Dril-004 Casing Design.docx

8/18/2019 Dril-004 Casing Design.docx

1/54

Casing DesignCasing Design

TUJUAN

Tekanan Burst

Kondisi tekanan Pada Saat Terjadi Well-KickSurface Casing

Intermediate CasingProduction Casing Tekanan CollapseSurface CasingIntermediate CasingProduction Casing

Beban TensionBeban AksialMema ami Per itungan-Per itungan Pada Pendesainan Casing

!isain Surface Casing!isain Intermediate Casing!isain Production CasingBeban Tension!e"iasi #ubangBeban Biaksial

Conto Soal

Perencanaan Surface CasingPerencanaan Intermediate Casing

Perencanaan Production Casing

!ril-$$% Casing !esign &


2/54

1.Metoda Maximum Load Casing Design

1.1.Perhitungan Desain Casing

Secara garis besar rangkaian casing 'ang direncanakan untuk

dipasang pada suatu sumur arus memenu i delapan pers'aratan utama('aitu )

&* Mampu mena an beban burst+* Mampu mena an beban collapse,* Mampu mena an beban tension%* Mampu mena an beban tension 'ang ditimbulkan ole de"iasi

lubang bor.* Tidak ada kebocoran pada sambungan-sambungan casing/* Mampu mena an beban compression0* Mampu mena an beban puntiran 1torsi23* Tidak muda terkena korosi dan kerapu an

#angka pertama dalam desain casing adala penentuan jenis kondisi'ang dapat membuat masing-masing beban mencapai arga terbesar sertapenentuan distribusi beban tersebut ter adap kedalaman* !engan membuatmasing-masing beban mencapai arga terbesar( maka akan diperolerangkaian casing paling kuat*

Pada metoda ma4imum load( penentuan jenis kondisi dilakukanberdasarkan kondisi terburuk 'ang dialami ole rangkaian casing* Kondisi-kondisi tersebut adala )

Beban burst maksimal terjadi pada saat sumur mengalami kickBeban collapse maksimal terjadi pada saat sumur mengalami lostcirculation

Pada metoda ma4imum load( burst merupakan kriteria pertama dalammenentukan pemili an casing* 5asil sementara perencanaan ini kemudiandiuji mengikuti urutan ter adap beban collapse( tension dan terak ir bebanbiaksial*

Apabila pada sala satu langka pengujian dari tiga beban diatasterdapat beban 'ang tidak terpenu i maka desain arus diulang dari bebanburst dan selanjutn'a kembali seperti langka semula diuji ter adap bebancollapse( tension dan beban biaksial ingga terpenu i semuan'a*

1.1.1. Surface Casinga* Beban BurstBeban burst untuk surface casing ditimbulkan ole kolom gas'ang mengisi seluru panjang casing* Karena tekanan injeksipada kedalaman surface casing relatif renda maka batastekanan maksimum dipermukaan dapat diabaikan* 5al ini dapatdiartikan juga ba 6a tekanan peralatan B7P lebi besar daritekanan gas di permukaan* 5al ini men'ebabkan batasantekanan maksimum an'a terdapat pada kaki casing sebesartekanan injeksi* Pada kaki casing

IP 8 $*$.+ 19fr S:2 ! ********************************************1&2

+ !ril-$$% Casing !esign


3/54

IP 8 $*$.+ 19fr &2 #s *********************************************1+2

dengan(IP 8 tekanan injeksi 1psi29fr 8 gradien tekanan reka 1ppg2S: 8 safet' factor 1ppg2! 8 kedalaman 1ft2#s 8 panjang surface casing 1ft2

!engan menganggap gradien idrostatik gas 8 $*&&. psi;ftmaka tekanan gas di permukaan adala tekanan injeksi dikurangitekanan idrostatik gas*

!i Permukaan

Ls g IP Ps .052.0 ρ −= ***************************************************( )[ ] LsGfr 115.01052.0 −+= *******************************************

9aris 'ang meng ubungkan titik Ps dan titik IP disebut garisbeban burst 19aris A2 pada 9ambar &*

Pada ken'ataann'a casing juga mendapat tekanan dari luar'ang sifatn'a membantu casing untuk mena an beban burst* Padametoda maksimum load beranggapan ba 6a tekanan di luar casingminimal sebesar tekanan idrostatik kolom air asin*


4/54

Gam ar 1 . !e an !urst Pada Surface Casing "#

Keterangan 9ambar &#s 8 panjang surface casing 1ft2

g ρ 8 densitas gas 1ppg2m ρ 8 densitas lumpur 1ppg2 f ρ 8 densitas =uida 1ppg2

IP 8 tekanan injeksi 1psi2Pfr 8 tekanan reka 1psi2Pf 8 tekanan formasi 1psi2Pe 8 tekanan luar casing 1psi2SI!PP 8 S ut In !rill Pipe Pressure 1psi2SICP 8 S ut In Casing Pressure 1psi2

b* Beban CollapsePada surface casing umumn'a pen'emenan dilakukan sampai ke

permukaan* Tinggi kolom semen ini memberikan beban collapsepada casing 'ang besarn'a sama dengan tekanan idrostatiksemen* Karena kedalaman surface casing relatif dangkal( lostcirculation 'ang terjadi dapat memungkinkan kolom lumpur turun

ingga di ba6a kaki casing 1li at 9ambar +2* 5al inimengakibatkan tidak terdapatn'a =uida 'ang membantu casingmena an beban collapse* Kondisi seperti ini merupakan kondisiterburuk beban collapse untuk surface casing*

% !ril-$$% Casing !esign


5/54

Gam ar $. !e an Co%%a&se Pada Surface Casing "#

Ls s Pe ××= ρ 052.0 ***************************************************dimana )

s ρ 8 densitas semen 1ppg2Pe 8 tekanan di luar casing 1psi2#s 8 panjang surface casing 1ft2Keterangan 9ambar + )1a2* beban collapse 8 resultant( karena di dalam

casing kosong1b2* garis desain 8 a 4 desain factor

1.1.$. 'ntermediate Casinga* Beban BurstBeban burst di dalam intermediate casing dibentuk ole duamacam =uida 'aitu lumpur terberat 'ang akan digunakan dangas* !engan menggunakan densitas lumpur terberat dalamper itungan maka berarti tekanan idrostatik lumpur pada casinglebi besar( se ingga di arapkan dapat diperole casing dengankualitas paling kuat* Beban burst pada intermediate casing dapat

dili at pada 9ambar berikut ini( terli at pada 9ambar ,*

!ril-$$% Casing !esign .


