STUDI LABORATORIUM TENTANG PENGARUH TEMPERATUR SETELAH ROLLER OVEN TERHADAP SIFAT RHEOLOGY LUMPUR KCL – XCD POLIMER

Abstrak

Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi lumpur pemboran saat ini ditemukan jenis - jenis lumpur pemboran dengan karakteristik yang sangat berbeda satu dengan yang lainnya, sebagai akibat dari semakin berkembangnya aditif-aditif yang dapat dipergunakan untuk menjaga kestabilan lumpur pemboran pada tiap - tiap kedalaman. Dalam teknologi pemboran juga dikenal penggunaan lumpur polimer yang pada dasarnya termasuk didalam sistem lumpur dengan bahan dasar air (water base mud). Adapun kelebihan dari lumpur KCl-XCD Polimer adalah agar dapat menghambat pengembangan lempung atau shale dan memberikan kemudahan untuk membersihkan padatan dengan kandungan padatan yang rendah, sebagai pencegah terjadinya peningkatan hidraulik, mempercepat laju penembusan, sehingga membuat pelaksanaan pemboran menjadi lebih efisien.

Pendahuluan.

Keuntungan utama pemakaian polimer organik didalam fluida pemboran adalah zat-zat ini dapat mencapai viskositas maksimum dengan kandungan padatan yang minimum. Salah satu jenis lumpur polimer yang dikenal adalah lumpur KCL-XCD Polimer. Lumpur ini tergolong sistem penghambat (inhibitif) terhadap shale dan tidak terdispersi (non-dispersed). Fungsi utama dari XCD polimer adalah sebagai pengental utama di dalam lumpur air tawar dan berbagai jenis garam, juga berfungsi sebagai penahan materi pemberat, XCD mulai terdegradasi pada temperatur 350 ºF dan umumnya kurang mempunyai kemampuan pengontrol laju tapisan. Dengan ditemukannya lumpur polimer ini, maka dihasilkan suatu solusi efektif bagi biaya operasi pemboran.

Maksud dan tujuan dari pelaksanaan studi laboratorium ini adalah untuk menjawab sejauh mana temperatur dapat mempengaruhi kwalitas lumpur polimer dalam hal ini adalah lumpur KCL - XCD Polimer. Untuk dapat mengetahui pengaruh temperatur terhadap sistem lumpur polimer tersebut maka dilakukan pengujian terhadap sifat fisik dan rheology lumpur pada berbagai macam temperatur yang tinggi dengan menggunakan Roller Oven selama 16 jam.

Teori Dasar.

Fungsi Lumpur Pemboran.

Beberapa fungsi dari lumpur pemboran:

1. Mendinginkan dan Melumasi Mata Bor dan Rangkaian Pipa Bor.

2. Membersihkan Dasar Lubang Sumur

3. Mengangkat Serbuk Bor dari Lubang Sumur (Cutting Removal)

4. Menahan Serbuk Bor Pada Saat Berhentinya Pemboran.

5. Menjaga dan Melindungi Lubang Bor agar Dinding Formasi Tidak Runtuh

6. Menjaga dan Mengimbangi Tekanan Fluida Formasi.

7. Menghindari Kerusakan dan Melindungi Formasi Produktif.

8. Menghantarkan Tenaga Hidrolik dari Permukaan ke Pahat

9. Untuk Melakukan Interpretasi Log

10. Mengurangi atau Menahan Berat Rangkaian Pipa Bor atau Casing

11. Mencegah Patah atau Korosi Pipa Bor Terhadap Lubang Bor

12. Untuk Mencegah Resiko Bahaya Kepada Pekerja Pemboran

Sifat Rheology

Tekanan dan temperatur merupakan faktor yang selalu ditemui pada saat operasi pemboran yang besarnya berbanding lurus dengan kedalaman yang ditembus. Adanya temperatur yang tinggi akan mempengaruhi sifat rheology lumpur pemboran. Perubahan sifat rheology lumpur pemboran tersebut akan menyebabkan penurunan kualitas lumpur dengan ditandai oleh hilangnya fungsi lumpur sebagai fluida pemboran.

