BAB II TINJAUAN PUSTAKA - repository.uir.ac.idrepository.uir.ac.id/507/2/bab2.pdfPada saat pemboran...
Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA - repository.uir.ac.idrepository.uir.ac.id/507/2/bab2.pdfPada saat pemboran...
5 Universitas Islam Riau
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada saat pemboran suatu sumur minyak dan gas bumi mencapai kedalaman
tertentu, maka ke dalam sumur perlu dipasang casing yang kemudian dilanjutkan
dengan proses penyemenan. Casing merupakan suatu pipa baja dengan fungsi
mencegah dinding sumur agar tidak runtuh, menutup zona bertekanan abnormal,
menutup zona lost circulation. Faktor yang sangat berpengaruh dalam design
casing adalah diameter, panjang, pressure resistance, beban pada casing baik itu
tension maupun compression serta pengaruh pada ketahanan burst/collapse, dan
tentunya keekonomian dari casing tersebut. Tujuan utama yang ingin dicapai dari
design casing adalah untuk mendapatkan rangkaian casing yang cukup kuat dan
aman yang dapat mengontrol kondisi sumur selama pemboran maupun produksi
berlangsung dengan biaya yang seefisien mungkin (Marcel, 2011).
Tugas perancangan pertama dalam mempersiapkan rencana sumur adalah
memilih kedalaman dimana casing akan dijalankan dan disemen. Sebelum di
masukkan ke dalam lubang bor, sumur harus di lakukan pengeboran terlebih
dahulu berdasarkan data yang diperoleh dari engineer. Casing tersebut diturunkan
kedalam lubang bor satu persatu dan masing-masing casing disambungkan
dengan satu dengan yang lainnya. Casing dipasang mulai dari permukaan sampai
ke bawah dan berlapis-lapis yang makin ke dalam ukurannya makin kecil akan
tetapi makin panjang. Ukuran dan jumlah casing yang dipasang tergantung dari
lokasi yang bersangkutan (Hendri Kurniantoro, Mu’min Prijono Tamsil, 2015).
Sebelum melakukan sebuah perencanaan casing, terdapat beberapa faktor
yang harus diketahui seorang engineer pengeboran, sehingga sebuah sistem casing
dapat direncanakan. Faktor perencanaan casing meliputi : fungsi casing,
klasifikasi casing, grade casing, diameter casing, berat casing, range panjang
casing, dan tipe sambungan casing.
6
Universitas Islam Riau
2.1 Fungsi Casing.
Casing salah satu komponen cukup mahal pada suatu sumur minyak dan gas
bumi, sehingga casing yang digunakan ini merupakan investasinya cukup besar.
Pemilihan ukuran casing, berat casing, dan tipe ulirnya (thread) merupakan aspek
yang paling penting dipandang dari segi tekniknya yang juga akan menyangkut
keekonomisan dan aspek keselamatannya. Casing mempunyai beberapa fungsi
penting selama proses pengeboran minyak dan gas bumi, berikut adalah fungi dari
casing (Feldy Noviandy, 2015):
a. Mencegah gugurnya dinding sumur.
b. Menutup zona bertekanan abnormal dan zona Lost.
c. Mencegah terkontaminasinya air tanah oleh fluida pemboran.
d. Membuat diameter sumur tetap.
e. Mencegah hubungan langsung antar formasi.
f. Tempat kedudukan BOP dan peralatan produksi.
2.2 Klasifikasi Casing.
Ketika sedang melakukan pengeboran minyak sering kita jumpai keadaan
yang sangat tidak bersahabat, seperti zona yang bertekanan tinggi, formasi yang
lemah dan formasi yang rekah, dan masih banyak hal lagi yang sering kita jumpai.
Oleh karena itu, sumur di bor dan menutup zona yang merepotkan ini dengan
casing yang berbeda ukuran. Ukuran casing yang berbeda sangat dibutuhkan
untuk kedalaman casing yang berbeda, lima casing yang sangat umum digunakan
adalah conductor casing, surface casing, intermediate casing, production casing,
dan linear. Seperti di tunjukkan pada gambar 2.1 pipa-pipa ini berada pada
kedalaman yang berbeda. Satu atau dua dari pipa tersebut dapat dihilangkan
sesuai kondisi pengeborannya.
7
Universitas Islam Riau
Gambar 2.1 Jenis casing (Moore P.L, 1974), (Shadizadeh, Seyed Reza, 2010).