6/54

Gam ar (. !e an !urst Pada 'ntermediate Casing "#Keterangan 9ambar , )#i 8 panjang intermediate casing 1ft25m 8 tinggi kolom lumpur terberat 1ft25g 8 tinggi kolom gas 1ft2

f ρ 8 densitas =uida 1ppg2Pe 8 tekanan di luar casing 1psi2C 8 resultant 8 A > B! 8 garis design 8 C 4 design factorB 8 batas tekanan maksimum untuk intermediate casing

di permukaan)Ps 8 PB7Pdi kaki casing

IP 8 $*$.+ 19fr &2 !***********************************************132

IP 8 $*$.+ 19fr &2 #i **********************************************1?2

dimana )Ps 8 tekanan di permukaan 1psi29fr8 gradien tekanan reka 1ppg2#i 8 panjang intermediate casing 1ft2! 8 kedalaman 1ft2IP 8 tekanan injeksi 1psi2

!engan kedua batasan tekanan maksimum tersebut akanditentukan berapa tinggi kolom masing-masing =uida se inggamemberikan beban burst terbesar* @ntuk lumpur dan gas 'angberada di dalam intermediate casing( maka )

5m 5g 8 #i

dengan5m 8 tinggi kolom lumpur terberat 1ft25g 8 tinggi kolom gas 1ft2

!engan menganggap gradien idrostatik gas 8 $*&&. psi;ft(maka )

/ !ril-$$% Casing !esign


7/54

IP 8 Ps Pm Pg*****************************************************1&

maka )

( ) Hg mHm Ps LiGfr 115.0052.01052.0 ++=+ ρ *********************1&&2

Persamaan diatas merupakan dua persamaan dengan dua"ariabel 'ang tidak diketa ui 15m dan 5g2( se ingga )

( )m

Lim Ps LiGfr Hg

ρ ρ

052.0115.0.052.01052.0

−

−−+=

*****************************1&+2

Terdapat dua kemungkinan kedudukan kolom gas dan lumpur didalam casing* Pertama kolom gas berada di atas dan lumpur diba6a 1garis titik-titik2( kedua kolom gas berada di ba6a dankolom lumpur di atas 1garis A2* !ari dua kemungkinan tersebutdapat dili at dengan jelas ba 6a kemungkinan keduamemberikan beban burst 'ang paling besar 1li at 9ambar ,2*

!alam per itungan maka kemungkinan kedua ini 'ang akandipakai*Sebagaimana diketa ui di luar casing juga terdapat tekanan 'angmembantu casing dalam mena an beban burst minimal sebesargradien idrostatik air asin 8 $*%/. psi;ft*


8/54

Gambar .4. Beban Collapse Pada Intermediate Casing 8)

111 052.0 m Lm P ρ = ******************************************************

( ) sHs Lm P m ρ ρ += 112 052.0 **********************************************Kondisi terburuk terjadi apabila lumpur terberat 1garis putus-putus2 mengalami lost circulation( se ingga kolom lumpur didalam casing turun* #ost circulation terjadi antara lain karenaturunn'a gradien tekanan formasi* Tetapi perlu diingat ba 6abatas minimum gradien tekanan formasi adala sebesar gradientekanan idrostatik air asin( atau $*%/. psi;ft* Karena padametoda maksimum load selalu mencari kondisi terburuk untuksetiap pembebanan( maka dianggap gradien tekanan formasiturun sampai ke batas minimumn'a ini* Pada inter"al kedalamanlubang 'ang belum dicasing dapat dipa ami ba 6a tekananformasi terkecil akan berada tepat di ba6a kaki casing*Se ingga kolom lumpur terberat dalam casing akan turun sampaiterdapat kesetimbangan antara tekanan idrostatik lumpur

dengan tekanan formasi di kaki casing* !engan demikian al iniakan memberikan tinggi kolom lumpur tersisa 1# m+ 2 di dalamcasing 'ang paling kecil*


9/54

2

2223 052.0

465.0052.0m

D Dm D

ρ ρ −=

******************************************1

2

2

3942.8

1 D

m

D

−= ρ

dimana ) ρ

s 8 !ensitas semen 1ppg2 ρ

m& 8 densitas lumpur saat casing dipasang 1ppg2 ρ

m+ 8 densitas lumpur terberat 1ppg2#i 8 Panjang intermediate casing 1ft2#m& 8 Tinggi kolom lumpur & 1ft2#m+ 8 Tinggi kolom lumpur + 1lumpur terberat2 setela lost1ft25s 8 Tinggi kolom semen 1ft2! 8 Kedalaman 1ft2P 8 Tekanan 1psi2! + 8 kedalaman kaki casing 1ft2! , 8 Kedalaman puncak kolom lumpur terberat setelalost 1ft2

Pada gambar resultan 1a2 8 beban collapse 17P&P+2 - tekanan didalam casing 1!,P,2 9aris desain 1b2 8 a 4 design factor*

1.1.(. Production Casinga* Beban BurstPada production casing per itungan beban burst tidak lagididasarkan kepada kondisi saat sumur mengalami kick* !engandemikian batasan tekanan maksimum di permukaan dan di kakicasing tidak dipergunakan( seperti pada 9ambar 1.2

Gam ar ). !e an !urst Pada Production Casing "# T5P 8 Tubing 5ead Pressure 1psi2

!ril-$$% Casing !esign ?


