BAB III

PENGUKURAN VISKOSITAS DAN GEL STRENGTH

3.1. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan viskositas relatif limpur pemboran dengan menggunakan

Marsh funnel.

2. Menentukan viskositas nyata (apparent viscosity), plastic viscosity,

yield point dan gel strength lumpur pemboran dengan menggunakan

Fann VG meter.

3. Memahami rheology lumpur pemboran.

4. Mengetahui fungsi bentonite pada praktikum pengukuran viskositas dan

gel strength.

5. Mengetahui pengaruh gel strength dan yield point pada lumur

pemboran.

3.2. TEORI DASAR

Viscositas lumpur pemboran merupakan kekentalan dari lumpur

pemboran. Viscositas merupakan gaya gesekan antara partikel-partikel

lumpur yang mengalir. Bila viscositas tinggi maka lumpur akan mengalir

dengan lambat dan sebaliknya bila viscositas rendah maka lumpur

pemboran akan mengalir dengan cepat. Sehingga viscositas dikatan juga

sebagai tahanan terhadap aliran.

Viscositas lumpur pemboran sangat memegang peranan dalam

mengangkat cutting dari dasar lubang ke permukaan. Kalau viscositas

lumpur pemboran kurang dari seharusnya maka cutting dan material

pemberat lainnya akan sulit untuk dianggat. Selama operasi pemboran

berlangsung viscositas lumpur dapat naik. Hal ini disebabkan oleh:

1. Lumpur terkontaminasi oleh lapisan formasi yang ditembus, seperti :

anhydrite, clay, gypsum dan lainnya.

2. Terlalu banyak padatan dalam lumpur.

27

28

Jika viscositas lumpur pemboran terlalu tinggi maka:

1. Cutting yang halus tidak bisa dipisahkan dengan cara mengendapkan di

dalam setting tank. Pasir yang berupa cutting akan masuk ke dalam

lumpur. Mengingat pasir adalah inert solid, maka berar jenis lumpur

akan naik dan menimbulkan masalah dalam operasi pemboran.

2. Pasir yang bersifat abrasive bila terlalu banyak dalam lumpur dan dapat

mengikis dan merusak peralatan sirkulasi yanag dilaluinya.

3. Kerja pompa bertambah berat.

4. Mengundang terjadinya swabb effect dan squeeze effect.

Swabb effect meksudnya terisapnya Fluida formasi kedalam lubang saat

mencabut rangkaian pemboran. Sedangkan squeeze effect tertekannya

lumpur dibawah bit saat menurunkan rangkaian pemborann ke

permukaan.

Agar harga viscositas lumpur pemboran yang digunakan sasuai dengan

yang diharapkan maka harus dilakukan pengukuran viscositas lumur

pemboran sacara periodik. Ada cara pengukuranya dapat dilakukan dengan

dua cara yaitu Marsh funnel dan viscometer.

Gel strength adalah antara partikel-partikel lumpur pemboran. Gel

strength disebut juga dengan daya agar atau daya pulut. Gel strength adalah

sifat lumpur yang berperan untuk menahan cutting dan material pemberat

lumpur tidak menumpuk di annulus dan sekeliling rangkaian pemboran. Gel

strength akan naik dengan bertambahnya waktu.

Kalau gel strength terlalu besar akibatnya adalah tekanan yang

diperlukan unutk memulai sirkulasi kembali menjadi tinggi, dengan kata

lain kerja pompa akan menjadi berat. Bila dipaksa dipaksa memulai

sirkulasi dengan tekanan tinggi, dapat menyebabkan formasi pecah bila

formasi tidak kuat untuk menerimanya. Untuk itu diperlukan break

circulation setelah lumpur diam.

Break circulation maksudnya adalah memecahkan gel dari lumpur

sebelum memulai circulasi kembali. Lumpur yang diam cukup lama adalah

29

saat dilakukan pencabutan rangkaian pemboran, sehingga gel strength

menjadi tinggi. Untuk itu dilakukan break circulation sebagai berikut:

a. Turunkan rangkaian sampai bit casing shoe.

b. Putar rangkaian.

c. Jalankan pompa lumpur secara bertahap, sampai rate sirkulasi yang

diperlukan. Lakukan satu sirkulasi penuh.

d. Matikan pompa.

e. Turunkan rangkaian kedasar lubang dan ulangi langkah a sampai c.

