BAB IV

FILTRASI DAN MUD CAKE

4.1. Tujuan Percobaan

1. Untuk mempelajari cara penanggulangan filtrasi dan mud cake.

2. Untuk mengetahui efek positif dan negatif mud cake.

3. Untuk mengetahui alat dan bahan percobaan filtrasi dan mud cake.

4. Untuk mempelajari pengaruh mud cake dan filtration loss.

4.2. Teori Dasar

Ketika terjadi kontak antara lumpur pemboran dengan batuan porous,

batuan tersebuut akan bertindak sebagai saringan yang memungkinkan fluida dan

partikel-partikel kecil melewatinya. Fluida yang hilang ke dalam batuan disebut

”Filtrate”. Proses filtasi diatas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan tekanan

positif kearah batuan. Pada dasarnya ada dua jenis filtration yang terjadi selama

operasi pemboran , yaitu static filtration dan dynamic filtration. Statik filtration

terjaadi jika lumpur berada dalam keadaan diam dan dyanamic filtration terjadi

ketika lumpur disirkulasikan.

Apabila filtration loss dan pembentukan mud cake tidak dikontrol maka

akan menimbulkan berbagai masalah, baik selama operasi pemboran maupun

evaluasi pipa pemboran dan permukaan lubang bor. Mud cake yang tebal akan

menjepit pipa pemboran sehingga sulit diangakat dan diputar,sedangkan filtrat

akan menyusup ke formasi dan dapat menimbulkan damage pada formasi.

Dalam percobaan ini akan dilakukan pengukaran volume filtrtion loss dan

tebal mud cake untuk static filtration. Standar prosedur yang digunakan adalah

APIRP 13 B untuk LPLT ( low pressure low temperature ). Lumpur ditempatkan

dalam silinder standar yang bagian dasarnya dilengkapi kertas saring dan diberi

tekanan sebesar 100 psi dengan lama waktu pengukuran 30 menit. Volume filtrat

ditampung dalam gelas ukur dengan cubic centimeter (cc).

36

Persamaan untuk volume filtrate yang dihasilkan dapat diturunkan dari

persamaan darcy. Persamaannya adalah sebagai berikut :

Vf =A2 k ( Cc

Cm−1)x2

μ∆ Pt

...................................................................................

(4-1)

Keterangan :

A : Filtration Area

K : Permeabilitas cake

Cc : Volume fraksi solid dalam mud cake

Cm : Volume fraksi solid dalam lumpur

P : Tekanan Filtrasi

T : Waktu filtrasi = viskositas filtrate

Pembentukan mud cake dan filtration loss adalah dua kejadian dalam

pemboran yang berhubungan erat baik waktu,kejadian maupun sebab dan

akibatnya. Oleh sebab itu maka pengukurannya dilakukan secara bersamaan.

Persamaan yang umum digunakan untuk statik filtration loss adalah sebagai

berikut :

Q 2=Q 1 x ( t 2t 1 )

0.5

...........................................................................................(4-2)

Keterangan :

Q1 : fluid filtration loss pada waktu t1

Q2 : fluid filtration loss pada waktu t2

Lumpur pemboran itu terdiri dari komponen padat dan komponen cair.

Karena pada umumnya dinding lubang sumur mempunyai pori-pori, komponen

Cair dari lumpur akan masuk ke dalam dinding lubang bor. Zat cair yang masuk

ini disebut filtrat. Padatan dari lumpur akan menempel pada permukaan dinding

lubang. Bila padatan dari lumpur yang menempel ini sudah cukup menutupi pori-

pori dinding lubang, maka cairan yang masuk ke dalam formasi juga berhenti.

Cairan yang masuk ke formasi pada dinding lubang bor akan menyebabkan

akibat negatif, akibat-akibat itu antara lain, sebagai berikut :

a. Dinding lubang akan lepas atau runtuh.

Bila formasi yang dimasuki oleh zat yang masuk tersebut adalah air, maka

ikatan antara partikel formasi akan melemah, sehinga dinding lubang

cenderung untuk runtuh.

b. Menyalahi interpretasi dari logging.

