BAB VIISISTEM PENYEMENAN (CEMENTING SYSTEM)

7.1. TEORI DASAR

Penyemenan suatu sumur merupakan salah satu faktor yang tidak kalah pentingnya dalam suatu operasi pemboran. Berhasil atau tidaknya suatu pemboran, salah satu diantaranya adalah tergantung dari berhasil atau tidaknya penyemenan sumur tersebut. Penyemenan sumur secara integral, merupakan salah satu aspek yang sangat penting dalam suatu operasi pemboran, baik sumur minyak maupun gas. Semen ter-sebut digunakan untuk melekatkan rangkaian pipa selubung dan mengisolasi zona produksi serta mengantisipasi adanya berbagai masalah pemboran. Perencanaan penyemenan meliputi :1. Perkiraan kondisi sumur (ukuran, tem-peratur, tekanan, dsb.)1. Penilaian terhadap sifat lumpur pem-boran1. Pembuatan suspensi semen (slurry de-sign)1. Teknik penempatan1. Pemilihan peralatan, seperti centralizers, scratchers, dan float equipmentProgram perencanaan penyemenan secara tepat, merupakan hal pokok yang akan mendukung suksesnya operasi pemboran.Pada dasarnya operasi penyemenan bertujuan untuk :1. Melekatkan pipa selubung pada dinding lubang sumur, 1. Melindungi pipa selubung dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi pem-boran (seperti getaran), 1. Melindungi pipa selubung dari fluida formasi yang bersifat korosi, dan 1. Memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain dibelakang pipa selu-bung.7.1.1 KOMPONEN, KOMPOSISI DAN KARAKTERISTIK SEMEN

Komponen utama semen Portland diperlihatkan oleh Tabel 7-1. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa C3S dan C2S merupakan komponen utama. C3S memiliki laju hidrasi yang paling tinggi dan berpengaruh pada sifat ketahanan semen secara keseluruhan. C2S merupakan komponen yang tidak begitu reaktif dan berpengaruh pada peningkatan kekuatan semen secara bertahap. C3A berpengaruh pada pengerasan awal karena sifat hidrasinya yang cepat. C4AF hampir sama dengan C3A akan tetapi sangat tergantung pada temperatur dan persentase additif.

Tabel 7-1.Komposisi Kimiawi Komponen Penyusun Semen

KomponenRumus KimiaNama DagangJumlah

Tricalcium Silicate3CaO.SiO2C3S50%

Dicalcium Silicate2CaO.SiO2C2S25%

Tricalcium Aluminate3CaO.Al2O3C3A10%

Tetracalcium Aluminofferite4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF10%

Oksida lain (gipsum, magne-sium, sulfat, CaO dan additif khusus lainnya5%

Bahan dasar pembuatan semen diambil dari batuan jenis Calcareous dan Argillaceous seperti limestone, clay dan shale, serta jenis bahan lainnya dengan kandungan kalsium karbonat yang tinggi.Suspensi semen yang dipompakan ke dalam lubang sumur terdiri dari :1. Semen, Jenis semen yang biasa digunakan adalah semen potland1. Additiv khususzat tambahan ini digunakan untuk mengatur karakteristik semen, seperti tickening time, densitas dan compressive strengths.1. Airair merupakan bagian yang penting dalam penyemenan, sehingga sample semen dan air harus ditest sebelum digunakan dalam penyemenan yang sebenarnya.

Tabel 7-2.Komposisi Semen berdasarkan Standar API

ClassCompounds, %Fineness,Water-Cement

APIC3SC2SC3AC4AFsq cm/gRatio

ABCDGHJ53477026525253,8SiO224321054323283328838,8CaO81213121212

1500-19001500-19002000-24001100-15001400-16001200-14001240-24800,460,460,560,380,440,380,440,435

Tabel 7-3.Sifat Semen berdasarkan Standar API

CementClass Mix Water, gal/sackSlurry Density, lb'galSlurry Yield, cu-ft/sackApprox Thicke-ning Time, 113 o F, hr24-hr Comp Strength, 110 o F, psi