Additive untuk menaikan dan menurunkan harga gel strength dan yield

point lumpur pemboran tambahkan additive-additive seperti untuk

viskositas lumpur. Alat untuk mengukur gel strength lumpur pemboran

sama dengan alat untuk mengukur viscositas lumpur yaitu viscosimeter.

Viskositas dan gel strength merupakan bagian yang pokok dalam sifat-

sifat rheologi Fluida pemboran. Pengukuran sifat-sifat rheology Fluida

pemboran penting mengingat efektivitas pengangkatan cutting merupakan

fungsi langsung dari viskositas. Sifat gel pada lumpur juga penting pada saat

round trip sehingga dapat mencegah cutting mengendap didasar sumur yang

dapat menyebabkan kesukaran pemboran selanjutnya. Viscositas dan gel

strength merupakan sebagian dari indikator baik tidaknya suatu lumpur.

Rheology dari lumpur pemboran ini mengikuti model rheology

Bingham Plastic, untuk Fluida non-newtonian ini merupakan model yang

paling sederhana. Fluida non-newtonian adalah Fluida yang mempunyai

viskositas yang tidak konstan, bergantung besarnya shear rate yang terjadi.

Fluida non-newtonian memperlihatkan yield stress suatu jumlah tertentu

dari tahanan dalam yang dibutuhkan agar Fluida mengalir seluruhnya.

Fluida pemboran dalam percobaan ini adalah lumpur pemboran.

Lumpur pemboran ini mengikuti model-model rheologi bingham plastic,

power law. Bingham plastic merupakan model sederhana untuk Fluida non

newtonian.

30

Yang dimaksud dengan Fluida Non-Newtonian adalah Fluida yang

mempunyai viscositas tidak konstan, bergantung pada besarnya geseran

(shear rate) yang terjadi.

Gambar 3.1 Diagram Fluida Newtonian dan Non Newtonian

Dalam percobaan ini pengukuran viskositas yang sederhana dilakukan

dengan menggunakan alat marsh funnel. Viskositas ini adalah jumlah detik

yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0.9463 liter untuk mengalir keluar dari

corong marsh funnel. Bertambahnya viscositas ini direfleksikan dalam

bertambahnya apparent viscosity. Untuk fluida non newtonian, informasi

yang diberikan marsh funnel memberikan suatu gambaran rheology fluida

yang tidak lengkap sehingga biasanya digunakan untuk membandingkan

fluida yang baru (awal) dengan kondisi sekarang.

Tujuan utama penggunaan Lumpur pemboran adalah agar dalam

operasi pemboran tidak mengalami banyak kesulitan. Dalam hal ini lumpur

yang dipilih diharapkan dapat memenuhi fungsi-fungsi sebagai berikut:

1. Mengangkat Cutting ke Permukaan.

2. Membentuk Mud cake yang tipis dan licin.

3. Mengontrol Tekanan Formasi.

4. Menahan Sebagian Berat Drillstring dan Casing.

31

Dalam percobaan ini pengukuran viskositas yang sederhana dilakukan

dengan menggunakan alat marsh funnel. Viskositas ini adalah jumlah detik

yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0.9463 liter untuk mengalir keluar dari

corong marsh funnel. Bertambahnya viscositas ini direfleksikan dalam

bertambahnya apparent viscosity. Untuk Fluida non newtonian, informasi

yang diberikan marsh funnel memberikan suatu gambaran rheology Fluida

yang tidak lengkap sehingga biasanya digunakan untuk membandingkan

Fluida yang baru (awal) dengan kondisi sekarang.

Viscosity plastic seringkali digambarkan sebagai bagian dari resistensi

untuk mengalir yang disebabkan oleh friksi mekanik.

Yield point adalah bagian dari reeistensi untuk mengalir oleh gaya tarik

menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini disebakan oleh muatan-

muatan pada permukaan partikel yang didespersi dalam fasa Fluida.

