PENGUKURAN DENSITAS DAN SAND CONTENT PADA LUMPUR PEMBORAN

PENGUKURAN DENSITAS DAN SAND CONTENT PADA LUMPUR PEMBORAN

1.1  Tujuan Percobaan

1. Mengenal material lumpur pemboran serta fungsi-fungsi utamanya.
2. Menentukan densitas lumpur pemboran dengan menggunakan alat mud balance.
3. Menentukan kandungan pasir dalam lumpur pemboran.
4. Menetukan besarnya kadar pasir (%) yang terkandung dalam lumpur pemboran.

1.2    Teori Dasar

    1.2.1. Densitas lumpur

        Lumpur sangat besar perannya dalam menentukan berhasil tidaknya suatu pemboran, sehingga perlu perlu diperhatikan sifat-sifat dari lumpur tersebut, seperti densitas, viskositas, gel strength, atau filtration loss.

        Lumpur pemboran memiliki beberapa fungsi:

1. Mengangkat cutting keatas permukaan

Tergantung dari:

• Kecepatan fluida di annulus
• Kapasitas untuk menahan fluida

2. Mendinginkan dan melumaskan bit dan drill string

Panas dapat timbul karena gesekan bit dan drill string yang kontak langsung dengan formasi. Dengan adanya aliran lumpur, cukup untuk mandinginkan dan melumasi sistem.

3. Mengontrol tekanan formasi

Tekanan fluida formasi biasanya adalah 0,465 psi/ft kedalaman. Untuk tekanan yang lebih kecil dari normal, densitas lumpur harus diperkecil agar lumpur tidak masuk ke formasi. Sebaliknya untuk tekanan yang lebih besar dari normal, maka barite perlu ditambah untuk memperberat lumpur.

4. Membersihkan dasar lubang bor
5. Membantu dalam evaluasi formasi
6. Melindungi formasi produktif
7. Membantu stabilitas formasi

        Komposisi dan sifat-sifat lumpur sangat berpengaruh terhadap pemboran. Perencanaan casing, drilling rate dan completion dipengaruhi oleh lumpur yang digunakan pada saat itu.

        Densitas lumpur bor merupakan salah satu sifat lumpur yang sangat penting, karena peranannya berhubungan langsung dengan fungsi lumpur bor sebagai penahan formasi. Adanya densitas lumpur bor yang terlalu besar akan menyebabkan hilangnya lumpur ke formasi (loss circulation), sedangkan apabila terlalu kecil akan menyebabkan kick (masuknya fluida formasi kedalam lubang sumur). Maka densitas lumpur harus disesuaikan dengan keadaan formasi.

        Densitas lumpur dapat menggambarkan gradient hidrostatis dari lumpur bor dalam psi/ft  tetapi dilapangan biasa dipakai satuan ppg (pound per gallon).

Asumsi-asumsi:

1. Volume setiap material adalah additive :

Vs + Vml = Vmb  ............................................................................       ( 1 )   

2. Jumlah berat adalah additive, maka :

Ds x Vs + dml x Vml = dmb x Vmb  ……………………………..        ( 2 )

Ket :

Vs        : volume solid, bbl

Vml    : volume lumpur lama, bbl

Vmb     : volume lumpur baru, bbl

ds        : berat jenis solid, ppg

dml    : berat jenis lumpur lama, ppg

dmd    : berat jenis lumpur baru, ppg

dari persamaan 1 dan 2 didapat:

    Vs = (dmb-dml)xVml(ds-dmb)  ……………………………………………….....          ( 3 )

Karena zat pemberat (solid) beratnya adalah:

Ws = Vs x ds

Bila dimasukkan kepersamaan 3:

    Ws = (dmb-dml)(ds-dmb)x (dsxVml)  ………………………………………...        ( 4 )

% volume solid :

    VsVmb x100%= (dmb-dml)(ds-dmb) x 100%  ………………………………......       ( 5 )

% berat solid :

    dsxVxdmbxVmb x100% =    ds(dmb-dml)dml (ds-dml) x 100%  ………………………........        ( 6 )

      Maka bila yang digunakan sebagai solid barite dengan SG = 4,3, untuk menaikkan densitas lumpur lama seberat dml ke lumpur baru sebesar dmb setiap bbl lumpur lama memerlukan berat solid, Ws sebanyak :

    Ws = 684x (dmb-dml)(35,8-dmb)  …………………………………………….......        ( 7 )

Ket :

Ws : berat solid / berat pemberat, kg barite/bbl lumpur. Sedangkan jika yang digunakan sebagai pemberat adalah Bentonite dengan SG = 2,5, maka untuk tiap barel lumpur diperlukan :

    Ws = 398x  (dmb-dml)(20,8 -dmb)  ……………………………………………......        ( 8 )

Dimana Ws = kg Bentonite/bbl lumpur lama.