ACGH5,26,35,04,315,614,815,816,51,181,321,151,052 1 1 24000270030003700

7.1.2. JENIS PENYEMENANBerdasarkan alasan dan tujuannya, penyemenan dapat dibagi dua, yaitu primary cementing, dan squee-ze cementing.1. Primary Cementing Merupakan penyemenan pertama kali yang dilakukan setelah pipa selubung diturunkan kedalam sumur. Penyemenan antara formasi dengan pipa selubung bertujuan untuk :1. Melindungi formasi yang akan dibor dari formasi sebelumnya dibelakang pipa selubung yang mungkin bermasalah .1. Mengisolasi formasi tekanan tinggi dari zona dangkal sebelumnya.1. Melindungi daerah produksi dari water-bearing sands.Suspensi semen biasanya ditempatkan dibelakang pipa selubung. Suatu kondisi pemboran tertentu mungkin mengharuskan untuk penyemenan annulus tanpa penyemenan annulus secara keseluruhan. Penyebab yang umum adalah adanya zona lost circulation yang memungkinkan semen bersirkulasi kembali keatas. Sebab lain yang mungkin adalah kesalahan dalam pembuatan suspensi semen.Liner disemen dengan suspensi semen yang lebih ringan daripada rangkaian pipa selubung. Pada saat liner diturunkan kedalam lubang sumur, suspensi semen harus langsung dipompakan. Pensirkulasian suspensi semen dengan volume berlebih dapat me-nyebabkan masalah-masalah pemboran, antara lain :1. Jika suspensi semen dengan volume berlebih disirkulasikan keatas melalui annulus, mungkin akan diperlukan waktu tambahan, dimana kemungkinan semen akan mengeras di annulus.1. Sedangkan jika suspensi semen dengan volume berlebih tersebut sirkulasinya dikembalikan melalui pipa bor, tekanan hidrostatik dan tekanan friksi pada dudukan pipa selubung akan menyebabkan terjadinya lost circulation.

1. Squeeze Cementing Untuk menyempurnakan dan menutup rongga-rongga yang masih ada setelah primary cementing, dapat dilakukan squeeze cementing.Aplikasi pokok untuk squeeze cementing antara lain adalah :1. Menyempurnakan primary cementing ataupun untuk perbaikan terhadap hasil penyemenan yang rusak.1. Mengurangi water-oil ratio, gas-oil ratio dan water-gas ratio1. Menutup kembali zona produksi yang diperforasi apabila pemboran mengalami kegagalan dalam mendapatkan minyak.1. Memperbaiki kebocoran pada pipa selubung 1. Menghentikan lost circulation yang terjadi pada saat pemboran berlangsungPertimbangan yang paling penting dalam operasi squeeze cementing adalah teknik penempatan dan pembuatan suspensi semen yang akan digunakan.Squeeze cementing juga dapat digunakan untuk menurunkan ratio fluida produksi. Volume gas yang besar memungkinkan untuk terjadinya pengurangan tekanan reservoir lebih cepat, bersamaan dengan pembentukan harga pemisah yang berlebih pada fasilitas produksi permukaan oleh volume air yang besar. Bagian perforasi tertentu mungkin harus ditutup dengan pemompaan suspensi semen, sehingga volume gas dan air dapat dikurangi dengan penyemenan dibagian atas dan bawah perforasi secara berurutanLost circulation seringkali dapat diatasi dengan squeeze cementing, dengan catatan proses penyemenan harus sesuai dengan jenis lost circulation yang terjadi. Ada empat metode squeeze cementing yang saat ini digunakan, yaitu bradenhead methods, packer squeeze methods, balanced plug methods, dan dump bailer methods.