Gel strenth dan yield point merupakan ukuran dari gaya tarik menarik

dalam suatu sistem lumpur. Bedanya gel strength merupakan ukuran gaya

tarik menarik yang statik sedangkan yield point merupakan ukuran gaya

tarik menarik yang dinamik.

3.2.1.Penentuan Harga Shear Stress dan Shear Rate

Harga shear stress dan shear rate yang masing-masing dinyatakan

dalam bentuk penyimpangan skala penunjuk (dial reading) dan RPM motor,

harus diubah menjadi harga shear stress dan shear rate dalam satuan

dyne/cm2 dan detik1 agar diperoleh harga viscosity dalam satuan CP

( centipoises). Adapun persamaanya adalah sebagai berikut :

dimana :

τ : shear stress, dyne/cm2

γ : shear rate, detik-1

C : Dial Reading, derajat

Τ = 5.007 x C

γ = 1.704 x RPM

µp = C600 – C300

γb = C600 – µp

32

RPM : revolution per minute dari rotor

3.2.2.Penentuan Harga Viskositas Nyata (Apparent Viscosity)

Viscositas nyata µa untuk setiap harga shear rate dihitung berdasarkan

hubungan :

3.2.3. Penentuan Plastic Viscositas dan Yield Point

Untuk menentukan plastic viscositas (µp) dan yield point (γp)

dalam field unit digunakan persamaan Bingham Plastic sebagai berikut :

dengan memasukkan persamaan (1) dan (2) kedalam persamaan (5)

didapat :

dimana :

µp : Plastic Viscosity, cp

γb : yield point Bingham, lb/100 ft

C600 : Dial reading pada 600 RPM, derajat

C600 : Dial reading pada 300 RPM, derajat

μa=τγ

x100

μa=(300 xC )

RPMx 100

μp=τ600−τ300

γ 600−γ300

33

3.2.4.Penentuan Harga Gel Strength

Harga gel strength dalam 100 lb/ft2 diperoleh secara langsung dari

pengukuran dengan alat Fann VG. Simpangan skala penunjuk akibat

digerakkannya rotor pada kecepatan 3 RPM, langsung menunjukkan harga

gel strength 10 detik atau 10 menit dalam 100 lb/ft.

3.3. PERALATAN DAN BAHAN

3.3.1.Peralatan

1. Marsh Funnel

2. Timbangan

3. Gelas Ukur 500 cc

4. Fann VG meter

5. Mud Mixer

6. Cup Mud Funnel

Gambar 3.2 Mars Funnel

34

Gambar 3.3 Timbangan

Gambar 3.4 Gelas Ukur

Gambar 3.5 Fann VG Meter

35

Gambar 3.6 Mud Mixer

Gambar 3.7 Cup Mud Funnel

3.3.2.Bahan

1. Bentonite

2. Air tawar (aquades)

3. Bahan-bahan pengencer (Thinner)

36

Gambar 3.8. Bentonite

Gambar 3.9. Aquades

Gambar 3.10. Thinner3.4. PROSEDUR PERCOBAAN

37

3.4.1.Membuat lumpur

Prosedur pembuatan lumpur sama dengan prosedur pembuatan lumpur pada

acara 1.

3.4.2.Cara Kerja Dengan Mars Funnel

1. Tutup bagian bawah dari mars funnel dengan jari tangan. Tuangkan

lumpur bor melalui saringan sampai lumpur menyinggung bagian

bawah saringan (1500 cc)

2. Setelah disediakan bejana yang telah tertentu isinya (1 quart = 946 ml).

Pengukuran dimulai dengan membuka jari tadi sehingga lumpur

mengalir dan ditampung dengan bejana tadi.

3. Catat waktu yang diperlukan (detik) lumpur untuk mengisi bejana

tertentu isinya tadi.

3.4.3.Mengukur Shear Stress dengan fann VG

1. Isi bejana dengan lumpur sampai batas yang telah ditentukan.

2. Letakkan bejana pada tempatnya, serta atur kedudukannya sedemikian

rupa sehingga rotor dan bob tercelup kedalam lumpur menurut batas

yang telah ditentukan.