2.2.1 Conductor Casing.
Conductor casing merupakan rangkaian pertama yang ditempatkan ke
dalam sumur. Secara umum casing ini berfungsi untuk mensirkulasikan fluida
pemboran tanpa merusak sedimen atau lapisan yang berada di bawah rig sewaktu
proses pemboran. Selain itu conductor casing merupakan casing yang berfungsi
menutup formasi air tawar agar tidak terkontaminasi oleh zat-zat kimia lumpur.
Bila formasi air tawar tidak ditutup, zat kimia lumpur akan masuk ke dalam
formasi air tawar, dan mengkontaminasi air tawar. Zat kimia lumpur banyak yang
membahayakan kalau dikonsumsi oleh manusia. Penduduk di sekitar lokasi
umumnya mengambil air untuk keperluan sehari-hari dari lapisan formasi air
tawar tersebut. Setelah menembus formasi air tawar, rangkaian casing diturunkan,
dan rangkaian casing ini disebut dengan conductor casing. Conductor casing
disemen sampai ke permukaan. Pada umumnya casing ini berdiameter besar, yaitu
16 inch sampai 30 inch serta letak kedalaman pemasangan umumnya antara 100
sampai 300 ft.
Fungsi conductor casing antara lain (Marcel, 2011) :
a. Khusus di pemboran lepas pantai (offshore) untuk melindungi drill string
dari air laut, dipasang dari platform sampai dasar laut.
8
Universitas Islam Riau
b. Pada pemboran di darat, sebagai pelindung apabila tanah dekat permukaan
tidak cukup kuat atau mudah gugur, seperti rawa-rawa dan sebagainya.
2.2.2 Surface Casing.
Surface casing adalah casing yang dipasang setelah conductor casing.
Kedalaman surface casing ditentukan berdasarkan dari unconsolided sand (pasir
lepas) serta kedalaman lapisan air tawar yang dilindungi. Untuk daerah-daerah
yang mempunyai lapisan batuan lunak atau pada sumur-sumur eksplorasi dimana
diperkirakan timbul gas bertekanan, casing ini disemen hingga ke permukaan.
Adapun fungsi dari surface casing antara lain (Feldy Noviandy, 2015) :
a. Menghindari gugurnya lubang pengaliran lumpur.
b. Melindungi lapisan air tawar dari pencemaran lumpur pemboran.
c. Menghindari lapisan bertekanan yang akan dijumpai selama pemboran.
d. Melengkapi sistem pengaliran lumpur.
e. Sebagai tempat kedudukan BOP dan well head.
f. Menyangga seluruh berat rangkaian casing berikutnya yang telah
dimasukkan kedalam sumur.
Makin dalam formasi yang ditembus umumnya tekanan formasinya makin besar,
dan juga sering dijumpai formasi bertekanan abnormal, dapat menimbulkan kick.
Untuk mencegah agar tidak blow out, maka sumur harus dilengkapi dengan blow
out preventer (BOP) yang dipasang pada ujung atas surface casing.
9
Universitas Islam Riau
Gambar 2.2 Surface casing (OSHA Team, 2005).
2.2.3 Intermediate Casing.
Intermediate casing ialah casing yang dipasang setelah surface casing,
biasanya untuk menutup formasi yang bermasalah. Ukuran dari intermediate
casing ini tergantung ukuran surface casing dan grade yang dibutuhkan yang
dapat menahan kondisi di subsurface. Penyemenan yang baik dari casing ini harus
dipastikan lagi guna mencegah hubungan antara zona hidrokarbon dan zona
formasi air. Ukuran out diameter (OD) yang normal dari intermediate casing
antara 9 5/8 dan 13 3/8 (S.S. Rahman, 1995).
Gambar 2.3 Intermediate casing (OSHA Team, 2005).
10
Universitas Islam Riau
2.2.4 Production Casing.
Production casing adalah rangkaian casing yang dipasang dari lapisan
produktif ke permukaan. Casing ini disemen dari dasar lubang sampai ke
permukaan, atau sekurang-kurangnya 100 ft di atas casing shoe yang sudah
terpasang sebelumnya. Casing ini memiliki ukuran 2 3/8” sampai 9 5/8” dipasang
sampai zone produksi. Bila production casing dipasang dari puncak lapisan
produktif sampai ke permukaan, dan lapisan produktif dibiarkan terbuka, cara ini
disebut dengan open hole completion. Open hole completion dapat dilakukan bila
lapisan produktif merupakan formasi yang kompak atau consolidated rock.