a. Bradenhead MethodDalam metode ini drill pipe diturunkan hingga berada tepat diatas perforasi (atau zona) yang akan mendapatkan squeezed off. Kemudian semen ditempatkan guna menutupi zona tersebut. Pipe rams lalu ditutup dan diterapkan tekanan hasil perhitungan dari permukaan guna melakukan squeeze off terhadap perforasi tersebut.b. Packer Squeeze MethodPada metode ini retrievable packer atau retainer packer diturunkan hingga berada tepat diatas zoana yang akan di sqieezed off. Retrievable packer, ditempatkan pada pipa bor. Retainer packer dijalankan dengan wire line dan diset dengan special setting kit. Jika volume total semen telah di squeezed off, maka semen berlebih harus dipompakan agar kembali sehingga tidak akan menyemen pipa bor.c. Hesitation SqueezeMetode ini secara khusus digunakan pada zona dengan permeabilitas rendah. Sebuah pipa bor digunakan dalam menempatkan semen sepanjang zone of interest dan bubur semen dipompa dan dihesitasi.d. Plugging-back OperationOperasi ini meliputi penempatan cemen plug sepanjang zona yang akan di plug off.Plug semen digunakan untuk :1. Meninggalkan lower depleted zones.1. Plug off atau meninggalkan seluruh sumur atau sebagian dari sebuah open hole.1. Memberikan kick of point untuk operasi side track drilling.1. Menutup zona lost circulation pada open hole.e. Balanced Plug MethodPada metode ini hanya digunakan pipa bor. Pre-flush dipompakan sebelum semen dan lalu diikuti oleh fluida pembatas (spacer).Prinsipnya adalah menempatkan kolom semen pada pipa bor yang tingginya harus sama dengan yang terdapat pada annulus.

7.1.3. METODE PENYEMENANBerdasarkan pada metode yang digunakan, proses penyemenan dapat dibedaka menjadi dua jenis, yaitu single stage cementing, dan multy stage cementing.a. Single Stage CementingSingle stage cementing umumnya digunakan untuk melakukan penyemenan terhadap pipa konduktor dan surface. Sejumlah lumpur disiapkan dan dipompakan ke dalam casing.Perlu dicatat pula bahwa seluruh bagian internal dari peralatan casing, termasuk float shoe, wiper plug dan lain sebagainya merupakan peralatan yang dengan mudah dapat hancur bila dibor.b. Multi Stage CementingMulti stage cementing diterapkan pada penyemenan rangkaian casing yang panjang khususnya guna :1. Mengurangi tekanan total pemompaan .1. Mengurangi tekanan total hidrostatis pada formasi-formasi lemah sehingga tidak terjadi atau terbentuk rekahan.1. Memungkinkan pemilihan penyemenan daripada formasi.1. Memungkinkan penyemenan keseluruhan total panjang casing.1. Memastikan penyemenan efektif di sekeliling shoe dari rangkaian casing sebelumnya.Pada multi stage cementing sebuah stage cementer dipasang pada posisi tertentu pada rangkaian casing. Posisi stage cementer ditentukan oleh panjang total kolom semen dan kekuatan formasi.Untuk pekerjaan two-stage cementing, sebuah one-stage cementer digunakan pada rangkaian casing. Casing lalu diturunkan ke dasar lubang. Kemudian casing disirkulasikan dengan sejumlah volume sebesar dua kali kapasitas lubang. Tahap pertama penyemenan ditujukan sebagai operasi tahap tunggal, akan tetapi bagian top kolom semen berakhir tepat dibawah stage cementer.Tahap kedua diawali dengan menjatuhkan sebuah opening bomb dari permukaan sehingga memungkinkan untuk jatuh pada opening seat pada stage collar. Saat bomb telah ditempatkan, tekanan pemompaan sebesar 1200 - 1500 psi diatas tekanan sirkulasi diterapkan pada penyeretan pin penahan dan memungkinkan sebuah bottom sleeve bergerak turun. Gerakan sleeve akan membuka terminal, sehingga menetapkan hubungan antara bagian dalam (internal) casing dengan annulus. Lumpur kemudian disirkulasikan guna mengkondisikan sumur yang ditujukan untuk memulai tahap kedua.Volume semen yang diperlukan untuk tahap kedua lalu dipompakan dan diikuti dengan sebuah closing plug. Bubur semen melewati terminal dari stage cementer dan akan ditempatkan pada annular area. Jika plug telah mencapai stage cementer maka tekanan sebesar 1500 psi diatas tekanan yang diperlukan untuk mensirkulasikan semen diterapkan pada closing plug sehingga mendorong upper sleeve turun dan dengan demikian akan menutup terminal dan menyekat ruang antara casing dengan annulus. Sehingga dengan demikian keseluruhan rangkaian casing telah disemen.

