BAB II

DENSITAS, SAND CONTENT DAN PENGUKURAN KADAR MINYAK

PADA LUMPUR BOR

2.1. TUJUAN PERCOBAAN

- Mengenal material pembentuk lumpur pemboran serta fungsi-fungsi

utamanya.

- Menentukan densitas lumpur pemboran dengan menggunakan alat Mud

Balance.

- Menentukan kandungan pasir dalam lumpur pemboran.

- Mengetahui besarnya kadar pasir (%) yang terkandung dalam lumpur bor.

- Menentukan kadar minyak dan padatan yang terdapat dalam lumpur bor

(emulsi).

2.2. DASAR TEORI

2.2.1. Densitas Lumpur

Lumpur sangat besar peranannya dalam menentukan berhasil atau tidaknya

suatu operasi pemboran, sehingga perlu diperhatikan sifat – sifat dari lumpur

tersebut, seperti densitas viscositas, gel strenght, atau filtration loss. Dalam

percobaan ini akan dibahas satu sifatnya saja, yaitu densitas.

Densitas lumpur bor merupakan salah satu sifat lumpur yang sangat penting,

karena peranannya berhubugan langsung dengan fungsi lumpur bor sebagai

penahan tekanan formasi. Adanya densitas lumpur bor yang terlalu besar akan

menyebabkan lumpur hilang ke formasi (loss circulation), sedangkan jika terlalu

kecil dapat menyebabkan “kick” (masuknya fluida ke lubang sumur). Maka

densitas lumpur harus disesuaikan dengan keadaan formasi yang akan dibor.

Densitas lumpur dapat menggambarkan gradien hidrostatik dari lumpur bor

dalam psi/ft. Tetapi di lapangan biasanya dipakai satuan ppg (pound per gallon).

Asumsi – asumsi :

1. Volume setiap material adalah merupakan additive :

Vs + Vml = Vmb……………………………………………………………..(2.1)

2. Jumlah berat adalah merupakan additive :

ds x Vs + dml x Vml = dmb x Vmb …………………………………………..(2.2)

Dimana :

Vs : Volume solid, bbl

Vml : Volume lumpur lama, bbl

Vmb : Volume lumpur baru

ds : berat jenis solid, ppg

dml : berat jenis lumpur lama, ppg

dmb : berat jenis lumpur baru, ppg

Dari persamaan (2.1) dan (2.2) diperoleh :

Vs = …………………………………………...............(2.3)

Karena zat pemberat (solid) beratnya adalah :

Ws = Vs x ds

Bila dimasukkan ke dalam persaman (2.3)

Ws = ……………………………………………….(2.4)

% volume solid :

………………………………………….

(2.5)

% berat solid :

………………………………….

(2.6)

Maka bila yang digunakan adalah barit dengan SG = 4.3, untuk menaikkan

densitas dari lumpur lama seberat dml ke lumpur baru sebesar dmb setiap bbl

lumpur lama memerlukan berat solid, Ws sebanyak :

Ws = 684 x …………………………………………..............

(2.7)

Keterangan :

Ws = berat solid / zat pemberat, kg barit/bbl lumpur. Sedangkan jika yang

digunakan sebagai zat pemberat adalah bentonit dengan SG = 2.5, maka untuk

tiap barrel lumpur diperlukan :

Ws = 398 x ………………………………………………..(2.8)

Dimana Ws = kg benonite/bbl lumpur lama

2.2.2. Sand Content

Tercampurnya serpihan – serpihan formasi (cutting) ke dalam pemboran

akan menbawa pengaruh kepada operasi pemboran. Serpihan – 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 tersikulasi ke

permukaan akan menambah beban pompa sirkulasi lumpur. Oleh karena itu

setelah lumpur disirkulasikan harus mengalami proses pembersihan terutama

menghilangkan partikel – partikel yang masuk ke dalam lumpur selama sirkulasi.

Alat – alat ini, yang biasanya disebut “Conditioning Equipment”, adalah :

1. Shale Shaker

Fungsinya membersihkan lumpur dari serpihan – serpihan atau cutting yang

berukuran besar.