Bila production casing menembus lapisan produktif dari permukaan,
kemudian disemen, selanjutnya casing dan semen diperforasi, cara ini disebut
dengan perforated completion. Bila production casing dipasang dari puncak
lapisan produktif sampai ke permukaan, dan kemudian dipasang linear melapisi
lapisan produktif dan disemen, cara ini disebut dengan linear completion (S.S.
Rahman, 1995).
2.2.5 Liner.
Liner merupakan pipa yang tidak bisa mencapai permukaan, tetapi pipa ini
telah tergantung dari bawah setelah casing string yang besar. Biasanya dipasang
untuk menutup daerah yang bermasalah dari sumur atau sepanjang daerah zona
produksi untuk alasan ekonomi. Pemasangan liner pada umumnya dapat kita lihat
pada gambar 2.4 yang meliputi: drilling liner, production liner, tie-back liner,
scab liner, scab tie-back liner (S.S. Rahman, 1995).
11
Universitas Islam Riau
Gambar 2.4 Sistem liner pada umumnya ( Brown-Hughes Co, 1984).
Menurut pendapat (S.S Rahman, 1995) drilling liner, Production liner, tie
back liner, scab liner, scab tie back liner dijelaskan sebagai berikut:
a. Drilling Liner.
Sebuah bagian dari casing yang telah digantung dari casing yang ada
maupun itu surface casing atau intermediate casing. Dalam kasus yang sering
terjadi, alat tersebut diturunkan sampai zona open hole dan meliputi casing yang
ada dari 200 ft sampai 400 ft. Digunakan untuk mengisolasi tekanan formasi yang
abnormal, zona lost circulation, adanya shale, salt section. Fungsinya sebagai
mengontrol sumur, melindungi dari tinggi atau rendahnya tekanan lubang sumur
dari fluida sumur yang tidak diinginkan, mengisolasi zona produksi, mengatasi
masalah pengeboran.
b. Production Liner.
Berfungsi sebagai pengganti casing sepenuhnya untuk memberikan jalan
pemisah produksi atau zona injeksi. Dalam kasus ini, intermediate casing atau
drilling liner menjadi bagian dari completion string. Fungsinya sebagai memberi
kemampuan mengontrol sumur, memberi kestabilan lubang bor, mengisolasi zona
produksi.
c. Tie back Liner.
Sebuah pipa yang telah terkoneksikan dari bagian atas dari liner dengan
sebuah konektor. Pemasangan production liner dengan tie back liner
12
Universitas Islam Riau
menguntungkan saat pengeboran eksplorasi dibawah internal produktif sudah
direncanakan. Itu juga memberikan naik turunnya hanging weight pada bagian
atas dari sumur.
d. Scab Liner.
Bagian dari casing yang digunakan untuk memperbaiki kerusakan pada
casing yang ada. Mungkin disemen ataupun tertutup oleh packer pada bagian atas
dan bawah
e. Scab Tie Back Liner.
Bagian dari atas dari liner yang ada, tetapi tidak menjangkau ke permukaan.
Biasanya disemen di tempatnya. Scab tie back liner biasanya digunakan untuk
menyemen dinding casing yang memiliki intensitas yang berat untuk mengisolasi
salt section pada bagian yang lebih dalam pada sumur.
2.3 Spesifikasi Casing.
Spesifikasi casing yang telah distandarisasikan oleh API antara lain adalah
diameter casing, ukuran casing, berat nominal casing, tipe sambungan casing,
grade casing, length Range.
2.3.1 Diameter Casing.
Ketersediaan casing merupakan prioritas utama dalam merencanakan
pemilihan geometri lubang bor. Casing dengan strength yang tinggi sering
digunakan untuk sumur-sumur yang dalam yang mempunyai diameter dalam
(drift) kecil yang akan mempengaruhi pemilihan ukuran drillpipe yang digunakan.
Casing mempunyai tiga macam diameter yakni (Hussain Rabia, 2001):
a. Diameter luar (OD).
............................................................................................(1)
b. Diameter dalam (ID).
.............................................................................................(2)
c. Drift diameter.
.........................................................................(3)
Drift diameter adalah diameter maksimum suatu benda yang dapat dimasukkan ke
dalam casing. Diameter ini berguna untuk menentukan diameter bit untuk
13
Universitas Islam Riau
melanjutkan pemboran setelah terpasangnya suatu casing. Diameter dalam (ID)
ditentukan dari segi ketebalan dinding dan diameter drift. Diameter dalam
maksimal, dikendalikan oleh toleransi gabungan untuk diameter luar dan
ketebalan dinding
Gambar 2.5 Body casing.
