177

BAB IV

DASAR PEMBORAN

4.1. Tujuan Pemboran

Pemboran adalah suatu kegiatan atau pekerjaan membuat lubang dengan

diameter dan kedalaman yang sudah ditentukan. Dalam pembuatan lubang untuk

mencapai kedalaman tertentu tersebut, yang harus diperhatikan adalah

mempertahankan ukuran diameter lubang. Pekerjaan terpenting yang lain adalah

membawa serpihan batuan (cutting) ke permukaan. Dalam dunia perminyakan

kegiatan pemboran sangat kompleks, dimana dalam kegiatan pemboran

mempunyai dua buah parameter yaitu :

a. Parameter Tidak Dapat Diubah

Parameter ini tidak dapat diubah dalam kegiatan pemboran karena

berhubungan dengan kondisi fisik dari lokasi pemboran tersebut, sehingga kita

harus menyesuaikan. Parameter ini meliputi :

- Kondisi formasi, yang meliputi tekanan dan temperature suatu formasi.

- Sifat dan jenis formasi

b. Parameter Yang Dapat Diubah

Dimana parameter ini dapat diubahubah sesuai dengan formasinya atau

sesuai dengan keefektifan kegiatan pemboran. Parameter ini meliputi :

- Rate of Penetration.

- Weight on Bit.

Kegiatan pemboran dalam dunia perminyakan meliputi :

- Penambahan kedalaman.

- Mempertahankan diameter lubang bor.

- Mengangkat hasil pemboran ke permukaan.

Dalam pemboran yang harus benarbenar kita perhatikan adalah

efisiensinya, karena hal tersebut menyangkut faktor pembiayaan. Dalam bab ini

akan dibahas tentang perencanaan material material dalam pemboran.

178

4.2. Perencanaan Pemboran

Untuk mendapatkan efisiensi yang besar dan hasil yang optimum, perlu

adanya perencanaan yang sangat matang dan cermat dalam suatu kegiatan

pemboran. Perencanaan yang dimaksud meliputi perencanaan peralatan pemboran

yang akan digunakan, perencanaan sistem lumpur dan hidrolikanya, perencanaan

casing, perencanaan penyemenan dan lain sebagainya.

4.2.1. Perencanaan Peralatan Pemboran

Menurut fungsinya, secara garis besar peralatan pemboran dapat dibagi

menjadi lima sistem peralatan utama, yaitu sistem tenaga, sistem angkat, sistem

putar, sistem sirkulasi dan sistem pencegah sembur liar.

4.2.1.1. Sistem Tenaga

Sistem tenaga dalam operasi pemboran terdiri dari power suplay

equipment, yang dihasilkan oleh mesin mesin besar yang biasa dikenal dengan

nama prime mover dan distribution equipment yang berfungsi untuk

meneruskan tenaga yang diperlukan untuk mendukung jalannya kegiatan

pemboran.

Hampir semua rig menggunakan internal combustion engine, dimana

penggunaan prime mover ditentukan oleh besarnya tenaga pada sumur yang

didasarkan pada casing program dan kedalaman sumur. Tenaga yang dihasilkan

prime mover besarnya berkisar antara 500 5000 Hp. Jumlah prime mover yang

diperlukan dalam suatu operasi pemboran sangat bervariatif, tergantung dari

jumlah tenaga yang diperlukan. Pada umumnya suatu operasi pemboran

memerlukan dua atau tiga buah mesin. Sedangkan untuk pemboran yang lebih

dalam memerlukan tenaga yang lebih besar, sehingga prime mover yang

diperlukan dapat mencapai empat unit. Adapun prinsip kerja prime mover adalah

flexibility, yang dapat dinyatakan dalam rumus :

W = F x S...(4-1)

Dimana :

W = kerja (work), lb ft

F = gaya, lb.

179

S = jarak, ft

Prime mover sebagai system daya penggerak harus mampu mendukung

keperluan fungsi angkat, putar, pemompaan, penerangan, dan lain lain. Dengan

demikian perencanaan dan pemilihan tipe dan jenis prime mover yang

dipergunakan harus memperhatikan hal tersebut.

Gambar 4.1. Skema Tenaga Penggerak

(Adams, N. J., 1985)

4.2.1.2. Sistem Angkat

Sistem penganngkat (hoisting system) merupakan salah satu komponen

utama dari peralatan pemboran. Fungsi utama system ini adalah memberikan

ruang kerja yang cukup untuk pengangkatan dan penurunan rangkaian pipa bor

dan peralatan lainnya. Sistem angkat terdiri dari dua bagian utama, yaitu :

a. Supporting Structure.

Supporting structure adalah konstruksi menara yang ditempatkan diatas

titik bor. Fungsi utamanya adalah untuk menyangga peralatan peralatan

pemboran dan juga memberi ruang yang cukup bagi operasi pemboran.

180

Supporting structure terdiri dari drilling tower (derrick atau mast), sub structure

dan rig floor.

Drilling tower atau biasa disebut menara pemboran dibagi menjadi tiga

jenis, yaitu :

1. Conventional/standart derrick.

2. Protable Skid Mast.

3. Mobile atau trailer mounted type mast.

Menara tipe standar (derrick) tidak dapat didirikan dalam satu unit, akan

tetapi pendiriannya disambung bagian demi bagian. Menara jenis ini banyak

digunakan pada pemboran sumur dalam dimana membutuhkan lantai yang luas

untuk tempat pipa pipa pemboran. Untuk memindahkan derrick ini harus dilepas

satu persatu bagian kemudian dirangkai kembali disuatu tempat yang telah

ditentukan letaknya.

Gambar 4.2. Derrick

(Adams, N. J., 1985)

181

Menara tipe portable posisi berdirinya dari bagian yang diakitkan satu

dengan lainnya dengan menggunakan las maupun scrup. Tipe ini dapat juga

didirikan dengan cara ditahan oleh telescoping dan diperkuat oleh talitali yang

ditambatkan secara tersebar. Dibandingkan tipe derrick, tipe menara ini lebih

murah, mudah dan cepat dalam pendiriannya, transportnya murah, tetapi dalam

penggunaannya terbatas pada pemboran yang tidak terlalu dalam.

Menurut API menara yang terbuat dari besi baja tercantum dalam standart

4A dan menara kayu tercantum standart 4B. Sedangkan untuk tipe mast termasuk

dalam 4D. Ukuran menara pemboran yang penting ialah kapasitas, tinggi, luas

lantai dan tinggi lantai bor. Ukuran kekuatan derrick dibagi berdasarkan dua jenis

pembebanan, yaitu :

1. Compressive Load

2. Wind Load

Wind load dapat dihitung dengan rumus ;

p = 0.004.V2 ..(4-2)

dimana :

p = wind loads, lb/ft2

V = kecepatan angin, mph

Sedangkan compressive load dapat dihitung dari jumlah berat yang

diderita hook ditambah dengan jumlah berat menara itu sendiri (yang diderita oleh

kaki kaki pada substructure).

b. Hoisting Equipment.

Peralatan pengangkatan terdiri dari :

1. Drawwork

Drawwork merupakan otak dari derrick, karena melalui drawwork,

seorang driller melakukan dan mengatur operasi pemboran. Drawwork juga

merupakan rumah daripada gulungan drilling line.

Desain daripada drawwork tergantung dari beban yang harus dilayani,

biasanya dideasin dengan horse power(Hp) dan kedalaman pemboran, dimana

kedalamannya harus disesuaikan dengan drill pipe-nya. Horse power out put

182

drawwork yang diperlukan untuk hoisting (pengangkatan traveling block dan

beban bebannya) adalah :

e1 x

33000Vh .W Hp = (4-3)

Dimana :

W = hook load, lb

Vh = kecepatan naik traveling block, ft/min

E = effisiensi hook ke drawwork, umumnya 80% - 90%, tergantung dari

jumlah line dan kondisi bantalan kerekan (sheave bearing).

Gambar 4.3. Drawwork

(Gorman, D. A., 1983)

2. Overhead tools

Overhead tool merupakan rangkaian sekumpulan peralatan yang terdiri

dari crown block, traveling block, hook dan elevator.

3. Drilling line

Drilling line terdiri dari reveed drilling line, dead line, dead line anchor

dan storage and suplay.

183

Drilling line digunakan untuk menahan (menarik) beban pada hook.

Drilling line terbuat dari baja dan merupakan kumpulan kawat baja yang kecil dan

diatur sedemikian rupa hingga merupakan suatu lilitan. Lilitan ini terdiri dari

enam kumpulan dan satubagian tengah yang disebut core dan terbuat dari

berbagai macam bahan seperti plastic dan textile.

4.1.2.3. Sistem Putar

Fungsi utama dari system putar (rotary system) adalah untuk memutar

rangkaian pipa bor dan juga memberikan beratan di atas pahat untuk membor

suatu formasi. Rotary system terdiri dari tiga sub komponen, yaitu :

1. Rotary assembly.

2. Rangkaian pipa pemboran.

3. Mata bor atau bit.

Rotary assembly ditempatkan pada lantai bor di bawah crown block dan di

atas lubang bor. Peralatan ini terdiri dari rotary table, master bushing, kelly

bushing dan rotary slip. Sistem putar ini membutuhkan tenaga dari prime mover

yang dihubungkan dengan rotary table dengan menggunakan chain atau belt

melalui drawwork.

Rangkaian pipa bor terdiri dari swivel, Kelly, drill pipe dan drill collar.

Penyambungan rangkaian pipa satu dengan yang lainnya digunakan tool joint

dimana ulir tool joint ini menurut API dibagi menjadi tiga, yaitu regular, full hole

dan internal flush. Ketirusan ulir ini berkisar antara 16.66% - 25.0%. Ketirusan

ulir yang cukup besar dan jumlah ulir yang cukup sedikit dimaksudkaan untuk

mendapat ikatan yang besar dan mempercepat saat mengikat dan melepas

sambungan. Apabila dilihat dari rig floor dengan menghadap ke bawah, rangkaian

akan berputar ke arah kanan, oleh karena itu semua sambungan ulir yang berada

di bawah rotary table berulir ke kanan, sedangkan semua sambungan yang berada

di atas rotary table harus beruliur ke kiri.

Susunan rangkaian pipa bor berputar dari atas ke bawah adalah swivel

head Kelly stop cock Kelly sub drill pipe sub drill collar fload sub

bit. Namun demikian dalam prakteknya di lapangan karena keperluannya, sering

juga rangkaian pipa pemboran ini dilengkapi dengan stabilizer atau reamer.

184

4.2.1.4. Sistem Sirkulasi

Sistem sirkulasi tersusun oleh empat sub komponen utama, yaitu :

1. Drilling Fluid.

2. Preparation area.

3. Circulating equipment.

4. Conditioning area.

Fluida pemboran merupakan suatu campuran cairan(liquid) dari beberapa

komponen yang dapat terdiri dari air (tawar maupun asin), minyak, tanah liat

(clay), bahanbahan aditif, gas, udara maupun detergen.

Preparation area ditempatkan pada tempat dimulainya sirkulasi lumpur,

yaitu di dekat pompa lumpur. Tempat persiapan lumpur pemboran terdiri dari

peralatanperalatan yang diatur untuk memberikan fasilitas persiapan atau

treatment lumpur bor. Tempat persiapan ini meliputi mud house, steel mud

pits/tanks, mixing hopper, chemical mixing barrel, bulk mud storage bins, water

tanks dan reserve pit.

Peralatan sirkulasi merupakan komponen utama dalam sistem sirkulasi.

Peralatan ini berfungsi mengalirkan lumpur dari mud pit ke rangkaian pipa bor

dan naik ke annulus membawa serbuk bor ke permukaan menuju ke conditioning

area, sebelum kembali ke mud pits untuk disirkulasikan kembali. Peralatan ini

terdiri dari mud pit, mud pump, pump discharge and return line, stand pipe dan

rotary hose.