3. Gerakkan rotor pada posisi High dan tempatkan kecepatan putar rotor

pada kedudukan 600 RPM. Pemutaran terus dilakukan sehingga

kedudukan skala (dial) mencapai keseimbangan. Catat harga yang

ditunjukkan skala.

4. Pencatatan harga yang dilakukan oleh skala penunjuk setelah mencapai

keseimbangan dilanjutkanuntuk kecepatan 300, 200, 100, 6 dan 3 RPM

dengan cara yang sama seperti diatas.

3.4.4.Pengukuran Gel Strength Dengan Fann VG

1. Setelah selesai mengukur shear stress, aduk lumpur dengan fann Vg

pada kecepatan 600 RPM selama 10 detik.

2. Matikan Fann VG kemudian diamkan lumpur selama 10 detik.

38

3. Setelah 10 detik gerakkan rotor pada kecepatan 3 RPM. Baca

simpangan maksimum pada skala penunjuk.

4. Aduk kembali lumpur dengan Fan VG pada kecepatan rotor 600 RPM

selama 10 detik.

5. Ulangi kerja diatas untuk gel strenght 10 menit (untutk gel strenght 10

menit, lama pendiaman lumpur 10 menit)

3.5. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN

Tabel 3.1. Nilai Viscositas Dan Gel strength

No Komposisi lumpur µ relative µ plastic YpGS 10

detik

Gs 10

menit

1 LD 52 3.5 21.5 3 10

2 LD + 2 gr dextrid 61 6 24 5 14

3 LD + 2.6 gr dexrtid - 11 27 18 72

4 LD + 3 gr bentonite 50 2 3.4 7 20

5 LD + 9 gr bentonite - 12 50 24 104

3.6. PEMBAHASAN

3.6.1.Pembahasan Praktikum

Pada praktikum ini kita akan menentukan sifat-sifat fisik lumpur

pemboran seperti viscositas, yield point, dan gel strength. Tujuan kita

menentukan gel strength dan viskositas itu sendiri untuk mempermudah

pada saat mensirkulasikan lumpur.

Dari data table 3.1. praktikum diatas diketahui lumpur dasar tanpa

penambahan zat additive. Pada lumpur dasar ini mempunyai viscositas

relative sebesar 52 cp, viskositas plastiknya 3.5 cp, yield pointnya 21.5 dan

gel strength masing-masing pada 10 detik sebesar 3 dan pada 10 menit

sebesar 10. Pada saat di tambahkan 2 gr dextrid kedalam LD maka

viskositasnya naik menjadi 61 dan juga viskositas plastiknya naik menjadi 6

serta yield pointnya menjadi 24. Saat ditambahkan lagi dextridnya sebesar

39

0.6 ke dalam LD yang telah di campur dengan dextrid awal tadi, viskositas

plastiknya naik menjadi 11 dan yield pointnya naik menjadi 27.

Pada saat LD ditambahkan 3 gr bentonite maka viskositasnya turun

menjadi 50 dan viskositas plastiknya juga turun menjadi 2 serta yield

pointnya juga ikut turun menjadi 3.4. Dan pada saat LD ditambahkan 9 gr

bentonite maka viskositas plastiknya naik secara drastis menjadi 12 cp serta

yield pointnya naik menjadi 50. Dari kedua additive tersebut, dextrid dan

bentonite, perubahan nilai gel strength terlihat sangat signifikan saat

ditambahkan bentonite daripada dextrid karena bentonite yang ditambahkan

dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan dextrid.

Dalam dunia peminyakan yang lebih baik digunakan adalah bentonite.

Selain harganya yang lebih murah dibandingkan dengan dextrid, bentonite

juga lebih lambat menaikan gel strength dari lumpur kita bedasarkan

pengujian pada 10 detik dan 10 menit (kenaikan dari viskositas relatife,

viskositas plastik, yield pointnya, dan gel strengthnya tidak naik secara

siknifikan namun kenaikan secara perlahan) Seperti yang kita ketahui bawah

pada saat viskositas relatife, viskositas plastik, yield point dan gel strength

yang terlalu tinggi dapat berpengaruh pada saat kita mensirkulasikan lumpur

pemboran (intinya, jika terlalu tinggi dapat menambah beban pompa

sirkulasi kita/membutuhkan tenaga yang besar untuk mensirkulasikan

lumpur).