Sifat-sifat rheology tersebut adalah :

• Densitas
• Viskositas dan Gel Strength
• Plastic Viscosity (PV)
• Viskositas Nyata (Funnel Viscosity)
• Yield Point
• Filtration Loss

Sifat Kimia Lumpur

Sifat kimia ini juga mempengaruhi kualitas dari berfungsi atau tidaknya lumpur pemboran yang digunakan tersebut. Sifat-sifat tersebut adalah :

• Analisa Kimia Alkalinitas (Keasaman Lumpur)
• Kesadahan Total dari Lumpur (Filtrat Lumpur) Pemboran
• Analisa Ion Chloride
• Analisa Ion Calcium
• Analisa Ion Besi

Jenis Lumpur Pemboran

Jenis lumpur pemboran tergantung dari kebutuhan selama pemboran. Lubang bor menembus berbagai formasi yang berbeda-beda sehingga menyebabkan dipakainya lumpur pemboran yang berbeda-beda pula. Jenis lumpur pemboran yang terdapat di lapangan menjadi :

Ø Water Base Mud

Ø Oil Base Mud

Ø Emulsion Mud

Ø Gaseous Drilling Fluids

Lumpur Polimer

Polimer adalah rangkaian molekul yang panjang dalam bentuk unit yang berulang.

Polimer dalam lumpur pemboran mempunyai berbagai fungsi, yang secara garis besarnya adalah :

(1) viscosifer, (2) flokulan, (3) filtration loss, (4) shale stabiliser.

Polimer anionik meningkatkan viscositas karena polimer anionik mampu menempel pada ujung-ujung lapisan lempung dan mengembangkannya, sehingga luas permukaannya bertambah, dengan sendirinya viscositasnya akan meningkat.

Lumpur polimer memiliki daya pengencer gesekan (shear Thinning) yang tinggi pada laju geser yang tinggi seperti di dalam pipa bor dan keluar dari pahat.

Bahan Pengujian dan Alat.

Bahan Yang Digunakan

Pada penelitian ini akan dibuat lumpur jenis KCl – XCD Polimer. Lumpur jenis ini adalah lumpur yang biasa digunakan untuk mengatasi kemungkinan masalah swelling clay pada penembusan formasi shale.

Bahan – bahan yang digunakan pada lumpur ini adalah sebagai berikut :

• Air, digunakan sebagai bahan dasar pembuat lumpur.
• Soda Ash, untuk dapat menetralisir Ca
• Bentonite, digunakan untuk memberikan sifat thixotropic (pengapung) pada suspensi lumpur.
• KOH, digunakan sebagai bahan penambah pH pada lumpur.
• KCl, digunakan untuk menghambat pengembangan Shale atau clay dan sebagai pemberat pada lumpur.
• XCD Polimer sebagai viscosifier yaitu untuk memberikan sifat kekentalan.
• PAC-R dan PAC-LV, sebagai bahan pengontrol kehilangan cairan.
• K-Soltex, digunakan untuk menstabilkan temperatur.
• Lignite, berfungsi untuk menurunkan water loss.
• Resinex, untuk menjaga lumpur pada temperatur tinggi sampai 500 ºF.
• Barite adalah aditif yang berfungsi untuk meningkatkan densitas dari lumpur pemboran.
• Defoamer, digunakan sebagai bahan penghilang busa yang terdapat dalam lumpur.

Peralatan Yang Digunakan

Peralatan yang digunakan adalah peralatan yang sesuai dengan persyaratan standar API.