Pemilihan pompa harus tepat dan se-ekonomis mungkin. Akhirakhir ini,

keperluan tenaga untuk sirkulasi lumpur menjadi meningkat dengan adanya

pemakaian jet pump, turbo drilling dan pengaruh dari beratan pada pahat. Perlu

diketahui bahwa konsumsi energi pompa dalam suatu operasi pemboran sekitar

70% sampai 85% dari seluruhj tenaga yang disediakan oleh prime mover. Oleh

karena itu sebaiknya dipilih pompa yang sanggup memberi support tenaga

pengangkatan cutting sekitar 30 m 65 m per menit dan mampu menahan tekanan

balik dalam sirkulasinya. Biasanya pabrik pembuat mencantukan tenaga mekanik

maksimum yang diijinkan untuk pompa dalam kecepatan maksimum.

185

Untuk mencapai maksud maksud tertentu (misalnya untuk meningkatkan

atau mengurangi daya pompa), dapat menggunakan pompa secara bersamaan baik

parallel maupun dengan cara seri.

Gambar 4.4. Skema Sistem Sirkulasi

(Adams, N. J., 1985)

Conditioning area ditempatkan didekat rig. Area ini terdiri dari peralatan

peralatan khusus yang digunakan untuk clean up lumpur bor setelah keluar dari

lubang bor. Fungsi utama dari peralatan ini adalah untuk membersihkan lumpur

186

dari cutting dan gas yang terikut. Ada dua cara untuk memisahkan cutting dan gas,

yaitu :

1. Menggunakan metode gravitasi, dimana lumpur yang telah terpakai dialirkan

melalui shale shaker dan settling tanks.

2. Secara mekanik, dimana peralatanperalatan khusus yang dipasang pada mud

pits dapat memisahkan cutting dengan gas.

Peralatan pada conditioning area terdiri dari settling tanks, reserve pits, mud gas

separator, shale shaker, degasser, desander dan desilter.

Jadi secara umum lumpur pemboran dapat disirkulasikan dengan urutan

sebagai berikut: lumpur dalam steel mud pit dihisap oleh pompa - pipa tekanan

stand pipe rotary hose swivel head kelly drill pipe drill collar bit

annulus drill collar annulus drill pipe mud line/flow line, shale shaker steel

mud pit dihisap pompa kembali dan seterusnya.

4.2.1.5. Sistem Pencegah Sembur Liar

Sistem pencegahan sembur liar (blow out preventer) dipasang untuk

menahan tekanan dari lubang bor. Peralatan ini disediakan pada operasi pemboran

karena peramalan tekanan tidak selalu memungkinkan.

Apabila formasi mempuyai tekanan yang besar dan kolom lumpur tidak

dapat mengimbanginya maka akan terjadi kick, yaitu intrusi fluida formasi yang

bertekanan tinggi yang masuk ke dalam lubang bor. Kick yang tidak terkendali

dapat mengakibatkan terjadinya blow out. Jadi blow out selalu diawali dengan

adanya kick.

Blow Out Preventer (BOP) system berfungsi untuk menutup ruang annular

antara drill pipe dan casing bila terjadi gejala kick. Sistem peralatan ini bekerja

secara pneumatic (dengan menggunakan udara dan gas, biasanya dipakai) dan

secara mekanik.

BOP system terdiri dari BOP stack, accumulator dan supporting system.

BOP stack terdiri dari rangkaian annular preventer, pipe ram preventer, drilling

spools, blind ram preventer dan casing head. Kesemuanya ini di-setkan pada

surface casing. Sedangkan tipe dan ukurannya disesuaikan dengan kondisi

tekanan lubang bor dan disesuaikan dengan keekonomiannya.

187

Accumulator biasanya ditempatkan pada agak jauh dari rig, sekitar seratus

meter dari rig dengan pertimbangan keselamatan. Fungsi utamanya adalah

menutup valve BOP stack dengan cepat saat keadaan darurat. Accumulator

bekerja dengan high pressure hidrolis pada saat terjadi kick.

Supporting system terdiri dari choke manifold dan kill line. Choke

manifold bila dihidupkan dapat membantu menjaga back pressure dalam lubang

bor untuk mencegah terjadinya intrusi fluida formasi. Choke manifold bekerja

dengan mengalirkan Lumpur bor dari BOP stack kesejumlah valve (yang

membatasi aliran dan langsung ke reserve pits), mud gas separator atau mud

conditioning area. Sedangkan kill line bekerja dengan memompakan Lumpur

berat kedalam lubang bor sampai Lumpur berat dapat mengimbangi tekanan

formasi.

Gambar 4.5. Skema BOP Stack Pada Well Head

(Adams, N. J., 1985)

188

4.2.2. Perencanaan String Dan Bottom Hole Assembly

4.2.2.1. Perencanaan String Atau Pipa Bor (DP)

Pipa bor (drill pipe) adalah pipa baja berbentuk bulat yang mempunyai

kemampuan tinggi terhadap puntiran. Panjang pipa bor ini umumnya berkisar

sekitar 30 ft untuk setiap jointnya. Dan ukuran yang banyak digunakan sekitar 5,

makin dalam lubang yang dibor maka semakin banyak pula jumlah pipa yang

akan digunakan. Untuk menyambung pipa itu digunakan alat yang disebut tool

joint, yang memang sudah terpasang dikedua ujung pipa bor itu. Pada bagian atas

dari pipa bor itu terpasang tool joint berbentuk box dan pada bagian bawah

terpasang tool joint berbentuk pin atau yang biasa disebut sebagai up set.

1. Type

Berdasarkan beratnya, ada dua macam type drill pipe, yaitu drill pipe

standart dan heavy weight drill pipe (HWDP). Table 4-1 memperlihatkan ukuran

dan berat HWDP yang umum digunakan.

Tabel 4-1 Heavy Weight Drill Pipe

(Adams, N. J., 1985)

2. Ukuran

Suatu drill pipe digunakan pada suatu interval ukuran dan dalam ukuran

yang umum, digunakan bermacam macam ketebalan dinding yang

memungkinkan bisi dipilih sesuai dengan program pemboran. Range panjang pipa

bor ini dikelompokkan atas ranking yang dapat dijelaskan sebagai berikut. Range

I berkisar antara 18 20 ft. range II berkisar antar 27 30 ft. Range III berkisar

antara 38 45 ft. Biasanya yang umu digunakan adalah dari range II. Sedangkan

dimensi ketebalan dinding biasanya dinyatakan sebagai weight/ft, seperti terlihat

pada table 4-2.

189

Tabel 4-2 New Drillpipe Dimensional Data

(Adams, N. J., 1985)

3. Grade

Pipa bor yang dibuat dipabrik menurut standart API terdiri dari dua type

atau grade yaitu grade D dan grade E. Juga ada grade G yang bukan standart Api.

Ketahanannya dapat dijelaskan sebagai berikut :

- Minimum Yield Stregth, grade D : 55.000 psi.

- Minimum Yield Stregth, grade E : 75.000 psi.

- Minimum Tensile Strength, grade D : 95.000 psi

- Minimum Tensile Strength, grade E : 100.000 psi.

- Minimum Yield Stregth, grade G : 105.000 psi.

- Minimum Tensile Strength, grade G : 120.000 psi

190

4. Class

Klasifikasi drill pipe ini menunjukkan factor penting dalam perencanaan

drill string, digunakan pada jumlah dan tipe pemakaian sebelumnya akan

mempengaruhi sifat sifat dan strength dari pipa pipa. System kode warna API

untuk klasifikasi drill pipe dapat dilihat pada gambar 4.6.

Gambar 4.6. Identifikasi Kode Warna API Drillpipe dan Tool Joint

(Adams, N. J., 1985)

Pembebanan yang selalu dihadapi drill pipe berkaitan dengan peranannya

pada operasi pemboran seringkali menjadi problem bagi drill pipe sendiri.

Problem akan terjadi seketika jika beban yang diderita pipa melebihi

spesifikasinya. Pada kenyataannya baanyak beban yang harus ditanggung oleh

DP, baik beban yang berkaitan dengan fungsi maupun beban secara tiba tiba

karena suatu kondisi tertentu, adapun beban tersebut adalah :

1. Collapse

Beban yang arahnya kedalam, bagian bawah string akan menerima beban

yang terbesar. Pada saat operasi pemboran normal tekanan terbesar collapse

terjadi pada saat drill string diturunkan ke sumur untuk DST, karena drill string

dalam keadaan kosong. Karena operasi DST yang umum dilakukan, maka tekanan

pada saat operasi ini dapat digunakan untuk mengotrol desain collapse, seperti

terlihat pada gambar 4.7.

191

Gambar 4.7. Beban Collapse Pada Drillstring Hasil Dari DST

(Adams, N. J., 1985)

2. Burst.

Burst adalah tekanan yang diakibatkan oleh tekanan dari dalam pipa itu

sendiri. Tekanan terbesar terjadi bila nozzle tersumbat atau pada saat

pengoperasian DST. Dalam kedua kasus tersebut tidak mungkin tercapai tekanan

yang menyebabkan beban burst pada pipa karena dikontrol oleh tekanan Lumpur

masing masing didalam dan diluar pipa. Oleh karenanya tekanan burst dikontrol

oleh tekanan permukaan, seperti terlihat pada gambar 4.8. satu kasus yang jarang

ditemui dimana kondisi burst dapat terjadi adalah ketika dilakukan pengontrolan

kick, atau pada saat operasi squeeze cementing, untuk itu digunakan back pressure

dari burst casing. Tidak seperti desain casing atau tubing, maka burst jarang

digunakan sebagai kriteria pengontrol pada lapisan drill pipe.

192

Gambar 4.8. Beban Burst Dikontrol Tekanan Permukaan

(Adams, N. J., 1985)

3. Dog Leg Saverity

Secara umum dogleg dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu gradual and

long dog leg dan abrupt dog leg. Pada yang pertama perubahan sudut yang terjadi

perlahan lahan sehinga bentuk lubang melengkung. Sedangkan pada yang kedua

perubahan sudut yang terjadi secara tiba tiba. Kedua dog leg tersebut dapat

dilihat pada gambar 4.9. Pada saat DP mengalami abrupt dog leg, tool joint dapat

berada tepat pada ujung dog leg. Kadaan tool joint yang pendek dan kaku pada

drill pipe menyebabkan drill pipe yang berada disekitar tool joint akan

bengkok.Untuk mencegah terjadinya pelengkungan DP yang terlalu besar, maka

besarnya gaya yang terjadi antara tool joint dengan ujung dog leg harus dibatasi,

hal ini berkaitan dengan beban tension yang diderita DP.

Tipe kerusakan yang paling sering dihadapi adalah karena kelelahan

pemakaian dan ini biasanya terjadi bila pipa mengalami cyclic bending stress.

193

Kerusakan karena rotasi pada dog leg akan menjadi suatu problem serius bila

sudut dog leg melebihi harga kritis.

Gambar 4.9. Dog Leg Severity

(Rubiandini, R., 1993)

4.2.2.2. Perencanaan Bottom Hole Assembly (BHA)

4.2.2.2.1. Perencanaan Drill Collar Drill collar berbentuk seperti drill pipe (DP), tetapi diameter dalamnya

lebih kecil dan diameter luarnya sama dengan diameter luar tool joint drill pipe.

Jadi drill collar memiliki dinding yang lebih tebal daripada drill pipe, sehingga

memungkinkan ulir dipasang langsung pada dindingnya. Drill collar ditempatkan

pada rangkaian pipa bor bagian bawah diatas mata bor (bit). Fungsi utama dari

drill collar adalah :

- Sebagai pemberat WOB (Weight ON Bit), sehingga rangkaian pipa bor dalam

keadaan tetap tegang saat pemboran berlangsung, sehingga tidak terjadi

pembelokan lubang.