Electric logging atau resistivity log mengukur resistivity dari formasi cairan

atau fluida yang dikandung oleh formasi tersebut. Kalau filtration loss banyak,

maka yang diukur alat logging adalah resistivity dari filtrat.

c. Water blocking

Filtrat yang berupa air akan menghambat aliran minyak dari formasi ke dalam

lubang sumur jika filtrat dari lumpur banyak.

d. Differential sticking

Seiring dengan banyaknya filtration loss maka mud cake dari lumpur akan

tebal. Diwaktu sirkulasi berhenti ditambah lagi dengan berat jenis lumpur

yang besar, maka drill collar yang terbenam didalam mud cake serta lumpur

akan menekan dengan tekanan hidrostatik yang besar ke dinding lubang.

e. Channeling pada semen.

Di waktu penyemenan, mud cake yang tebal kalau tidak dikikis akan

menyebabkan ikatan antara semen dengan dinding lubang tidak baik.

Alat untuk mengukur filtration loss dan mud cake yang umum adalah

standar filtration press, terdiri dari :

1. Mud cup

2. Gelas ukur

3. Tabung sumber tekanan

4. Kertas saringan

Filtrat loss yang besar mempunyai efek buruk terhadap formasi maupun

lumpurnya, karena dapat menyebabkan terjadinya formation damage

(pengurangan permeabilitas efektif minyak/gas) dan lumpur akan kehilangan

banyak cairan.

Filtrat loss yang besar dalam lumpur dapat dicegah dengan penambahan :

1. Koloid (bentonite)

2. Starch, CMC – Driscose

3. Minyak (buruk terhadap dynamic loss)

4. Q – Broxin (baik untuk dinamik maupun statistik loss)

Dengan mengetahui bagaimana terjadinya filtration loss dan akibatnya bagi

suatu pekerjaan pemboran, maka dapatlah ditemukan cara untuk mengurangi

filtration loss tersebut. Untuk mengurangi dapat dilakukan dengan cara sebagai

berikut :

1. Pengaturan komposisi lumpur.

2. Pengaturan tekanan.

Dalam hal pengaturan komposisi lumpur, terjadinya filtration loss yang

besar buruk efeknya terhadap formasi maupun lumpurnya, karena dengan

besarnya filtration loss akan terjadi filtration damage ( pengurangan permaebilitas

efektif minyak/gas ) dan lumpur akan kehilangan cairan.

Dalam perubahan ini, invasi filtrat yang masuk ke dalam formasi produktif

dapat menyebabkan produktivitas sumur tersebut menurun. Untuk itu perlu

adanya pengaturan terhadap laju filtrasi, maka diperlukan :

1. Membatasi jumlah cairan yang masuk ke dalam formasi.

2. Laju filtrasi dapat mempengaruhi ketebalan serta sifat-sifat mud cake.

Carbo-trol yang digunakan di sumur KT-AEO adalah zat organik berukuran

koloid yag terdispersi didalam minyak dan digunakan pada sistem Carbo-tec

sebagai pengontrol filtrasi. Carbo-trol juga membantu mencegah terjadinya

gumpalan serta menjaga kestabilan lumpur minyak terhadap temperatur tinggi.

Filtrate reducer ini kemudian membentuk ampas (filter cake) pada lapisan

yang porous dan permeable dan ketika droplet air yang teremulsikan didalam

minyak menjadi bulatan yang keras (rigid sphere), mereka bertindak sebagai

padatan dan akan tersaring oleh serat-serat filter cake sehingga filtrat yang

dihasilkan hanya berupa minyak saja.