10/54

ρ P: 8 !ensitas packer =uid 1ppg2

ρ f 8 !ensitas =uid 1ppg2

Ps 8 Tekanan di permukaan 1psi2Pe 8 Tekanan di luar casing 1psi2a 8 Beban burst

b 8 Tekanan di luar casingc 8 esultan 8 a > bd 8 9aris desain 8 c 4 design factor

Karena pada ta ap ini sumur tela berproduksi( makapembebanan pada casing diakibatkan pula ole masala 'angtimbul ketika sumur tersebut berproduksi* Pada sumur produksiumumn'a ruang antara tubing dan production casing diisi olesuatu cairan 'ang biasa dikenal sebagai packer =uid* !ensitaspacker =uid ini sama dengan densitas =uida 'ang terdapat di luarproduction casing 1air asin2 'aitu sekitar ? ppg* !engan demikianpada kondisi normal tekanan idrostatik kedua =uida pada casing

akan saling meniadakan* 5al ini men'ebabkan casing tidakmenerima beban burst maupun collapse*Kondisi terburuk untuk burst terjadi apabila terdapatkebocoran pada pipa tubing dekat permukaan danmengakibatkan =uida produksi( dalam kasus ini diambil gas(masuk ke dalam packer =uid* !engan mengabaikanke ilangan tekanan di sepanjang tubing maka tekanan gastersebut pada packer =uid di permukaan sama dengantekanan dasar sumur* Beban Burst production casingditunjukkan ole garis 1a2*

Tekanan di permukaan )

Ps 8 B5P ************************************************************* Tekanan di kaki casing )

Lpd pf Ps Pcs .052.0 ρ += ************************************************dimana )B5P 8 Tekanan dasar sumur 1psi2 ρ pf 8 !ensitas packer =uid 1ppg2#pd 8 Panjang production casing 1ft2

@mumn'a densitas packer =uid dipakai 'ang ringan agar tidak

menimbulkan beban burst 'ang besar pada kaki casing* Tekanan di luar casing sebagaimana diketa ui adala minimalsebesar tekanan idrostatik air asin*

Lpd f Pe ..052.0 ρ = *****************************************************Pe 8 $(%/. #pd

b* Beban Collapse

Seperti pada inetermediate casing maka beban collapse padaproduction casing juga terdiri atas tekanan idrostatik lumpur saatcasing dipasang dan tekanan idrostatik semen di anulus* Pada

9ambar / beban collapse ditunjukkan ole garis 7P&P+( dimana )

&$ !ril-$$% Casing !esign


11/54

Gam ar *. !e an Co%%a&se Pada Production Casing "#

Lmm P ..052.01 ρ = ******************************************************P+ 8 P & $($.+ ρ s5s*************************************************

keterangan 9ambar /) ρ m 8 densitas lumpur saat casing dipasang( ppg ρ s 8 desitas semen 1ppg2#m 8 Tinggi kolom lumpur 1ft25s 8 Tinggi kolom semen 1ft2! 8 Kedalaman 1ft2P 8 Tekanan 1ft2

Sebagaimana disebutkan pada sub bab sebelumn'a ruangantara tubing dan production casing diisi ole packer =uid* Kondisiterburuk terjadi apabila pen'ekat di dasar sumur bocor se inggaseluru kolom packer =uid meng ilang;lost* !engan demikian casingmena an beban collapse tanpa mendapat bantuan tekanan daridalam* Pada 9ambar / karena di dalam casing kosong maka )

7P&P+ 8 resultan 1a29aris desain 1b2 8 a 4 design factor

1.1.+. !e an Tension

Beban tension sebagaimana diketa ui adala beban dari beratrangkaian casing 'ang digantung di dalam sumur* Tetapi denganadan'a lumpur di dalam sumur tersebut( lumpur akan memberikanga'a apung ter adap casing* 5al ini men'ebabkan berat casing didalam lumpur lebi ringan bila dibandingkan dengan berat casing diudara* Akibat lain dari adan'a ga'a apung ini adala ba 6a padasebagian rangkaian casing tepatn'a bagian ba6a ( casing beradadalam kondisi kompresi dan selebi n'a dalam kondisi tension* Titiknetral merupakan titik pada rangkaian casing 'ang tidak berada dalam

!ril-$$% Casing !esign &&


12/54

kondisi kompresi maupun tension* !istribusi beban tension padarangkaian casing dapat dili at pada gambar 0*

Misalkan suatu rangkaian casing terdiri dari tiga seksi berada didalam sumur 'ang berisi lumpur dengan densitas ρ m ppg( sepertiterli at pada 9ambar 0*

Keterangan )&(+(, 8 men'atakan seksi casing! 8 kedalaman 1ft2# 8 panjang casing 1ft2

Gam ar 1$.,. !e an Tension ,#

Bou'anc' :actor 1B:2

5.651

m BF

ρ −=*********************************************************

Se-si 1

WM& 8 # & * 6a &*B:***************************************************dengan(B: 8 ga'a apung ρ m 8 densitas lumpur saat casing dipasang 1ppg2WM 8 berat casing 1lbs26a 8 unit berat casing di udara 1lbs;ft2# 8 panjang seksi casing 1ft2

Se-si $

WM+ 8 WM & # + * Wa + * B:****************************************1+/

Se-si (

WM , 8 WM + # , * 6a , * B:****************************************1+0

&+ !ril-$$% Casing !esign


13/54

Beban tension di permukaan )

