KONTAMINASI LUMPUR PEMBORAN

KONTAMINASI LUMPUR PEMBORAN

5.1. Tujuan Percobaan

      1. Mempelajari sifat-sifat fisik lumpur akibat kontaminasi garam, gypsum dan       semen.

      2. Memahami cara penanggulangan kontaminasi lumpur.

5.2. Dasar Teori

Sejak digunakannya teknik rotary drilling dalam operasi pemboran lapangan minyak, lumpur pemboran menjadi sangat penting. Bahkan lumpur pemboran menjadi salah satu pertimbangan dalam mengoptimasikan operasi pemboran. Oleh sebab itu mutlaklah untuk memelihara atau mengontrol sifat-sifat fisik lumpur pemboran agar sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu penyebabnya berubahnya sifat-sifat fisik lumpur adalah adanya material-material yang tidak diinginkan ( kontaminan ) yang masuk ke dalam lumpur pada saat operasi pemboran sedang berjalan. Kontaminasi yang sering terjadi adalah sebagai

berikut :

1. Kontaminasi Sodium Klorida

Kontaminasi ini sering terjadi pada saat pemboran menembus kubah garam (salt dome), lapisan garam, lapisan batuan yang mengandung konsentrasi garam cukup tinggi atau akibat air formasi yang berkadar garam tinggi dan masuk ke dalam sistem lumpur. Akibat adanya kontaminasi ini, akan mengakibatkan berubahnya sifat lumpur seperti viscositas, yield point, gel strenght dan filtration loss. Kadang-kadang penurunan pH dapat pula terjadi bersamaan dengan kehadiran garam pada sistem lumpur.

2. Kontaminasi Gypsum

Gypsum dapat masuk ke dalam lumpur pada saat pemboran menembus formasi

gypsum, lapisan gypsum yang terdapat pada formasi shale atau limestone. Akibat adanya gypsum dalam jumlah yang cukup banyak dalam lumpur pemboran, maka

akan merubah sifat fisik lumpur tersebut seperti viskositas plastik, yield point, gel

strength dan fluid loss.

3. Kontaminasi Semen

Kontaminasi semen dapat terjadi akibat operasi penyemenan yang kurang sempurna atau setelah pengeboran lapisan semen dalam casing, float collar dan casing shoe. Kontaminasi semen akan merubah viscositas plastik, yield point, gel strenght, fluid loss dan pH lumpur.

Selain dari ketiga kontaminasi di atas, bentuk kontaminasi yang lain yang dapat

terjadi selama operasi pemboran adalah :

a. Kontaminasi “Hard Water“ atau kontaminasi oleh air yang mengandung ion kalsium dan magnesium yang cukup tinggi.

b. Kontaminasi Carbon Dioxide.

c. Kontaminasi Hydrogen Sulfide.

d. Kontaminasi Oxygen

Dalam praktikum ini akan dipelajari perubahan sifat lumpur akibat kontaminasi yang sering terjadi sekaligus cara penanggulangannya.

5.3. Alat dan Bahan

5.3.1. Alat

1. Fann VG Meter
2. Mud mixer
3. Stopwatch
4. Jangka sorong
5. Gelas ukur
6. Filter paper

5.3.2. Bahan

1. Aquadest
2. NaCl
3. Gypsum
4. Semen
5. Monosodium phosphate
6. Larutan buffer PH 10
7. Asam sulfat
8. Bentonite
9. Soda ash
10. Caustic soda

5.4. Prosedur Percobaan

      5.4.1. Kontaminasi NaCl

Membuat lumpur standar dengan komposisi 22.5 gram bentonite + 350 cc aquadest. Mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan Mud cake.

1. Menambahkan NaCl sebanyak 1 gram ke dalam lumpur standar. Mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss, dan ketebalan mud cake.
2. Melakukan langkah 2 dengan penambahan NaCl masing-masing 3.5 gram, 7.5 gram, dan 17.5 gram. Mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
3. Membuat lumpur baru dengan komnposisi ; lumpur standar + 7.5 NaCl + 0.5 gram NaOH. Mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
4. Melakukan langkah 4 dengan penambahan 1 gram NaOH. Ukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.

