PROCEEDING SIMPOSIUM NASIONAL IATMI 2001Yogyakarta, 3-5 Oktober 2001

IATMI 2001-16

FAKTOR KOREKSI TERHADAP PERHITUNGAN d’EKSPONENAKIBAT ADANYA PERUBAHAN TIPE BIT DAN UKURAN BIT

Rudi Rubiandini R.S., Tumpal Ebenhaezar S., Dedi SetiadiTeknik Perminyakan, ITB

rrr@bdg.centrin.net.id

Kata kunci : tekanan formasi, d’Eksponen, parameter pemboran, PDC Bit, three cone bit.

ABSTRAK

Di lapangan terdapat beberapa metoda yang biasa digunakan untuk mendeteksi tekanan formasi. Salah satu metode yangpaling sering digunakan ialah metode d’eksponen (Jordan dan Shirley,1987)4). Metode ini menghitung suatu konstanta yang disebutd’eksponen berdasarkan parameter-parameter pemboran seperti ROP, WOB, diameter bit, RPM, dan berat lumpur. D’eksponen inidapat memperkirakan tekanan formasi secara kualitatif. Plot d’eksponen terhadap kedalaman akan membentuk suatu trend bagiformasi bertekanan normal. Kemiringan dari trend ini bernilai positif sebab d’eksponen akan membesar bila kekerasan batuanmembesar. Bila terjadi penyimpangan pada plot d’eksponen terhadap kedalaman, misalnya d’eksponen menyimpang ke kiri atau kekanan dari trend normal yang ada, maka dapat dipastikan bahwa gradien tekanan formasi telah berubah. Kemudian, tekanan formasiyang baru harus segera dihitung dan berat lumpur yang digunakan harus disesuaikan.

Pada kenyataannya d’eksponen tidak hanya bergantung pada variabel-variabel yang telah disebutkan di atas. Bila tipe bitdiganti, misalnya dari three cone bit ke PDC bit, maka harga d’eksponen akan turun dengan drastis. Pada kondisi normal, penurunanharga d’eksponen menunjukkan adanya kenaikan gradien tekanan formasi. Jadi, bila PDC bit digunakan maka perhitungan d’eksponenmemerlukan koreksi sehingga perhitungan tekanan formasi memberikan hasil yang tepat.

Harga d’eksponen juga dipengaruhi oleh perubahan dari diameter bit, walaupun variabel ini telah diperhitungkan dalamperhitungan d’eksponen.

Sayangnya nilai koreksi untuk perubahan tipe atau ukuran bit sangat tergantung pada tipe formasi atau batuan yang sedangdibor.Akibatnya, untuk mencari faktor koreksi untuk beberapa lapangan akan menghabiskan waktu dan energi yang tidak sedikit,karena kita akan berhadapan dengan ribuan baris data pemboran. Untuk itu, penggunaan software yang tepat akan sangat membantu.

1. PENDAHULUAN

Memperkirakan tekanan formasi dengan tepat merupakan halyang sangat penting untuk melanjutkan pemboran ke lapisanyang lebih dalam. Tekanan formasi yang tinggi atau lebihtinggi dari tekanan hidrostatik lumpur pemboran dapatmenyebabkan masuknya fluida formasi ke lubang bor. Jikafluida formasi tersebut merupakan gas yang mudah terbakaratau gas beracun maka dapat terjadi sembur liar (blow out)atau dapat membahayakan keselamatan para pekerja dipermukaan. Jika tekanan formasi yang tinggi tersebut dapatdideteksi lebih dini maka hal-hal tersebut di atas dapatdihindari.

Untuk mendeteksi adanya tekanan formasi yang tinggidengan metoda d’Eksponen ini ada beberapa parameterpemboran yang dievaluasi, antara lain : laju penembusan,berat pada pahat, kecepatan putar, serta diameter pahat.Bahkan dari hubungan parameter-parameter tersebut, dapatdiperkirakan besarnya tekanan formasi pada kedalamantersebut.