Ts 8 WM & WM + WM , Titik netral sebagaimana diterangkan di atas adala titik padarangkaian casing dimana beban aksial sama dengan $ 1nol2*

#etak kedalaman titik netral dapat ditentukan dengan persamaanberikut)

11

1 . DW BF

DTN −=******************************************************

dengan T adala letak kedalaman titik netral( ft

@ntuk mendapatkan garis desain tension maka dilakukanlangka sebagai berikut )

&* Tamba kan pada garis beban tension beban o"erpullsebesar &$$*$$$ lbs* 7"erpull merupakan faktor keamanan

apabila rangkaian casing terjepit se ingga diperlukan ga'atamba an untuk melepaskann'a*+* Kalikan garis beban tension dengan desain faktor &*/

Maka garis desain tension dipili mana 'ang memberikan argalebi besar diantara keduan'a* Pada 9ambar 0 )

a 8 garis beban tensionb 8 garis beban tension &$$*$$$ lbsc 8 garis beban tension 4 &*/

Pada 9ambar tersebut b dan c berpotongan se ingga garisdesain tension adala 'ang tercetak tebal* 9aris desain tensiondipergunakan untuk menguji bod' 'ield strengt dan joint strengtcasing 'ang dipakai* Selain itu juga akan dipakai dalam per itunganbeban biaksial*

1.1.). De/iasi Lu ang

B7W S mengemukakan suatu persamaan untuk menentukanbesarn'a beban tension akibat de"iasi lubang )

Ade BL ...218 Φ= ******************************************************* dengan( B# 8 beban tension akibat de"iasi lubang 1lbs2 de 8 diameter luar casing 1inc 2

: 8 peruba an sudut 1derajat;&$$ ft2 A 8 luas penampang dinding casing 1inc +2

5arga peruba an sudut Φ dapat diperole dari asil sur"e'dengan menganggap de"iasi terjadi pada satu ara ( maka )

100.21

21

D D −−=Φ α α

******************************************************

dengan )

1α D ! & 8 asil pengukuran sur"e' ke satuα 8 de"iasi sudut 1derajat2 ! 8 kedalaman 1ft2

!ril-$$% Casing !esign &,


14/54

Beban tension akibat de"iasi lubang ini arus ditamba kanpada setiap seksi casing 'ang mele6atin'a dan seksi casing 'angditempatkan tepat pada kedalaman lubang dimana terjadi de"iasi*

1.1.*. !e an !ia-sia%

Pengaru beban biaksial ter adap casing seperti 'angditunjukkan ole kur"a elips 19ambar 32 dapat di terangkan lebi jelasdengan gambar berikut)

Gam ar ". 0ur/a %i&s !e an !iaxia%Misaln'a terdapat suatu rangkaian casing dengan burst dan

collapse rating tertentu dan berada di dalam lumpur( maka padacasing bagian atas tension akan men'ebabkan kenaikkan burst ratingdan penurunan collapse rating* Sedangkan pada bagian ba6acompresion akan men'ebabkan penurunan burst rating danmenaikkan collapse rating*

@ntuk meng itung besarn'a penurunan collapse rating suatucasing pada beban tension tertentu dapat ditempu cara sebagaiberikut )

&* Tentukan faktor beban aksial

StrengthYield Bodytension Beb n

! ..

.=

************************************************

+* Masukkan arga E ini ke dalam graFk pada 9ambar &+*3dan tentukan faktor collapse strengt G*

,* Maka collapse rating asil koreksi ter adap beban tensionadala ) G 4 Collapse ating*

Pasangan arga E dan G dapat juga diperole dari Tabel &

Ta e% 1. Pasangan harga 2 dan 3

&% !ril-$$% Casing !esign


15/54

!ril-$$% Casing !esign &.


16/54

$. Metoda Minimum Set Casing Design

Ada bermacam-macam fungsi rangkaian casing seperti 'ang sudadijelaskan pada sub bab sebelumn'a* Masing-masing fungsi rangkaian casing'ang akan didesain dalam suatu sumur arus dipa ami se ingga dapat diketa uibeban-beban 'ang tela terjadi atau 'ang mungkin terjadi* Casing 'ang dipili

arus dapat dijamin keta anann'a ter adap beban maksimum 'ang mungkinterjadi* Metoda ini juga memper itungkan terjadin'a peruba an beban 'angdisebabkan ole peruba an temperatur*


17/54

)()(460

Tc "Tf

Tpr +

=

******************************************************************************************1,,2

dimana )Ppr 8 Tekanan pseudo reduced T pr 8 Temperatur pseudo reducedP f 8 Tekanan formasi 1psi2

T f 8 Temperatur formasi 1 o:2Pc 8 Tekanan kritis 1psi2

T c 8 Temperatur kritis 1 o 2

:aktor kompresibilitas gas di itung dengan menggunakan korelasi!ranc uk( Pur"is( dan obinson* Se ingga diperole gradien gas metana denganpersamaan gas n'ata )

# Tf " Pf

××=

β ******************************************************************************************1,%2

dimana )β 8 9radient gas 1psi;ft2

8 Konstanta gas 8 ?/(,..P f 8 Tekanan formasi 1psi2

T f 8 Temperatur formasi 1 o 2 18 o: %/$2H 8 :aktor kompresibilitas gas

$.1. Te-anan !urst$.1.1. 0ondisi te-anan &ada saat ter4adi 5e%%6-ic-

Kondisi tekanan saat terjadi 6ell-kick tela dijelaskan pada subbab sebelumn'a* Well-kick adala peristi6a masukn'a =uida formasike dalam lubang bor karena tekanan idrostatik lumpur di kaki casinglebi kecil daripada tekanan formasi di daera asal =uida* :luidaformasi tersebut( pada conto ini diambil berupa gas( bergerak kepermukaan pada saat sumur ditutup atau saat kick di drillpipe*