- Membuat agar rangkaian pipa bor putarannya stabil.

- Membuat bagian bawah dari rangkaian pipa bor agar mampu menahan

puntiran.

194

Dengan demikian diharapkan pemboran akan berjalan dengan laju yang

besar. Lubang bor lurus dan kerusakan drill pipe kecil. Berdasakan bentuk

permukaannya ada tiga jenis drill collar, yaitu :

1. Standart Drill Collar, mempunyai permukaan halus dengan box connection

terletak pada top dan pin connection terletak pada bottom.

2. Spiralled Drill Collar, mempunyai permukaan beralur seperti spiral.

Digunakan pada kondisi khusus untuk memcegah terjadinya differential wall

sticking.

3. Zipped Drill Collar, pada permukaannya terdapat lekukan, yaitu pada bagian

atas ujung drill collar.

195

Gambar 4.10. Fungsi Dari Drill Collar (Drilling Manual Vol. 2)

Sedangkan berdasarkan fungsinya ada tiga jenis, yaitu :

1. Anti wall stick, digunakan untuik memperkecil area kontak, biasanya

digunakan tipe spiral.

2. Square Drill collar, digunakan untuk memberikan stabilitas maksimum pada

lubang yang terjadi lekukan.

3. Monel Drill Collar, digunakan untuk melindungi directional survey instrument

dari pengaruh distorsi besi string dalam gaya magnetik bumi.

196

Dalam perencanaan drill collar, sebagaimana kelly dengan drill pipe,

sejumlah beban juga harus ditanggung oleh drill collar antara lain momen

pelengkungan. Pelengkungan drill string tidak dapat dielakkan bila berat diset di

atas bit. Pada lubang lurus, bila berat terus ditambah hingga mencapai berat kritis

maka string akan melengkung dan menyentuh dinding lubang pada sutu titik yang

disebut tangensial point. Jika berat di atas bit terus ditambah maka harga baru

akan dicapai dan drill string akan melengkung untuk kedua kalinya, yang disebut

dengan pelengkungan orde kedua dan seterusnya.

4.2.2.2.2. Stabilizer Stabilizer ini digunakan untuk menjaga arah pemboran sesuai dengan yang

direncanakan. Teknik stabilizer yang umum adalah pendulum dan packed hole.

Teknik pendulum menggunakan berat drill collar untuk bergerak pada stabilizer

yang menjadi poros untuk mengatur bit. Sedangkan pada teknik packed hole

adalah proses sebaliknya dengan spasi yang berdekatan untuk mencegah efek

pendulum, seperti terlihat pada gambar 4.11. Ada dua tipe stabilizer yaitu fixed

location blade dan sleeve stabilizer.

Tujuan utama pemasangan stabilizer pada lubang vertikal adalah untuk

mempertahankan drill collar agar tetap di tengahtengah lubang, menurunkan

kemungkinan pelengkungan string sementara dalam keadaan kompresif dan

memperkecil kemungkinan drill collar terjepit dinding. Sedangkan pada sumur

miring untuk membantu pengontrolan deviasi sesungguhnya terhadap jumlah

deviasi yang diinginkan. Prinsip yang mendasari desain kestabilan string untuk

sumur berarah adalah mengkombinasikan kelakuan dan fleksibilitas pada titik

yang berbeda pada BHA. Keuntungan lain dari penggunaan stabilizer adalah

memungkinkan penggunaan WOB yang besar, menaikkan umur bit, mencegah

terjadinya jepitan pada string dan menurunkan gaya pelengkungan pada string.

197

Gambar 4.11. Macam-macam Stabilizer

(Adams, N. J., 1985)

4.2.2.2.3. Roller Reamer Roller reamer terdiri dari blade stabilizer ditambah suatu seri roller yang

terbuat dari baja keras atau dengan menggunakan sisipan tungsten carbide.

Disamping beraksi seperti stabilizer ia kjuga membantu mempertahankan ukuran

lubang dan menanggulangi stick pipe yang disebabkan oleh dog leg atau key seat.

Ada tiga tipe dasar dari roller reamer, yaitu : 3 point string type dimana

memberikan efek sehingga drill collar tetap ditengah dan menjaga lubang tetap

dalam ukurannya dengan menghilangkan rintangan rintangan pada dinding. 6

point bottom hole type dimana memberikan kestabilan yang lebih sempurna dan

kapasitas reaming yang lebih besar, membantu mencegah perubahan sudut lubang

pada formasi yang sangat keras atau abrasif. Dan 3 point bottom hole type dimana

198

digunakan antara drill collar dengan bit untuk mencegah reaming pada dasar

lubang bor oleh suatu bit, yaitu menjaga lubang tidak melewati ukurannya.

4.2.2.2.4. Shock Sub Shock absorber atau juga disebut shock subadalah alat yang ditempatkan

pada bagian bawah drill collar yang berfungsi untuk menyerap vibrasi dan beban

shock karena aksi cutting ketika pemboran menembus formasi keras, sehingga

kerusakan drill string dapat dikurangi. Tipe tipe shock absorber dapat dilihat

pada gambar 4.12.

Gambar 4.12. Tipe-tipe Absorber

(Gorman, D. A., 1983)

4.2.2.2.5. Subs Berupa joint pendek yang memberikan suatu cross over untuk sambungan

yang berbeda pada drill string.

4.2.2.2.6. Drilling Jars Tujuan pemasangan drilling jars adalah untuk memberikan suatu aksi

sentakan kearah atas pada saat pipa terjepit (stuck). Gambar 4.13. memperlihatkan

suatu drilling jars yang terdiri dari sliding mandrell yang ditempatkan pada drill

string, mandrell dihubungkan pada salah satu ujung string dan sleeve pada ujung

yang lainnya, seperti terlihat pada gambar 4.13. Ada tiga tipe dari drilling jars

yaitu : mechanical jars, hydraulic jars dan hidromechanical jars.

199

Gambar 4.13. Drilling Jars

(Rabia, H., 1985)

4.2.2.3. Pembebanan Pada Saat Operasi

Salah satu factor yang umum dipertimbangkan dalam usaha mempertinggi

rate of penetration adalah dfaktor mekanik yaitu kecepatan rotasi dan WOB.

Factor factor ini sudah barang tentu diusahakan bekerja dalam limit operasi

sehubungan dengan ekonomis drill string. Pada dasarnya pemilihan kecepatan

rotasi dan WOB tidak terlepas dari kondisi formasi. Kapasitas kerja peralatan dan

kondisi lubang bor. Rotasi dan WOB yang tidak benar akan menimbulkan

masalah pada drill string.

1. Rotasi

Kecepatan rotasi yang digunakan harus berada dalam kapasitas variasi drill

string. W. C. Man telah merumuskan persamaan untuk menghitung kecepatan

kritis, yaitu :

200

L258.000Nc = ....(4-4)

dimana :

Nc = kecepatan rotasi kritis, RPM.

L = panjang drill string, ft.

Vibrasi yang terjadi dapat dikategorikan menjadi dua tipe utama, yaitu

vibrasi travesial yang beraksi seperti string biola dan terjadi pada pipa antara dua

tool joint dan vibrasi longitudinal yang beraksi seperti spring pendulum dan

terjadi pada keseluruhan string.

Rotasi yang dialami drill string selain menimbulkan vibrasi juga torsi,

tetapi torsi ini tidak menimbulkan problem yang serius.

2. WOB

Bila pemboran akan menembus formasi keras, umumnya akan dilakukan

penambahan berat di atas bit. Konsekuensinya drill collar akan mengalami

compression dan akan cenderung untuk melengkung dan pantulan stress akan

lebih besar untuk suatu kecepatan rotasi tertentu. Walaupun efek pantulan ini akan

membantu menghancurkan batuan tetapi pantulan yang berlebihan akan

menimbulkan problem yang serius. Pada waktu lampau cara untuk menjaga

lubang tetap lurus adalah dengan menurunkan WOB dan menaikan kecepatan

rotasi. Tetapi sekarang telah diketahui bahwa hal ini bukan selalu merupakan cara

yang terbaik, sebab penurunan WOB akan bertentangan dengan prinsip

penetration rate.

4.2.3. Perencanaan Pahat (Bit)

Pahat merupakan bagian yang sangat penting dalam operasi pemboran,

merupakan alat untuk membuat dan membersihkan lubang bor. Pahat tersedia

dalam berbagai corak untuk berbagai kondisi formasi yang dibor, untuk itu

diperlukan pemilihan serta perencanaan yang tepat guna mencapai kecepatan

penembusan (penetration rate) yang besar, waktu pemboran (drilling time) yang

kecil dan pemilihan jenis pahat yang tepat.

201

4.2.3.1. Jenis Jenis Pahat Terdapat tiga jenis pahat yang biasa dipakai , yaitu drag bit, roller cone bit

dan diamond bit. Dimana roller cone bit merupakan jenis yang paling umum

dipakai.

1. Drag Bit

Jenis ini tidak memiliki bagian yang dapat diputar. Drag bit terdiri dari tiga

pisau sayap yang digunakan untuk melakukan pemboran pada formasi lunak,

dengan aksi keruk pada permukaan formasi. Fluida pemboran dialirkan langsung

mengenai sayap sayapnya sehingga pembersihan terhadap hasil kerukan baik.

Kelemahan penggunaan mata bor jenis drag bit adalah :

- Sukar untuk mendapatkan lubang bor lurus.

- Adanya goresan yang besar antara lubang bor dengan formasi, sehingga

menyebabkan mata bor cepat aus dan lubang bor mengecil.

- Mudah terjadi bit bailling akibat pembersihan lubang yang kurang baik.

- Menimbulkan torsi yang besar seohingga kemungkinan patah string besar

sekali. Karena itu untuk mengurangi akibat ini dipasang nozzle pada blade-

nya, supaya serbuk bor cepat terangkat ke permukaan.

Gambar 4.14.

Drag Bit (Adams, N. J., 1985)

202

2. Roller Cone Bit

Roller cuter bit mmempunyai cone cone yang dapat berputar sehingga

bisa menghancurkan batuan yang ditembus. Keuntungan keuntungan yang

didapat dari penggunaan bit jenis ini dibangdingkan menggunakan drag bit,

adalah:

- Torsi yang terjadi lebih kecil.

- Serbuk bor yang dihasilkan lebih kecil.

- Lubang bor yang dihasilkan tidak cepat mengecil.

Berdasarkan kekerasan batuan yang akan ditembus, maka dapat dikelompokkan

menjadi empat yaitu ;

- Pahat untuk lapisan lunak.

- Pahat untuk lapisan sedang.

- Pahat untuk lapisan keras.

- Pahat untuk lapisan sangat keras.

Untuk lapisan lunak diperlukan scrapping action yang besar, sedang

scrapping action dan crushing action pada roller cukup kecil saja, sehingga untuk

mendapatkan scrapping action yang besar maka bit harus mempunyai cone off set

(penyimpangan sumbu sumbu cone) yang besar. Perbedaan pahat untuk lapisan

yang lunak dan keras dapat dibedakan sebagai berikut :

Pahat Formasi Lunak Pahat Formasi Keras

- Gigi gigi pahat panjang

- Gigi gigi pahat jarang.

- Cone off set besar.

- Lubang pembasuh kecil

- Gigi pahat pendek

- Gigi pahat rapat

- Cone off set kecil atau tidak ada

- Lubang pembasuh besar

Pahat jenis ini mempunyai kerucut kerucut (cone) yang dapat berputar

untuk menghancurkan batuan. Pada cone terdapat gigi yang apabila dilihat dari

cara pemasangannya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ;

- Insert tooth bit, yaitu jenis mata bor dimana gigi yang dari mata bor dipasang

pada cone.