2. TEORI DASAR METODE d’EKSPONEN

Jordan dan Shirley4) telah membuat suatu hubunganmatematis antara laju penembusan R, kecepatan putar rotarytable N, berat pahat W, dan diameter pahat D untukdigunakan dalam memperkirakan tekanan pori formasi.Persamaan tersebut ialah :4)

…………………………………….. (1)

Pengembangan persamaan di atas dalam bentuk logaritmikmemberikan hubungan :

…………………………………………..(2)

Dalam satuan lapangan, persamaan di atas menjadi :4)

………………………………………..(3)

d dalam persamaan di atas dikenal sebagai d’eksponen yangtidak berdimensi. Baik harga suku R/60kNe dan suku12W/106D pada persamaan di atas selalu lebih kecil dari satu,sehingga harga logaritma dari masing-masing adalah negatif.Kemudian Jordan dan Shirley menyederhanakan pesamaan diatas dengan mengasumsikan k sama dengan 1 dan e juga samadengan 1.

Dalam formasi yang terkompaksi normal, bertambahnyakedalaman menyebabkan laju penembusan berkurang karenabatuan semakin kompak akibat bertambahnya tekananoverburden. Dengan demikian harga d’eksponen bertambah.Pertambahan d’eksponen ini mengikuti suatu kecenderunganyang disebut trend d’eksponen normal.

d

DWeNkR

×=

=

DW

ekN

R

dlog

log

=

D

W

ekN

R

d

610

12log

60log

Faktor Koreksi terhadap Perhitungan d’eksponen Akibat Adanya Perubahan Tipe Bit Dan Ukuran Bit Rudi Rubiandini/Tumpal Ebenhaezar/Dedi Setiadi

IATMI 2001-16

Tetapi jika suatu saat pemboran menembus formasibertekanan abnormal maka laju penembusan akan naikdengan tiba-tiba, meninggalkan trend laju penembusan padakedalaman sebelumnya. Perbedaan tekanan antara lubangsumur dengan formasi yang kecil, bahkan negatif akanmengakibatkan batuan yang sedang dibor semakin mudahterlepas, sehingga laju penembusan bertambah. Disampingitu, pada zona bertekanan tinggi batuannya memiliki porositasyang lebih tinggi, butiran batuan kurang rapat satu samalainnya, sehingga batuannya lebih mudah dibor. Jika dikaitkandengan persamaan d’eksponen, maka naiknya harga lajupenembusan R akan mengakibatkan turunnya hargad’eksponen.

Jika dibuat hubungan antara d’eksponen terhadap kedalaman,maka perubahan harga d’eksponen yang mengindikasikanzona bertekanan abnormal ini akan menunjukkan terjadinyapenyimpangan ke kiri dari trend d’eksponen normal(d’eksponen mengecil). Sebaliknya, bila diperoleh datad’eksponen yang menunjukkan penyimpangan ke kanan(membesar) maka hal ini mengindikasikan adanya zonabertekanan lebih rendah dari tekanan normal (subnormal) danberpotensi pada terjadinya lost circulation.

Persamaan dasar d’eksponen di atas tidak mempertimbangkanadanya pengaruh berat lumpur terhadap laju penembusan.Untuk itu, d’eksponen perlu dikoreksi sesuai dengan beratlumpur yang digunakan. D’eksponen yang telah dikoreksisebagai fungsi dari berat lumpur ialah :1)

……………………………………………...(4)

Untuk memperkirakan besarnya tekanan formasi, baik padakedalaman dengan tekanan normal maupun abnormal, terlebihdulu ditentukan garis d’eksponen terkoreksi normal. Garis inidibuat berdasarkan regresi linear pada titik-titik padakedalaman awal yang mengikuti kecenderungan/trend.Kemudian dari garis ini ditentukan persamaan hubunganantara d’eksponen terkoreksi normal terhadap kedalaman.Dengan persamaan ini dapat ditentukan d’eksponen terkoreksinormal pada setiap kedalaman.Maka EMW (mewakili tekanan pori formasi dalam satuanppg) pada setiap kedalaman dapat ditentukan :1)

………………………………………(5)

Selama penggunaan metoda d’Eksponen ini telah banyakditemui bahwa pada pemboran yang menggunakanPolycristaline Diamond Compact Bit (PDC) ditemuipenyimpangan atau pergeseran dari d’eksponen ke arah kiri.Hal ini dapat dijelaskan karena pada pemboran denganmenggunakan PDC bit ini laju penembusan yang terjadi bisamencapai 6 hingga 30 kali pemboran yang menggunakanthree cone bit. Dengan bertambahnya ROP maka sesuaidengan persamaan (3) harga d’eksponen akan berkurang. Iniakan mengakibatkan harga d’eksponen terkoreksi akanmeninggalkan trend yang ada sebelumnya, meskipunsebenarnya pada kedalaman tersebut tidak terdapat perubahantekanan formasi. Namun penyimpangan akibat penggunaanPDC bit ini juga akan terjadi pada formasi bertekananabnormal, yang menyebabkan penyimpangan menjadi lebihbesar lagi, sehingga interpretasi dari d’eksponen akan sedikitmengalami kesulitan. Hal ini akan dibahas setelah bagian ini.