Dan juga pada dunia perminyakan pengukuran sifat fisik lumpur dari

komposisi lumpur bor bermanfaat, terutama pengukuran gel strength karena

apabila nilai dari Gel Strength besar dapat mempengaruhi proses sirkulasi

lumpur bor. Seperti bertambahnya beban pompa sirkulasi, cutting sulit

berpisah dari lumpur dan jika terlalu rendah cutting akan mengendap di

dasar sumur.

3.6.2.Pembahasan Soal Analisis

40

1. Berikan penjelasan analog antara dextrid dan bentonite jika berdasar

pada tabel hasil percobaan diatas!

Jawab:

Berdasarkan analogi diatas, bentonite digunakan untuk menaikkan gel

strength dan menurunkan viskositas lumpur, dan dextrid untuk

menaikkan viskositas dan menaikkan gel strength.

2. Dengan melihat data di atas, jelaskan maksud penambahan dextrid ke

dalam lumpur dan jelaskan bagaimana additive tersebut melakukan

fungsinya!

Jawab:

Penambahan dextrid ke dalam lumpur pemboran adalah untuk

meningkatkan viscositas plastic dan yiled point serta gel strength.

Additive tersebut bekerja dengan menaikkan viskositas platic sering

secara tidak langsung menaikkan viskositasnya.

3. Dari data diatas, manakah additive yang lebih signifikan menaikkan gel

strength?

Jawab:

Bentonite, karena berdasarkan tabel hasil percobaan, viskositas plastik

meningkat dari 2 menjadi 12 ketika jumlah bentonite diperbanyak.

Serta bentonite merupakan additive yang lebih signifikan menaikkan

gel strength dari hasil analisa penambahan banyak bentonite atau

membuat gel strength lebih meningkat lebih tajam. Pada lumpur dasar

GS 10 detik sebesar 3 dan GS 10 menit sebesar 10 dengan ditambahkan

3 gram bentonite membuat naik menjadi 20 dan 7 dan penambahan 9

gram bentonite 24 dan 104.

4. Dari data diatas terlihat bahwa harga GS 10 menit selalu lebih besar

dari GS 10 detik. Jelaskan!

41

Jawab:

Karena waktu membentuk gel, lumpur memerlukan waktu dengan

penambahan kekerasan yang sebanding dengan fungsi waktu. Lumpur

dikatakan bagus jika GS low flat (nilainya lebih rendah dan relatif

konstan terhadap waktu).

5. Dari suatu percobaan yang dilakukan dalam pembuatan lumpur dengan

barite seberat 4 gram, kemudian itu didapatkan deal reading pada 600

RPM sebesar 155 dan dial reading pada 300 RPM sebesar 130.

Hitunglah nilai plastic viscocity dan yield point dari percobaan tersebut.

Jawab:

Diketahui: C600 = 155

C300 = 130

Ditanya: µp .....?

Yp ...?

µp = C600 – C300

= 155 – 130

= 25

Yp = C300 - µp

= 130 – 25

= 105

Maka, nilai plastic viskositas sebesar 25 dan yield point sebesar 105.

3.7. KESIMPULAN

42

1. Penentuan viskositas bertujuan untuk menentukan kekentalan dari pada

lumpur (penentuannya viskositas bertujuan pada saat sirkulasi).

2. Penentuan gel strength dan viskositas juga sangat berpengaruh pada

pengangkatan cutting dari formasi.

3. Semakin lama lumpur diam ( statik ) maka gel strength akan semakin

besar.

4. Dalam dunia perminyakan gel strength yang terlalu besar dapat

berpengaruh pada pompa sirkulasi dimana pompa sirkulasi harus

bekerja keras pada saat mensirkulasikan lumpur.

5. Penambahan dextrid ke dalam lumpur pemboran adalah untuk

meningkatkan viskositas plastik dan yield point serta gel strength.