7.1.4. MEKANIKA PENYEMENAN1. Persiapan dan pemompaan bubur semenTergantung pada kedalaman lubang dan temperatur dasar lubang yang diperkirakan, additiv kimia yang ditambahkan untuk mengontrol sifat-sifat semen yang akan dimiliki setelah semen mengeras.Bubur semen disiapkan dengan mencampurkan semen kering dengan sebuah water jet. Hasil campuran diarahkan ke dalam sebuah tangki, dimana akan diuji densitas dan viskositasnya. Bubur semen kemudian dihisap oleh sebuah pompa tripleks yang kuat dan dipompakan pada tekanan tinggi sehingga masuk ke dalam casing melalui cementing head.Cementing head menghubungkan top dari casing dengan unit pompa. Pada alat ini terdapat dua katup penahan yang berfungsi menahan top dan bottom wiper plugs. Alat ini juga dilengkapi dengan sebuah manifold yang dapat dihubungkan dengan unit pompa semen atau sebuah pompa rig.Operasi penyemenan berlanjut dengan membuka katup penahan bottom wiper plugs dan mengarahkan bubur semen melewati top valve. Kemudian bubur semen akan mendorong bottom plug masuk ke dalam casing sampai plug mencapai dan duduk diatas float collar. Pemompaan diteruskan hingga meruntuhkan diafragma sentral pada plug yang akan memungkinkan semen agar dapat mengalir lewat dan menempati sekeliling casing. Jika volume keseluruhan semen telah tercampur, maka pemompaan dihentikan dan top wiper plug ditempatkan pada cementing head. Kemudian lumpur pemboran dipompakan melalui top valve, yang akan mendorong top wiper plug turun ke dalam casing. Jika top plug telah mencapai bottom plug maka sumur ditutup dan bubur semen dibiarkan agar mengeras.

7.2. PERALATAN PENYEMENANProses penyemenan terdiri dari pencampuran air dengan semen dalam perbandingan tertentu dan dengan additive tertentu pula. Pendorongan semen dapat dilakukan dengan sistem sirkulasi ke belakang casing, ditekan masuk ke formasi atau ditempatkan sebagai suatu plug atau sumbat pada lubang yang tidak merupakan perforasi completion (misalnya disini open hole completion).Peralatan penyemenan pada dasarnya dibagi menjadi dua bagian, yaitu peralatan di atas permukaan (surface equipment), dan peralatan bawah permukaan.

7.2.1. Peralatan di atas permukaanPeralatan penyemenan terdapat di atas permukaan meliputi Cementing unit, Flow line, dan Cementing head.A. Cementing UnitCementing unit adalah merupakan suatu unit pompa yang mempunyai fungsi untuk memompakan bubur semen (slurry) dan lumpur pendorong dalam proses penyemenan.Cementing Unit terdiri dari :1. Tanki SemenUntuk menyimpan semen kering.1. HopperUntuk mengatur aliran dari semen kering agar merata. 1. Jet MixerMixer yang umum digunakan sekarang ini adalah jet mixer dimana dipertemukan dua aliran yaitu bubur semen dan air yang ditentukan melalui venturi agar dapat mengalir dengan deras dan dapat menghasilkan turbulensi, yang dapat menghasilkan pencampuran yang baik dan benar-benar homogen. Densitas slurry dapat diukur dengan mud balance1. Motor penggerak pompa dan pompa semenberfungsi untuk memompa bubur semen.Jenis-jenis sementing unit :1. Truck mounted cementing unit2. Marine cementing unit3. Skit mounted cementing unitMengontrol rate dan tekanan, jenis pompa dapat berupa duplex double acting piston pump dan single acting triplex plunger pump. Plunger pump lebih umum dipakai karena slurry dapat dikeluarkan dengan rate yang lebih uniform dan tekanannya lebih besar.B. Flow LinePipa yang berfungsi untuk mengalirkan bubur semen yang dipompakan dari cementing unit ke cementing head.C. Cementing HeadBerfungsi untuk mengatur aliran bubur semen yang masuk ke lubang bor. Ada dua tipe cementing head, yaitu :1. Mac Clatchie Cementing HeadMerupakan type cementing head yang cara penggunaannya pada waktu pemasukan bottom plug dan top plug dengan jalan membuka dan memasang kembali.2. Plug ContainerJenis ini tidak praktis dari pada mac clatchie, karena pada plug contanier ini memasangnya top plug dan bottom plug tidak perlu membukanya, akan tetapi sudah terpasang sebelumnya.