2.3.2 Ukuran Casing.
Ukuran casing yang disebut dengan size, adalah diameter luar (outside
diameter) dari body casing. Ukuran casing yang umumnya adalah sebagai berikut:
4 1/2”, 5”, 5 1/2”, 6”, 6 5/8”, 7”, 7 5/8”, 9 5/8”, 13 3/8”
Tabel 2.1 Casing Size
Sumber: Bourgoyne A.T, (1986)
14
Universitas Islam Riau
2.3.3 Berat Nominal.
Berat nominal suatu casing adalah berat rata-rata body casing dan
sambungannya per foot. Sehingga satuan dari berat nominal yang umumnya
adalah ⁄ .
Berat nominal (WN), dapat dihitung menggunakan rumus (Hussain Rabia):
( ) .........................................................(4)
dimana:
D : Outside diameter (in).
t : Tebal dinding casing (in).
2.3.4 Tipe Sambungan.
Untuk mendapatkan panjang rangkaian casing yang direncanakan makan
masing-masing casing perlu disambung dengan menggunakan coupling. Coupling
adalah bagian pendek dari casing yang digunakan untuk menghubungkan dua
casing menjadi satu.
a. API Round Thread Coupling.
Round thread coupling memiliki delapan buah ulir per inch, berbentuk V
yang tajam-tajam seperti gergaji. Jenis sambungan ini terdiri dari 2 macam yaitu
short thread coupling dan long thread coupling (S.S. Rahman, 1995).
15
Universitas Islam Riau
Gambar 2.6 Round thread (Neal J. Adam, 1985)
b. Buttress Thread Coupling.
Buttress thread coupling memiliki bentuk gigi dari ulirnya square atau acme
dan lebih kasar dari round thread coupling. Harganya lebih mahal dan
kekuatannya lebih besar dalam menahan beban tarikan jika dibandingkan
dengan round thread coupling (S.S. Rahman, 1995).
Gambar 2.7 Buttress thread coupling (Neal J. Adam, 1985)
c. Extream line thread coupling.
Sambungan ini mempunyai thread yang menyatu dengan body casing.
Bentuk thread atau ulirnya berbentuk trapezium atau square dan mempunyai lima
ulir tiap inchi. Extreme Line Casing ini mempunyai ketahanan yang besar
terhadap kebocoran. Diameter yang mempunyai lima ulir tiap inchi adalah untuk
16
Universitas Islam Riau
ukuran 8 5/8 inch sampai 10 3/4 inch. Sedangkan untuk diameter yang kecil (7”)
mempunyai enam ulir per inchi (S.S. Rahman, 1995). Gambaran tipe sambungan
casing tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.8 Extream line thread coupling (Carl Gatlin, 1960)
2.3.5 Grade Casing.
Grade casing menyatakan mutu bahan pembuat casing tersebut berdasarkan
minimum Yield Strength. Grade sangat erat hubungannya dengan kekuatan casing
tersebut khususnya dalam besarnya tension yang dapat dikenakan pada casing
tersebut. Makin tinggi grade casing maka makin kuat casing terhadap beban
tension. Angka dibelakang casing menyatakan besar minimum yield strength
casing dalam ribuan psi. minimum yield strength didefinisikan sebagai besarnya
beban tension minimum agar terjadi penguluran sebesar 0.5% panjang pipa,
kecuali pada grade P-110 sebesar 0.6 % panjang pipa (Neal Adam, 1985).
Tabel 2.2 Grade and yield strength casing
17
Universitas Islam Riau
Sumber: Bourgoyne A.T, (1986)
2.3.6 Length Casing.
Length range atau interval panjang casing adalah panjang casing yang
diukur dari ujung coupling sampai ke ujung thread atau merupakan panjang
casing bersama couplingnya (L). Harga perkiraan panjang joint adalah Range dari
setiap seksi pipa, seperti pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Length Range Casing.
Sumber : Hussain Rabia
Umumnya casing dijalankan dengan panjang R3 untuk mengurangi jumlah
koneksi pada string. R3 juga mudah ditangani pada kebanyakan rig karena
memiliki sambungan tunggal.
2.4 Perencanaan Desain Casing.
Desain casing sudah lama menjadi masalah bagi engineer. Banyak grafik
rumit disusun untuk memudahkan tugas engineer. Grafik ini adalah bentuk
standardisasi dan sementara standardisasi biasanya merupakan tujuan yang
banyak dicari, namun memiliki nilai keraguan dalam perancangan casing. Grafik
yang tersedia telah menghasilkan ribuan ribu ton casing yang dikuburkan di tanah
tanpa disadari, tentu saja merupakan pemborosan dollar. Perekonomian yang
cukup besar dapat melakukan perancangan design casing dari setiap jenis casing
yang dipakai (C.N Bowers, 1955).