203

- Steel tooth bit, yaitu gigi dari mata bor sudah langsung menjadi satu dengan

cone.

Dalam prakteknya, untuk membor formsi yang lunak digunakan mata bor

dengan gigi yang panjang, sedang untuk membor formasi yang keras dengan gigi

pendek dan tumpul. Kerucut pemotong pada jenis bit ini tidak menjadi satu

dengan badan mata bor melainkan duduk pada bantalan peluncur bearing, yang

terdapat pada poros yang bersatu dengan mata bor berputar. Pengaruh kerucut

pemotong pada proses pemecahan batuan dimana ketiga sumbu garis kerucut

pemotong itu saling berpotongan di titik tengah, tetapi bergeser ke kanan searah

putaran mata bor. Keadaan ini disebut bentuk off set dan untuk non off set. Profil

ini digunakan untuk membor batuan lunak sehingga diperoleh aksi pemboran dan

pengikisan (scrapping) yang maksimum.

Untuk lapisan sedang bentuk off set tersebut akan semakin kecil. Dan

untuk lapisan keras bentuk off set sudah tidak ada lagi (ketiga perpanjangan garis

sumbu berpotongan di titik tengah sumbu perputaran). Ini menyebabkan

perubahan pola pemecahan batuan dari aksi pengorekan dan pengikisan yang

berubah menjadi aksi penghancuran. Bantalan peluncur berfungsi untuk

mendapatkan gerakan yang efektif dari kerucut pemotongnya. Ada dua macam

bantalan peluncur, yaitu yang menggelinding (roller bearing) dan gesek

(journal/friction bearing). Bantalan luncur yang menggelinding terbagi atas dua

bentuk yaitu bentuk bola (ball bearing) dan bentuk silinder (cylinder bearing).

Mata bor dengan bantalan lumpur tipe gesek umumnya dapat digunakan lebih

lama karena dapat dipertebal dengan tungsten carbide agar tidak mudah rusak

sehingga dapat menerima beban yang lebih besar.

Pada bit jenis ini terdapat lubang keluarnya fluida pemboran yang disebut

water course atau nozzle. Dalam pembuatannya, nozzle dapat menghasilkan

dua macam semburan yaitu semburan biasa (conventional) dan semburan dengan

aksi penyemprotan (jet nozzle). Semburan aliran biasa diarahkan ke kerucut

pemotongnya untuk mencegah terjadinya bit bailing up, sedangkan aliran jet

nozzle diarahkan langsung pada formasi. Hal ini bertujuan agar aksi penyemburan

jet itu dapat memberikan efek tumbukan (hydraulic impact) terhadap formasi.

204

Dengan demikian diharapkan laju pemboran yang diperoleh lebih baik lagi.

Ukuran nozzle dapat diganti ganti untuk mendapatkan efek tumbukan yang

berbeda beda sesuai dengan yang direncanakan.

Gambar 4.15.

Roller Cone Bit (Adams, N. J., 1985)

3. Diamont Bit

Diamond bit merupakan pahat dengan menggunakan intan sebagai ujung

pahatnya. Alasan digunakan intan karena :

- Intan merupakan suatu mineral yang memiliki yang keras dan mempunyai

tingkat compressive strength yang tinggi.

- Kekerasan sekitar empat atau lima kali lebih keras dari tungsten carbide.

Keuntungan keuntungan yang dimiliki diamond bit dibandingkan dengan roller

cuter bit adalah :

- Tahan lama berada dalam lubang (rotating time berkisar antara 200 300 jam.

- Bila pelaksanaannya baik, maka kecepatan pemboran dapat lebih besar.

- Footage tiap trip lebih besar dan round trip sedikit, sehingga persatuan

kedalaman lebih murah.

205

- Pemakaian drill collar lebih sedikit, karena beban pada pahat yang diperlukan

kecil, sehingga pressure drop pada drill collar menjadi lebih kecil dan

mengurangi waktu trip.

Gambar 4.16. Diamond Bit

(Adams, N. J., 1985)

Diamond bit dipakai apabila pemakaian roller cuter tidak ekonomis lagi,

namun pada kenyataannya dilapangan pemakaian bit jenis ini jarang dilakukan

karena mahal dan digunakan untuk kondisi tertentu saja.

4.2.3.2. Penentuan Jenis Pahat Untuk sumur eksplorasi dalam penentuan jenis bit yang digunakan perlu

dibicarakan dengan geologist tentang kondisi lapisna batuan yang akan ditembus

oleh pahat (bit). Data dat ayang diperlukan adalah kemungkinan adanya lapisan

batuan yang bersifat abrassive dan lapisan batuan yang lemah terhadap tekanan

hidrostatis lumpur sehingga dapat menyebabkan hilang lumpur jika dibor.

206

Dalam penentuan pahat untuk sumur eksplorasi yang mana tidak terdapat

adanya drill record, maka dapat digunakan data seismic serta umur batuan yang

dijadikan dasar dalam penentuan pemilihan pahat.

a. Data seismic.

Terutama digunakan sebagai dasar pemilihan bit untuk sumur eksplorasi (wild

cat). Keberhasilan dari pemilihan pahat akan sangat tergantung dari interpretasi

dari data seismic.

b. Umur batuan.

Pada umumnya makin tua umur batuan, maka batuan akan semakin keras. Missal

shale atau pasir yang diendapkan pada periode iocene akan lebih lunak

dibandingkan dengan shale atau pasir yang diendapkan pada periode Eocene.

Pada pemboran pengembangan, dalam menentukan jenis bit adalah dengan

mempelajari well file dari sumur terdekat. Adapun well file tersebut berupa off set

well bit record atau off set well log records.

a. Off Set Well Bit Record

Pemilihan bit didasarkan pada pengalaman dari sumur sumur yang telah ada.

Cara ini lebih mudah dan memberikan hasil yang lebih baik, mengingat

tersedianya data data yang lebih lengkap dan kesalahan pemilihan bit dari sumur

sumur yang telah ada dapat dikoreksi.

b. Off Set Well Log Record

Dari hasil tes logging didapatkan informasi lithologi, sehingga dapat digunakan

sebagai dasar pemilihan bit. Dari data off set well log ini dapat diketahui tentang

kekuatan atau kekerasan batuan yang akan dibor nantinya.

4.2.3.3. Penentuan WOB Dan RPM Laju pemboran merupakan factor penting didalam operasi pemboran,

karena hal ini berhubungan langsung dengan rig time maupun drilling cost. Usaha

yang dilakukan agar laju pemboran yang diperoleh sesuai dengan factor yang

dikehendaki adalah memperhitungan factor factor yang dapat dikontrol.

Speer mengemukakan dalam metode Speer, bahwa laju pemboran yang

optimum sangat tergantung dan dipengaruhi oleh kombinasi dari WOB RPM

207

dan hidrolikanya. Untuk itu dalam suatu operasi pemboran ada tiga masalah yang

harus dipecahkan, yaitu :

- Penentuan WOB optimum dan RPM yang tepat untuk peralatan yang

digunakan.

- Mengkombinasikan ketiga faktor di atas dengan biaya yang minimum.

- Mengkombinasikan WOB dan RPM optimum untuk peralatan penunjang yang

ada.

Selanjutnya Speer mengadakan percobaan laboratoriumuntuk menentukan

hubungan ketiga faktor di atas, dan dari hasil percobaan didapat korelasi seperti

terlihat pada gambar 4.17., yaitu :

a. Rate of penetration dengan WOB

b. Rate of penetration dengan hydraulic horse power.

c. Rate of penetration dengan WOB optimum.

d. RPM optimum dengan WOB.

A. Penentuan WOB Optimum

PenentuanWOB untuk setiap formasi agar didapatkan ekonomi limit

adalah suatu problema yang sangat mendasar dalam suatu operasi pemboran.

Penentuan WOB optimum menurut Speer di sini didasarkan pada data bit record.

Dari data bit record, didapatkan besarnya WOB yang bervariasi untuk setiap

trayek pemboran. Dengan dukungan horse power pompa serta RPM (dari bit

record) maka kita dapat menentukan besarnya WOB optimum.

B. Penentuan RPM Optimum

Seperti halnya penentuan WOB optimum, maka dalam penentuan RPM

optimum diperlukan juga data bit record. Dari data tersebut kita dapat menentukan

RPM optimum seperti pada penentuan WOB optimum.

C. Penentuan Kombinasi WOB Dan RPM Optimum

Dengan menggunakan grafik Speer, dimana drillbility indeks dari formasi

langsung dihubungkan dengan kondisi lapangan setempat dan dengan data

rekaman bit untuk kondisi lapangan sebelumnya, dapat ditentukan besarnya WOB

RPM optimum dan penentuan ini tidak lepas dari besarnya BHP yang ada.

208

Gambar 4.17. Chart Penentuan WOB RPM Optimum Speer

(Gatlin, C., 1960)

209

4.2.4. Perencanaan Sistem Lumpur

4.2.4.1. Fungsi Lumpur

Pemilihan sistem lumpur berkenaan dengan sifat sifat lumpur yang

cocok dengan penanggulangan problem yang ditemui dalam pemboran. Dalam hal

ini lumpur yang diharapkan dapat memenuhi fungsi fungsi sebagai berikut :

a. Pembersihan lubang yang optimum

Pada bagian pertambahan sudut, cutting sampai ke dasar lubang bor

dengan jarak jatuh yang pendek. Oleh karena itu pembersihan lubang memerlukan

perencanaan hidrolika dan system lumpur yang cocok. lumpur dengan viscositas

dan gel strength rendah baik untuk pengangkatan cutting berukuran kecil.

Sedangkan lumpur dengan viscositas dan gel strength besar cocok untuk

pengangkatan cutting ukuran besar.

b. Membentuk mud cake yang tipis dan licin

Hal ini perlu untuk menghindari gesekan yang berlebihan dan terjepitnya

rangkaian peralatan. Sistem lumpur yang dipilih harus mempunyai sifat fluid loss

kecil dan karakteristik mud cake yang baik dengan harga koefisien friksi relative

kecil.

c. Menahan cutting saat sirkulasi berhenti

Sifat gel strength lumpur yang dipilih harus memadai dalam menahan

cutting. Pengendapan cutting memperbesar gesekan, mempersulit kerja mekanis

bit serta dapat menyebabkan terjepitnya pipa.

d. Mendinginkan dan melumasi bit serta rangkaian pipa

Bit dan rangkaian peralatan yang rebah pada dasar lubang akan menjadi

panas karena efek gesekan dan putaran yang kontinyu. Sistem lumpur dengan

panas jenis yang memadai diperlukan agar peralatan tidak menjadi rusak dan bit

tahan lebih lama.

e. Media logging

Dalam pemboran horizontal digunakan MWD system yang dapat mencatat

resistivity dan radioaktivitas formasi. Sensor MWD memerlukan media

penghantar elektrolit untuk dapat mencatat data dengan baik. Water base mud dan

emulsion mud dapat digunakan untuk tujuan ini.

210

f. Mengimbangi tekanan formasi

Lumpur dengan densitas tertentu diperlukan untuk mengimbangi tekanan

formasi. Dalam keadaan statis tekanan lumpur bor adalah sebesar :

P = 0.052 x MW x D..(4-5)

Sedangkan pada keadaan dinamis, tekanan kolom lumpur adalah tekanan

statis ditambah tekanan pompa yang hilang di annulus, di atas kedalaman tersebut.