Perencanaan casing dimulai dengan terlebi da ulumenentukan batas tekanan maksimum( 'aitu )

!i permukaan ) Kolom gas dapat dikeluarkan dari dalamsumur dengan terkendali an'a apabila tekanan gas saatmencapai permukaan tidak lebi besar dari tekanan peralatanB7P*


18/54

Beban burst untuk surface casing ditimbulkan ole tekananreka di seluru casing dikurangi tekanan formasin'a* Karena tekananreka pada kedalaman surface casing relatif renda maka batastekanan maksimum di permukaan dapat diabaikan 1 persamaan &+-,.2* Atau dapat diartikan ba 6a tekanan peralatan B7P lebi besardari tekanan reka di permukaan* !an batasan tekanan maksimum dikaki casing sebesar tekanan reka n'a*

Pada kaki casing )

P fr 8 $($.+ 19 fr 2 ! 8 $($.+ 19 fr 2 #s **************************1,.2

dimana )P fr 8 tekanan reka 1psi29 fr 8 gradien tekanan reka 1ppg2! 8 kedalaman 1ft2#s 8 panjang surface casing 1ft2

!an beban burst 'ang terjadi di permukaan sama dengan

tekanan di kaki casing 'aitu )P s 8 P fr

8 $($.+ 19 fr 2 #s *************************************************

dimana )P s 8 tekanan di permukaan 1psi2P fr 8 tekanan reka 1psi29 fr 8 gradien tekanan reka 1ppg2#s 8 panjang surface casing 1ft2

9aris 'ang meng ubungkan titik Ps dan titik Pfr disebut garisbeban burst 1garis A2*

Gam ar 7. !urst Pada Surface Casing 1$#

Keterangan gambar )

#s 8panjang surface casing 1ft2ρ f 8densitas =uida 1ppg2

&3 !ril-$$% Casing !esign


19/54

9 fr 8gradien reka 1ppg2P fr 8tekanan reka 1psi2P f 8tekanan formasi di luar casing 1psi2

Pada ken'ataann'a casing juga mendapat tekanan dari luar'ang sifatn'a membantu casing untuk mena an beban burst* Pada

metoda Minimum Set ini beranggapan ba 6a tekanan di luar casingminimal sebesar tekanan formasi*


20/54

Keterangan 9ambar)#i 8panjang intermediate casing 1ft25m 8tinggi kolom lumpur 1ft25s 8tinggi kolom semen 1ft2ρ f 8densitas =uida 1ppg2

ρm 8densitas lumpur 1ppg2Pe 8tekanan di luar casing 1psi2Pm 8tekanan lumpur di luar casing 1psi2c 8resultan 8 a > bd 8garis disain 8 c 4 design factor

Batas tekanan maksimum untuk intermediate casing( )di kaki casing )

Pcs 8 P s β * #i 8 $($.+ 19 fr2 #i********************************1,32

di permukaan )

P s 8PASP*************************************************************atau

( LiG P fr s β −= .052.0 *************************************************dimana )P s 8 tekanan di permukaan 1psi2#i 8 panjang intermediate casing 1ft29 fr 8 gradien tekanan reka 1ppg2Pcs 8 tekanan kaki casing 1psi2β 8 gradien gas 1psi;ft2

!iketa ui ba 6a di luar casing juga terdapat tekanan 'angmembantu casing mena an beban burst 'aitu dari =uida lumpur dansemen* dari permukaan sampai ketinggian kolom semen

Pm 8 $($.+ * ρm * s *************************************************

dari puncak semen ingga kaki casing

Pe 8 P m $($.+ * ρs * 1#i - s2 ***********************************1%+2

dimana )Pm 8 tekanan lumpur 1psi2Pe 8 tekanan idrostatik air asin 1psi2

#i 8 panjang intermediate casing 1ft2ρm 8 densitas lumpur 1ppg2ρ s 8 densitas semen 1ppg2

#i at 9ambar 1&$2( resultan 1c2 8 beban burst 1a2 - tekanan diluar casing 1b2* 9aris design 1d2 diperole dengan mengalikan resultan1c2 dengan design factor*

$.1.+. Production casing

Pada production casing per itungan beban burst tidak lagididasarkan pada kondisi saat sumur mengalami kick( dan dengandemikian batasan tekanan maksimum di permukaan dan di kaki casingtidak dipergunakan*

+$ !ril-$$% Casing !esign


21/54

Pada ta ap ini sumur tela berproduksi( se inggapembebanan pada casing diakibatkan masala 'ang timbulketika sumur tersebut berproduksi* Pada sumur produksiumumn'a ruang antara tubing dan production casing diisi olesuatu cairan 'ang biasa dikenal sebagai packer =uid* !ensitaspacker =uid ini sama dengan densitas =uida 'ang terdapat diluar production casing 1air asin2 atau sekitar ? ppg* !engandemikian pada kondisi normal tekanan idrostatik kedua =uidapada casing akan saling meniadakan* Se ingga casing tidakmenerima beban burst maupun collapse*

Gam ar 11. !urst Pada Production Casing 1$#Keterangan 9ambar )

SITP 8tekanan tubing saat ditutup 1psi2ρP: 8densitas packer =uid 1ppg2ρ f 8densitas air asin 1ppg2P s 8tekanan di permukaan 1psi2Pe 8tekanan di luar casing 1psi2

Pcs 8tekanan di kaki casing 1psi2#pd 8panjang production casing 1ft2a 8beban burstb 8tekanan di luar casing 1back up2c 8resultan8 a > bd 8garis desain 8 c 4 desain faktor