Setelah lubang dibuat sampai kedalaman tertentu diturunkan rangkaian
casing untuk menyelubungi dinding lubang. Casing diturunkan satu per satu yang
18
Universitas Islam Riau
disambungkan secara ulir. Prinsip dasar perencanaan casing adalah sebagai
berikut (Irfangeofisika, 2011):
1. Rangkaian casing yang dipasang dapat berfungsi dengan baik.
2. Biaya casing semurah mungkin.
Secara garis besar, suatu rangkaian casing yang akan dipasang harus mampu
menahan beban dan sebagainya (Marcel, 2011):
a. Mampu menahan beban Burst.
b. Mampu menahan beban Collapse.
c. Mampu menahan beban Tension.
d. Tidak ada kebocoran pada sambungan-sambungannya.
e. Mampu menahan beban kompresi.
f. Tidak mudah terkena korosi. Gaya-gaya dan tekanan yang diterima casing adalah sebagai berikut :
a. Tension load.
b. External pressure.
c. Internal pressure.
Kalau gaya-gaya dan tekanan-tekanan yang diterima casing melebihi
kekuatannya, maka casing akan rusak. Kerusakan-kerusakan casing tersebut
biasanya Casing putus, Casing collapse, Casing Bursting. Mengingat biaya untuk
rangkaian casing sangat mahal, rangkaian casing yang dipilih harus semurah
mungkin. Jadi dalam perencanaan rangkaian casing, dipilih casing yang dapat
menahan gaya-gaya dan tekanan-tekanan yang bekerja pada rangkaian casing dan
semurah mungkin. Langkah-langkah penggambaran desain casing adalah :
1. Membuat Collapse load line.
2. Membuat Collapse load line design.
3. Membuat Burst load line.
4. Membuat Burst load line design.
5. Memilih casing yang akan dipasang.
6. Memeriksa beban tarikan (beban tension).
2.5 Metode Maximum Load.
Dengan tingginya pengeboran yang terjadi di daerah-daerah pasti tidak
19
Universitas Islam Riau
luput dari masalah tekanan formasi abnormal, masalah sticking, dan masalah
rangkaian casing yang kuat dan aman. Kondisi optimum yang dapat dicapai
adalah merancang casing untuk menahan beban bermasalah ini dengan biaya yang
sangat minimum. Untuk mengevaluasi dengan benar beban yang dikenakan pada
jenis desain yang lebih kuat, masing-masing jenis harus dipertimbangkan secara
terpisah yakni surface casing, intermediate casing, dan production casing
(Charles M, Prentice, 1970).
Pada metode maximum load pada desain casing merupakan perencanaan
rangkaian casing yang akan di pasang ke dalam lubang sumur yang dapat
berfungsi dengan baik. Dalam memilih rangkaian casing yang akan dipasang,
casing harus mempunyai kekuatan yang dapat menanggulangi tekanan-tekanan
ataupun gaya yang bekerja pada casing, casing yang dipakai jangan sampai putus,
collapse, burst. Pada metode maximum load, penentuan jenis kondisi dilakukan
berdasarkan kondisi terburuk yang dialami oleh rangkain casing. kondisi-kondisi
yang dialami casing antara lain adalah:
1. Beban burst maximal terjadi pada saat sumur mengalami kick.
2. Beban collapse maximal terjadi pada saat sumur mengalami lost
circulation.
Pada metoda maximum load, burst merupakan kriteria pertama dalam
menentukan pemilihan casing. Hasil sementara perencanaan ini kemudian diuji
mengikuti urutan terhadap beban collapse dan tension. Apabila pada salah satu
langkah pengujian dari beban diatas terdapat beban yang tidak terpenuhi maka
desain harus diulang dari beban burst dan selanjutnya kembali seperti langkah
semula diuji terhadap beban collapse dan tension (Hendri Kurniantoro, Mu’min
Prijono Tamsil, 2015).
2.5.1 Beban Burst.
Beban burst atau tekanan burst adalah tekanan minimum yang dapat
menyebabkan pecahnya casing. Beban burst berasal dari tekanan kepala sumur,
tekanan hidrostatik lumpur, tekanan pada saat penyemenan, stimulasi, dan semua
kondisi yang dapat menyebabkan harga Pi (intermal) – Pe (ekternal) positif.