4.2.4.2. Sifat Lumpur Pemboran

Komposisi dan sifat sifat lumpur bor sangat berpengaruh terhadap

operasi pemboran, perencanaan casing, drilling rate dan completion. Misalnya

pada daerah batuan lunak, pengontrolan sifat sifat lumpur sangat diperlukan

tetapi di daerah batuan batuan keras sifat sifat ini tidak terlalu kritis, sehingga

air biasapun kadang kadang dapat digunakan. Dengan ini dapat dikatakan bahwa

sifat sifat geologi suatu daerah menentukan pula jenis jenis lumpur yang akan

digunakan. Adapun sifat sifat lumpur pemboran tersebut adalah :

1. Densitas

Adalah berat suatu zat (lumpur) dalam suatu volume tertentu. Densitas

biasanya ditulis dengan symbol r, dimensinya adalah : kg/dm, gr/cc, lb/cuft dan

lb/gal.

Untuk menentukan tekanan hidrostatis, density lumpur harus diketahui

terlebih dahulu. Jadi tekanan hidrostatis didasar lubang bor merupakan fungsi dari

density lumpur itu sendiri. Hal ini dapat ditulis dalam persamaan :

Pm = 0.052 dm D...(4-6)

Dimana :

Pm = tekanan hidrostatis lumpur, ksc

dm = density lumpur, gr/cc

D = kedalaman lubangbor, meter

Berdasarkan rumus, density lumpur yang besar akan memberikan tekanan

hidrostatis yang besar pula dan sebaliknya.

2. Viscositas

Viscositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting

untuk laminar flow. Istilah thick mud digunakan untuk lumpur dengan viscositas

211

tinggi (kental), sedangkan sebaliknya adalah thin mud (encer). Viscositas lumpur

diukur dengan :

3. Marsh Funnel

4. Stormer Viscometer

5. Fann VG Viscometer (multi speed rotational)

Dalam pemboran viscositas lumpur dapat naik dan dapat turun karena dua hal,

yaitu:

a. Flokulasi

Pada flukolasi gaya tarik menarik antara partikel partikel clay terlalu

besar dan akan mengumpul atau menggumpal pada clay-nya. Dengan terjebaknya

air bebas oleh partikel partikel clay sehingga system kekurangan air bebas,

akibatnya viscositas akan naik. Penggumpalan tadi dikarenakan oleh kenaikan

jumlah partikel partikel padat (jarak antar plat plat lebih kecil) atau karena

kontaminasi (anhydrite, gypsum, semen, garam yang menetralisir gaya tolak

menolak antara muatan muatan negative dipermukaan clay). Jika terjadi

kontaminasi ion Ca digunakan soda abu (NaCO) untuk treating, sedangkan pada

kontaminasi karena garam (NaCl) digunakan pengenceran dengan menambah

dispersant setelah terlebih dahulu menaikkan pH Lumpur dengan Caustic.

b. Terlalu banyak padatan

Untuk pencegahannya hanyalah dengan cara pengenceran yang efektif

atau dengan kata lain penurunan viscositas.

3. Gel Strength

Adalah pembentukan padatan karena gaya tarik menarik plat plat clay

apabila didiamkan. Sifat ini bukan sifat dalam aliran tetapi sifat dalam keadaan

statis, dimana clay dapat mengatur diri. Jadi dengan bertambahnya waktu diam

(yang terbatas) akan bertambah besar pula gel strength-nya.

Gel strength sebenarnya merupakan tenaga tambahan dimana lumpur akan

bergerak. Gel strength harus sekecil mungkin karena jika terlalu besar semakin

sedikit kemungkinan sebelum llumpur bergerak sudah terjadi break down pada

formasi terlebih dahulu dan selanjutnya lumpur masuk ke dalam formasi tersebut.

212

Gel strength ini sebenarnya sangat tergantung pada viscositas lumpur, bila

viscositas lumpur makin besar maka gel strength juga makin besar.

4. Water Loss

Adalah kehilangan sebagian cairan lumpur dan masuk ke dalam formasi,

terutama formasi yang permeable. Hilangnya sebagian lumpur pemboran

disebabkan karena pengaruh tekanan hidrostatis. Banyak sedikitnya air tapisan

(waterloss) dapat berpengaruh positive dan dapat pula berpengaruh negative.

Makin banyak air tapisan yang masuk ke dalam formasi, sehingga mempengaruhi

pengangkatan cutting ke permukaan, disamping itu pada waktu pencabutan pahat,

maka pahat dapat mengikis mud cake tersebut sehingga lubang bor bersih dari

mud cake.

Akibat lain dengan adanya air tapisan yang besar yaitu terjadinya

keguguran dinding lubang bor. Karena formasi yang dimasuki air tersebut menjadi

rapuh dan lepas dari ikatannya. Akibat berikutnya dengan adanya keguguran

dinding lubang bor adalah terjadinya jepitan baik terhadap pahat maupun

rangkaian pipa bor.

5. Kadar Minyak

Adalah banyaknya minyak yang terkandung dalam lumpur emulsi dimana

air sebagai bahan dasarnya. Lumpur emulsi yang baik adalah lumpur dengan

kadar minyak lebih kurang sebesar 15%. Kadar minyak dalam lumpur emulsi

mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap laju pemboran. Hal ini trutama

karena minyak akan memberikan pelumasan sehingga pahat lebih awet,

mengurangi pembesaran lubang bor dan mengurangi penggesekan pipa bor

dengan formasi serta mengurangi kemungkinan terjadinya jepitan terhadap pahat.

6. Kadar Pasir

Adalah banyaknya pasir yang terdapat didalam lumpur pemboran. Lumpur

selalu mengandung pasir, sedangkan pasir selalu berpengaruh negative dalam

pemboran. Kadar pasir dalam lumpur pemboran mengakibatkan makin besarnya

density lumpur, karena pasir termasuk material pemberat. Kerugian lain pasir

dalam lumpur yaitu mempercepat rusaknya perlengkapan pemboranseperti pompa

dan alat lainnya.

213

4.2.4.3. Komposisi Lumpur Pemboran

Secara umum lumpur pemboran mempunyai empat komponen fasa, yaitu :

1. Komponen Cair

Ini dapat berupa minyak atau air, air dapat pula dibagi menjadi dua, yaitu

air tawar dan air asin, 75% lumpur pemboran menggunakan air , sedang pada air

asin dibagi menjadi air asin jenuh dan tak jenuh. Istilah oil base mud digunakan

bila minyaknya lebih besar dari 95% invert emultion mud mempunyai komposisi

minyak 50% sampai 70% (sebagai fas kontinue) dan air 30% sampai 50%

(sebagai fasa diskontinue).

2. Reaktif Solid

Padatan ini bereaksi dengan sekelilingnya untuk membentuk koloidal.

Dalam hal ini clay air tawar seperti bentonite menghisap air tawar membentuk

lumpur. Istilah yield digunakan untuk menyatakan jumlah barrel lumpur yang

dapat dihasilkan dari satu ton clay agar viscositas lumpur yang terjadi sebesar 15

cp, untuk jenis bentonite yield-nya kira kira 100 bbl/ton. Dalam hal ini bentonite

menghisap air tawar pada permukaan partikel partikelnya, sehingga kenaikkan

volumenya sampai 10 kali lebih, yang disebut swelling atau hidrasi. Untuk salt

water clay (antalpulgite) swelling akan terjadi baik di air tawar atau di air asin dan

karenanya digunakan untuk pemboran dengan salt water mud. Baik bentonite

ataupun antalpugite akan memberikan kenaikan viscositas pada lumpur. Untuk oil

base mud, viscositas dinaikan dengan menaikan kadar air dan penggunaan aspalt.

3. Inert Solid

Dapat berupa barite (BaSo4) yang digunakan untuk menaikan density

lumpur ataupun bijih besi. Inert solid dapat pula berasal dari formasi formasi

yang dibor dan terbawa oleh lumpur seperti ; chertr, pasir dan clay clay non

swelling. Padatan padatan seperti ini bukan disengaja untuk menaikkan density

lumpur tetapi tercampur pada saat melakukan pemboran dan perlu untuk

dipisahkan secepatnya (karena dapat menyebabkan abrasi pada peralatan

pemboran dan kerusakan pompa).

214

4. Additive

Additive merupakan bagian dari sistem yang digunakan untuk mengontrol

sifat sifat lumpur, misalnya dalam dispersion (menyebarkan partikel partikel)

clay. Efeknya terutama tertuju pada konsoloida clay yang bersangkutan. Banyak

sekali zat kimia yang digunakan untuk menurunkan viscositas, mengurangi water

loss, mengontrol fasa koloid (disebut surface active agent). Zat zat kimia yang

men-dispersant (dengan ini disebut thiner karena menurunkan viscositas)

misalnya :

1. Phospate

2. Sodium tannate (kombinasi caustic soda dan tanium)

3. Lignosulfonates (bermacam macam kayu plup)

4. lignites

5. Surfactant

Sedangkan zat zat kimia untuk menurunkan viscositas misalnya CMC

dan Starch. Zat zat kimia yang bereaksi dan mempengaruhi lingkungan sistem

lumpur tersebut, misalnya dengan menetralisir muatan muatan listrik clay, yang

menyebabkan dispersen dan lain lain.

4.2.4.4. Jenis Jenis Lumpur Pemboran

Penentuan jenis lumpur bor dalam suatu pemboran harus disesuaikan

dengan kebutuhan tergantung dari keadaan formasinya. Jenis lumpur yang tidak

sesuai akan menyebabkan problem pemboran. Di bawah ini akan diberikan

beberapa jenis lumpur pemboran berdasarkan fasa fluidanya, yaitu :

1. Fresh Water Mud

Lumpur jenis ini dibagi menjadi :

a. Spud mud

Adalah lumpur yang digunakan untuk membor formasi bagian atas (casing

conductor). Fungsi utamanya mengangkat cutting dan membuka lubang di

permukaan.

215

b. Natural mud

Adalah lumpur yang dibuat dari pecahan pecahan cutting dalam fasa

cair. Lumpur ini umumnya digunakan untuk pemboran cepat seperti pemboran

pada surface casing.

c. Bentonite treated mud

Adalah lumpur yang dibuat dari campuran bentonite, clay dan air. Lumpur

ini banya digunakan dalam pemboran untuk menembus formasi yang bertekanan

tinggi.

2. Salt Water Mud

Jenis lumpur ini dibagi menjadi :

a. Unsaturated salt water mud

Adalah lumpur pemboran yang dibuat dalam fasa cair garam, lumpur ini

sering dibuat dalam fasa air laut.

b. Saturated salt water mud

Adalah lumpur yang dibuat dengan bahan dasar air tawar ditambah dengan

Natrium Chlorida (NaCl).

c. Sodium silicate mud

Adalah lumpur yang fasa cairnya mengandung sekitar 55% volume larutan

natrium silicate dan 55% volume larutan garam jenuh. Lumpur ini digunakan

untuk pemboran pada saat menemui lapisan salt.

3. Oil In Water Emulsion Mud

Adalah lumpur dasar yang ditambah minyak mentah atau minyak solar

kira kira 15%. Lumpur ini banyak digunakan pada waktu sekarang, terutama

pada pemboran berarah (directional drilling). Jenis lumpur ini dapat dibagi

menjadi :

a. Fresh water oil in water emulsion mud

Adalah lumpur yang mengandung NaCl dimana bahan dasarnya adalah

lumpur dasar ditambah dengan minyak sebanyak 5 sampai 2 5% volume. lumpur

ini sering digunakan karena mudah pengontrolannya.

216

b. Salt water oil in water emulsion mud

Adalah lumpur yang mengandung NaCl dimana bahan dasarnya adalah air

yang ditambah garam. lumpur ini mempunyai pH di bawah 9 dan cocok

digunakan untuk membor lapisan garam.