1.2.2    Sand content

        Tercampurnya serpihan-serpihan formasi (cutting) kedalam pemboran akan membawa pengaruh pada operasi pemboran. Serpiha-serpihan pemboran yang biasanya berupa pasir akan dapat mempengaruhi karakteristik lumpur yang disirkulasikan, dalam hal ini akan menambah densitas lumpur yang telah mengalami sirkulasi. Bertambahnya densitas lumpur yang disirkulasi kepermukaan akan menambah beban pompa sirkulasi lumpur. Oleh karena itu setelah lumpur disirkulasikan harus mengalami proses pembersihan terutama menghilangkan partikel-partikel yang masuk kedalam lumpur selama sirkulasi.

    Alat-alat ini yang biasa disebut dengan conditioning equipment, adalah :

• Shale shaker

Fungsinya membersihkan lumpur dari serpihan-serpihan atau cutting yang berukuran besar.

• Degasser

Fungsinya untuk membersihkan lumpur dari gas yang masuk ke lumpur  pemboran.

• Desander

Fungsinya untuk membersihkan lumpur dari partikel-partikel padatan yang berukuran kecil yang bisa lolos dari shale shaker.

• Desilter

Fungsinya sama dengan desander, tetapi desilter dapat membersihkan lumpur dari partikel yang berukuran sangat kecil.

        Penggambaran sand content dari lumpur pemboran adalah merupakan proses volume dari partikel-partikel yang diameternya lebih besar dari 74 mikron. Hal ini dilakukan melalui pengukuran dengan saringan tertentu. Jadi rumus untuk menentukan kandungan pasir (sand content) pada lumpur pemboran adalah :

    N =  VswVm x 100%  ………………………………………………….......        ( 9 )

Dimana:

n    = kandungan pasir

Vs    = volume pasir dari lumpur

Vm= volume lumpur

1.3  Alat dan Bahan

    1.3.1. Alat

• Mud balance
• Multi mixer
• Sand content set
• Gelas ukur 500 cc

    1.3.2. Bahan

• Barite
• Bentonite
• Air tawar (aquadest)

4. Prosedur Percobaan

      1.4.1. Densitas Lumpur

1. Mengkalibrasi peralatan mud mixer sebagai berikut :

• Membersihkan peralatan mud balance.
• Mengisi cup dengan air sampai penuh, lalu ditutup dan dibersihkan bagian luarnya. Keringkan dengan kertas tissue.
• Meletakkan kembali mud balance pada kedudukan semula.
• Rider ditempatkan pada skala 8,33 ppg.
• Mencek pada level glass, bila tidak seimbang atur calibration screw sampai seimbang.

2. Menimbang beberapa zat yang digunakan sesuai petunjuk asisten.
3. Menakar air 350cc dan dicampur dengan Bentonite 22,5 gr. Caranya air dimasukkan kedalam bejana, lalu di pasang pada multi mixer dijalankan, selang beberapa menit setelah dicampur, bejana diambil dan isi cup mud balance dengan lumpur yang telah dibuat.
4. Cup ditutup dan lumpur yang melekat pada dinding bagian luar dan tutup cup dibersihkan sampai bersih.
5. Meletakkan arm balance pada kedudukan semula, lalu mengatur rider sampai seimbang. Baca densitas yang ditunjukkan oleh skala.
6. Langkah 5 diulang sesuai bahan yang diberikan asisten.

2. Sand content

1. Mengisi gelas ukur dengan lumpur pemboran dan tandai. Tambahkan air pada batas berikutnya, tutup mulut tabung dan kocok dengan kuat.
2. Menuangkan campuran tersebut ke saringan, biarkan cairan mengalir melalui saringan, tambahkan air kedalam tabung, kocok dan tuangkan kembali ke saringan. Ulangi hingga tabung menjadi bersih. Mencuci pasir yang tersaring pada saringan untuk melepaskan dari sisa-sisa lumpur yang melekat.
3. Memasang funnel tersebut pada sisi atas dari sieve. Dengan perlahan-lahan balik rangkaian peralatan tersebut dan masukkan ujung funnel ke dalam gelas ukur. Hanyutkan pasir ke dalam tabung dengan menyemprotkan air melalui saringan hingga semua pasir tertampung ke dalam gelas ukur. Biarkan pasir mengendap.dari skala yang ada pada tabung, baca persen volume dari pasir yang mengendap.
4. Mencatat sand content dari lumpur dalam persen volume.