Kondisi terburuk untuk burst terjadi apabila terdapat kebocoranpada pipa tubing dekat permukaan dan mengakibatkan =uidaproduksi( dalam kasus ini diambil gas( masuk ke dalam packer =uid*!engan mengabaikan ke ilangan tekanan di sepanjang tubing makatekanan gas tersebut pada packer =uid di permukaan sama dengan

tekanan dasar sumur dikurangi kolom gas di sepanjang casing* Tekanan di permukaan )

!ril-$$% Casing !esign +&


22/54

P s 8 SITP 8 B5P - 1 β * #pd2****************************************1%

Tekanan di kaki casing )

Pcs 8 P s $($.+ * ρP: * #pd ****************************************1%

!imana )SITP 8 tekanan tubing saat ditutup 1psi2B5P 8 tekanan dasar sumur 1psi2Pcs 8 tekanan di kaki casing 1psi2ρP: 8 densitas packer =uid 1ppg2#pd 8 panjang production casing 1ft2β 8 gradien gas 1psi;ft2

Tekanan diluar casing sebagaimana diketa ui adala minimalsebesar tekanan idrostatik air asin*

Pe 8 $($.+ * ρ f * #pd

8 $(%/. * #pd ******************************************************dimana )Pe 8 tekanan idrostatik air asin 1psi2#pd 8 panjang production casing 1ft2ρ f 8 densitas air asin 1ppg2

$.$. Te-anan Co%%a&se

Beban collapse ditimbulkan ole tekanan 'ang terdapat di luar casing*Metoda ini beranggapan ba 6a beban collapse ditimbulkan ole tekananformasi di sepanjang casing tersebut sebelum pen'emenan dilakukan*Metode ini juga beranggapan 'ang sama dengan metoda Maksimum #oadba 6a beban collapse akan mencapai arga terbesar pada saat sumurmengalami lost circulation dengan sebagian tinggi lumpur tersisa di dalamsumur ; casing*

Pembebanan =uida 'ang membantu casing mena an collapse 1backup2 adala lumpur dengan densitas 'ang paling ringan 'ang dipakai saatpemboran kedalaman selanjutn'a di ba6a kaki casing*

$.$.1. Surface casingPada surface casing beban collapse 'ang terjadi berasal dari

tekanan formasi di sepanjang casing* Karena kedalaman surfacecasing relatif dangkal( lost circulation 'ang terjadi dapat

memungkinkan kolom lumpur turun ingga di ba6a kaki casing 1li at9ambar &+2* Ini berarti ba 6a di dalam casing kosong( tidak terdapat=uida 'ang membantu casing mena an collapse* Kondisi semacam inimerupakan kondisi terburuk beban collapse untuk surface casing*

Tekanan di kaki casing )

P f 8 $($.+ * ρ f * #s ***************************************************

++ !ril-$$% Casing !esign


23/54

Gam ar 1$ Co%%a&se Pada Surface Casing 1$#

Keterangan 9ambar)P f 8tekanan formasi 1psi2#s 8panjang surface casing 1ft2ρ f 8densitas =uida 1ppg2ρm 8densitas lumpur 1ppg2a 8resultan( karena di dalam casing kosongb 8garis disain 8 a 4 design factor

$.$.$. 'ntermediate Casing

Beban collapse pada intermediate casing terdiri atas tekananidrostatik lumpur saat casing dipasang dan tekanan idrostatik

semen*

Gam ar 1(. Co%%a&se Pada 'ntermediate Casing 1$#

!ril-$$% Casing !esign +,


24/54

Keterangan 9ambar )ρ s 8densitas semen 1ppg2ρm& 8densitas lumpur saat casing dipasang 1ppg2ρm+ 8densitas lumpur terberat 1ppg2#i 8panjang intermediate casing 1ft2

#m& 8tinggi kolom lumpur & 1ft2#m+ 8tinggi kolom lumpur + 1lumpur terberat2 setela lost1ft2

5s 8tinggi kolom semen 1ft2! 8kedalaman 1ft2P 8tekanan 1psi2a 8beban collapse 17P&P+2 - tekanan di dalam

casing 1!,P,2b 8a 4 disain faktor*

Secara keseluru an ditunjukkan ole garis 7P&P+ pada9ambar&,*dengan )

P& 8$($.+ * ρm&* #m& *************************************************

dan

P+ 8 P & $($.+ * ρ s * 5s

8 $($.+ * ρm&* #m& $($.+ * ρ s * 5s

8 $($.+ * 1 ρm&* #m& ρ s * 5s2 ******************************1%32

Kondisi terburuk terjadi apabila lumpur terberat 1garis putus-putus2 mengalami lost circulation( se ingga kolom lumpur di dalamcasing turun* #ost circulation terjadi antara lain karena turunn'a

gradien tekanan formasi* Tetapi perlu diingat ba 6a batas minimumgradien tekanan formasi adala sebesar gradien tekanan idrostatikair asin( atau $(%/. psi;ft* Pada inter"al kedalaman lubang 'ang belumdicasing 19ambar &,2 dapat dipa ami ba 6a tekanan formasi terkecilakan berada tepat di ba6a kaki casing* Pada metode ini beranggapankolom lumpur dalam casing akan turun sampai setenga dari panjangcasing* !engan demikian al ini akan memberikan tinggi kolomlumpur tersisa 1#m+2 di dalam casing sebesar setenga panjangcasing*


25/54

dan

P+ 8 P & $($.+ ρ s * 5s

8 $($.+ ρm * #m $($.+ ρ s* #s

8 $($.+ 1 ρm * #m ρ s * #s2************************************1.+2

Gam ar 1+. Co%%a&se Pada Production Casing 1$#

Keterangan 9ambar )ρm 8densitas lumpur saat casing dipasang 1ppg2ρ s 8densitas semen 1ppg2#m8tinggi kolom lumpur 1ft25s 8tinggi kolom semen 1ft2! 8kedalaman 1ft2P 8tekanan( psia 8beban collapse( 7P&P+b 8a 4 disain faktor

