1465 , 221929 , 4 1 , 01=+=Dengan melakukan iterasi sampai | Vsl2- Vsl1| < 0.01, didapatkan Vsl1= 1,06723 ft/sKoreksi Sudut, Densitas dan RPM :Darikoreksisudutyangdidapatkanuntuksudutinklinasilubangsumur pemboran lebih besar dari 45o, maka digunakan persamaan. (7-80).sv sVRPM mV|.|

\| |.|

\| + =6001153 3....................................................... (7-80)s ft x Vs/ 8067 , 12 06723 , 16000115153 3 =|.|

\| |.|

\| + =7.8.Pressure Losses (Kehilangan Tekanan)7.8.1. PendahuluanGambar 7.24,menunjukkanskemabagianperalatansistemsirkulasi yangterdiridaridrillstring,bitdanperalatanpermukaan.Padabagian-bagian tersebut,fluidaakanmengalamigayagesek(friksi)sehinggasistemsirkulasi akankehilanganenergiketikafluidadipompakanmulaidarititik(1)sampaititik (2) dan kembali ke titik (3) di mud tank.Padababiniakandijelaskantentangperhitungankehilangantekanan (pressureloss)akibatgayafriksidisetiapbagiandarisistemsirkulasi. Perhitungan kehilangan tekanan tersebut dibagi kedalam 3 bagian yaitu:(1)SurfaceConnectionLosses(KehilanganTekananpadasambungan permukaan)(2)PipeandAnnularLosses(KehilanganTekanandidalampipadan annulus)(3) Pressure drop across bit(Kehilangan tekanan di bit)7.8.1.1. Perhitungan Kehilangan Tekanan Secara Analitik7.8.1.1.1. Surface Connection Losses(Kehilangan Tekanan pada sambungan permukaan)Kehilangantekananpadasambungandipermukaanbiasaterjadidistandpipe, rotaryhose,swiveldankelly.Penentuankehilangantekanandipermukaan cukup sulit karena kehilangan tekanan tergantung dari dimensi dan geometri dari sambungandipermukaan.Persamaanberikutdapatdigunakanuntuk mengevaluasi kehilangan tekanan pada sambungan di permukaan :( ) psi PV Q E Pp,2 , 0 8 , 1 8 , 01 = ............................................................... (7-81)atau( ) bar PV Q E Pp,2 , 0 8 , 1 8 , 01 = ............................................................. (7-82)dimana : = Densitas lumpur (lbm/gal atau kg/l)Q = Flow rate (gpm atau l/min)40 Hidrolika Fluida PemboranE = Konstanta, tergantung dari tipe peralatan permukaan yang digunakanPV = Plastic viscosity (cP)Terdapatempattipeperalatanpermukaan,dimana tiaptipe menunjukkandimensidaristandpipe,kelly,rotaryhosedanswivel(Tabel7.6).Nilai konstanta E ditunjukkan pada Tabel 7.7.Tabel 7.6. Empat Tipe Peralatan PermukaanSurface Equipment typeStandpipe Rotary Hose Swivel KellyLength (ft)ID(in)Lengt(ft)ID(in)Length (ft)ID(in)Lengt(ft)ID(in)1 40 3.0 40 2.0 4 2.0 40 2.252 40 3.5 55 2.5 5 2.5 40 3.253 45 4.0 55 3.0 5 2.5 40 3.254 45 4.0 55 3.0 6 3.0 40 4.00Tabel 7.7. Nilai konstanta ESurface EquipmenttypeValue of EImperials Units Metric Units1 2.5 x 10-48.8 x 10-62 9.6 x 10-53.3 x 10-63 5.3 x 10-51.8 x 10-64 4.2 x 10-51.4 x 10-67.8.1.1.2. Pipe and Annular Losses(Kehilangan Tekanan di dalam pipa dan annulus)Kehilangantekanansepanjangpipadapatterjadididrillpipedan drillcollaryang ditunjukkan pada Gambar 7.24 (P2 dan P3). Kehilangan tekanan diannulusditunjukkanolehP4danP5adaGambar 7.24.Besarnya kehilangan tekanan di P2, P3, P4 dan P5 tergantung pada:a. Dimensi dari drillpipe atau drillcollar (ID, OD, dan panjang DP atau DC)b. Rheologi lumpur pemboran (densitas, plastic viscosity dan yield point)c. Jenis aliran (turbulent, laminar atau plug)Beberapa hal khusus yang menyebabkan naiknya kehilangan tekanan di annulus adalah:1. Surge pressure ketika menurunkan kembali pipa, setelah round trip.2.Tekananudarayangterjebakdidalamlumpursetelahterbentukgel strength.3. Tekanan yang disebabkan oleh impact force ketika sirkulasi dihentikan.4.Flokulasilumpuryangdisebabkanolehkontaminasikimiapadasaat