Paralatan yang digunakan untuk persiapan lumpur terdiri dari :

• Spatula,
• Stopwatch
• Hamilton mixer
• Cup berukuran dalam kira kira 180 mm
• Timbangan elektrik dengan ketelitian 0.01 gr
• Gelas ukur 500 ml
• Mud balance
• pH meter atau kertas lakmus
• Caliper
• FannVG meter
• API filter pressure
• Thermo Cup
• Roller Oven

Data dan Hasil Percobaan

Sistem Lumpur

Lumpur tersebut dibagi kedalam 3 komposisi KCl yang berbeda. Setiap jenis KCl menggunakan pola alphabet A sampai dengan C dan disajikan dalam bentuk tabel. Sebagai contoh KCl B, menerangkan lumpur itu adalah KCl dengan komposisi 20 gr.

Tabel 4.1

Sistem Lumpur KCL-XCD Polimer

Material	SG	Komposisi (gr)
		A	B	C
Fresh Water	1.00	350	350	350
Soda Ash	1.60	0.5	0.5	0.5
Bentonite	2.60	8	8	8
KOH	2.13	0.5	0.5	0.5
KCl	1.90	12	20	28
XCD-Polimer	1.50	1	1	1
Pac-R	1.55	1	1	1
Pac-LV	1.55	2	2	2
K-Soltex	1.10	4	4	4
Lignite	1.10	2	2	2
Resinex	0.90	2	2	2
Barite	4.20	74	74	74

Berat Jenis Lumpur

Lumpur yang terlalu berat akan menyebabkan terjadinya lost circulation, sedangkan lumpur yang terlalu ringan akan dapat menyebabkan masuknya fluida formasi ke dalam lubang bor (kick) dan jika tidak segera diatasi akan menyebabkan terjadinya semburan liar (blow out).

Tabel 4.2

Hasil Penelitian Densitas Lumpur Terhadap Temperatur Setelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Weight Mud (1b/gal)
	A	B	C
80	10	10.1	10.2
100	9.9	10	10.15
150	9.8	9.9	10.1
200	9.7	9.8	10.05
250	9.6	9.7	10
300	9.5	9.6	9.9
350	9.4	9.5	9.8

Dial Reading θ600 dan θ300

Pembacaan dilakukan menggunakan alat Fann VG Meter dengan kecepatan high 600 rpm.

Tabel 4.3

Hasil Pembacaan Dial θ600 Terhadap Temperatur Setelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Reading θ600
	A	B	C
80	83	117	153
100	67	107	134
150	57	93	112
200	47	70	88
250	36	56	73
300	17	21	26
350	10	13	20

Pembacaan dilakukan menggunakan alat Fann VG Meter dengan kecepatan high 300 rpm.

Tabel 4.4

Hasil Pembacaan Dial θ300 Terhadap Temperatur Setelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Reading θ300
	A	B	C
80	58	86	105
100	47	79	93
150	40	68	79
200	33	49	64
250	25	39	54
300	12	15	18
350	7	9	14

Plastic Viscosity

Mengukur gaya gesek antara zat padatan, cairan, dengan mengetahui zat yang bereaksi pada lumpur pemboran.

Tabel 4.5

Hasil Perhitungan Plastic Viscosity Terhadap TemperaturSetelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Plastic Viscosity (cps)
	A	B	C
80	25	31	48
100	20	28	41
150	17	25	33
200	14	21	24
250	11	17	19
300	5	6	8
350	3	4	6

Yield Point

Mengukur gaya elektro kimia antara padatan atau cairan zat kimia dalam kondisi dinamis. Berhubungan dengan pola aliran, pengangkatan serpih bor, kehilangan tekanan pada annulus dan kontaminasi pada lubang bor.