Sebagaimana disebutkan ba 6a ruang antara tubing danproduction casing diisi ole packer =uid* Kondisi terburuk terjadiapabila pen'ekat di dasar sumur bocor se ingga seluru kolom packer=uid meng ilang ; lost* !engan demikian casing mena an bebancollapse tanpa mendapat bantuan tekanan dari dalam*

$.(. !e an Tension

Beban tension sebagaimana diketa ui adala beban dari beratrangkaian casing 'ang digantung di dalam sumur* Tetapi dengan adan'a

lumpur di dalam sumur tersebut akan memberikan ga'a apung ter adapcasing* Se ingga berat casing akan lebi ringan bila dibandingkan dengan

!ril-$$% Casing !esign +.


26/54

berat casing di udara* Akibat lain dari adan'a ga'a apung ini adala ba 6apada sebagian rangkaian casing( tepatn'a bagian ba6a ( casing beradadalam kondisi compression dan selebi n'a dalam kondisi tension* !istribusibeban tension pada rangkaian casing dapat digambarkan sebagai berikut )

Misalkan suatu rangkaian casing terdiri dari tiga seksi berada di dalam

sumur 'ang berisi lumpur dengan densitas ρm 1ppg2* !engan mengambiltanda positif untuk ara ga'a ke ba6a maka )

Gam ar 1). !e an Tension1$#

Keterangan )&(+(, 8men'atakan seksi casing! 8kedalaman( ft# 8panjang casing( ft

Seksi & )

M& 811 .5.65

1 W Lm− ρ

*************************************************************dimana )WM 8berat casing lumpur( lbs

ρ m 8densitas lumpur saat casing dipasang( ppg6 8unit berat casing( lbs;ft# 8panjang casing( ft

Seksi + )

1222 .5.651 W$ W L

mW$ +−= ρ

******************************************************************************************

1.%2Seksi , )

+/ !ril-$$% Casing !esign


27/54

2333 .5.651 W$ W L

mW$ +−= ρ

**************************************************1..Beban tension di permukaan :

Ts 8 WM& WM+ WM, **************************************************1./2

9aris disain tension dipergunakan untuk menguji bod' 'ield strengtdan joint strengt casing 'ang akan dipakai* Selain itu juga akan dipakaidalam per itungan beban biaksial*

$.+. !e an !ia-sia%

9a'a-ga'a 'ang bekerja pada casing 'ang terdapat di dalam sumurterjadi secara kombinasi* Beban burst atau collapse terjadi serentak denganbeban tension atau compression* Kombinasi dan pengaru ga'a-ga'a inipada casing ditunjukkan pada kur"a ellips seperti terli at pada 9ambar &/*

Terli at ba 6a adan'a tension akan menurunkan collapse resistance

dan menaikkan burst resistance* Sedangkan compression akan menurunkanburst resistance dan menaikkan collapse resistance* Pada umumn'a an'apengaru tension ter adap penurunan collapse resistance 'angdiper itungkan dalam perencanaan*

Gam ar 1$.1*. 0ur/a %%i&s !e an !ia-sia%


28/54

,* Bila tension minimum 'ield strengt ) deformasi permanen%* Tension akan menurunkan collapse resistance*

+3 !ril-$$% Casing !esign


29/54

(. Contoh Soa%

(.1. Perencanaan Surface CasingDiameter Casing (OD) : 13,375 inch

Pan ang Casing : 3!!! "t

Pan ang minimum tiap seksi : 1!!! "t

#radien tekanan rekah pada kaki casing : 1$,! ppg

%emen, ! & '!!! "t : 11,7 ppg

'!!! & 3!!! : 15, ppg

inimum dri"t diameter : 1','5 inch

Densitas *umpur saat casing dipasang : 11,! ppg

Design "actor burst+co**apse : 1,1

tension : 1,

(.$. Perencanaan 'ntermediate CasingDiameter Casing (OD) : 7, '5 inch

Pan ang Casing : 1! !! "t

Pan ang minimum tiap seksi : '5!! "t

#radien tekanan rekah pada 1! !! "t : 1$,! ppg

inimum dri"t diameter : ,5 inch

Densitas -umpur berat : 1$,' ppg

Densitas *umpur saat casing dipasang : 1!,.

Puncak %emen : !! "t

BOP : 5!!! psi

Densitas %emen : 1 ,$ ppg

Design /actor burst+co**apse : 1,1

tension : 1,

(.(. Perencanaan Production CasingDiameter Casing (OD) : 5,5 inch

Pan ang Casing : 11!!! "t

Pan ang minimum tiap seksi : '!!! "t

!ril-$$% Casing !esign +?


30/54

inimum dri"t diameter : $,! inch

B0P : 5$!! psi

Densitas Packer /*uid : ., $ ppg

Densitas %emen : 1 ,$

Puncak ko*om semen : .5!! "t

Densitas *umpur saat casing dipasang : 11,!

Design "actor burst+co**apse : 1,1

ension : 12

,$ !ril-$$% Casing !esign


31/54

LAMP'9AN CAS'NG ! 9UPA GAM!A9

Ta e% 1

!ril-$$% Casing !esign ,&


32/54

Ta e% $

,+ !ril-$$% Casing !esign


33/54

Ta e% (

!ril-$$% Casing !esign ,,


34/54

Ta e% +

,% !ril-$$% Casing !esign


35/54

Ta e% )

!ril-$$% Casing !esign ,.