7.2.2. Peralatan bawah permukaanPeralatan penyemenan bawah permukaan meliputi :a. CasingMerupakan pipa selubung yang berfungsi untuk :1. Melindungi lubang bor dari pengaruh fluida formasi dan tekanan-tekanan disekitarnya.1. Melindung lubang bor dari guguran 1. Memisahkan formasi produktif satu dengan lainnya. 1. Bersama-sama semen memperkuat dinding lubang serta mempermudah operasi produktf nantinya. Jenis-jenis casing :1. Conductor casing 1. Intermediate casing 1. Production casingb. CentralizerUntuk mendapatkan cincin semen yang baik (merata), casing harus terletak ditengah-tengah lubang, untuk itu casing dilengkapi dengan centralizer.Fungsi dari centralizer sebagai berikut :1. Menempatkan casing di tengah-tengah lubang 1. Menyekrap mud cake 1. Mencegah terjadinya differntial stickingCentralizer dibuat dari bahan baja, sehingga mampu mendorong casing di tengah-tengah lubang.c. ScratchersAdalah suatu alat yang dirangkaikan/dipasang pada casing dan berfungsi untuk membersihkan dinding lubang bor dari mud cake, sehingga didapat lubang bor yang bersih.Ada dua jenis scratchers , yaitu Rotation type wall scratchers dan Reciprecasing type scratcher.Pemasangan scratchers pada casing pada umumnya dilas, tetapi dewasa ini dipasang dengan step collar atau clemps. Receiprecasing scratcher umumnya dipasang pada interval 15-20 ft sepanjang daerah yang disusun, sedang relating scretcher dipasang pada zone produktif (porous).d. Peralatan Floating Peralatan floating terdiri dari casing shoe, float shoe, guide collar dan float collar.1. Casing ShoeBiasanya berbentuk bulat pada bagian bawah dan ditempatkan pada ujung terbawah dari rangkaian casing dan didalamnya tidak terdapat valve. Berfungsi sebagai sepatu dan pemandu untuk memudahkan pemasukan rangkaian casing agar tidak terjadi sangkutan pada didnding lubang bor. Shoe ini bersifat drillable atau dapat dibor kembali.2. Float ShoePada prinsipnya adalah sama dengan casing shoe, perbedaannya terletak pada adanya valve yang berfungsi untuk :1. Mencegah aliran balik, mencegah blowout pada saat casing diturunkan.1. Mencegah aliran balik semen, setelah proses penyemenan.1. Memperkecil beban menara.3. Guide CollarTidak dilengkapi valve, sehingga tidak dapat menahan tekanan balik.4. Float Collar Dilengkapi dengan valve, sehingga fapat menahan tekanan balik semen.e. Shoe TrachMerupakan pipa casing yang dipasang antara shoe dan collar, sepanjang satu batang atau lebih, tergantung dari ketinggian semen di annulus, karena ketinggian semen di annulus akan menentukan perbedaan tekanan hidrostatik diluar dan didalam casing pada waktu memasukkan top plug. Shoe trach berfungsi untuk menampung bubur semen yang bercampur udara atau lumpur pendorong, agar tidak keluar ke annulus disekitar shoe. Memasukkan udara pada bubur semen ini terjadi bila penyemenan menggunakan mac clatchie cementing head, yaitu pada saat cementing head dibuka sampai memasuki top plug dan pemasangan cementing head kembali. Udara masuk karena adanya penurunan tekanan semen, akibat perbedaan berat jenis bubur semen didalam casing dan berat jenis lumpur diluar casing.f. Bottom PlugBerfungsi untul mencegah adanya kontaminasi antara lumpur dengan bubur semen. Jadi untuk mendorong lumpur yang berada didalam casing dan memisahkan casing dari semen dan juga membersihkan mud film didalam dinding casing, pada bottom plug terdapat membran yang pada tekanan tertentu dapat pecah, sehingga semen akan mengalir keluar dan terdorong ke annulus sampai mencapai tujuan yang diharapkan. Bottom plug dibuat dari bahan karet dan bahan dalamnya dibuat dari alluminium.g. Top PlugBerfungsi untuk mendorong bubur semen, memisahkan semen dari lumpur pendorong agar tidak terjadi konyaminasi, membersihkan semen dari sisa-sisa semen didalam casing. Alat ini sebagian besar terbuat dari karet dan pada bagian bawahnya digunakan plat alluminium dan tidak mempunyai membran. Apabila top plug ini sudah mencapai bottom plug, maka tekanan pompa akanm naik secara tiba-tiba dan pada saat itu pemompaan dihentikan.7.3. PERALATAN PADA STAGE CEMENTINGPeralatan Di Atas PermukaanPada penyemenan bertingkat ini, alat yang digunakan relatif sama dengan penyemenan konvensional.Peralatan Di Bawah Permukaan1. Stage Cemmenting CollarBerfungsi untuk melewatkan bubur semen setelah penyemenan pertama dilakukan. penyemenan bertingkat dilakukan apabila sumur terlalu dalam, formasi diatas dan dibawah zona yang disemen cukup jauh, menghindari bahaya tekan pompa yang berlebih.2. Cement BasketTerletak dibawah stage cementing collar, berfungsi untuk menyekat ruang annulus antara ruang bawah stage collar dan bagian atas stage collar.3. Trip PlugSetelah primary cementing selesai maka dimasukkan trip plug. Plug ini berfungsi untuk membuka lubnag pada strategi cementing collar. Karena beratnya, trip plug ini turun kebawah yang akhitnya sampai pada stage cementing collar. Dengan tekanan tertentu lower inner sleeve akan turun dan membuka lubang pada stage cementing collar disebut cementing ports.4. Shut Off plugSetelah pendorongan bubur semen selesai, kemudian dimasukkan shut off plug yang berfungsi untuk menutup cementing port, sehingga tidak terjadi aliran balik.