2. Degasser

Fungsinya untuk membersihkan lumpur dari gas yang mungkin masuk ke

lumpur pemboran.

3. Desander

Fungsinya untuk membersihkan lumpur dari partikel – partikel padatan yang

berukuran kecil yang bisa lolos dari shale shaker.

4. Desilter

Fungsinya sama dengan desander, tetapi desilter dapat membersihkan

lumpur dari partikel – partikel yang berukuran lebih kecil.

Penggambaran sand content dari lumpur pemboran adalah merupakan

prosen 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 atau sand content pada lumpur

pemboran adalah :

n =

dimana :

n = kandungan pasir

Vs = volume pasir dalam lumpur

Vm = volume Lumpur

2.3. PERALATAN DAN BAHAN

2.3.1. Alat

1. Mud Balance

2. Retort Kit

3. Multi Mixer

4. Sand Content Set

5. Gelas Ukur 500 cc

2.3.2. Bahan

1. Bentonite

2. Barite

3. Aquadest

4. Wetting Agent

5. Oil

6. Pasir

7. Steel wall

2.3.3. Gambar Alat

Keterangan

1. Lid

2. Cup

3. Base

4. Knife dan Fulcrum

5. Rider

6. Arm Balance

7. Calibrator

Gambar 2.1. Mud Balance

(http://www.ofite.com/products/Drilling/Balances/115-2.jpg)

1 2 3 4 5 6 7

Keterangan:

1. Sieve (Saringan – Ukuran : 200)

2. Funnel

3. Aquadest

4. Tube

Gambar 2.2. Sand Content Set

(http://www.durhamgeo.com/testing/misc/images/DE-11600.jpg)

12 3 4

Keterangan:

1. Kondensator

2. Gelas Ukur

3. Insulator Block

4. Wetting Agent

5. Chamber ( Upper dan Mud Chamber)

12 3 4

Gambar 2.3. Retort Kit

(http://www.ofite.com/products/Drilling/Retorts/180-195.jpg)

5

Keterangan:

1. Mixer Cup

2. Mixer Hanging

3. Mixer

Gambar 2.4. Multi Mixer

(http://www.geocities.com/nostalgia_diner/hambeachmilkshake3cream.jpg)

1

2

3

2.4. PROSEDUR PERCOBAAN

2.4.1. Prosedur Operasi Standar

2.4.1. Mud Balance

a. Mengambil alat Mud Balance dari box.

b. Mencuci cup pada wastafel, kemudian di lap dengan kanebo.

c. Melakukan kalibrasi alat dengan mengukur densitas air, caranya dengan

mengisi air ke dalam cup sampai penuh kemudian ditutup (apabila ada air

yang tumpah dilap dengan kanebo agar pengukurannya lebih tepat).

d. Meletakkan Mud Balance pada box (posisi knife berada di atas fulcrum),

kemudian mengukur densitas air yang sudah diketahui harganya (p =

8,33 ppg pada 70o F), caranya dengan menggeser rider ke angka 8,33 ppg

(pada skala bagian atas) atau ke angka 1 gr/cc (pada skala bagian bawah),

jika kalibrasi berhasil gelembung udara pada level glass akan berada di

tengah-tengah atau menyentuh garis tengah, jika masih belum tepat, takar

ulang lah pasir yang ada pada ujung balance arm sampai kalibrasi

berhasil. Setelah itu air dibuang lalu cup dibersihkan kembali.

e. Mengukur densitas lumpur yang akan diuji dengan cara memasukkan

lumpur pada cup sampai penuh kemudian di tutup (apabila ada lumpur

yang tumpah di lap dengan kanebo agar pengukurannya lebih tepat).

f. Meletakkan Mud Balance pada box kemudian mengukur densitas lumpur

dengan cara menggeser rider, sampai gelembung udara pada level glass

berada di tengah-tengah.

g. Setelah harga densitas diketahui, lumpur dibuang, lalu cup dibersihkan

lalu Mud Balance ditaruh kembali ke dalam box.