treatment lumpur.5. Bertambahnya densitas lumpur karena perbandingan.Hidrolika Fluida Pemboran 41Gambar 1. Skema Sistem SirkulasiPerludiperhatikanbahwakelakuanfluidapemborandidownholetidak dapatdipastikandansifat-sifatfluidayangdiukurdipermukaandiasumsikan mempunyainilaiyangberbedapadakondisibottomhole.Beberapamodel perhitungankehilangantekananyangsudahadamenghasilkannilaiyang berbeda-beda pada kondisi yang sama. Dua model yang biasa digunakan adalah BinghamplasticmodeldanPower-lawmodel.Tabel 7.8 danTabel 7.9menunjukkan ringkasan persaman yang digunakan.42 Hidrolika Fluida PemboranTabel 7.8. Ringkasan PersamaanHidrolika Fluida Pemboran 43Tabel 7.9. Ringkasan Persamaan44 Hidrolika Fluida Pemboran7.8.1.1.3. Pressure drop across bit (Kehilangan tekanan di bit)Tujuandaripemrogramanhydraulicadalahpengoptimisasianpressure drop di bit agar pembersihan lubang bor berjalan dengan maksimum. Kehilangan tekanandibitdipengaruhiolehukurannozzleyangdigunakandanpenentuan hydraulichorsepower.Semakinkecilukurannozzlemakasemakinbesar pressure drop yang terjadi dan kecepatan nozzle akan meningkat. Untukmenentukankehilangantekanandibitmakadipergunakan persamaan:22. 10858.AnQ mPb= ............................................................................. (7-83)dimana :m = Densitas lumpurQ = Laju alir, gpmAn = Luas nozzle, in2Pb = Kehilangan tekanan di bit, psi.7.8.1.2. Penentuan Kehilangan Tekanan Secara PraktisDalammenghitungbesarnyakehilangantekanandalamsistimsirkulasi lumpurpemborandenganmenggunakancarapraktisyangbiasadipakaidi lapangan,dilakukan denganmenghitungtiapsegmendahulu,barukemudian dijumlahkan secara total.Segmen-segmentersebutadalah:peralatanpermukaan,drillcollar, anulus Drill-collar, Drill-pipe dan anulusnya.a.Peralatanpermukaan,Peralatanpermukaaninibiasanyadibagimenjadi4tiperangkaiansepertiyangdiperlihatkanpadaTabel (6),tiap tipe mempunyai koefisien tersendiri yang akan dipakai dalam perhitungan sbb :10.mr k l k Ploss= ............................................................................. (7-84)dimana :k1= Koefisien loss, lihat Tabel (6)kr= Koefisien rate, lihat Tabel (5)b. Drill-collar Perhitungan untuk bagian dalam Drill-collar menggunakan rumus :10.dclossLm r k l k P = ...................................................................... (7-85)dimana :Ldc = Panjang Drill-collar, ftc. Anulus Drill CollarUntukmenghitunganulusdrillcollarsepertihalnyadrillcollar menggunakan Tabel (7.12) rumus yang dipakai sama dengan drillcollar. Drill Pipe dan Anulusnya Perhitungandrillpipedengananulusdrillpipedihitungbersama-sama sekaligus,tidaksepertidrillcollardipisahkan.Persamaanyangdipakai adalah (5) dan yang dipakai untuk menentukan koefisien lossnya adalah Tabel (7-10)Hidrolika Fluida Pemboran 45Tabel 7-10. Koefisien RateTabel 7.11. Koefisien Loss Peralatan PermukaanCASE STAND PIPE HOSE COEFFICIENTLengthFeetI.DInchesLengthFeetI.DInches1 40 3 45 2 192 40 3 55 2 73 45 4 55 3 44 45 4 55 3 3CASE STAND KELLY COEFFICIENTLengthFeetI.DInchesLengthFeetI.DInches1 4 2 40 2 192 4 2 40 3 73 5 2 40 3 44 6 3 40 4 346 Hidrolika Fluida PemboranTabel 7.12. Koefisien Loss Drill-CollarHidrolika Fluida Pemboran 47Tabel7.13. Koefisien Loss Drill Pipe7.8.1.3. Penentuan Kehilangan Tekanan dengan Slow Pump Rate Test (SPRT)Hargakehilangantekanan(pressureloss)dapatdicaridengan pembacaanSlowPumpRateTest(SPRT).PertamadaripembacaanSPRT, dapatdiketahuinormalratedanslowratedaripompa.Selainitujuga,dapat diketahuipressurepumppadasaatpemompaannormalratedanpadasaat pemompaan slow rate. Dari SPRT dapat diperoleh data-data:1. Normal rate (Q1)2. Slow Rate (Q2)3. Pump pressure pada normal rate (P1 @ Q1)4. Pump pressure pada slow rate (P2 @ Q2)5. Luas nozzle (An)6. Kehilangan tekanan di bit (Pb)7. Mud WeightSetelah itu, dilakukan perhitungan untuk menentukan luas nozzle, yaitu :VQAn 32 , 0 = ..................................................................................... (7-86)atau2323|.|