4. Oil Base dan Oil Base Emulsion Mud

Lumpur ini mengandung minyak sebagai fasa continuenya, komposisinya

diatur agar kadar air rendah (3% - 5%) volume, tidak sensitive terhadap

konotaminan, berguna untuk well completion, work over maupun melepaskan

pipa terjepit. Karena filtratnya minyak, lumpur tidak reaktif terhadap shale atau

clay. Kerugian dari lumpur ini adalah pengontrolan dan penjagaan terhadap

bahaya api.

5. Fluida Aerasi

Fluida aerasi yang digunakan pada operasi pemboran termasuk udara, gas

alam, mist, foam atau lumpur aerasi. Fluida ini diterapkan untuk meningkatkan

laju penembusan karena pengurangan tekanan hidrostatik. Problem hilang Lumpur

dapat diminimasi ketika menggunakan fluida aerasi.

4.2.4.5.Perhitungan Dan Desain Lumpur Pemboran

A. Perhitungan Desain Lumpur Pemboran

Yaitu untuk perubahan perubahan volume dan densitas lumpur karena

penambahan zat padat atau cair.

Asumsi asumsi yang digunakan :

- Volume setiap material adalah additive

V = V + V.(4-7)

- Jumlah berat zat adalah additive

M = M + M...(4-8)

Dari persamaan ini didapatkan rumus rumus seperti terlihat di table 4-3.

B. Perhitungan Viscositas Lumpur Pemboran

Viscositas yang ditentukan adalah viscositas efektif, dimana secara praktis

model yang digunakan untuk menggambarkan ada dua metode, yaitu :

217

- Model Bingham

( )YP DpDhv

300PV e += ......(4-9)

PV = 600 - 300 YP = 600x PV Dimana :

e = viscositas efektif, cp PV = viscositas plastic, cp

v = kecepatan rata rata, ft/min

D = diameter lubang, in

Dp = diameter pipa, in

- Model Power Law

( ) ( )( )

+

=n

nDpDhv

vDpDhK

3124.2200 (4-10)

n = 3.32 log 300600

K =

511

600 Dimana :

n = indeks sifat aliran

K = indeks konsistensi

218

Tabel 4-3 Perhitungan Densitas Lumpur Pemboran

(Rabia, H., 1985)

4.2.4.6. Hidrolika Lumpur Pemboran

219

4.2.4.6. Hidrolika Lumpur Pemboran

4.2.4.6.1. Sifat Aliran

1. Laminer

Yaitu suatu aliran dimana gerak aliran partikel partikel fluidanya pada

kecepatan yang agak lambat, teratur dan sejajar dengan arah aliran (dinding pipa).

Pada aliran ini partikel partikel yang ada didekat dinding hampir tidak bergerak,

sementara partikel partikel lain yang ada ditengah bergerak lebih cepat.

2. Turbulen

Yaitu suatu aliran dimana fluida bergerak dengan kecepatan yang lebih

cepat. Partikel partikelnya bergerak pada garis garis yang tidak teratur serta

geseran yang terjadi juga tidak teratur. Untuk menentukan aliran itu laminar atau

turbulen, digunakan Raynold Number

D V 928N Re = .....(4-11)

dimana :

= density fluida, ppg V = kecepatan aliran, fps

D = diameter pipa, in

= viscositas, cp Dari percobaan diketahui bahwa untuk NRe > 3000 adalah turbulen dan

NRe < 2000 adalah laminar, dan untuk harga diantaranya memiliki pola aliran

transisi.

3. Plug Flow

Yaitu aliran yang terjadi khusus untuk fluida plastic, dimana gerak geser

terjadi didekat dinding pipa saja dan di tengahtengah aliran terdapat suatu aliran

tanpa geseran seperti suatu sumbat.

4.2.4.6.2. Jenis Fluida Pemboran

Fluida pemboran dapat dibagi menjadi :

1. Newtonian Fluida

Adalah fluida dimana viscositasnya hanya dipengaruhi oleh tekanan dan

temperatur, misalnya air, gas dan minyak yang encer. Dalam hal ini perbandingan

220

antara shear stress dan shear rate adalah konstan, dinamakan viscositas(). Secara matematis, ini dapat dinyatakan dengan:

drdVr

gcfr = ...(4-12)

dimana :

r = gaya shear per unit luas (shear stress)

dVr/dr = shear rate

gc = convertion konstan

Tanda negative pada rumus di atas menunjukan bahwa dengan bertambahnya jari-

jari, maka kecepatan menurun.

2. Non Newtonian Fluida

Adalah fluida yang perbandingannya antara shear stress dengan shear

ratenya tidak konstan. Jenis fluida ini dibagi lagi menjadi:

a. Bingham plastic

Fluida pemboran dianggap sebagai bingham plastic, dalam hal ini sebelum

terjadi aliran harus ada minimum shear stress yang melebihi suatu harga minimum

yield point. Baru setelah yield point dilampaui, untuk penambahan shear stress

lebih lanjut akan menghasilkan shear rate sebanding dengan plastic viscosity

untuk bingham plastic, jadi:

( ) ( )drdVr

gcpy = ..(4-13)

221

Gambar 4.18. Skema Dari Grafik Aliran Fluida Newtonian Bingham Plastic

(Rubiandini, R., 1993)

dimana :

= shear stress, dyne/cm2 y = yield point, lb/100 ft2 dVr/dr = shear rate, sec-1

gc = convertion constanta, 32ft/sec2

Gambar 4.18. menunjukkan skema dari grafik aliran fluida Newtonian dan

bingham plastic.

b. Power law fluid

Untuk pendekatan power law dilakukan dengan menganggap kurva

hubungan shear stress terhadap shear rate pada kertas kertas log mengikuti garis

lurus yang ditarik pada shear rate 300 rpm dan 600 rpm. Lihat gambar 4.19.

Untuk ini power law dinyatakan sebagai : n

drdVrK

= (4-14)

222

Gambar 4.19.

Kurva Shear Rate dan Shear Stress Pada Kertas Log Log (Rubiandini, R., 1993)

c. Power law fluid dengan yield stress

Untuk fluida jenis ini dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai

berikut: n

drdVrKy

+= .(4-15)

4.2.4.6.3. Perhitungan Tenaga Pompa Lumpur

Unit pompa dikenal ada dua jenis dilihat dari mekanisme pemindahan dan

pendorongan lumpur pemboran, yaitu pompa centrifugal dan pompa torak. Yang

sering dipakai dalam pemboran adalah tipe torak, karena mempunyai beberapa

kelebihan dibandingkan dengan tipe centrifugal, misalnya dapat dilalui fluida

pemboran yang berkadar solid tinggi dan abrasive. Pemeliharaan dan system

kerjanya tidak terlalu rumit dan keuntungan dapat dipakainya lebih dari satu

macam liner sehingga dapat mengatur rate dan tekanan pompa yang diinginkan.

223

Kemampuan pompa dibatasi oleh horse power maksimumnya, sehingga

tekanan dan kecepatan alirnya dapat berubah ubah seperti yang ditunjukkan oleh

persamaan :

1714Q . PHP = .(4-16)

dimana :

HP = horse power yang diterima pompa dari mesin penggerak setelah dikalikan

effisiensi mekanis dan safety, Hp.

P = tekanan pompa, psi.

Q = kecepatan alir, gpm

Bila mempunyai Hp maksimum, tekanan pompa maksimum dapat dihitung bila

kecepatan alir maksimum telah ditentukan dengan persamaan :

Q = 0.00679 S N (2D2 d2) e...(4-17)

dimana :

S = panjang stroke, in

N = Rpm

D = diameter tangkai piston, in

D = diameter liner, in

e = effisiensi volumetric.

4.2.4.6.4. Perhitungan HP Tekanan dan Rate Pompa

Pompa yang dipakai dalam sirkulasi lumpur pemboran biasanya

menggunakan pompa piston sehingga rate maksimum dengan suatu diameter liner

tertentu. Harga sebesar ini tidak pernah tercapai karena faktorfaktor effisiensi

volumetrik, mekanik dan lainlain, sehingga effisiensi totalnya hanya sekitar 70%

saja.

Besarnya HP merupakan pencerminan kekuatan suatu pompa, sehingga

sebagai pegangan awal harga yang dipegang tetap konstan adalah HP ini. Begitu

pula tekanan maksimum dari pompa mengalami penurunan sekitar 65%. Untuk

memenuhi kebutuhan yang diperlukan, penambahan rate tekanan bisa dilakukan

dengan penggantian liner yang terdapat pada piston tersebut, sehingga rate yang

diinginkan dapat tercapai. Tetapi konsekuensinya bila liner diganti dengan yang

224

lebih besar untuk menambah rate maksimum, akan terjadi penurunan tekanan

mmaksimum. Begitu pula sebaliknya, bila tekananmaksimum diperbesar, rate

maksimum akan mengecil.

4.2.4.6.5. Kecepatan Alir Annulus

Cutting dapat digunakan untuk indikasi tekanan abnormal. Perbedaan

tekanan sangat berperan dalam pendeteksian tekanan. Bila terjadi perbedaan

tekanan yang besar, cutting akan tertahan di bawah bit dan akan terus digerus

sampai ukurannya menjadi kecil dan dapat terangkat ke permukaan. Kejadian ini

dikenal sebagai chip hold down effect.

Bila perbedaan tekanan hanya kecil, maka cutting akan terangkat ke

permukaan dari bawah bit sebelum mengalami penggerusan lagi. Hal ini dapat

dilihat pada cutting yang berada di shale shaker. Cutting yang lebih besar

menunjukkan bahwa perbedaan tekanan berkurang. Bila berat fluida pemboran

konstan diasumsikan bahwa tekanan formasi konstan.

Dalam proses rotary drilling lumpur baru masuk lewat dalam pipa dan

keluar ke permukaan lewat annulus sampai mengangkat cutting, seperti terlihat

pada gambar 4.20. Sehingga perhitungan kecepatan minimum yang diperlukan

untuk mengangkat cutting ke permukaan (slip velocity) dilakukan di annulus.

Kecepatan slip adalah kecepatan minimum dimana cutting dapat mulai terangkat

atau dalam praktek merupakan pengurangan antara kecepatan lumpur dengan

kecepatan dari cutting.

Vs = Vf - Vp.....(4-18)

Dimana :

Vs = kecepatan slip, ft/Vp

V1 = kecepatan Lumpur, ft/sec

Vp = kecepatan partikel, ft/sec

Dalam aliran turbulen, distribusi kecepatan fluida hampir sama sehingga

bila kecepatan fluida melebihi slip padatan maka padatan akan terangkat secara

terus menerus kepermukaan (lihat gambar 4.22). Dalam aliran laminar distribusi

kecepatan dipengaruhi oleh properties dari fluida pemboran, sehingga

kecepatanya cenderung tidak merata. Oleh karena itu dalam mengangkat cutting

225

sebagian fluida mengangkatnya dengan kecepatan yang tinggi dan sebagian

lainnya mengangkat dengan kecepatan yang lebih rendah, selanjutnya pada

tengah-tengah aliran perolehan padatan aliran perolehan padatan dapat lebih cepat

karena kecepatan tertinggi berada di tengah-tengah aliran, sedangkan di dinding

pipa beberapa padatan mungkin tidak pernah muncul ke permukaan oleh karena

kecepatannya yang tidak mampu untuk mengangkatnya ke permukaan.

Pentingnya distribusi kecepatan diakui oleh William dan Bruce, sedangkan

mengenai besarnya pengaruh pada kapasitas pengangkatan ditekankan oleh

Walker,1963. Dia berpendapat bahwa distribusi kecepatan sebagai fungsi dari

sifat- sifat fluida pemboran. Umumnya peningkatan pada rasio yield point dengan

viskositas plastik atau penurunan slope n, untuk fluida power law menghasilkan

profile kecepatan yang merata, seperti yang terlihat pada gambar 4.20.