3. Multimixer

a. Menyiapkan bahan-bahan untuk membuat lumpur.

b. Mengisi cup lumpur dengan air.

c. Mengkaitkan cup pada Multimixer dengan menekan pada penjepit atas

dan meletakkan cup pada penyangga bawah hingga mixer berputar

d. Memasukkan bahan-bahan solid yang akan digunakan.

e. Setelah campuran lumpur selesai dibuat, lepas cup dengan menaikkan

cup, kemudian tarik ke bawah.

f. Membersihkan mixer dengan memasang cup berisi air bersih lalu lap

hingga bersih.

3.1. Sand Content Set

a. Mengambil alat dari box kemudian membersihkan Sieve, Funnel, dan

Tube dengan air.

b. Mengisi Tube dengan lumpur yang akan di uji sampai batas “mud to

here” kemudian tambahkan air sampai batas “water to here”.

c. Kocok Tube dengan menutup mulut tube sampai campuran lumpur dan

air menyatu.

d. Menyaring campuran tersebut dengan cara menuangkannya ke dalam

Sieve sehingga endapan pasir akan terpisah diatas mesh.

e. Membilas Sieve dengan air dengan cara menggabungkan Funnel ke

bagian bawah Sieve dan mulut Tube sehingga endapan pasir akan

terendapkan di bagian bawah Tube.

f. Apabila masih ada endapan pasir di dalam mesh, bilas dengan air.

g. Dengan menggunakan skala yang ada pada Tube, kita dapat membaca

volume pasir yang terkandung dalam lumpur.

h. Setelah itu alat-alat dibersihkan kembali, kemudian diletakkan ke dalam

box.

4. Retort Kit

a. Menyiapkan lumpur yang akan diuji (sebelumnya sudah disaring oleh

Marsh Funnel untuk melepaskan LCM dan pasir).

b. Mengisi Upper Chamber dengan sabut baja.

c. Mengisi Mud Chamber dengan lumpur, lalu tutup dengan Lid, bersihkan

jika ada lumpur yang tumpah dengan kanebo.

d. Pasangkan Mud Chamber dengan Upper Chamber kemudian tempatkan

kembali ke Insulator Block.

e. Menambahkan beberapa tetes (umumnya 3 tetes) Wetting Agent pada

gelas ukur dan tempatkan di bawah Kondensator.

f. Menancapkan kabel Insulator Block agar pemanasan lumpur bisa

dimulai. Menunggu sampai tak terjadi kondensasi lagi yang ditandai

dengan matinya lampu indikator pada Insulator Block.

g. Setelah diperoleh data hasil percobaan bersihkan Mud Chamber dan

ambil sabut baja dari Upper Chamber. Bersihkan kembali alat-alatnya

kemudian letakkan kembali ke dalam box.

4.1.1. Prosedur Percobaan

4.1.2. Densitas Lumpur

1. Mengkalibrasi peralatan Mud Balance sebagai berikut :

Membersihkan peralatan Mud Balance.

Mengisi cup dengan air hingga penuh, lalu ditutup dan dibersihkan

bagian luarnya. menegeringkannya dengan kertas tissue.

Meletakkan kembali Mud Balance pada kedudukan semula.

Rider ditempatkan pada skala 8,33 ppg.

Mengecek pada Level Glass, bila tidak seimbang, mengatur

Calibration Screw sampai seimbang.

2. Menimbang beberapa zat yang digunakan sesuai dengan petunjuk asisten.

3. Menakar air 350 cc dan mencampurnya dengan 22,5 gr bentonite.

Caranya memasukkan air ke dalam bejana, lalu memasang bejana pada

Multimixer dan memasukkan bentonite sedikit demi sedikit setelah mixer

dijalankan, selang beberapa menit setelah tercampur, mengambil bejana

dan menuangkan lumpur yang telah dibuat kedalam cup Mud Balance.

4. Menutup cup dan membersihkan lumpur yang melekat pada dinding

bagian luar dan penutup cup sampai bersih.

5. Meletakkan balance arm pada kedudukan semula, lalu mengatur rider

hingga seimbang dan membaca densitas yang ditunjukkan pada skala.