20
Universitas Islam Riau
Beban burst untuk surface casing ditimbulkan oleh kolom gas yang mengisi
seluruh panjang casing. Karena tekanan injeksi pada kedalaman surface casing
relatif rendah maka batas tekanan maksimum dipermukaan dapat diabaikan. Hal
ini dapat diartikan juga bahwa tekanan peralatan BOP lebih besar dari tekanan gas
di permukaan. Hal ini menyebabkan batasan tekanan maksimum hanya terdapat
pada kaki casing sebesar tekanan injeksi (Hendri Kurniantoro, Mu’min Prijono
Tamsil, 2015).
Beban burst juga memiliki angka keselamatan yang bertujuan untuk
mencegah kerusakan casing akibat adanya gaya-gaya atau beban yang bekerja
berlebihan pada casing yang biasanya disebut dengan safety factor atau design
factor. Safety factor yang umumnya digunakan untuk design casing adalah 1,1,
dan biasanya setiap perusahaan memiliki angka safety factor yang berbeda beda
dengan perusahaan yang lainnya (Harry J. Calvey, 1972)
Gambar 2.9 Kondisi beban burst
(Hendri Kurniantoro., Mu’min Prijono Tamsil, 2015).
a. Surface Casing.
Pada surface casing batasan tekanan maksimum hanya terdapat pada casing
shoe sebesar tekanan injeksi. Bedasarkan penelitian (Hendri Kurniantoro, Mu’min
Prijono Tamsil, 2015) didapatkan persamaan sebagai berikut:
Pada kaki casing.
21
Universitas Islam Riau
...............................................................(5)
( ) ............................................................................................(6)
( ) ..............................................................................(7)
dimana,
IP = Tekanan injeksi atau internal (psi).
Pe = Tekanan eksternal (psi).
Gfr = Gradien tekanan rekah (ppg).
SF = Safety factor (ppg).
D = Kedalaman (ft).
Ls = Panjang surface casing (ft).
Pada kenyataannya casing juga mendapatkan tekanan dari luar atau P
ekternal (Pe) untuk membantu casing menahan beban burst. Pada metode
ini,tekanan di luar casing sama dengan tekanan hidrostatik air asin.
e 0.456 s......................................................................................................(8)
dimana,
Pe = Tekanan ekternal (psi).
Ls = Panjang surface casing (ft).
Dengan menganggap gradien hidrostatik gas = 0.115 psi/ft maka tekanan
gas di permukaan adalah tekanan injeksi dikurangi tekanan hidrostatik gas.
Pada Permukaan.
( )....................................................................................(9)
dimana,
Ps = Tekanan di permukaan (psi).
ρg = Gradien hidrostatik gas (psi/ft).
Ls = Panjang surface casing (ft).
Setelah mendapatkan IP sebagai tekanan internal (load) dan Pe sebagai tekanan
eksternal, dihitunglah resultan yang kemudian dikalikan dengan safety factor.
Resultan beban permukaan casing kedalaman 0 ft = P – Pe .............................(10)
Resultan beban kaki casing kedalaman 200 ft = P – Pe.....................................(11)
22
Universitas Islam Riau
dimana,
IP = Tekanan internal (psi).
Pe = Tekanan ekternal (psi).
Sehingga didapatkan garis design burst dengan cara mengalikan resultan dengan
safety factor untuk masing-masing kedalaman adalah :
Garis design burst permukaan casing kedalaman 0 ft = resultan S ...............(12)
Garis design burst kaki casing kedalaman 200 ft = resultan S ......................(13)
b. Production Casing.
Pada sumur produksi pada umumnya ruang antara tubing dan production
casing diisi oleh suatu fluida yang biasa kita kenal dengan completion fluid.
Densitas packer fluid ini sama dengan densitas fluida yang terdapat diluar
production casing (air asin) yaitu sekitar 9 ppg. Dengan demikian pada kondisi
normal tekanan hidrostatik kedua fluida pada casing akan saling meniadakan
(Hendri Kurniantoro., Mu’min Prijono Tamsil, 2015).
Hal ini menyebabkan casing tidak menerima beban burst maupun collapse.
Kondisi terburuk untuk burst terjadi apabila terdapat kebocoran pada pipa tubing
dekat permukaan dan mengakibatkan fluida produksi, dalam kasus ini diambil
gas, masuk ke dalam packer fluid. Dengan mengabaikan kehilangan tekanan di
sepanjang tubing maka tekanan gas tersebut pada packer fluid di permukaan sama
dengan tekanan dasar sumur. Didapatkan persamaan sebagai berikut: (Hendri
Kurniantoro, Mu’min Prijono Tamsil, 2015).