Gambar 4.20. Pola Aliran dan Distribusi Aliran

(Rabia, H., 1985)

Profil kecepatan yang tidak rata dalam gambar 4.20. disebut sebagai aliran

sumbat (plug flow). Dalam plug flow, tidak ada shearing pada lapisan-lapisan

fluida. Selanjutnya karena lebar area meningkat, bagian kecepatan aliran yang

rendah menurun dan aksi pembersihan fluida meningkat. Beberapa persamaan

dapat dikembangkan untuk menentukan profil kecepatan baik dengan

menggunakan asumsi aliran fluida Power- law maupun Bingham Plastik.

226

Sedangkan perkiraan bentuk profil kecepatan di dalam annulus tidak

mungkin dihasilkan karena rotasi drillpipe yang merusak profil aliran, drillstring

yang tidak konsentrik dalam lubang bor dan bentuk dari lubang bor yang tidak

beraturan. Ini cukup diketahui bahwa peningkatan pada yield point atau pada

penurunan factor n akan meratakan profil kecepatan dan memberikan bantuan

dalam pembersihan sumur.

Kapasitas pengangkatan fluida sebenarnya berhubungan langsung dengan

kecepatan slip padatan (cutting) yang melewati fluida pemboran. Kecepatan slip

padatan dapat diperkirakan dengan persamaan berikut :

fD

fpps C

DV

)(4.113

= .......(4-19)

dimana :

v : Kecepatan slip partikel, fpm.

D : Diameter partikel, in.

p : Berat partikel, ppg. f : Berat fluida pemboran, ppg. CD : Koefisien drag, dimensionless.

Diameter partikel atau padatan dapat diperkirakan dari contoh di lapangan,

jika ukuran yang tepat diperlukan, diameter ekuivalen dapat ditentukan dengan

sceen analysis. Densitas partikel/padatan biasanya konstan sebesar 21.0 ppg.

Koefisien drag merupakan frictional drag antara fluida dengan partikel.

Tidak ada metode yang dapat digunakan untuk menentukan frictional drag

secara tepat. Gambar 4.21. menunjukkan kurva koefisien drag versus Reynold

number, partikel untuk padatan limestone dan shale. Persamaan (4-20) digunakan

untuk menghitung koefisien drag setelah kecepatan slip ditentukan lebih dahulu

dengan eksperimen. Reynold number partikel ditentukan dengan persamaan :

psf

p

DvR

47.15= .....(4-20)

227

dimana:

Rp : Reynold number, dimensionless.

Dp : Diameter partikel, in.

vs : kecepatan slip partikel, fpm.

f : Berat fluida pemboran, ppg. Viskositas fluida pemboran, sp.

Air dan glycerin yang dicampur air, digunakan sebagai fluida dasar untuk

penentuan Gambar 4.21. Reynold number partikel di atas 2000, koefisien drag

konstan sebesar 1.50. selanjutnya saat aliran di sekitar partikel adalah aliran

turbulen maka koefisien drag 1.50 dapat digunakan dalam persamaan (4-19) dan

kecepatan slip juga dapat dihitung secara langsung.

Gambar 4.21. Koefisien Drag Sebagai Fungsi Dari Reynold Number Partikel

(Moore. LP.,1974)

Namun pada saat aliran fluida di sekitar partikel adalah aliran laminar,

koefisien drag bervariasi dengan besarnya reynold number partikel. Untuk

Reynold number partikel kurang dari atau sama dengan 1.0, koefisien drag

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

228

P

D RC 40= ..(4-21)

Subtitusi harga koefisien drag dengan persamaan (4-19) menghasilkan

persamaan kecepatan slip sebagai berikut :

)(4980 2 fPP

S

DV

= ......(4-22)

Persamaan (4-22) memiliki keterbatasan penggunaannya, karena dalam

banyak kasus, Reynold number partikel akan lebih besar daari 1.0 pada saat aliran

di sekitar partikel adalah aliran laminar. Gambaran perkiraan garis lurus yang

paling baik adalah antara Reynold number paartikel 10 dan 100, sehingga

persamaan koefisien drag dan kecepatan slip menjadi :

5.022

PD R

C = ...(4-23)

333.0333.0667.0)(175

f

fPPS

DV

= ...(4-24)

Viskositas dalam persamaan (4-24) merupakan apparent viscosity yang

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

( )v

DDKn

nDDv Ph

n

Phs

+

=200

3124.2 .(4-25)

nK 511300= .(4-26)

300

600log32.32log32.3 =

++=YPPVYPPVn .(4-27)

dimana :

: Apparent viscosity, cp. v : Kecepatan aliran fluida pemboran, fpm. K : Indek konsistensi.

n : Indek Power-law.

Dh : Diameter sumur, in.

DP : Diameter luar pipa, in.

229

PV : Viskositas plastik, cp.

YP : Yield point, lb/ 100 sq. ft.

600 : Dial pembacaan viscometer pada 600 rpm. 300 : Dial pembacaan viscometer pada 300 rpm. Laju aliran fluida pemboran minimum (Qmin dalam gpm) dapat diperoleh

dari dua kali kecepatan slip bor (Vmin = 2vs), sehingga laju alir fluida pemboran

minimum di annulus dihitung sebagai berikut :

5.24

)(minmin22

Ph DDvQ = ......(4-28) Dari beberapa keterangan dan persamaan di atas, maka :

1. Bila aliran fluida di sekitar partikel atau padatan merupakan aliran

turbulen atau besarnya reynold number lebih dari 2000, maka kecepatan

slip partikel ditentukan dengan menggunakan persamaan (4-19) dengan

harga CD = 1.50.

2. Bila aliran fluida di sekitar partikel merupakan aliran laminar atau besar

Reynold number kurang dari 1.0, maka kecepatan slip partikel ditentukan

dengan menggunakan persamaan (4-22) dengan harga CD = 40/ Rp.

3. Bila aliran fluida di sekitar partikel merupakan aliran trnsisi atau besarnya

Reynold number antara 10 - 100 maka kecepatan slip partikel ditentukan

dengan menggunakan persamaan (4-24) dengan harga CD = 22/ (RP)0.5.

230

Gambar 4.22. Proses Aliran Lumpur Dalam Pipa Dan Annulus

(Rubiandini, R., 1993)

4.2.4.6.6. Metode Analisa Pengangkatan Cutting

Ada beberapa metode analisa pengangkatan cutting di dalam lubang bor,

di antaranya adalah :

1. Rasio transport cutting.

2. Konsentrasi cutting.

3. Indeks pengendapan cutting (Particle Bed Index)

Metodemetode tersebut menentukan keberhasilan pengangkatan cutting

di dalam annulus menuju permukaan. Oleh karena itu untuk memberikan hasil

yang baik, analisa pengangkatan cutting tersebut harus optimal.

4.2.4.6.6.1. Rasio Transport Cutting

Dari adanya slip velocity cutting, maka cutting memiliki kecepatan yang

lebih lambat dari kecepatan lumpur di annulus dapat dihitung dengan persamaan:

SfP VVV = .....(4-29)

231

Dengan mengetahui besarnya kecepatan aliran cutting di annulus, kita

dapat menghitung rasio transport dengan menggunakan persamaan :

f

Pt V

VF = ....(4-30)

Bila disubtitusikan dengan persamaan sebelumnya, maka persamaan

menjadi :

f

Sft V

VVF

= (4-31)

dimana :

VP : Kecepatan aliran cutting / serbuk bor, fps.

Vf : Kecepatan aliran fluida pemboran, fps.

VS : Kecepatan slip cutting / serbuk bor,fps.

Ft : Transport ratio cutting / serbuk bor, (percent).

Untuk rasio transport positif, maka cutting akan terangkat ke permukaan,

sedangkan untuk slip velocity sama dengan nol, maka transport bernilai satu yang

berarti cutting/serbuk bor memiliki kecepatan yang sama dengan kecepatan

lumpur. Jika kecepatan slip meningkat maka transport ratio menurun.

Rasio transport merupakan parameter yang paling baik untuk

menggambarkan kapasitas pengangkatan cutting oleh fluida pemboran. Untuk

meningkatkan transport ratio dapat dilakukan dengan mengurangi slip velocity

cutting dengan meningkatkan kecepatan lumpur di annulus, sehingga

kecenderungan pola atau tipe aliran menjadi turbulen.

Rasio transport tidak menggambarkan kondisi pembersihan lubang (hole

cleaning), namun dengan meningkatkan transport ratio akan menurunkan

konsentrasi cutting/serbuk bor di annulus. Sedangkan konsentrasi cutting itu

sendiri dipengaruhi oleh penetration rate. Transport ratio sebesar 100 % tidak

akan menghasilkan konsentrasi cutting 0 % di annulus selama masih berlangsung

penetration rate. Batas minimal untuk transport ratio adalah 90 %.

232

4.2.4.6.6.2. Konsentrasi cutting

Dengan harga transport ratio, maka dapat dihitung konsentrasi cutting di

annulus. Menurut pengalaman di lapangan konsentrasi cutting di annulus di atas

5% akan menimbulkan permasalahan seperti torsi yang tinggi, penurunan

penetration rate dan terjepitnya rangkaian pipa pemboran. Konsentrasi cutting di

annulus dapat diperkirakan dengan persamaan sebagai berikut :

%1007.14

)( 2 =QFDROPC

ta ...(4-32)

dimana :

Ca : Konsentrasi cutting, (persen).

ROP : Penetration rate, fph.

D : Diameter bit, in.

Ft : Transport ratio, (persen).

Q : Laju alir lumpur, gpm.

Apabila harga konsentrasi cutting di atas 5 %, maka cara yang dapat

dilakukan untuk menurunkannya adalah dengan meningkatkan laju alir lumpur

atau meningkatkan transport rationya.

4.2.4.6.6.3. Indeks Pengendapan Cutting

Dalam operasi pemboran sumur berarah, analisa pengangkatan cutting

harus mempertimbangkan adanya inkllinasi lintasan lubang terhadap arah

gravitasi bumi yang menyebabkan timbulnya vector kecepatan cutting ke arah

dinding lubang bor, sehingga cutting akan mengendap membentuk endapan.

Menurut Ziedler (1988), hal ini dikarenakan pada sumur berarah dengan

pola aliran lumpur laminar, adanya penyimpangan lintasan sudut lubang bor

terhadap gravitasi bumi penyebab slip velocity, menyebabkan terjadinya arah

kecepatan serbuk bor yang merupakan penguraian dari vektor slip velocity cutting

(Vsa) yang searah dengan lintasan sumur Vsr yang tegak lurus terhadap lintasan

lubang bor, sehingga didapat persamaan :

Vsa = Vs cos .(4-33) Vsr = Vs sin ..(4-34)

233

dimana :

Vsa : Slip velocity searah lintasan sumur, fps.

Vsr : Slip velocity radial, fps.

Vs : Slip velocity searah grafitasi bumi, fps.

: Sudut inklinasi lintasan sumur. Dengan adanya Vsr maka cutting akan mengendap dalam waktu Ts, yang

dapat ditentukan dengan persamaan :

sr

PhS V

DDT )(12/1 = ......(4-35)

dimana :

T : Waktu yang dibutuhkan cutting untuk mengendap, detik.

Dh : Diameter lubang BOR, IN.

DP : Diameter pipa, in.

Gambar 4.23.

Settling Velocity Partikel (PE, Drilling Eng., 1986)

Seberapa jauh jarak yang ditempuh sebelum cutting mengendap dapat

ditentukan dengan persamaan :

LC = (VS - VSa) TS...(4-36)

234

dimana :

LC : Jarak yang ditempuh cutting, ft.