2. Kontaminasi Gypsum

1. Membuat lumpur standar, kemudian ukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
2. Membuat lumpur baru dengan komposisi : lumpur standar + 0,225 gr gypsum. Kemudian mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
3. Melakukan langkah 2 dengan penambahan masing-masing 0.5 gram, 1 gram, 1.5 gram gypsum. Kemudian PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
4. Membuat lumpur baru dengan komposisi : lumpur standar + 1.5 gram gypsum + 2.5 gram soda ash. Kemudian mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
5. Melakukan langkah 4 dengan penambahan 1 gram soda ash.

3. Kontaminasi semen

1. Membuat lumpur standar, kemudian ukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
2. Membuat lumpur baru dengan komposisi : lumpur standar + 0,225 gr semen. Kemudian mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
3. Melakukan langkah 2 dengan penambahan masing-masing 0.5 gram, 1 gram, 1.5 gram semen. Kemudian PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
4. Membuat lumpur baru dengan komposisi : lumpur standar + 1.5 gram semen + 2.5 gram monosodium phosphate. Kemudian mengukur PH, viskositas, gel strenght, fluid loss dan ketebalan mud cake.
5. Melakukan langkah 4 dengan penambahan 1,0 gram Monosodium phosphate.

5.5.    Hasil Pengamatan

Tabel 5.1 Kontaminasi lumpur pemboran

No.	Parameter yang diukur	Lumpur standar	Lumpur standar + Gypsum
1.	C600	12	34
2.	C300	9	31
3.	Yield point (YP)	6	28
4.	Plastic viscosity (µp)	3	3
5.	pH meter	7.25	7.21
6.	Simpangan maksimum pada 10 detik (V’’)	20	38
7.	Simpangan maksimum pada 10 minutes (V’)	29	74
8.	Gel strength	0.69	0.51

No.	Parameter yang diukur	Lumpur standar	Lumpur standar + NaCl
1.	C600	-	-
2.	C300	-	-
3.	Yield point (YP)	-	-
4.	Plastic viscosity (µp)	-	-
5.	pH meter	-	-
6.	Simpangan maksimum pada 10 detik (V’’)	-	-
7.	Simpangan maksimum pada 10 minutes (V’)	-	-
8.	Gel strength	-	-

No.	Parameter yang diukur	Lumpur standar	Lumpur standar + Semen
1.	C600	-	-
2.	C300	-	-
3.	Yield point (YP)	-	-
4.	Plastic viscosity (µp)	-	-
5.	pH meter	-	-
6.	Simpangan maksimum pada 10 detik (V’’)	-	-
7.	Simpangan maksimum pada 10 minutes (V’)	-	-
8.	Gel strength	-	-

5.6. Perhitungan

A. Lumpur standar + Gypsum

1. Menentukan plastic viscosity (µp)

    Diketahui :    C600    = 34 derajat

            C300    = 31 derajat

    Ditanya : µp    =...

    Jawab : µp    = C600 – C300

            = 34-31

            = 3 cp

2. Menentukan Yield point (Yb)

    Diketahui :     µp    = 3 cp

            C300    = 31 derajat

    Ditanya : Yb     =...

    Jawab : Yb    = C300- µp

            = 31-3

            = 28 lb/100ft2

3. Menentukan gel strength

    Diketahui :     V’ (untuk waktu 10 menit)    = 74 derajat

                           V” (untuk waktu 10 detik)    = 38 derajat

    Ditanya : gel strength =...

    Jawab : gel strength    = V" V'

                                               = 3874

            = 0,51 100lb/ft2

B. Lumpur standar

1. Menentukan plastic viscosity (µp)

    Diketahui :    C600    = 12 derajat

            C300    = 9 derajat

    Ditanya : µp    =...

    Jawab : µp    = C600 – C300

            = 12 - 9

            = 3 cp

2. Menentukan Yield point (Yb)

    Diketahui :     µp    = 3 cp

            C300    = 9 derajat

    Ditanya : Yb     =...