Tabel 4.6

Hasil Perhitungan Yield Point Terhadap TemperaturSetelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Yield Point (1bs/100 ft)
	A	B	C
80	33	55	57
100	27	51	52
150	23	43	46
200	19	28	40
250	14	22	35
300	7	9	10
350	4	5	8

Gel Strength 10 Menit

Gel strength merupakan suatu harga yang menunjukkan kemampuan lumpur untuk dapat menahan padatan – padatan. Faktor yang menyebabkan terbentuknya gel strength yaitu adanya gaya tarik menarik dari partikel – partikel atau plat – plat clay sewaktu tidak adanya sirkulasi lumpur. Fungsi gel strength di dalam lumpur pemboran adalah untuk menahan cutting dan pasir didalam suspensi sewaktu sirkulasi lumpur dihentikan sampai dengan pada periode tertentu.

Tabel 4.7

Hasil Pembacaan Gel Strength 10 Min. Terhadap Temperatur Setelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Gel Strength 10 Min. (1lb/100 ft)
	A	B	C
80	18	23	26
100	15	19	23
150	12	16	20
200	9.5	12	17
250	7	9	13
300	4.5	5	7.5
350	1.5	3	5

Filtration Loss (Laju Tapisan)

Filtration loss adalah kehilangan sebagian fasa cair (filtrate) lumpur yang masuk ke dalam formasi permeable.

Tabel 4.8

Hasil Penelitian Filtration Loss Terhadap TemperaturSetelah Roller Oven 16 Jam

Temperature (ºF)	Water Loss 30 Min, 100 Psi (cc)
	A	B	C
80	5	5.4	6
100	5.2	7	9.2
150	5.4	9.2	11
200	5.6	11	13.4
250	6	13	15
300	6.4	15.4	19.6
350	6.8	19.8	21

Mud Cake (Tebal Ampas)

Filtrate loss yang besar akan mengakibatkan mud cake yang tebal pula, dimana apabila mud cake tebal akan memperkecil diameter lubang yang akan mengakibatkan terjepitnya rangkaian pipa bor.

Tabel 4.9

Hasil Penelitian Mud Cake Terhadap Temperatur

Setelah Roller Oven Selama 16 Jam

Temperature (ºF)	Mud Cake (mm)
	A	B	C
80	0.5	1	1.5
100	0.75	1	1.5
150	1	1.25	1.5
200	1.15	1.5	1.75
250	1.25	1.75	1.75
300	1.35	2	2
350	1.5	2.25	2.5

Pembahasan

Ada 3 (tiga) konsentrasi pemakaian KCl, dengan lumpur A = 3% (12 gram), lumpur B = 5% (20 gram) dan lumpur C = 7% (28 gram). Selanjutnya lumpur yang sudah dibuat dimasukkan kedalam roller oven dan diproses selama 16 jam dengan temperatur mulai dari 80 ºF, 100 ºF, 150 ºF, 200 ºF, 250 ºF, 300 ºF dan 350 ºF.

Setelah melewati proses roller oven, awal dari langkah percobaan dilakukan pengukuran densitas (berat jenis lumpur), setiap perubahan temperatur, densitas lumpur cenderung menurun. Densitas lumpur setelah roller oven pada temperatur 80 ºF, lumpur A = 10 ppg, lumpur B = 10.1 ppg dan lumpur C = 10.2 ppg. Pada temperatur sampai

350 ºF lumpur A = 9.4 ppg, lumpur B = 9.5 ppg dan lumpur C = 9.8 ppg. Jadi, densitas lumpur C lebih besar dari densitas lumpur B dan A. Besarnya densitas lumpur C disebabkan oleh konsentrasi KCl yang lebih tinggi. Pengaruh temperatur pada ketiga lumpur tersebut, mengakibatkan densitas lumpur menurun, karena lumpur menjadi encer (viskositas) menurun.