\|=nozzle ukuranxVAn......................................................... (7-87)dimana :An= Luas nozzle, in2Q = Laju alir, gpmV = Kecepatan lumpur di bit, ft/sKemudianditentukantekananparasitik(Pp)padasaatnormalratedan slow rate dengan rumus :48 Hidrolika Fluida Pemboran221085832 , 0 AnQP Pm p = ............................................................... (7-88)dimana :Pp = Tekanan parasitik, psiPm = Tekanan maksimum pompa, psi = Densitas lumpur, ppgQ = Laju alir, gpmAn = Luas nozzle, in2Perhitungan selanjutnya adalah menentukan besarnya faktor pangkat (Z) dan konstanta kehilangan tekanan (Kp) dengan menggunakan persamaan (7-89) atau (7-90) dan (7-91) atau (7-92):( )( )2 12 1/ log/ logQ QP PZp p= ............................................................................ (7-89)( )( ) 1 / 2 log/ log1 2Q QP PZp p= ............................................................................ (7-90)zp pQ x P K=1 1................................................................................ (7-91)zp pQ x P K= 22.............................................................................. (7-92)Untukmenentukankehilangantekanandibitmakadigunakan persamaan :22. 10858 AnQPp= ............................................................................ (7-93)dimana :m = Densitas mudQ = Laju alir, gpmAn = Luas nozzle, in2Pb = Kehilangan tekanan di bit, psi.Latihan 1 :Data dari suatu sistem pemboran diketahui sebagai berikut :Drillstring: 4-1/2 inOD : 3.826 in ID : 12600 ftDrillcollar : 7 in OD : 3 in ID : 900 ftKedalaman sumur: 13500 ftSifat-sifat lumpur : 15 ppg: 38 cp: 10 lb/100 ft2Laju alir: 7.5 bbl/minCasing: 10500 ftHidrolika Fluida Pemboran 49: 8.755 in IDOpen hole : 8.5 inBit size : 8.5 inKombinasi nozzle : 12-12-12Surface loss : 52 psiBerdasarkan data tersebut di atas :Buatlahsketsageometrilubangdanrangkaianpipapemboransesuai dengan kondisi tersebut di atas.Tentukanlah berapatekanan minimumpompayangharusdisediakan di permukaan dengan menggunakan metoda Bingham dan Power LawBandingkanhasilperhitunganantarakeduametodatersebutdiatas, bagaimana komentar saudara. Latihan 2 :Diketahui :Kedalaman : 15000 ftDiameter bit : 7-7/8 inDrill pipe : 4-1/2" OD ; 3.82" ID, 14500 ftDrill colar : 6" OD, 500 ft600 100.0300 44.0200 22.0100 11.06 3.53 3.0Dari data-data tersebut diatas:a. Berapa pressure loss seluruh annulusb.Jika untukmengimbangitekananformasitersebutdiperlukantekanan hidrostatikdidasarsumursebesar8000psi,berapadensitaslumpur yang diperlukan.50 Hidrolika Fluida PemboranDAFTAR PARAMETER DAN SATUAN)= Density fluida, ppgV= Kecepatan aliran, fpsd= Diameter pipa, in = Viscositas, cp = Gaya shear per unit luas (shear stress)dVr/dr= Shear rategc = Convertion constantHP= Horse power yang diterima pompa dari mesin penggeraksetelah dikalikan effisiensi mekanis dan safety, hpP= Tekanan Pemompaan, phiQ= Kecepatan alir,gpmS= Panjang stroke, inchsN= Rotasi per menit, rpmd= Diameter tangkai piston, inchsD= Diameter liner, inchse = Effisiensi volumetricVs= Kecepatan slip, ft/menitV1= Kecepatan lumpur, ft/menitVp= Kecepatan partikel, ft/menitdc= Diameter