Pada permukaan.
...........................................................................................................(14)
Pada casing shoe.
( )...........................................................................(15)
dimana :
23
Universitas Islam Riau
BHP = Tekanan dasar sumur (psi).
pf = Densitas packer fluid (ppg).
Lpd = Panjang production casing (ft).
Umumnya densitas packer fluid dipakai yang ringan agar tidak
menimbulkan beban burst yang besar pada kaki casing. Tekanan di luar casing
sebagaimana diketahui adalah minimal sebesar tekanan hidrostatik air asin.
..............................................................................................(16)
dimana,
Pe = Tekanan ekternal (psi).
Lpd = Panjang production casing (ft).
Setelah itu hitunglah resultan beban dengan persamaan :
Resultan beban permukaan casing kedalaman 0 ft = P – Pe .............................(17)
Resultan beban kaki casing kedalaman 1028.2 ft = P – Pe................................(18)
dimana,
IP = Tekanan internal (psi).
Pe = Tekanan ekternal (psi).
Sehingga didapatkan garis design burst dengan cara mengalikan resultan dengan
safety factor untuk masing-masing kedalaman adalah :
Garis design burst permukaan casing kedalaman 0 ft = resultan S ...............(19)
Garis design burst kaki casing kedalaman 1028.2 ft = resultan S .................(20)
2.5.2 Beban Collapse.
Sebelum menjelaskan apa itu tekanan collapse, kita harus tahu lebih dulu
angka safety factor untuk tekanan collapse. Standard safety factor yang
digunakan untuk tekanan collapse ini sebesar 1,125 (Harry J. Calvey, 1972).
Tekanan collapse adalah tekanan minimum yang dikenakan pada casing sehingga
menyebabkan casing tersebut collapse. Tekanan collapse diakibatkan suatu
24
Universitas Islam Riau
tekanan hydrostatic dari luar casing dan menyertakan perhitungan daya tahan
casing terhadap beban collapse yang casing terima dari kedalaman vertikal (Bruce
Woolan, 1975). Semen secara umum dapat diasumsikan memperkuat casing dan
jika penguatan tersebut dapat diandalkan, maka panjang pipa sampai ke puncak
kebutuhan semen memiliki sedikit resistensi collapse.
a. Surface casing.
Dari persamaan S.S Rahman didapatkan rumus:
Collapse pressure at surface = 0
psi.....................................................................(21)
Collapse pressure at casing seat = external pressure - internal
pressure.............(22)
Collapse pressure at casing seat = (ρs x 0,052 x Ls) -
IP......................................(23)
dimana,
ρs = Densitas semen (ppg).
Ls = Panjang casing (ft).
Sehingga design collapse yang didapatkan dari setiap kedalaman adalah
Design collapse pressure at = S ......................................(24)
Design Collapse pressure at casing shoe =
S ....................(25)
b. Production casing.
Dari persamaan S.S Rahman didapatkan rumus:
Collapse pressure at surface = 0
psi.....................................................................(26)
Collapse pressure at casing seat = external pressure - internal
pressure............(27)
Collapse pressure at casing seat = (ρs x 0,052 x Ls) -
IP......................................(28)
dimana,
25
Universitas Islam Riau
ρs = Densitas semen (ppg).
Lpd = Panjang production casing (ft).
Sehingga design collapse yang didapatkan dari setiap kedalaman adalah
Design collapse pressure at surface = S ..........................(29)
Design Collapse pressure at casing shoe = S ..................(30)
2.5.3 Beban Tension.
Tension load (gaya tarikan) yang diderita oleh casing adalah berat casing
yang menggantung di dalam lubang sumur. Makin panjang casing maka tension
load yang diderita casing yang teratas makin besar. Tension load yang terbesar
dirasakan oleh rangkaian casing adalah yang paling atas, sehingga kemungkinan
putus adalah pada joint teratas. Standard angka sefety factor untuk tension yang
biasanya digunakan untuk industri oil and gas sebesar 1,8 (Harry J. Calvey,
1972).
Pada saat casing dimasukkan ke dalam sumur maka lumpur yang berada di
dalam lubang bor akan memberikan gaya keatas terhadap casing, sehingga
terdapat titik netral pada rangkaian casing tersebut. Rangkaian casing akan lebih
ringan jika berada di dalam lumpur dibandingkan dengan rangkaian casing di
udara bebas. Karena bagian yang tertipis dari suatu casing adalah pada
sambungan (joint), maka tension load disebut juga dengan Joint load.