Harga Plastic Viscosity (PV) didapat dari pengurangan antara viscometer reading θ600 dan viscometer reading θ300, setelah dilakukan proses roller oven selama 16 jam dengan temperatur

80 ºF, 100 ºF, 150 ºF, 200 ºF, dan 250 ºF ketiga lumpur tersebut cukup baik. Tetapi pada temperatur 300 ºF dan 350 ºF ketiga lumpur tersebut (Lumpur A, B dan C), terjadi penurunan yang sangat besar. Harga plastic viscosity pada temperatur 80 ºF, lumpur A = 25 cps, lumpur B = 31 cps dan lumpur C = 48 cps. Pada temperatur selanjutnya sampai dengan 250 ºF, ketiga lumpur tersebut cukup baik. Harga plastic viscosity lumpur A = 11 cps, lumpur B = 17 cps dan lumpur C = 19 cps. Pada temperatur 300 ºF sampai dengan 350 ºF lumpur menjadi rusak, sehingga viskositasnya sangat rendah, untuk lumpur A = 3 cps, lumpur B = 4 cps dan lumpur C = 6 cps.

Yield Point (YP) tersebut diperoleh dari pengurangan antara viscometer reading θ300 dan plastic viscosity (PV). Setelah melewati proses roller oven selama 16 jam dengan temperatur 80 ºF, hasil pada lumpur A = 33 lb/100 ft², lumpur B = 55 lb/100 ft² dan pada lumpur C = 57 lb/100 ft². Lumpur B dan lumpur C cukup stabil sampai dengan temperatur 300 ºF dan untuk lumpur A sampai temperatur 250 ºF. Harga yield point pada lumpur A dengan kondisi temperatur 250 ºF = 14 lb/100 ft², pada lumpur B dengan kondisi temperatur 300 ºF = 9 lb/100 ft² dan terakhir pada lumpur C dengan kondisi temperatur 300 ºF = 10 lb/100 ft². Pada kondisi temperatur sampai dengan 350 ºF terjadi kerusakan pada lumpur, sehingga lumpur menjadi pecah. Harga yield point pada lumpur A = 4 lb/100 ft², pada lumpur B = 5 lb/100 ft² dan terakhir pada lumpur C = 8 lb/100 ft².

Harga gel strength 10 menit setelah melalui proses roller oven selama 16 jam, pada temperatur 80 ºF maka harga lumpur A = 18 lb/100 ft², lumpur B = 23 lb/100 ft², dan lumpur C = 26 lb/100 ft². Harga gel strength 10 menit yang baik pada ketiga jenis konsentrasi KCl pada lumpur ini sampai pada temperatur 250 ºF, harga gel strength untuk lumpur A = 7 lb/100 ft², pada lumpur B = 9 lb/100 ft² dan untuk lumpur C = 13 lb/100 ft². Setelah temperatur mencapai titik 350 ºF harga gel strength nya berubah turun menjadi kecil yaitu, lumpur A = 1.5 lb/100 ft², pada lumpur B = 3 lb/100 ft² dan untuk lumpur

C = 5 lb/100 ft². Kecilnya harga gel strength tersebut tidak mampu menahan material pemberat pada saat tidak adanya sirkulasi (pada waktu pemboran dihentikan).

Hasil pengukuran laju tapisan (water loss) pada tekanan 100 psi selama 30 menit. Pada temperatur 80 ºF setelah melalui proses roller oven selama 16 jam, maka lumpur A menghasilkan filtrate 5 ml, pada lumpur B menghasilkan 5.4 ml dan lumpur C menghasilkan 8 ml. Setelah temperatur sampai pada 350 ºF, volume filtrate lumpur A menjadi 6.8 ml, lumpur B menjadi 19.8 ml dan pada lumpur C menjadi 21 ml. Meningkatnya volume filtrate yang dihasilkan dipengaruhi oleh temperatur dan potasium (Cl-). Semakin tingginya konsentrasi potasium chloride, maka semakin besar laju tapisan. Semakin kecil laju tapisan, maka semakin baik untuk lumpur pemboran. Begitu juga mud cake, ketebalan dibawah 1mm itu yang baik. Hasil percobaan di laboratorium, lumpur ini mud cake kurang baik, karena ketebalan mud cake berada diatas 1 mm.