3. PENGOLAHAN DATA PARAMETER PEMBORAN DENGAN METODA d’EKSPONEN

Seperti telah dijelaskan di atas, d’eksponen merupakan suatuparameter yang diturunkan dari persamaan laju penembusanpemboran, di mana trend nilai d’eksponen terhadapkedalaman dapat mencerminkan perubahan tekanan formasibatuan.

D’eksponen dihitung dengan menggunakan persamaan (3).Dengan memplot d’eksponen terkoreksi terhadap kedalaman(Gambar-1), dan menarik garis trend tekanan normal, makadapat ditentukan tekanan formasi dalam satuan EMW, sepertitelihat pada Gambar-2.

Dari Gambar-1 dapat dilihat pada kedalaman 2100 m nilaid’eksponen mulai menyimpang ke arah kiri, yangmenandakan adanya formasi bertekanan abnormal. Hal inijuga dapat dilihat pada plot EMW, yaitu pada kedalaman2111 m EMW mulai bertambah. Namun kemudian terlihatbahwa tekanan ekuivalen formasi terus naik hingga mencapaipuncaknya pada kedalaman 2350 m, yaitu sekitar 35 ppg. Halini tidak realistis, sebab seharusnya tekanan abnormal formasitidak mencapai harga ini. Biasanya tekanan abnormal hanyaberkisar antara 11 hingga 17 ppg. Selain itu dapat dilihat jugabahwa lumpur yang digunakan saat pemboran tidak pernahmencapai nilai EMW dari d’eksponen tadi. Berat lumpurmaksimum hanya mencapai 15.2 ppg pada kedalaman2500 m.

Kejadian yang menarik di sini ialah pada interval kedalamanzona abnormal (kurang lebih 2200 hingga 2700 meter)pemboran menggunakan bit jenis PDC, berbeda dengan zonadi atasnya, yaitu bit jenis three cone bit. Seperti kita ketahui,pemboran dengan menggunakan PDC bit akan mempunyailaju penetrasi yang sangat tinggi, bisa mencapai 6 hingga 30kali pemboran dengan three cone bit untuk kondisi yangsama.2) Dengan demikian, perkiraan tekanan formasi denganmenggunakan d’eksponen koreksi ini akan mengalamikesalahan karena perbedaan sifat-sifat dari bit yangdigunakan. Laju penetrasi yang tinggi akibat penggunaanPDC Bit ini akan mengakibatkan nilai d’eksponen koreksibergeser lebih ke kiri (semakin kecil) (Gambar-1) walaupunseandainya tidak terdapat perubahan tekanan formasi, sesuaipersamaan (3). Pergeseran akibat penggunaan PDC bit inidapat dilihat dengan jelas pada plot EMW terhadapkedalaman (Gambar-2), yaitu pada kedalaman 2215 mterdapat pergeseran/peningkatan EMW secara drastis, darisekitar 15 ppg menjadi sekitar 25 ppg.

Dengan demikian dapat ditarik kesimpulan bahwa padaoperasi pemboran yang menggunakan dua jenis bit, yaituthree cone bit dan PDC bit, perhitungan d’eksponen padainterval kedalaman yang menggunakan PDC Bit harusdikoreksi, yaitu koreksi terhadap harga d’eksponen terkoreksi.Untuk melakukan ini penulis menggunakan data dari duabuah sumur pada reservoar yang sama, di mana pada zonaabnormal masing-masing sumur menggunakan bit PDC.Penulis berusaha menyelaraskan perkiraan tekanan poriformasi (EMW) dengan berat lumpur yang dipakai pada saatitu dan juga dengan membandingkannya dengan hasilperkiraan tekanan pori batuan di lapangan, sehingga dapatditentukan suatu koreksi terhadap harga d’eksponenterkoreksi.