VS : Kecepatan lumpur di annulus, fps.

Vsa : Slip velocity searah lintasan sumur, fps.

TS : Waktu yang dibutuhkan cutting untuk mengendap, detik.

Sedangkan untuk menentukan waktu yang diperlukan cutting mencapai

permukaan adalah :

)(

''

sas

CS VV

LT = .(4-37)

dimana :

Lc : Jarak yang ditempuh cutting untuk sampai ke permukaan, ft.

TS : waktu yang dibutuhkan untuk melewati lintasan, detik.

Dengan kata lain apabila LC lebih pendek dari kedalaman lintasan sumur

pada inklinasi tersebut maka cutting telah mengendap sebelum sampai

kepermukaan.

Ziedler (1988), merumuskan perbandingan waktu antara pengendapan dan

waktu tempuh sampai permukaan tersebut sebagai indeks pengendapan serbuk bor

(Particle Bed Index), dengan persamaan sebagai berikut :

Aliran Laminer :

src

sasPh

VLVVDDPBI )()(12/1 = .......(4-38a)

Aliran Turbulen :

s

a

VV

PBI = 17 ....................................................................................(4-38b)

dimana :

PBI : Particle Bed Index (indeks pengendapan cutting ( serbuk bor)

Vsr : Slip velocity radial, fps.

Va : kecepatan aliran fluida pemboran, fps.

Setelah harga PBI ditentukan, maka dipakai acuan sebagai berikut :

PBI > 1, tidak terjadi pengendapan cutting (serbuk bor). PBI = 1, Cutting ( serbuk bor) dalam kondisi hampir mengendap.

235

PBI < 1, Cutting atau serbuk bor mengalami pengendapan. Cutting atau serbuk bor yang mengendap inilah yang menyebabkan

terjadinya torsi yang tinggi. Untuk mengurangi endapan cutting atau serbuk bor,

salah satunya adalah dengan cara mengubah pola aliran fluida pemboran menjadi

turbulen dengan maksud untuk mengacaukan arah daripada Vsr.

Selama pola aliran sumur masih laminar, endapan pada dinding bagian

bawah akan terus bertambah tebal. Endapan ini akan menyebabkan luas annulus

menyempit, sehingga kecepatan lumpur akan semakin tinggi hingga suatu saat

kecepatan tersebut akan melampaui kecepatan kritisnya dan menghasilkan pola

aliran turbulen.

Pada kondisi tersebut arah Vsr akan dikacaukan dan gaya gesek lumpur

terhadap permukaan endapan cukup kuat untuk melontarkan serbuk bor yang

berada pada permukaan endapan, selanjutnya endapan berada dalam suatu

kesetimbangan dan tidak akan bertambah tebal lagi.

4.2.4.6.7. Kehilangan Tekanan Pada Sistem Sirkulasi

Dalam setiap aliran suatu fluida maka kehilangan tekanan akan selalu

terjadi, walaupun sangat halus pipa yang dipakai. Begitu pula pada proses

sirkulasi lumpur pemboran pada seluruh system aliran, seperti yang terlihat pada

gambar 4.22. Untuk menentukannya dapat digunakan Reynold Number.

Untuk menentukan secara pasti jenis aliran tersebut digunakan kecepatan

kritik, yaitu kecepatan dimana di bawahnya merupakan aliran laminar dan di

atasnya merupakan aliran turbulen. Dengan membandingkan kecepatan ratarata

aliran fluida pemboran, dimana bila :

V > Vc adalah turbulen.

V < Vc adalah laminar

dimana :

V = kecepatan rata rata.

Vc = kecepatan kritik

236

Kecepatan rata rata umumnya dihitung dengan persamaan :

Untuk aliran di annulus

)(

)/(6.1722 DiDo

menitbblQV = ......(4-39)

Untuk aliran didalam pipa diambil Di : D dan D : Do

2D 2.448(gpm) qV = ...(4-40)

dimana :

V = kecepatan rata rata, fbs

Q = rate pompa, gpm

D = diameter dalam pipa, in

Di = diameter luar, in

Do = diameter lubang bor, in

Sedangkan kecepatan kritik dihitung dengan persamaan :

D y D 12.34 1.078p 1.078Vc

22 ++= ......(4-41)

Kecepatan kritik dalam aliran annulus

Di)(DoyDi)(Do 9.259 1.078p 1.078Vc

22

++= ..(4-42)

dimana :

Vc = kecepatan kritik, fps.

p = plastic viscosity, cp D = diameter dalam pipa, in

y = yield strength, lb/100 ft2 = densitas Lumpur, in Do = diameter lubang bor, in

Di = diameter luar pipa, in

Dalam perhitungan umumnya pressure loss dihitung untuk :

a. Friksi pada surface connection

Kehilangan tekanan pada surface connection yaitu pada flow line, stand

pipe, swivel dan Kelly dihitung berdasarkan equivalensi. Kombinasi alat alat ini

237

dibagi menjadi empat kelas, dan masing masing diberi equivalensi terhadap

panjang drill pipe.

b. Friksi pada drill pipe dan drill collar

Untuk menghitungnya digunakan persamaan sebagai berikut :

Untuk aliran Laminar :

D225Ly

D 1500V L fP 2 += ......(4-43)

Untuk aliran turbulen :

D 25.80 V L fP

2

= ....(4-44) dimana :

P = panjang loss, psi

L = panjang pipa, fps

V = kecepatan rata rata pada pipa, fps

y = yield point, lb/100 ft2 D = diameter dalam pipa, in

= densitas lumpur, ppg f = Fanning friction chart

c. Pressure loss pada bit

Untuik suatu aliran ideal (friction loss) dari suatu fluida incompressible

melalui suatu nozzle atau orifice, didapat dari suatu persamaan Bernoulli:

( ) 222211 PVVgc 2P =+ ..(4-45) dimana :

P1 = tekanan pada pipa, psi

= density lumpur, ppg gc = conversion constanta, 32.2 ft/sec2

V1 = kecepatan pada pipa, fps

V2 = kecepatan pada bit, fps

P2 = tekanan pada bit, psi

d. Pressure loss pada annulus drill collar dan annulus drill pipe

238

Untuk aliran laminar

Di)(Do 200Ly

Di)(Do 1000V L pP 2 += ....(4-46)

Untuk aliran turbulen :

2

2

Di)(Do 25.80V L fP = ......(4-47)

dimana :

P = pressure loss pada annulus, psi

L = panjang pipa, ft

V = kecepatan rata rata di annulus, fps

= density lumpur, ppg Do = diameter lubang bor, in

Di = diameter luar pipa, in

p = plastic viscosity, cp y = yield point, lb/100 ft2 f = fanning friction chart.

4.2.5. Perencanaan Casing

Setelah lubang dibuat hingga kedalaman tertentu, casing diturunkan ke

dalam lubang bor dan kemudian disemen. Casing adalah suatu pipa baja yang

diturunkan sepotong demi sepotong ke dalam lubang. Antara sepotong casing satu

dengan yang lainnya disambung dengan sistem ulir. Secara umum casing

berfungsi untuk menghindari kesulitankesulitan yang timbul pada pemboran

selanjutnya. Penamaan dari casing berdasarkan fungsi dari casing tersebut.

4.2.5.1. Fungsi Casing

Beberapa fungsi utama dari casing antara lain adalah sebagai berikut :

- Mencegah keguguran dinding sumur.

- Mencegah kontaminasi air tanah oleh lumpur pemboran.

- Menutup zone bertekanan abnormal dengan zone lost.

- Membuat diameter sumur tetap.

239

- Mencegah hubungan langsung antar formasi.

- Tempat dudukan BOP, peralatan produksi

4.2.5.2. Sifat Sifat Casing

Seperti halnya drill pipe maupun drill collar, casing juga mempunyai

spesifikasi yang menyatakan ciri dari suatu casing, adapun spesifikasi tersebut

meliputi grade, panjang, diameter, berat nominal dan tipe sambungan.

a. Grade

Casing dibagi menjadi beberapa grade sesuai dengan grade baja pada

casing. Tiap grade memiliki komposisi yang berbeda beda, sehingga strength

yang dimilikinya juga berbeda beda.

Sifat sifat fisik casing seperti minimum yield strength dan ketahanan

casing terhadap korosi yang disebabkan oleh gas gas korosif ditentukan oleh

komposisi bahan casing.

Pembagian grade casing yang diberikan oleh API adalah F-25, H-40, J-55,

N-80, P-110. Sedangkan pada grade casing di luar grade yang diakui API adalah

K-55, C-55, dan V-150. Semakin tinggi grade casing, yield strength tersebut

ditentukan oleh komposisi bahan casing. Dengan demikian semakin tinggi grade

casing semakin besar pula kemampuan untuk menahan gaya gaya yang bekerja

pada casing (burst dan collaps pressure).

Pada umumnya semakin rendah grade casing semakin tahan casing

terhadap kerapuhan hydrogen sulfide (H2S). Hal ini perlu dipertimbangkan

terutama dalam merencanakan casing untuk sumursumur gas. Dalam

merencanakan casing yang akan dipasang pada sumursumur gas sebaiknya

dipakai grade H-40, J-55, atau K-55 apabila gas H2S diperkirakan dapat

menimbulkan kerapuhan pada casing.

b. Range panjang casing

Panjang dari casing diukur mulai dari ujung coupling hingga ujung thread,

merupakan panjang casing bersama coupling. Range panjang casing dapat dilihat

pada table 4-4.

240

Tabel 4 4 Range Length Of API Casing

(Rubiandini, R., 1993) Range Length Range

(ft)

Minimum Length

(ft)

Maximum Length

Variation (ft)

1

2

3

16-25

25-34

34 or more

18

28

36

6

5

6

Dari uraian di atas, suatu casing dapat ditulis sebagai berikut : casing 7

OD, 23 lb/ft,, N-80 LT & C,R-1, yang artinya casing mempunyai diameter luar 7,

berat nominal 23 lb/ft, grade N-80 dengan tipe sambungan adalah long thread and

coupling dan length range I.

c. Diameter casing

Casing mempunyai tiga macam diameter, yaitu:

- diameter luar (OD)

- diameter dalam (ID)

- diameter drift (DD)

Drift diameter adalah drift maksimal suatu benda yang dapat dimasukkan

ke dalam casing. Drift diameter lebih kecil daripada diameter dalam. Diameter ini

berguna untuk menentukan diameter bit untuk melanjutkan pemboran setelah

rangkaian casing terpasang. Diameter casing diukur pada body casing bukan pada

sambungan atau coupling.

d. Berat nominal casing

Berat nominal suatu casing menyatakan berat casing beserta couplingnya

per satuan panjang. Pada umumnya berat nominal dinyatakan dalam satuan lb/ft.

API mengeluarkan standart yang dapat digunakan untuk merencanakan

pemasangan casing, dimana standart yang dikeluarkan tersebut dari dua macam

ukuran yaitu dalam ukuran satuan British dan satuan matric.

e. Tipe sambungan casing

Antara satu casing dengan lainnya disambung dengan menggunakan ulir

(thread). Ada tiga macam sambungan dari casing, yaitu :

241

a. Round thread and coupling

Round thread and coupling mempunyai bentuk ulir seperti huruf v dan

mempunyai 8 sampai 10 ulir setiap inch. Tipe sambungan ini ada dua macam,

yaitu long thread and coupling dan short thread and coupling. Long thread and

coupling memnpunyai tension strength 30% lebih kuat dari short thread and

coupling.

b. Butters thread and coupling

Sambungan ini mempunyai bentuk ulir seperti trapezium dan mempunyai

lima ulir setiap inch. Butters thread and couplings digunakan untuk tension load

yangbesar, ata