Kesimpulan

v Penambahan KCl dan barite akan meningkatkan densitas lumpur. Pada sistem lumpur A dengan konsentrasi KCl 3% (12 ppg) densitas = 10 ppg, pada sistem lumpur B konsentrasi KCl 5% (20 ppg) densitas = 10.1 ppg dan sistem lumpur C konsentrasi KCl 7% (28 ppg) densitas = 10.2 ppg. Terjadi sedikit penurunan densitas setelah di roller oven dengan temperatur sampai 350 ºF, untuk densitas sistem lumpur A = 10 ppg menjadi 9.4 ppg, densitas lumpur B = 10.1 ppg menjadi 9.5 ppg dan densitas lumpur C = 10.2 ppg menjadi 9.8 ppg. Jadi, pengaruh temperatur dapat menurunkan densitas karena lumpur tersebut menjadi encer.

v Harga Plastic Viscosity (PV) pada sistem lumpur A atau konsentrasi KCl 3%, sesudah roller oven selama 16 jam pada temperatur 80 ºF sampai temperatur 250 ºF = 11 cps, pada sistem lumpur B dengan konsentrasi KCl 5% sampai temperatur 250 ºF = 17 cps dan sistem lumpur C konsentrasi KCl 7% sampai dengan temperatur 300 ºF = 8 cps.

v Pada laju tapisan (water loss) sistem lumpur A kondisi baik setelah roller oven 16 jam dimulai dari temperatur 80 ºF sampai 350 ºF = 5 cc – 6.8 cc. Sistem lumpur B kondisi baik pada temperatur 80 ºF sampai temperatur 200 ºF = 5.4 cc – 11 cc dan untuk sistem lumpur C kondisi baik pada temperatur mulai dari 80 ºF – 150 ºF = 6 cc – 11 cc. Kondisi tidak baik diakibatkan karena kurangnya additive pengontrol laju tapisan pada temperatur seperti Pac, K-Soltex dan Lignite. Mud cake mempunyai ketebalan di bawah 2 mm, karena mud cake yang baik dapat melindungi dinding formasi. Kondisi tidak baik atau tebal (diatas 2 mm) akan mengakibatkan penyempitan pada lubang bor.

Daftar Pustaka

1. Azar JJ., “Drilling In Petroleum Engineering”, Magcobar Drilling Fluid Manual.

2. Bourgoyne AT.et.al., “Applied Drilling Engineering”, First Printing society of Petroleum engineers, Richardson TX, 1986.

3. Moore PL., “Drilling Pratice Manual”, Penn Well Publishing Company, second Edition, Tulsa – Okhlahoma, 1986.

4. McCray AW., Cole FW., “Oil Well Drilling Technology”, The University of Okhlahoma Press, 1979.

6. H. Rabia., “Oil Well Drilling Engineering Principles and Practice”, University of Newcastle Upon Tyne, Graham Troutman, 1985.

7. Petroskills Trainers., “Drilling Fluids Technology”, Dubai, United Arab Emirates, February 18 – 22, 2006.

8. Robani Sadiya, Helmi G Shebubakar., “Teknik Pemboran Volume I”, Universitas Trisakti.

9. Rudi Rubiandini RS., “Perancangan Pemboran”, Penerbit ITB.

10.“http://www.obbyetech.com/drilling_chemicals___supplies.html”., 2009.

Daftar Simbol

AV =Apparent Viscosity

BJM = Berat Jenis Lumpur, PPG

CMC = Carboxcy Methyl Cellulose

D = Kedalaman, Ft

Ρ = Desnitas Lumpur, PPG

Ph = Tekanan hydrostatic Lumpur, psi

Pm = Tekanan Statistic Lumpur, PSi

PV = Plastic Viscosity

ROP = Rate of Penetration

V = Volume Lumpur, gal

WOB = weight of bit

Yp = Yield Point

m = Viscositas, Cp

= Densitas Udara, ppg

= Densitas Air, ppg

Fs = fraksi padatan