teknik pengeboran - lumpur bor

PENGANTAR LUMPUR PENGEBORAN (Drilling Fluid)

Outline

Mengenali komponen-komponen dari lumpur pengeboran Fasa cair Reactive solids Inert solids Fasa kimia

Memahami fungsi lumpur pengeboran Memahami rheology lumpur pengeboran Memahami sifat-sifat kimia lumpur pengeboran

DEFINISI FLUIDA BOR

• Fluida Bor adalah fluida yang digunakan untuk membantu kelancaran dalam mengebor batuan

• Karena sering menggunakan bahan tambahan (additive) yang berbeda-beda maka sering dikenal sebagai Lumpur Pengeboran

• Fluida bor secara umum terdiri dari suspensi padat yang dirubah menjadi fasa cair.

FUNGSI DRILLING FLUID

1. Mendinginkan, melicinkan dan mendukung Mata Bor & peralatan bor dalam lubang

2. Mengangkat Cutting 3. Mengisi celah-celah dinding bor dari

formasi batuan (Seal permeable formations)

4. Mengontrol tekanan formasi

FUNGSI DRILLING FLUID

6. Menjaga stabilitas dinding sumur 7. Meminimalkan Kerusakan formasi batuan 8. Mentransmisikan energi hidrolik kepada peralatan

di dalam lubang sumur 9. Media pelaksanaan logging sumur (evaluasi

formasi) 10. Mengontrol korosi (dalam batas-batas tertentu) 11. Membantu proses penyemenan dan penyelesaian

sumur

Fungsi spesifik Lumpur Bor

Mengangkat cutting ke permukaan. Hal ini dipengaruhi oleh Kecepatan fluida di annulus (umumnya kecepatan 100-120

fpm sudah cukup) Kapasitas untuk menahan fluida yang merupakan fungsi dari

densitas, aliran, dan viskositas. Mendinginkan dan melumasi bit dan drill string

Panas dapat timbul karena gesekan bit dan drill string dengan formasi.

Karena konduktivitas formasi kecil, panas ini tidak cepat hilang sehingga perlu didinginkan oleh lumpur.

Mengontrol Tekanan Formasi

Mengatasi Lost Circulation

Mengurangi Gesekan Rod – Dinding Lubang Bor

Komponen Lumpur pengeboran Pada mulanya orang hanya menggunakan air saja untuk mengangkat serpih pengeboran. Lalu dengan berkembangngnya pengeboran, lumpur mulai digunakan. Untuk memperbaiki sifat-sifat lumpur, zat-zat kimia ditambahkan dan akhirnya digunakan pula udara dan gas untuk pengeboran walaupun tetap bertahan. Secara umum lumpur pengeboran dapat dipandang mempunyai empat komponen atau fasa: a. Fasa cair (air atau minyak) b. Reactive solids, yaitu padatan yang bereaksi dengan air membentuk koloid (clay) c. Inert solids (zat padat yang tidak bereaksi) d. Fasa kimia

Komponen Lumpur pengeboran

Fasa Cair Minyak atau air (tawar atau asin) 75% lumpur pengeboran menggunakan air Apabila kandungan minyak dalam fasa cair lebih dari 95%,

maka lumpur disebut oil based Apabila kandungan minyaknya 50-70% dalam fasa kontinue,

lumpur disebut invert-emulsion. Reactive Solids

Clay air tawar (Bentonite) atau clay air asin (attapulgite) Jumlah barrel lumpur yang dapat dihasilkan dari satu ton

clay agas viskositas lumpur 15 cp disebut yield. Bentonite rata-rata memiliki yield 100.

Komponen Lumpur pengeboran

Inert Solids Barite (BaSO4) atau galena (bijih besi)

untuk menaikkan densitas lumpur. Berasal juga dari formasi yang dibor dan

terbawa lumpur. Padatan ini perlu dibuang secepat mungkin karena dapat menyebabkan abrasi dan kerusakan pompa dll)

Komponen Lumpur Pengeboran

Fasa Kimia Digunakan untuk mengontrol sifat-sifat

lumpur seperti dispersi, flokulasi, menurunkan viskositas, mengurangi water loss

Contoh zat yang digunakan untuk menurunkan viskositas adalah surfactant

Contoh zat yang menaikkan viscositas adalah CMC, Starch, dan beberapa senyawa polymer

Komponen Lumpur Pengeboran Bentonit/polimer

Sifat-sifat Lumpur Bor

Peningkatan Densitas Lumpur material dalam lumpur yang tidak diinginkan dapat dihilangkan dengan: a) Shale shaker: membersihkan lumpur dari cutting yang

berukuran besar. b) Degasser: membersihkan lumpur dari gas yang masuk. c) Desander: membersihkan lumpur dari padatan kecil

yang lolos dari shale shaker. d) Desilter: sama dengan desander, tetapi untuk padatan

yang lebih kecil.