dMW

fnGcd .=

Gfndcdcn

EMW ×=

Faktor Koreksi terhadap Perhitungan d’eksponen Akibat Adanya Perubahan Tipe Bit Dan Ukuran Bit Rudi Rubiandini/Tumpal Ebenhaezar/Dedi Setiadi

IATMI 2001-16

Hal lain yang patut dicermati ialah pada interval kedalaman dibawah zona tekanan abnormal (di bawah 2760 m), terdapatjuga kesalahan perhitungan EMW formasi, di mana EMWformasi pada zona ini lebih besar dari berat lumpur yangdigunakan pada kedalaman tersebut (Gambar-2), suatu halyang tidak mungkin, karena pemboran pada sumur ini bukanmerupakan pemboran under balanced. Kesimpulan yang dapatditarik di sini ialah akibat perubahan ukuran bit (pada intervalini ukuran bit ialah 8.5”, sedangkan ukuran bit pada intervaldi atas formasi bertekanan normal ialah 17.5”). Jadi padainterval kedalaman di bawah formasi tekanan abnormal tadijuga perlu dilakukan koreksi terhadap d’eksponen terkoreksiakibat perubahan ukuran bit.

Setelah melakukan beberapa set perhitungan trial and errormaka penulis memperoleh dua konstanta koreksi, yaitumasing-masing konstanta koreksi terhadap penggunaan bitPDC dan koreksi terhadap perubahan ukuran bit (dari 17.5”menjadi 12.5”). Ternyata konstanta koreksi terhadap bit PDCialah sebesar 0.225. Artinya, pada interval kedalaman yangmenggunakan bit PDC, nilai d’eksponen terkoreksi perluditambahkan dengan 0.225. Angka ini ternyata berlaku jugauntuk sumur kedua, walaupun keduanya menggunakan bitPDC dengan seri yang berbeda.Sehingga persamaaan Dcorr yang telah dikoreksi terhadappenggunaan PDC menjadi: ……………………………. (6)

Hal yang sama juga dilakukan terhadap d’eksponen normalpada kedalaman di bawah zona bertekanan abnormal (seksi8.5”), yaitu dengan menambahkan faktor koreksi sebesar 0.35pada d’eksponen terkoreksi, akibat perubahan ukuran bit dari17.5” menjadi 8.5”. Selain itu, pada kedalaman bit PDC jugaperlu ditambahkan faktor koreksi (sebesar 0.2) karena padakedalaman ini juga terjadi perubahan ukuran bit (17.5”menjadi 12.5”). Angka koreksi ini ternyata juga berlaku untuksumur kedua. Untuk penggunaan yang lebih umum, penulismencoba membuat persamaan yang dapat mendekatihubungan antara besarnya faktor koreksi terhadap perubahandiameter bit, dengan asumsi hubungan antara faktor koreksidan perubahan diameter bit ialah linier.

……………………………………..(7)

Sehingga persamaan Dcorr pada kedalaman yang mengalamiperubahan ukuran bit menjadi:

………………….……(8)

Bila terdapat suatu interval kedalaman yang mengalamiperubahan ukuran bit dan juga menggunakan PDC makakedua koreksi di atas harus dilakukan. Plot d’eksponenkoreksi yang telah dikoreksi terhadap perubahan tipe danukuran bit dapat dilihat pada Gambar-3.

Hasil perhitungan-perhitungan di atas dapat dilihat padaGambar-4 dan 4a. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwakoreksi yang telah dilakukan terhadap d’eksponen normalpada interval kedalaman pemboran yang menggunakan PDCBit dan kedalaman bit dengan ukuran 8.5” memberikan hargaEMW formasi yang sesuai dengan berat lumpur yangdigunakan pada saat pemboran..

Perhitungan d’eksponen menggunakan software denganprogram Delphi 5 yang dapat mempermudah danmempercepat penentuan tekanan formasi selama operasipemboran berlangsung. Software tersebut dapat menentukanharga d’eksponen dan d’eksponen terkoreksi terhadapkedalaman kemudian dengan menarik garis trend tekanannormal akan dapat ditentukan tekanan formasi dalam satuanEMW. Faktor koreksi terhadap perhitungan d’eksponen akibatadanya perubahan tipe dan ukuran bit dapat diperkirakandengan menggunakan software ini (Gambar-5 dan 5a).