cutting terbesar, inchs = Berat cutting, ppg = Berat lumpur, ppgQm= Rate minimum, gpmROP= Kecepatan PenembusanCa= Fraksi volum cutting di annulusdp= Diameter pipa, inchsdh= Diameter lubang, inchsA= Luas Anulus, in2Vca = Kecepatan di annulus, ft/detv = Viskositas plastik, cpYb = Yield point bingham, lb/100 ft2kl = Koefisien losskr = Panjang drill collar, ftQopt = Laju optimum, gpmPb = Pressure loss di bit, phiKp = Konstanta kehilangan tekananPp = Tekanan parasistik, phiPm = Tekanan maksimum, phiHPm = Horse power maksimu, hpQmak = laju maksimum gpmZ = faktor pangkatPs = Tekanan dipermukaan, phiHPS = Horse Power di permukaan, hpa = Apparent viscosity, cPs = Densitas cutting, ppgm = Densitas lumpur, ppgf = Densitas fluida, ppg600 = Dial reading pada 600 rpmHidrolika Fluida Pemboran 51300 = Dial reading pada 300 rpmApipe= luas penampang pipa, in2Ahole= luas penampang lubang, in2Cconc= Konsentrasi cutting, %dh = Diameter lubang, indp = Diameter pipa, indcut = Diameter cutting, inf = Friction factorK = Indeks konsistensin = Indeks kelakuan aliran NRe = Particle Reynold NumberPV = Plastic viscosity, cpVsl= Kecepatan slip, ft/menitVm= Kecepatan lumpur, ft/menitVcut= Kecepatan cutting, ft/menit, ft/detVca= Kecepatan kritik, ft/detikVmin= Kecepatan minimum , ft/sYb = Yield point bingham, lb/100 ft2ROP = Rate Of Penetration, ft/hrrm = Densitas lumpur (lbm/gal atau kg/l)An = Luas nozzle, in2E =Konstanta,tergantungdaritipeperalatanpermukaanyang digunakank1= Koefisien loss)= Koefisien rateLdc= Panjang Drill-collar, ftPb = Kehilangan tekanan di bit, psi.Pm = Tekanan maksimum pompa, psiPp = Tekanan parasitik, psiPV= Plastic Viscosity (cP)Q = Laju alir, gpmDAFTAR PUSTAKA52 Hidrolika Fluida Pemboran1.Alliquander,"DasModerneRotarybohren",VEBDeutscherVerlagFuer Grundstoffindustrie,Clausthal-Zellerfeld, Germany, 19862. nn., "Principles of Drilling Fluid Control", Twelfth Edition, Petroleum Extension Service The University of Texas of Austin, Texas, 1969.3. Azar J.J., "Drilling in Petroleum Engineering", Magcobar Drilling Fluid Manual.4.MooreP.L.,"DrillingPracticesManual",PennWellPublishingCompany, Second Edition, Tulsa-Oklahoma, 1986.5. Rabia.H.,"Oil Well DrillingEngineering:Principles& Practice",University of Newcastle upon Tyne, Graham & Trotman, 1985.6.AdamT.BourgoyneJr.,KeithK.Millhelm,MartinE.Chenevert,F.S.Young Jr.,SPETextbookSeriesVol.2,"AppliedDrillingEngineering",First Printing Society of Petroleum Engineers, Richardson TX, 1986.7.Beyer,A.H.,et.al,"FlowBehaviourofFoamasWellCirculatingFluid",SPE Reprint Series 6A, Drilling, SPE of AIME, Dallas, Texas, 1973.8. Craft, B.C., et.al., "Well Design, Drilling & Production", Prentice Hall Inc., New Jersey, 1962.9. Dodge, D.G. and Metzner, A.B. , " Turbulent Flow of Non Newtonian System ", AIChE J., 1959.10.Gatlin,Carl.,"PetroleumEngineering:DrillingandWellCompletions", Prentice Hall Inc., 1960.11.J.M.Peden,J.T.Ford,andM.B.Oyenenin,Heriot-WattU.,SPEPaper," Comprehensive Experimental Investigation of Drilled Cuttings Transport in InclinedWellsIncludingtheEffectsofRotationandEccentricity",Oktober 1990, SPE No. 20925.12.Lord,D.L.,"MathematicalAnalysisofDynamic&StaticFoamBehaviour", SPESymposiumonLowGasPermeabilityReservoir,Dencer,Colorado, 1979.13.Lucky.,Shindu,"PersamaanBaruPenentuanKecepatanMinimumLumpur UntukMengangkatCuttingSumurVertikal,MiringdanHorizontal",Tugas Akhir, Jurusan Teknik Perminyakan, FIKTM, 1999.14.Marsden,S.S.,et.al.,"TheflowofFoamThroughShortPorousMedia& Apparent Viscosity Measurements", Trans AIME, 1966.