6. Mengulang langkah 5 untuk kompisisi campuran yang diberikan asisten.

5. Sand Content

1. Mengisi tabung gelas ukur dengan lumpur pemboran dan tandai.

Menambahkan air pada batas berikutnya. Menutup mulut tabung dan

mengocoknya dengan kuat.

2. Menuangkan campuran tersebut ke dalam saringan. Bairkan cairan

mengalir keluar melalui saringan. Menambahkan air ke dalam tabung,

mengocok dan menuangkan kembali ke dalam saringan. Mengulangi

hingga tabung menjadi bersih. Mencuci pasir yang tersaring untuk

melepaskan sisa – sisa dari lumpur yang masih melekat.

3. Memasang Funnel tersebut pada sisi atas Sieve. Membalikkan rangkaian

tersebut dengan perlahan – lahan dan memasukkan ujung Funnel ke

dalam gelas ukur. Menghanyutkan pasir ke dalam tabung dengan

menyemprotkan air melalui saringan hinggga semua pasir tertampung ke

dalam gelas ukur. Membiarkan pasir mengendap. Dari skala yang ada

dalam tabung, membaca prosen volume dari pasir yang mengendap.

4. Mencatat sand content dari lumpur dalam prosen volume.

6. Penentuan Kadar Cairan Lapisan

1. Mengambil himpunan retort keluar dari Insulator Block, mengeluarkan

Mud Chamber dari Retort.

2. Mengisi Upper Chamber dengan steel wall.

3. Mengisi Mud Chamber dengan lumpur dan menempatkan kembali

penutupnya lalu membersihkan lelehan lumpur.

4. Menghubungkan Mud Chamber dengan Upper Chamber, kemudian

menempatkan kembali ke dalam Insulator Block.

5. menambahkan setetes Wetting Agent pada gelas ukur dan menempatkan

di bawah Kondensator.

6. Memanaskan lumpur sampai tidak terjadi kondensasi lagi yang ditandai

dengan matinnya lampu indikator.

6.1. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN

6.1.1. Hasil Percobaan

Tabel II-1

Tabel Pengukuran Densitas, % Sand Content, Kandungan minyak

PLUG

Lumpur Dasar Additive

Densitas

(ppg)

Sand

ContentKadar Minyak

Air

(ml)

Bentonite

(gr)

Barite

(gr)

Air

(ml)

LD

+

Pasir

(gr)

%SC

LD

+

Solar

(ml)

Kadar

minyak

(%)

A 350 22,5 5 8,8 2 0,25 5 2,5

B 350 22,5 10 8,9 4 0,23 10 3,87

C 350 22,5 15 8,9 6 0,21 15 3,2

D 350 22.5 20 8,85 8 0,2 20 3,5

E 350 22.5 25 8,93 10 0,26 25 4

F 350 22.5 100 8,5 12 0,25 30 4,8

G 350 22.5 125 8,4 14 0,2 35 5

H 350 22.5 150 8,5 16 0,3 40 2

I 350 22.5 175 8,4 18 0,4 45 2,5

J 350 22.5 200 8,3 20 0,3 50 4

6.1.2. Perhitungan

1. Pengukuran Densitas

a) Lumpur dasar : 350 ml air + 22,5 gr Bentonite + 150 ml air

b) Densitas lumpur dasar = 8,5 ppg

2. Pengukuran Sand Content

a) Lumpur dasar : 350 ml air + 22.5 gr bentonite + 16 gr pasir

b) Menghasilkan Sand Content = 0.8 % pasir

3. Pengukuran Kadar Minyak

a) Lumpur dasar = 350 ml air + 22.5 gr bentonite + 40 ml

solar

b) Volume minyak = 0,2 ml

c) Volume air = 8 ml

d) % Volume minyak = 0,2 ml x 10

= 2 %

e) % Volume air = 8 ml x 10

= 80 %

f) % Volume padatan = 100- ( ml minyak – ml air ) x 10

= 100- (0.2+ 8 ) x 10

= 18%

g) Gram minyak = ml minyak x 0,8

= 0,2 x 0,8

= 0,16 gr

h) Gram lumpur = lb/gal lumpur x 1,2

= 8,5 x 1,2

= 10,2 gr

i) Gram padatan = massa lumpur–(gr minyak + gr air)