    Jawab : Yb    = C300- µp

            = 9-3

            = 6 lb/100ft2

3. Menentukan gel strength

    Diketahui :     V’ (untuk waktu 10 menit)    = 29 derajat

                           V” (untuk waktu 10 detik)    = 20 derajat

    Ditanya : gel strength =...

    Jawab : gel strength    = V" V'

                                               = 2029

            = 0,69 100lb/ft2

5.7. Pembahasan

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan , adapun lumpur yang terkontaminasi gypsum memiliki nilai pH yang lebih rendah (yaitu=7.21) dibandingkan lumpur standar (yaitu=7.25 ”yang datanya berasal dari kelompok percobaan II”). Jadi gypsum merupakan fluida kontaminannya. Secara teori gypsum dapat meningkatkan nilai viskositas lumpur, namun yang terjadi pada percobaan ini malah sebaliknya. Hal ini bisa dipengaruhi beberapa faktor, antara lain:

1. Komposisi lumpur standar antara kelompok V dan II yaitu dari massa bentonite dan volume airnya. Karena massa dan volume dari masing-masing lumpur standar yang berbeda akan merubah sifat lumpur tersebut.
2. Cara pembuatan lumpur. Prosedur pembuatan lumpur yang berbeda juga akan mempengaruhi sifat-sifat lumpur.
3. Lama pembuatan lumpur. Karena semakin lama lumpur di putar di dalam mud mixer maka bentonite akan semakin menyatu dengan air. Dan sebaliknya jika lumpur yang diputar cuma sebentar maka bentonite dan air bisa menggumpal atau belum menyatu.
4. Semua kesalahan di atas merupakan suatu bentuk yang diakibatkan terbatasnya alat yang tersedia di laboratorium dan waktu. Dalam mengamati hasil percobaan ini kami sudah meneliti secermat mungkin sehingga percobaan kali ini sudah berhasil kami lakukan sesuai prosedur yang ada.

Sesuai dengan judul percobaan yaitu “kontaminasi lumpur pemboran” yang kontaminannya terdiri dari garam, gypsum dan semen. Namun yang kami ujikan hanyalah kontaminasi gypsum terhadap lumpur. Ini dikarenakan waktu yang terbatas dalam melakukan percobaan tersebut.

Tetapi berdasarkan data yang kami dapatkan dari kelompok lain bahwa kontaminasi garam akan menurunkan pH lumpur (<7 cenderung asam) sehingga akan menyebabkan korosi pada peralatan pemboran. Diharapkan kontaminasi dari garam sebagai contoh NaCl harus diminimalisir. Lumpur yang bagus adalah dengan pH 8,5-12. Dan pH yang kami dapatkan dari lumpur yang terkontaminasi gypsum cuma 7.21 maka lumpur ini tidak bagus untuk proses pemboran. Sama dengan gypsum semen akan meningkat nilai viskositas lumpur (kekentalan).

Adapun rheology dari lumpur pemboran antara lain :

1.Viscositas

Viscositas adalah tahanan terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. Alat untuk mengukur viscositas lumpur ialah Marsh Funnel.

2.Plastic Viscosity (Pv)

Plastic viscosity merupakan tahanan terhadap aliran yang disebabkan oleh gesekan antara sesama benda padat didalam lubang bor dan merupakan salah satu parameter kenaikan solid yang ada dalam lumpur.

3.Yield Point (Yb)

Yield point merupakan tahanan terhadap aliran yang disebabkan oleh gaya elektrokimia antara padatan – padatan, cairan – cairan dan padatan – cairan.

4.Gel – Strength

Gel – strength adalah sifat dimana benda cair menjadi lebih kental bila dalam keadaan diam, dan makin lama akan bertambah kental. Sifat ini dikenal juga sebagai sifat “THIXOTOPIC”.

5.Fluid (Water) Loss

Bila suatu campuran padat – cair, seperti lumpur berada dalam kontak dengan media porous seperti dinding lubang bor dengan adanya tekanan yang bekerja padanya, makan akan terjadi perembesan zat cair kedalam media porous tesebut.

6. PH

PH menyatakan konsentrasi dari gugus hidroxil (OH¯) yang terdapat dalam lumpur yang akan mempengaruhi kereaktifan bahan–bahan kimia yang digunakan dalam lumpur.