Terjadinya filter cake pada dinding lubang bor analog dengan peristiwa

osmose dan secara matematis dapat dinyatakan dengan :

TekananOsmose=RxTV

..........................................................................(4-3)

Keterangan :

R = konstanta gas ideal

T = temperatur

V = volume filtrat lumpur yang masuk

4.3. Peralatan dan Bahan

4.3.1. Peralatan :

1. Filter Press

2. Mud Mixer

3. Stop Watch

4. Gelas ukur 50 cc

5. Jangka sorong

6. Filter paper

4.3.2 Bahan :

1. Bentonite

2. Aquadest

3. Lumpur

Gambar 4.1 Filter press

Gambar 4.2. Mud Mixer

Gambar 4.3. Stop Watch

Gambar 4.4. Jangka Sorong

Gambar 4.5. Filter Paper

4.4. Prosedur Percobaan

1.Membuat lumpur :

Membuat lumpur standar : 22.5 gr bentonite + 350 cc aquadest.

Menambahkan additive sesuai dengan petunjuk asisten. Mengaduk

selama 20 menit.

2.Mempersiapkan alat filter press dan segera pasang filter paper serapat

mungkin dan letakkan gelas ukur dibawah silinder untuk menampung

fluid filtrat.

3.Menuangkan campuran lumpur ke dalam silinder dan segera tutup

rapat.kemudian alirkan udara dengan tekanan 100 psi.

4.Mencatat volume filtrat sebagai fungsi dari waktu dengan stop watch.

Interval pengamatan setiap 2 menit pada 20 menit pertama, kemudian

setiap 5 menit untuk 20 menit selanjutnya. Mencatat volume filtrat

pada menit ke 7

5.Menghentikan penekanan udara, membuang tekanan udara dalam

silinder (bleed off) dan sisa lumpur dalam silinder dituangkan kembali

ke dalam breaker.

6.Menentukan tebal mud cake yang terjadi dan mengukur PH nya.

4.5. Hasil Percobaan

Tabel 4.1 Data Hubungan komposisi lumpur terhadap filtration loss dan mud cake

No Komposisi LumpurV2

(ml)

V7.5

(ml)

V30

(ml)pH

Mud Cake

(1/32”)

1 LD 3.25 6.5 12.8 9.83 1.93

2 LD + 2 gr dextrid 2.3 4.25 8 9.84 1.47

3 LD + 2.6 gr dexrtid 1.8 3.8 8.2 10.2 2.98

4 LD + 9 gr bentonite 4 7.5 11.5 9.81 2.4

5 LD + 1.5 gr quebracho 3.5 7 12.5 8.26 2.1

4.6. Pembahasan

4.6.1 Pembahasan Praktikum

Berdasarkan tabel 4.1 diatas diketahui bahwa penambahan dextrid akan

meningkatkan nilai pH lumpur pemboran, sedangkan untuk penambahan

quebracho dan bentonite akan menurunkan nilai pH lumpur pemboran. Dengan

demikian untuk meningkatkan atau menurunkan pH lumpur pemboran dapat

dipilih dari bahan-bahan tersebut tergantung kondisi lumpur. Dengan

menambahkan dextride sebanyak 2 gram, maka pH lumpur akan meningkat dari

9,83 menjadi 9,84. Untuk penambahan dextride sebanyak 2,6 gram maka pH

lumpur akan meningkat menjadi 10,2. Sedangkan untuk penambahan bentonite

sebanyak 9 gram maka pH lumpur akan menurun menjadi 9,81, serta untuk

penambahan 1,5 gr quebracho maka pH lumpur akan turun menjadi 8,26.

Dalam operasi pemboran umumnya nilai pH lumpur yang diinginkan adalah

antara 9 sampai 12. Jika pH terlalu rendah maka akan berpotensi menimbuklan

korosi pada peralatan pemboran, sedangkan boila terlalu tinggi maka akan

mengakibatkan timbilnya scale pada peralatan pemboran. Lumpur pemboran

diinginkan basa juga karena sifat fluida yang memiliki keasaman tinggi umumnya

adalah licin sehingga berperan dalam melicinkan bir sehingga dapat mengurangi

torsi pada proses otasi pemboran.

Bahan-bahan diatas juga mempengaruhi tebal mud cake yang akan

terbentuk, yaitu meningkatkan tebal mud cake. Untuk penambahan 2 gram

dextride diperoleh tebal mud cake pada tabel sebesar 1,47” (lebih kecil

dibandingkan tebal mud cake lumpur dasar), untuk penambahan dextride

sebanyak 2,6 gram diperoleh tebal mud cake setebal 2,98”. Pada penambahan 9

gram bentonite diperoleh mud cake setebal 2,4 ”, dan pada penambahan 1,5 gram

quebracho diperoleh tebal mud cake setebal 2,1”.