= 10,2 – (0,16 + 8)

= 2,04 gr

j) Volume padatan = 10 – (ml minyak + ml air)

= 10 – (0,2 + 8)

= 1,8 ml

k) SG padatan rata – rata = gr padatan / ml padatan

= 2,04 / 1,8

= 1,133 gr/ml

l) % Berat padatan = (gr padatan / gr lumpur) x 100 %

= (2,04/ 10,2) x 100 %

= 20%

2.1. PEMBAHASAN

Percobaan kali ini bertujuan untuk menentukan densitas lumpur sand

content serta kadar minyak dalam lumpur bor. Alat-alat yang digunakan

diantaranya mud balance, retort kit, multi mixer dan sand content set.

Dalam pengukuran densitas menggunakan mud balance, sebelum

digunakan alat terlebih dahulu dikalibrasikan dengan air 8,33 ppg agar

pengukuran yang dilakukan standart dan juga akurat. Setelah dikalibrasi, barulah

lumpur yang telah kita buat dari campuran air, bentonite dan barite kita ukur

dengan cara kita masukkan ke dalam balance cup dan kita gerakkan rider hingga

didapatkan pembacaan yang tepat. Hasil pengamatan didapatkan densitas sebesar

8,5 ppg.

Penentuan densitas dari lumpur sangatlah penting karena besar densitas

suatu lumpur akan berbanding lurus dengan Tekanan hidristatis (Ph) yang akan

kita dapatkan, yang artinya semakin besar densitas, semakin besar pula tekanan

hidrostatis dan semakin kecil densitas, semakin kecil pula tekanan hidrostatisnya.

Ada beberapa syarat yang perlu diperhatikan dalam pembuatan lumpur bor

dimana tekanan hidrostatis harus lebih besar sedikit dari tekanan formasi dan tidak

lebih besar dari tekanan rekah formasi. Namu selisih dari tekanan formasi dan

tekanan hidrostatis tidak lebih dari 100 – 200 Psi karena dapat mengakibatkan

dinding lubang bor runtuh.

Pengukuran sand content menggunakan tube, saringan dan funnel. Tabung

yang berisi air dicampur lumpur pemboran dan kemudian menyaringnya dengan

bersih. Setelah itu, menghayutkan pasir dalam tabung hingga semua pasir

tertampung dalam tube. Setelah pasir mengendap, kita dapat membaca volume

pasir. Hasil yang didapat adalah sand content sebesar 0,8 %.

Percobaan berikutnya adalah pengukuran kadar minyak dalam lumpur

pemboran dengan retort kit. Pengukuran dilakukan dengan mengisi mud chamber

dengan lumpur dan menghubungkannnya dengan upper chamber lalu

menempatkan kembali ke insulator. Setelah ditetesi wetting agent, kemudian

menempatkannya kembali dibawah kondensator. Setelah itu dipanaskan hingga

tidak terjadi kondensasi kembali. Hasilnya, didapatkan minyak dengan kadar

sebesar 2 % dalam lumpur.

Fungsi steel wall dalam percobaan penentuan kadar minyak adalah untuk

mempercepat terjadinya proses kondensasi. Sedangkan fungsi wetting agent

adalah untuk menambahkan tegangan permukaan antara air dan minyak sehingga

batasnya akan terlihat dengan jelas.

Pasir yang berasal dari lapisan formasi yang ditembus oleh mata bor dapat

mempengaruhi lumpur yang disirkulasikan. Oleh karena itu perlu diukur kadar

pasirnya karena semakin besar kadarnya menyebabkan pompa bekerja lebih berat

dan masa pakai menjadi lebih cepat. Selain itu, pasir yang bersifat abrasif dapat

merusak peralatan pemboran.

Pada grafik 2.1. Additive vs Densitas, setiap penambahan barite akan

meningkatkan densitas suatu lumpur karena barite berperan sebagai “weighting

Agent” yang menambah densitas lumpur. Berbanding terbalik dengan

penambahan air, semakin banyak air yang ditambahkan ke dalam lumpur maka

densitas akan tururn. Air disini merupakan “viscosity reducer” yang berguna

untuk menurunkan densitas lumpur.