Sifat-sifat Lumpur Bor

Viskositas dan Gel Strength Sifat gel dari lumpur sangat berguna

pada saat round trip Berdasarkan kelakuan viskositas-nya,

fluida dibagi menjadi 4 kategori, yaitu Newtonian, Bingham-plastic, Power Law dan Modified Power Law.

Fluida Newtonian memiliki viskositas yang konstan, tidak tergantung dari shear rate (dipengaruhi oleh laju alir)

Daya Alir (Rheologi) Lumpur

Viskositas plastik: bagian dari resistensi untuk mengalir yang disebabkan oleh friksi mekanik.

Yield Point: bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel dalam kondisi dinamis.

Gel Strength: bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel dalam kondisi statis.

Sifat-sifat Lumpur Bor

Filtrasi dan Mud Cake Ketika terjadi kontak antara lumpur pengeboran

dengan batuan berpori, batuan tersebut akan bertindak sebagai saringan yang memungkinkan fluida an partikel kecil melewatinya.

Fluida yang hilang ke dalam batuan disebut “filtrate.” Lapisan yang dibentuk oleh partikel yang tertahan di

dinding lubang bor disebut “mud cake.” Proses filtrasi terjadi jika tekanan di lubang bor lebih

besar dari tekanan formasi. Proses filtrasi dibedakan menjadi dua: static filtration

dan dynamic filtration.

Sifat-sifat Lumpur Bor Filtrasi dan Mud Cake (continued) Mud cake yang tipis merupakan

bantalan yang baik antara pipa pengeboran dan dinding lubang bor.

Mud cake yang tebal akan menjepit pipa pengeboran sehingga sulit diangkat dan diputar.

Filtrate yang banyak akan menimbulkan formation damage.

Sifat Lumpur pada P dan T yang Tinggi

• Temperatur yang tinggi dapat mengurangi efektivitas aditif yang ditambahkan untuk membentuk sifat lumpur, sehingga dapat menimbulkan masalah dalam kecepatan pengeboran, bit dan hole cleaning, kestabilan lubang bor dan lainnya.

• Temperatur tinggi dapat menyebabkan lumpur menjadi encer, sehingga viskositas plastisnya berkurang.

Analisa Kimia Lumpur pengeboran

• Analisa alkalinitas (keasaman). • Analisa kesadahan (ion Ca dan Mg). • Analisa ion Chlor (sehubungan dengan

kontaminasi oleh NaCl). • Analisa ion Calcium (kontaminasi oleh

gypsum yang dapat mempengaruhi sifat water loss dan gel strength).

• Analisa ion Besi (indikasi korosi).

Sifat-sifat Lumpur Bor

Kemampuan lumpur untuk melumasi bagian alat-alat pengeboran yang saling bersinggungan atau bergesekan pada saat pengeboran berlangsung.

Gesekan yang dapat terjadi: Metal-to-metal: antara drill string dan casing Metal-to-mineral: antara drill string dengan

dinding bor Mineral-to-mineral

Sifat pelumasan diperlukan untuk: memperpanjang umur peralatan (bit, casing, dll) Menurunkan torsi, drag dan side-wall sticking

Kontaminasi Lumpur pengeboran

• Kontaminasi Sodium Chlorida – Terjadi jika menembus kubah garam, lapisan garam atau lapisan dengan

air salinitas tinggi. – Dapat mengubah viskositas, yield point, gel strength dan pH

• Kontaminas Gypsum

– Terjadi saat menembus gypsum atau shale dan limestones yang mengandung gypsum.

– Dapat mengubah viskositas, yield point, gel strength dan fluid loss

• Kontaminasi Semen – Terjadi karena penyemenan yang kurang sempurna – Dapat mengubah viskositas, yield point, gel strength, pH dan fluid loss

• Kontaminasi lainnya: Carbon-dioxide, Hydrogen Sulfide, dan

Oxigen

Pengeluaran padatan dari lumpur dgn Hydrocyclone

Jenis-Jenis Lumpur Bor

Fresh Water Muds Salt Water Muds Oil-in-Water Emulsion Muds Oil Base and Oil Base Emulsion

Muds Gaseous Drilling Fluids

Klasifikasi Lumpur Bor

JENIS-JENIS FLUIDA PENGEBORAN Terdapat 3 (tiga) kategori fluida pengeboran, yaitu:

1. Water-Based Muds (WBM dispersi dan non-dispersi), paling umum digunakan.

a) Terdiri dari bahan dasar yaitu Air---Lempung – Zat Kimia lain - diaduk hingga menjadi homogen.

b) Lempung (sebagai batuan disebut serpih ~ shale) yang paling sering digunakan adalah Bentonit

c) Dalam pengeboran minyak sering disebut sebagai “gel”. d) Zat kimia aditif (misl. potassium formate) yang ditambahkan ke

dalam sistem WBM diharapkan dapat memberikan dampak kepada:

• Pengendalian kekentalan . • Shale stability. • Meningkatkan kecepatan penembusan (drilling rate). • Mendinginkan dan melicinkan perlatan bor.

KANDUNGAN WBM

• Liquid water, karena sifatnya sebagai fasa yang kontinu dan digunakan untuk mendapatkan kondisi kekentalan awal (initial viscousity).

• Fraksi Reaktif untuk meningkatkan kekentalan. • Fraksi Inert untuk meningkatkan berat jenis lumpur. • Zat Kimia Aditif untuk menjaga sifat-sifat lumpur.

WBM WBM umumnya mengandung Bentonite clay (gel), dengan

bahan additive: 1. Barium sulfate (barite), 2. Calcium carbonate (chalk) atau hematite. 3. Bahan pengental lain, seperti: glycol,

carboxymethylcellulose dan starch. 4. Deflocculant biasanya ditambahkan untuk mengurangi

viskositas clay-based muds; – Anionic polyelectrolytes (tannic acid derivates such as

Quebracho) – Red mud (Quebracho-based mixture), adalah istilah untuk

warna merah pada asam/garam tannic; – Saat ini yang populer digunakan adalah lignosulfonates.

2. OIL BASE MUD (OBM)

• Oil-Based Mud (OBM), dapat berupa lumpur di mana base fluid-nya berasal dari turunan produk hidrokarbon seperti Minyak Diesel. Penggunaan OBM dapat disebabkan karena beberapa alasan, seperti: – Untuk meningkatkan lubrikasi – Meningkatkan ikatan lempung

• OBM juga lebih tahan terhadap panas, tanpa menguraikan sifat lumpur.

3. GASEOUS DRILLING FLUID

• Udara: Udara dimampatkan dan dipompa ke dalam lubang melalui annulus atau melalui drill string.

• Udara/Air: Hampir sama seperti di atas, di mana air ditambahkan untuk menambah viskositas, untuk membersihkan lubang, agar didapatkan pendinginan dan/atau untuk mengontrol debu.

• Udara/Polimer: Adalah formulasi khusus secara kimiawi, seringnya berupa jenis polimer tertentu yang ditambahkan ke dalam air + udara, dicampur sedemikian rupa agar didapatkan kondisi khusus. Polimer yang umum digunakan adalah busa.

Synthetic-based fluid (SBM)

• SBM adalah lumpur di mana base fluid-nya berbahan dasar Minyak Sintetik. SBM paling banyak digunakan pada pekerjaan pengeboran lepas pantai, karena memiliki sifat2 yang sama dengan OBM, tetapi tingkat toxicity-nya lebih rendah daripada OBM. Hal ini sangat penting, karena Pengeboran Offshore berada pada ruang yang terbatas dan tertutup.

JENIS-JENIS ZAT ADDITIVE • Bentonite: nama batuan untuk mineral montmorilonite, umumnya

ditambahkan kedalam air tawar untuk mendapatkan sifat-sifat lumpur yang alamni dari lempung murni;

• Attapulgite: merupakan salah satu jenis mineral lempung yang ditambahkan pada Salt-Water-Based Muds;

• Barite : Adalah nama mineral untuk kimia barium sulfate, memiliki nilai specific gravity yang tinggi, ditambahkan untuk memperberat lumpur; Pb dan Fe juga sering digunakan untuk melengkapi susunan kimianya;

• Chrome lignosulfonates: Adalah pengencer kimia yang saat ini sering digunakan untuk menurunkan viskositas lumpur;

• Polymers: adalah molekul hidrokarbon rantai panjang yang berfungsi sebagai peningkat viskositas lumpur;

KELEBIHAN - KEKURANGAN

LUMPUR BOR – AIR (CLEAN WATER)

BENTONITE/POLYMER

Lumpur Bor - Biopolimer

OBM

SHALE SHAKER

DRYER

DIAGRAM ALIR LUMPUR

MUD TANK SEDIMENTATION

Mud Pits dan Mud Pumps

Mud Pit