4. KESIMPULAN

Dari pembahasan di atas dapat ditarik kesimpulan :1. Perhitungan d’eksponen dengan menggunakan PDC bit

memerlukan koreksi pada harga d’eksponenterkoreksinya, sebesar 0.225.

2. Perhitungan d’eksponen pada kedalaman yangmenggunakan ukuran bit yang berbeda memerlukankoreksi, sebesar 0.35 untuk perubahan dari 17.5” ke 8.5”dan 0.2 untuk perubahan dari 17.5” ke 12.5”, sehinggapersamaannya ialah : .

3. Untuk interval kedalaman yang menggunakan PDC danmengalami perubahan ukuran pahat maka perlu dilakukankoreksi dengan kedua koreksi di atas.

4. Penggunaan software akan sangat membantu perhitungand’eksponen untuk mendeteksi tekanan formasi secaratepat selama operasi pemboran berlangsung.

DAFTAR SIMBOL

D = diameter bit, ind = eksponen berat pada pahat dan diameter pahat

terhadap laju penembusand1 = diameter bit awal , inci.d2 = diameter bit yang baru, inci.dc = d’eksponen terkoreksi pada kedalaman yang dievaluasidcn = d’eksponen terkoreksi normale = eksponen kecepatan putar meja putar terhadap

laju penembusan.EMW = ekivalen mud weight, ppg. faktor koreksi yang perlu ditambahkan pada d’eksponen normal setelah diameter bit diganti.Gfn = gradien tekanan normal (biasanya dipakai 9 ppg)k = kemudahan formasi untuk dibor (drillability)MW = berat lumpur yang digunakan, ppgN = kecepatan putar rotary table, rpmR = laju penembusan, ft/hrW = weight on bit, lbs

DAFTAR PUSTAKA

1. Bourgoyne, Adam T. (1986) Applied DrillingEngineering. SPE Text Book Series, Vol. 2.

2. Ebenhaezar, Tumpal. (2001) Hubungan NROP, SpesificEnergy (SE) dan D’eksponen dalam pengambilankeputusan selama pemboran. Tugas Akhir, JurusanTeknik Perminyakan ITB.

3. Putra, Erwinsyah. (1992) Spesifikasi Energy (SE) SebagaiParameter Optimasi Bit Dibandingkan Dengan Cost PerFoot (CPF). Kolokium, Jurusan Teknik Perminyakan, ITB

225.09

' +×= dMWCorrD

[ ]2104.0 ddxcf −=

[ ]2104.09

' ddxdMW

D Corr −+×=

=Cf

Faktor Koreksi terhadap Perhitungan d’eksponen Akibat Adanya Perubahan Tipe Bit Dan Ukuran Bit Rudi Rubiandini/Tumpal Ebenhaezar/Dedi Setiadi

IATMI 2001-16

4. Jordan, J.R., and Shirley, O.J. (1987) Application ofDrilling Performance Data to Overpressures Detection.SPE Reprint Series No. 22 – Drilling, pp. 43-50.

5. Rubiandini R.S., Rudi (2001) Hydraulic and DrillingOperation, LPM ITB, Bandung.

6. Rubiandini R.S., Rudi (2001) Diktat Kuliah :Perancangan Pemboran, Diktat Kuliah, Jurusan TeknikPerminyakan ITB, Bandung.

Gambar-1Plot d’eksponen terkoreksi terhadap kedalaman

Gambar-2Plot EMW dan berat lumpur terhadap kedalaman

Gambar-3Plot d’eksponen terkoreksi yang telah dikoreksi

terhadap tipe bit PDC dan ukuran bit

Gambar-4Plot EMW dan berat lumpur yang telah dikoreksi

terhadap tipe bit PDC dan ukuran bit

Faktor Koreksi terhadap Perhitungan d’eksponen Akibat Adanya Perubahan Tipe Bit Dan Ukuran Bit Rudi Rubiandini/Tumpal Ebenhaezar/Dedi Setiadi

IATMI 2001-16

Gambar-4.aPlot EMW dan berat lumpur yang telah dikoreksi

terhadap tipe bit PDC dan ukuran bit

Gambar-5Program perhitungan d’eksponen

Gambar-5aProgram perhitungan d’eksponen