Dalam operasi pemboran, keberadaan mudcake dibutuhkan namun dalam

batas ketebalan tertentu, dan bila terlalu tebal justru akan menimbulkan masalah

pada pemboran itu sendiri. Mud cake dalam operasi pemboran dibutuhkan untuk

membantu mencegah kerunthan formasi dengan membentuk lapisan endapan mud

pada dinding formasi. Batas ketebalan yang diinginkan umumnya adalah sampai

kurang lebih 1”. Jika terlalu tebal maka dikhawatirkan akan menimbulkan pipe

sticking, yaitu terjepitnya pipa pemboran akibat mud cake yang terlalu tebal.

Dalam hubunganya, dapat ditarik bahwa tebal mud cake adalah berbanding

lurus dengan banyaknya filtrasi yang hilang. Samakin banyak filtrasi yang hilang

ke dalam formasi maka semakin tebal pula mud cake yang terbentuk.

4.6.2. Pembahasan Soal Analisa

1. Berdasarkan data, jelaskan fungsi dextrid, bentonite, dan quebracho!

Jawab : Fungsi penambahan dextrid dan bentonite adalah untuk

mengurangi filtration loss dan menaikkan pH lumpur.

Fungsi penambahan quebracho adalah untuk mengurangi filtration

loss dan menurunkan pH lumpur.

2. Dalam percobaan ini, selain mengukur volume filtrate juga dilakukan

pengukuran pH. Apakah pengaruh pH terhadap kondisi lumpur

pemboran?

Jawab : pH lumpur yang terlalu rendah akan menyebabkan viscositas

lumpur kecil (lebih encer), bersifat asam dan dapat menyebabkan

korosi pada peralatan pemboran serta kick pada formasi, sedangkan

jika pH lumpur terlalu tinggi maka viscositasnya akan besar (lebih

kental), bersifat basa, dapat menyebabkan lost circulation dan

membuat kerja pompa makin berat.

3. Apakah mud cake diharapkan pada operasi pemboran?

Jawab : Diharapkan atau tidaknya mud cake tergantung dari

ketebalannya. Mud cake yang tipis dapat menjadi bantalan yang baik

bagi pipa pemboran dengan permukaan lubang bor. Mud cake yang

telah dapat menyebabkan pipa pemboran terjepit sehingga sulit untuk

diangkat dan diputar.

4. Bagaimana cara mencegah filtrate loss yang terlalu besar?

Jawab : Filtrate loss yang terlalu besar dapat kita cegah dengan

menambahkan zat additive pada lumpur yang dapat mengurangi

filtrate loss (filtration loss reduce). Contoh zat additivenya dextrid dan

quebracho.

5. Apa yang anda ketahui tentang sodium carboxymethyl cellulose

(CMC)? (jelaskan secara singkat)!

Jawab : CMC dalam industri pengboran minyak digunakan sebagai

bahan lumpur pemboran, dimana ia bertindak sebagai agen pengubah

viskositas dan retensi air atau dengan kata lain salah satu zat additive

sebagai filtration loss reducer.

4.7 Kesimpulan

1. Penambahan dextride, bentonite, dan quebracho ke dalam Lumpur

pemboran akan mempengaruhi pH, jumlah fíltrate, dan tebal mud

cake.

2. Semakin besar filtrate yang dihasilkan maka semakin tebal mud cake

yang terbentuk.

3. Semakin banyak dextride yang ditambahkan maka semakin tinggi pH

lumpur yang terjadi.

4. Untuk mengurangi filtration loss maka juga dibutuhkan mud cake

dengan ketebalan relatif.

5. Apabila Mud cake yang terbentuk terlalu tebal dapat menyebabkan

pipa pemboran terjepit sehingga sulit diangkat dan diputar. Sehingga

operasi pemboran menjadi terhambat.