6. Perhitungan

    Dik :     Massa bentonite    : 22,5 gr

                  Volume air             : 350 ml

                     ρ air                    : 1,00 grml

                     ρ bentonite        : 2,5 grml

                     ρ barite               : 4,3 grml

    Dit :    ρ teoritis        : …..?   

    Jawab :

        Massa air     = ρ×v

                             = 1,00 grml× 350 ml

                             = 350 gr

1. SAMPEL I

Dik :     V air            = 350 ml

             M air            = 350 gr

   Percobaan ρ lumpur     = 8,6 PPG = 1,03 grml

    Dit :    ρ lumpur….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Densitas lumpur

ρ    = Mair +MbentoniteVair +Vbentonite

    = 350 gr +22,5 gr350 ml +9 ml

    = 1,037 grml

    = 1,037 x 8,33

    = 8,638 PPG

• % kesalahan

% kesalahan     = (ρ teoritis – ρ praktikumρ teoritis ) ×100%

                          =  (8,638 PPG – 8,6 PPG8,638 PPG) ×100%

                          = 0,092 %

2. SAMPEL II

Dik :     V air            = 390 ml

            M air            = 390 gr

    Percobaan ρ lumpur     = 8,52 PPG = 1,02 grml

    Dit :    ρ lumpur….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                 = 22,5 gr2,5 grml

                 = 9 ml

• Densitas lumpur

ρ    = Mair +MbentoniteVair +Vbentonite

    = 390 gr +22,5 gr390 ml +9 ml

    = 1,033 grml

    = 1,033 x 8,33

    = 8,61 PPG

• % kesalahan

% kesalahan     = (ρ teoritis – ρ praktikumρ teoritis ) ×100%

                          =  (8,6048PPG – 8,55 PPG8,048 PPG) ×100%

                          = 0.52 %

3. SAMPEL III

Dik :     V air        = 350 ml

            M air        = 350 gr

          M barite    = 5 gr

    Percobaan ρ lumpur = 8,64 PPG = 1,04 grml

    Dit :    ρ lumpur….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume barite

            V    = mρ

                = 5 gr4,3 grml

                = 1,162 ml

• Densitas lumpur

ρ    = Mair +Mbentonite +MbariteVair +Vbentonite + Vbarite

    = 350 gr +22,5 gr +5 gr350 ml +9 ml +1,162 ml

    = 1,048 grml

    = 1,04 x 8,33

    = 8,7381 PPG

• % kesalahan

% kesalahan     = (ρ teoritis – ρ praktikumρ teoritis ) ×100%

                          =  (8,7381 PPG – 8,63 PPG8,7381 PPG) ×100%

                           = 1,2 %

• WS     = 684 (dmb– dml35,8-dml)

    = 684 (8,54– 8,6335,8-8,65)

    = 0.5 kg bariteml lumpur

4. SAMPEL IV

Dik :     V air        = 350 ml

            M air        = 350 gr

      M bentonite    = 10 gr

    Percobaan ρ lumpur = 8,73 PPG = 1,05 grml

    Dit :    ρ lumpur….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 10 gr4,3 grml

                = 2,35 ml

• Densitas lumpur

ρ    = Mair +Mbentonite +MbariteVair +Vbentonite + Vbarite

    = 350 gr +22,5 gr +10 gr350 ml +9 ml +2,32 ml

    = 1,058grml

    = 1,058 x 8,33

    = 8,81 PPG

• % kesalahan

% kesalahan     = (ρ teoritis – ρ praktikumρ teoritis ) ×100%

                          =  (8,81 PPG – 8,73 PPG8,81 PPG) ×100%

                          = 0,908 %

• WS                   = 684 (dmb– dml35,8-dml)

        = 684 (8,75– 8,6335,8-8,75)

        = 3,034kg bariteml lumpur

5. SAMPEL V

Dik :     V air        = 350 ml

    M air                = 350 gr

    M bentonite    = 15 gr

    Percobaan ρ lumpur = 8,8 PPG = 1,06 grml

    Dit :    ρ lumpur….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 15 gr4,3 grml