 Komposisi dari lumpur pemboran disusun dari berbagai bahan kimia yang masing-masing mempunyai fungsi secara individual, dan diharapkan saling bekerja secara sinergik untuk mendapatkan sifat-sifat lumpur yang di harapkan.

5.8. Kesimpulan

    Berdasarkan percobaan yang kami lakukan dapat diambil kesimpulan antara lain :

1. Kontaminasi terhadap lumpur pemboran sering terjadi pada saat pemboran

berlangsung. Zat kontaminan tersebut antara lain : NaCl, gypsum, semen, hard water, karbon dioksida, hydrogen sulfida.

2. Kontaminasi lumpur pemboran dapat menyebabkan perubahan terhadap pH,viscositas plastic, gel strength , filtration loss, dan tebal mud cake.
3. Gypsum dapat meningkatkan derajat pH dan nilai  viskositas  lumpur.
4. Garam akan menurunkan derajat pH lumpur.
5. Semen akan meningkatkan nilai viskositas lumpur. 
   5.9 Tugas

1. Apa yang terjadi jika lumpur terkontaminasi lapisan garam dengan kandungan garam lebih 1% ?

Jawab :

    Bertambahnya temperature akan meningkatkan aktivitas ion elektrolit dan solubilitas. Salt akan naik yang akan berpengaruh terhadap rheologi lumpur kandungan garam yang melebihi 1 % dalam sirkulasi lumpur akan mengahasilkan penambahan viscositas apparent, gel strength, yield point, dan water loss yang sangat singnifikan.

2. Bagaimana jika lumpur jenis water clay terkontaminasi dengan lapisan garam ? jelaskan.

Jawab :

    Pemboran pada lapisan garam sangat mengganggu terhadap pemakaian lumpur water clay. Peningkatan tajam viskositas lumpur akan terjadi saat adanya salt atau garam dalam fase cair berubah dari nol hingga 1 %, fluid loss juga akan meningkat diatas 1 %

.

3. Lumpur yang terkontaminasi dapat merubah rheologi lumpur, bagaimana tekanan dengan temperaturnya ? jelaskan.

Jawab :

    Sifat rheologi lumpur pemboran pada kondisi bawah permukaan akan sangat berbeda dengan temperatur terukur dipermukaan. Temperatur sangat bergantung pada gradient geothermal dan akan mungkin berharga lebih dari 500 oF (200oC) saat dibawah permukaan. Temperatur akan tinggi karena meningkatnya daya tarik menarik antar partikel yang ditunjukan dengan meningkatnya harga gel strength yang diakibatkan dari kontaminasi lumpur. Semakin besar daya tarik menarik antar partikel, sedangkan luas tetap, maka akan menyebabkan naiknya temperatur. Tingginya temperatur akan mempengaruhi rheologi lumpur.

4. Selain terkontaminasi pada semen, garam dan gypsum, apa ada terkontaminasi lainnya ?

Jawab :

1. Kontaminasi oksigen

Yaitu kontaminasi yang disebabkan oleh oksigen (O2) yang terdapat pada air yang digunakan dalam pembuatan lumpur. O2 ikut terproduksi kedalamsystem sirkulasi lumpur, sehingga oksigen akan mengakibatkan korosi pada peralatan produksi, gel strength, pH, dan densitas menurun. Sehingga oksigen harus dikeluarkan melalui mud separator.

2. Kontaminasi Hard water

Kontaminasi yang berasal dari air yang mengandung Mg dan Kalsium yang tinggi sehingga menaikkan viskositas lumpur. Dapat ditanggulangi dengan penambahan zat additive untuk menurunkan viskositas.

3. Kontaminasi Karbon dioksida

Kontaminasi yang disebabkan Co2 yang terlarut dalam air dengan pH yang rendah bersama dengan asam karbon pada lumpur.

4. Kontaminasi Hidrogen sulfide

Kontaminasi yang disebabkan formasi yang mengandung sour gas, sehingga menyebabakan terjadinya pengendapan pada permukaan pipa.