7.4. PEMBAHASAN Operasi penyemenan bertujuan untuk melekatkan casing pada dinding lubang sumur, melindungi casing dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi pemboran (seperti getaran), melindungi casing dari fluida formasi yang bersifat korosi dan untuk memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain di belakang casing.Proses penyemenan diawali dengan pemompaan semen masuk lubang casing kemudian didorong kedalam sampai batas yang diinginkan, setelah kering maka baru dilakukan pemboran selanjutnya.

7.5. KESIMPULANDari uraian diatas dapat disimpulkan sebagai berikut :1. Operasi penyemenan merupakan bagian dari operasi pemboran yang memakan biaya yang besar karena peraatan yang digunakan tidak dapat dipakai kembali , karena tertanam dalam dalam sumur untuk seterusnya, seperti centralizer, casing dan scratcher.1. Penyemenan harus benar-benar sempurna dan tidak terjadi rongga-rongga pada tempat yang disemen sebabkan menyebabkan kerusakan casing akibat mengembangnya udara atau fluida lainnya yang masuk dalam rongga tersebut akibat terkena temperatur dan tekanan yang tinggi.1. Operasi penyemenan bertingkat (stage cementing) diterapkan apabila :1. Sumur terlalu dalam,1. Formasi diatas dan dibawah zona yang disemen cukup kompak dan jauh, dan1. Untuk menghindari tekanan pompa yang berlebihan, sehingga dapay mengurangi pengeluaran biaya