                = 3,48 ml

• Densitas lumpur

ρ    = Mair +Mbentonite +MbariteVair +Vbentonite + Vbarite

    = 350 gr +22,5 gr +15 gr350 ml +9 ml +3,48 ml

    = 1,069 grml

    = 1,069 x 8,33

    = 8,9 PPG

• % kesalahan

% kesalahan     = (ρ teoritis – ρ praktikumρ teoritis ) ×100%

        =  (8,9 PPG – 8,8 PPG8,9 PPG) ×100%

        = 1,12 %

• WS     = 684 (dmb– dml35,8-dml)

    = 684 (8,9– 8,6335,8-8,9)

    = 6.9 kg bariteml lumpur

6. SAMPEL VI

Dik :     V air        = 350 ml

    M air                = 350 gr

    M CMC           = 5 gr

    Percobaan ρ lumpur = 8,62 PPG = 1,37 grml

    Dit :    ρ lumpur….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 5 gr4,3 grml

                = 3,14 ml

• Densitas lumpur

ρ    = Mair +Mbentonite +MbariteVair +Vbentonite + Vbarite

    = 350 gr +22,5 gr +5 gr350 ml +9 ml +3,14 ml

    = 1,042grml

    = 1,042 x 8,33

    = 8,67 PPG

• % kesalahan

% kesalahan     = (ρ teoritis – ρ praktikumρ teoritis ) ×100%

        =  (8,67 PPG – 8,62 PPG8,67 PPG) ×100%

        = 0,57 %

7. SAMPEL VII

Dik :     V air        = 350 ml

    M air        = 350 gr

    M pasir    = 5 gr

    Dit :    n….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume pasir

            V    = mρ

                = 5 gr2,643 grml

                = 1,89 ml

• Volume lumpur

V lumpur     = Vpasir + Vbentonite + V air

                    = 1,89 ml + 9 ml + 350 ml

                    = 360,89 ml

    n              = VpasirVlumpur ×100%

                    =  1,89 ml360,89 ml ×100%

                                              = 0,52 %

8. SAMPEL VIII

Dik :     V air        = 350 ml

    M air                = 350 gr

    M pasir            = 5 gr

    Dit :    n….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume pasir

            V    = mρ

                = 10 gr2,643 grml

                = 3,78 ml

• Volume lumpur

V lumpur     = Vpasir + Vbentonite + V air

                    = 3,78 ml + 9 ml + 350 ml

                    = 362,78 ml

    n              = VpasirVlumpur ×100%

                     =  3,78 ml362,78 ml ×100%

                = 1,04 %

9. SAMPEL IX

Dik :     V air        = 350 ml

    M air                = 350 gr

    M pasir            = 15 gr

    Dit :    n….?

    Jawab :

• Volume bentonite

            V    = mρ

                = 22,5 gr2,5 grml

                = 9 ml

• Volume pasir

            V    = mρ

                = 15 gr2,643 grml

                = 5,67 ml

• Volume lumpur

V lumpur     = Vpasir + Vbentonite + V air

                     = 5,67 ml + 9 ml + 350 ml

                      = 364,67

    n    = VpasirVlumpur ×100%

           =  5,67 ml364,67 ml ×100%

                = 1,55 %

1.7.  Pembahasan

    Densitas merupakan salah satu sifat lumpur pemboran yang sangat penting sekali, karena densitas lumpur akan mempengaruhi fungsi lumpur sebagai  berikut, yaitu: mengangkat cutting kepermukaan, menjaga kestabilan lubang bor dengan mengontrol tekanan formasi. Operasi pemboran akan berjalan seimbang dan lancar apabila tekanan formasi sama atau minimal mendekati dengan tekanan fluida pemboran. Pengontrolan pada fluida pemboran sangat erat kaitannya dengan densitas lumpur itu sendiri, dimana tekanan hidrostatik lumpur pemboran = 0.052.ρ.h. sedangkan densitas merupakan massa per volume dari lumpurnya.

Densitas lumpur yang terlalu besar akan menyebabkan lumpur hilang ke formasi (lost circulation), sedangkan apabila densitas lumpur  terlalu kecil akan menyebabkan kick atau masuknya fluida formasi ke lubang sumur. Maka densitas harus disesuaikan  dengan keadaan formasi yang akan dibor.