Pada grafik 2.2. Penambahan Pasir vs Sand content, menunjukkan

peningkatan grafik trendline sehingga semakin banyak volume pasir yang

ditambahkan ke dalam lumpur maka sand content akan naik.

Pada grafik 2.3. Volume Minyak vs Kadar Minyak, menunjukkan

peningkatan grafik trendline sehingga semakin banyak minyak yang ditambahkan

ke dalam lumpur maka semakin besar pula kadar minyaknya.

Aplikasi lapangan dari percobaan ini adalah dapat membuat lumpur bor

yang sesuai dengan kebutuhan sehingga dapt berfungsi dengan baik terutama

untuk menahan tekanan formasi. Pasir dan juga bahan-bahan ikutan lainnya yang

terikut selama proses sirkulasi harus dipisahkan dari lumpur pemboran karena

dapat meningkatkan densitas sehingga memperberat kerja pompa, untuk itu

digunakan peralatan di “Conditioning Area” untuk memisahkan lumpur dan bahan

pengotor salah satunya pasir. Penentuan lapiasn formasi produktif yang ditembus

mata bor dapat dianalisa dari kandungan minyak yang terdapat dalam lumpur bor.

2.2. KESIMPULAN

1. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil:

a) Besarnya densitas lumpur = 8,5 ppg.

b) Besarnya Sand Content = 0,8 %.

c) Besarnya % kadar minyak = 2 %.

d) Besarnya % berat padatan = 20 %.

2. Harga densitas lumpur dapat diperbesar dan diperkecil sesuai dengan

zat additive yang ditambahkan ke dalam lumpur. Dalam hal ini barite

berfungsi sebagai “Weighting Agent” untuk menaikkan densitas

lumpur, sedangkan air berfungsi sebagai “Viscosity Reducer” untuk

menurunkan densitas lumpur.

3. Harga densitas suatu lumpur berbanding lurus dengan tekanan

hidrostatis (Ph). Saat pemboran tekanan hidrostatis (Ph) dibuat lebih

besar sedikit dari Pf (Ph > Pf) dengan selisih antara Ph dan Pf tidak

lebih besar dari 100 – 200 Psi.

4. Jika Pf > Ph maka akan terjadi “ Kick “ dan jika Ph > Pfracture maka akan

terjadi menyebabkan “ Loss Circulation “.

5. Pengukuran Sand Content berguna untuk mengetahui seberapa banyak

pasir yang terkandung dalam lumpur. Pasir yang terikut apabila tidak

ditanggulangi tentunya akan mengakibatkan rusaknya peralatan

pemboran karena sifatnya yang abrasif, selain itu pasir yang terikut

berakibat naiknya densitas lumpur sehingga mempersulit pemompaan.

6. Pengukuran kadar minyak berguna menganalisa prosentase kadar

minyak yang terikut didalam lumpur.

7. Berdasarkan grafik additive vs densitas dapat diketahui bahwa setiap

penambahan sejumlah barite akan memperbesar densitas berlawanan

dengan penambahan air yang akan menurunkan densitas lumpur. Dari

grafik penambahan pasir vs sand content dapat dianalisa bahwa

semakin banyak pasir yang ditambahkan ke dalam lumpur maka besar

sand content pun akan bertambah. Begitu pula dengan grafik kadar

minyak, semakin banyak minyak yang ditambahkan ke dalam lumpur,

maka semakin besar pula kadar minyaknya.

8. Aplikasi lapangan dari penentuan densitas lumpur adalah dapat

membuat lumpur yang sesuai dengan kebutuhan sehingga fungsi utama

lumpur sebagai penahan formasi dapat terpenuhi. Aplikasi lapangan

dari analisa sand content adalah dengan menggunakan seperangkat alat

pada “Conditioning Area” untuk memisahkan lumpur dengan

pengotornya, salah satunya pasir. Aplikasi lapangan dari penentuan

kadar minyak adalah dapat mengindikasikan bahwa operasi pemboran

sudah menembus lapiasn produktif atau tidak