Kekuatan casing untuk menahan Joint load, disebut dengan joint strength.
Casing yang dipasang harus mempunyai Joint Strength yang lebih besar dari
tension load (Joint load), agar casing tidak putus. Casing mempunyai kekuatan
untuk menahan Joint load. Kekuatan ini disebut dengan joint strength. Dari
persamaan (Hendri Kurniantoro, Mu’min Prijono Tamsil, 2015) didapatkan rumus
untuk tension load ini:
(
).........................................................................(31)
lalu masing-masing berat casing pada tiap seksi yang sudah dipengaruhi bouyancy
factor dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
...............................................................................................(32)
26
Universitas Islam Riau
di mana:
WM = Berat casing (lbs). BF = Buoyancy Factor
wa = Unit berat casing di udara (lbs/ft).
L1 = Panjang seksi casing 1 (ft)
2.6 Metode Minimum Set Casing Design.
Masing-masing fungsi rangkaian casing yang akan didesign dalam suatu
sumur harus dipahami sehingga dapat diketahui beban-beban yang telah terjadi
atau yang mungkin terjadi. Casing yang dipilih harus dapat dijamin ketahanannya
terhadap beban maksimum yang mungkin terjadi. Metode ini juga
memperhitungkan terjadinya perubahan beban yang disebabkan oleh perubahan
temperatur. Jika temperatur casing naik, maka kenaikan ini akan menyebar ke
semua arah, sehingga diameter dan panjang casing akan bertambah besar juga.
Penambahan diameter casing karena bertambah panjangnya casing lain akan
menambahkan beban yang terjadi sebelumnya dengan beban-beban lain sehingga
menyebabkan kegagalan casing karena terjadinya collapse (Ramadhan, Hendra
Fardi, 2014).
Metode minimum set ini mempertimbangkan beban-beban yang terjadi.
Casing harus mempunyai yield strength yang cukup bila dipasang di dalam
lubang sumur, burst strength yang cukup untuk melakukan sirkulasi lumpur ke
permukaan dan collapse resistance yang cukup untuk mensirkulasikan semen.
Beban burst yang paling tinggi dalam proses pemboran terjadi jika semua lumpur
di dalam lubang terisi semuanya oleh gas (Ramadhan, Hendra Fardi, 2014).
Oleh karena itu di dalam metode ini, akibat yang sangat serius dari
kegagalan burst digunakan sebagai pertimbangan utama dalam mendesign, yang
mempunyai kemungkinan terjadi yang lebih kecil. Gas yang terjadi dalam metode
ini diasumsikan gas metana yang kompisisinya belum diketahui. Kegagalan burst
khususnya jika terjadi di permukaan dapat menjadi bencana membahayakan
keselamatan orang-orang dan peralatan (Ramadhan, Hendra Fardi, 2014).
27
Universitas Islam Riau
2.7 Keekonomian.
Keekonomian casing adalah suatu hal yang harus diperhitungkan karena hal
ini merupakan salah satu usaha untuk mengetahui dan bertujuan untuk menghemat
biaya pemboran. Biaya yang diperlukan untuk perencanaan sumur disesuaikan
sebagai perbandingan dari biaya pemboran sebenarnya. Pada banyak kasus,
kurang dari US$1.000 dikeluarkan untuk perencanaan sebuah sumur yang bernilai
US$1 juta, hal ini berarti merepresentasikan 1/10 dari 1% biaya pemboran. Sering
kali hasil akhirnya adalah merupakan biaya pemboran yang melebihi jumlah yang
diperlukan (Irfangeofisika, 2011).
Beberapa perencanaan sumur tanpa pengetahuan tentang kemungkinan
terjadinya problem pemboran. Kurangnya pengeluaran biaya pada tahap awal
dalam proses perencanaan sumur hampir selalu menimbulkan biaya pemboran
menjadi lebih tinggi dari perkiraan. Dalam perencanaan design casing
keekonomian yang dihitung adalah pengeluaran biaya penggunaan casing yang
cocok dan ekonomis untuk sumur yang telah dibor. Karena sejauh ini banyak
yang ditemukan penggunaan casing yang melebih spesifikasi yang tidak sesuai
dengan keadaan sumur. Dengan adanya penggunaan casing yang melebihi
spesifikasi justru pengeluaran yang besar, karna tujuan utama dalam design casing
adalah untuk mendapatkan rangkaian casing yang cukup kuat dan aman selama
pemboran dan produksi dengan biaya yang seefisien mungkin (Marcel, 2011).