Sand content  atau kandungan pasir pada lumpur (lumpur yang terkontaminasi setelah lumpur melewati formasi batuan pasir) juga akan mempengaruhi kinerja dan sifat lumpur, antara lain ;memperlambat kecepatan bor, merangsang terjadinya jepitan pipa, dan menaikan densitas lumpur. Jadi kandungan pasir juga harus dikontrol dalam lumpur pemboran .itulah sebabnya peralatan pembersih (solid control equipment ) seperti shale shaker, desander, desilter, degasser harus berfungsi maksimal agar program lumpur berhasil . Batas maximum sand content pada lumpur pemboran adalah ±2%.

Sebagai engineer kita harus bisa mengendalikan sifat – sifat lumpur salah satu caranya dengan menambahkan bahan-bahan adiktif, sebagai berikut :

1. Bahan pemberat lumpur, seperti bentonite, calcium carbonate, CMC, garam-garam terlarut dan pasir.
2. Sedangkan untuk menurunkan densitasnya biasanya lumpur ditambahkan  dengan air .

1.7.  Kesimpulan

Berdasarkan percobaaan yang telah kami lakukan  dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Densitas lumpur sangat berpengaruh terhadap kinerja lumpur yaitu sebagai  mengontrol tekanan   formasi dan mengangkat cutting ke permukaan.
2. Densitas akan bernilai besar (naik)  dengan adanya kandungan pasir  dalam lumpur.
3. Untuk menaikkan densitas , dapat dilakukan dengan cara menambahkan bahan– bahan sebagai berikut : bentonite, kalsium karbonat, CMC dan lain-lain.
4. Jika densitas lumpur terlalu tinggi kita bila menambahkan air agar densitasnya turun.
5. Densitas ini sangat erat kaitannya dengan besarnya tekanan hidrostatis dari lumpur itu sendiri dimana tekanan hidrostatis= 0.052.ρ.h. dan tekanan hidrostatis sangat mempengaruhi stabilitas suatu pemboran.

1.9. Tugas

1. Dalam suatu komposisi lumpur diketahui massa air 350 gram, massa bentonite 22,5 gram dan massa bentonite 5 gram dengan volume bentonite 9 cc ( ρ lumpur pengukuran = 8,65 ppg ). Carilah ρ lumpur teoritis dan % kesalahan.

Jawab : Diketahui :

• massa air    = 350 gram
• m. Bentonite    = 22,5 gram
• m. Bentonite     = 5 gram
• volume bentonite = 9 cc
• ρ lumpur pengukuran = 8,65 ppg
• ρ air = 1 gr/cc
• ρ bentonite = 4,3 gr/cc

volume air=massa ρ

                       =350 gr1grcc

                       =350 cc

volume barite=massa ρ

                             =5 gr4,3grcc

                             =1,16 cc

ρ teoritis=m.air+m.bentonite+m.bariteV.air+Vbentonite+Vbarite

                   =350 gr+22,5 gr+5 gr350cc+9cc+1,16 cc

                   =377,5 gr360,16  cc

                   =1,04grccx8,33

                   =8,73 ppg

% kesalahan= ρteoritis-ρpengukuranρteoritisx100%

                          =8,73 ppg-8,65 ppg8,73 ppg

                          =0,91 %

2. Apa tujuan pengukuran kadar pasir pada lumpur dan bagaimana cara mengatasi masalah kepasiran pada lumpur pemboran? jelaskan!

Jawab : Agar kita bisa mengontrol densitas lumpur. Karena apabila pasir bercampur dengan lumpur maka akan menaikkan densitas lumpur. Dan cara menanggulangi masalah kepasiran ini bisa dilakukan dengan metode gravel pack. Selain itu pada sistem sirkulasi lumpur juga ada tahap-tahap penyaringan oleh solid control equipment untuk menyaring pasir terutama desander.

3. Jelaskan hubungan densitas dan sand content dalam lumpur pemboran dan bagaimana cara mengatasi partikel-partikel yang masuk ke dalam lumpur setelah sirkulasi?

Jawab : sand content akan meningkatkan nilai densitas lumpur. Cara mengtasinya yaitu dengan solid control equipment yang berfungsi menyaring lumpur yaitu terdiri dari shale shaker, desander, desilter dan degasser.

4. Jelaskan bagaimana cara mengatasi densitas lumpur pemboran yang menagalami kenaikan dan penurunan saat pemboran berlangsung!

Jawab : untuk menaikkan nilai densitas lumpur kita bisa menambahkan bentonite, CMC, Calcium Carbonate dan lain-lain. Sedangkan untuk menurunkan nilai densitas kita bisa menambahkan air.