36/54

Ta e% *

,/ !ril-$$% Casing !esign


37/54

Ta e% ,

!ril-$$% Casing !esign ,0


38/54

Ta e% "

,3 !ril-$$% Casing !esign


39/54

Ta e% 7

!ril-$$% Casing !esign ,?


40/54

Ta e% 18

%$ !ril-$$% Casing !esign


41/54

Ta e% 11

!ril-$$% Casing !esign %&


42/54

Ta e% 1$

%+ !ril-$$% Casing !esign


43/54

Ta e% 1(

!ril-$$% Casing !esign %,


44/54

Ta e% 1+

%% !ril-$$% Casing !esign


45/54

Ta e% 1)

!ril-$$% Casing !esign %.


46/54

Ta e% 1*

%/ !ril-$$% Casing !esign


47/54

Ta e% 1,

!ril-$$% Casing !esign %0


48/54

Ta e% 1"

%3 !ril-$$% Casing !esign


49/54

Ta e% 17

!ril-$$% Casing !esign %?


50/54

Ta e% $8

.$ !ril-$$% Casing !esign


51/54

DAFTAR PUSTAKA

12 nn2, Pipe Characteristics 0andbook , 4i**iams atura* #as Compan6 ngineering #roup,Penn4e** Pub*ishing Compan6, u*sa&Ok*ahoma, 1 2

'2 8abia2 02, Oi*9e** Dri**ing ngineering: Princip*es Practices , #raham rotman,O;"ord, 2, Casing and cementing , %econd dition, Petro*eum ;tension %er?ice, e;as,1 .'2

$2 @Aar >2>2, Dri**ing in Petro*eum ngineering , agcobar Dri**ing /*uid anua*252 Bourgo6ne @2 2 et2a*2, @pp*ied Dri**ing ngineering , /irst Printing %ociet6 o" Petro*eum

ngineers, 8ichardson , 1 . 22 oore P2-2, Dri**ing Practices anua* , Penn 4e** Pub*ishing Compan6, u*sa&Ok*ahoma,

1 7$272 Bi**& itche*, ubu*ar #oods Design , obi* Oi* Compan6, 1 .32.2 =umoro, @rianto, etoda aksimum Casing -oad , =o*okium, >urusan eknik

Permin6akan nstitut ekno*ogi Bandung, 1 .$2

2 Prentice, C2 2, a;imum -oad Casing Design , >ourna* o" Petro*eum echno*og6, >u*i1 7!21!2 oore, P2-2, Dri**ing Practices anua* , Pen4e** Pub*ishing Co2, u*sa, 1 7$2112 Patti*o, P2D, 0uang 2C2, he ""ect o" @;ia* -oad on Casing Co**apse , >ourna* o"

Petro*eum echno*og6, >anuari 1 .'21'2 De-uish, =28, >a6ne, -2 2, Deep Casing Design %imp*i"ied , Oi* and #as ourna*, >u*i 1.,

1 772132 0i**s, >2O2, @ 8e?ie9 o" Casing&string Design Princip*es and Practice , Dri**ing and

Production Practice, @P , 1 5124ood*an, B2 Po9e**, #2 2, #raphica* ethod %peeds De?iated 4e** Casing Design , 4or*d

Oi*, /ebruar 1, 1 7521$2 Casing and ubing echnica* Data, -one %tar %te** Compan6, 1 .$2

152 Per"ormance Properties o" Casing and ubing, @P Bu**etin 5C', Da**as, e;as, 1 7521 2 #reenip, >r, >2 2, Optimum Casing Program Design %tresses conom6 , Oi* and #as>ourna*, Oktober 1 , 1 7.2

172 =astor, 82-2, Casing Burst Design Criteria "or =ick Pressure Contro* , %P @ seriesno2 @, Da**as, te;as, 1 732

!ril-$$% Casing !esign .&


52/54

DAFTAR PARAMETER DAN SATUAN

A 8 luas penampang dinding casingB5P 8 tekanan dasar sumur( psiB: 8 Bou'anc' :actor( lbs

Bc 8 beban tension akibat de"iasi lubang( lbs! 8 kedalaman( feet! & 8 kedalaman kolom lumpur &( feet! + 8 kedalaman kaki casing( feet! , 8 kedalaman puncak kolom lumpur terberat setela lost( feetde 8 diameter luar casing( in9 fr 8 gradien tekanan reka ( ppg5g 8 tinggi kolom gas( feet5m 8 tinggi kolom lumpur terberat( feet5s 8 tinggi kolom semen( feetIP 8 tekanan injeksi( psi# 8 panjang casing( feet

#i 8 panjang intermediate casing( feet#m 8 tinggi kolom lumpur( feet#m & 8 tinggi kolom lumpur &( feet#m+ 8 tinggi kolom lumpur + 1lumpur terberat2 setela lost( feet#pd 8 panjang production casing( feet#s 8 panjang surface casing( feetP 8 tekanan( psiPB7P 8 tekanan B7P( psiPcs 8 tekanan di casing s oe( psiPe 8 tekanan luar casing 1back-up2( psiP f 8 tekanan formasi( psiP fr 8 tekanan reka ( psiPg 8 tekanan di kolom gas( psiPm 8 tekanan di kolom lumpur( psiP s 8 tekanan di permukaan( psi

T5P 8 tubing ead pressure( psi T 8 kedalaman titik netral( feet Ts 8 beban tension dipermukaan( lbs6a 8 unit berat casing( lbs;ftWM 8 berat casing( lb;ftα 8 de"iasi sudut( derajatϕ 8 peruba an sudut( derajat;&$$ ft

ρ f densitas "*uida, ppgρg densitas gas, ppgρm densitas *umpur, ppgρm1 densitas *umpur saat casing dipasang, ppgρm2 densitas *umpur tersebu, ppgρPF densitas packer "*uid, ppgρ s 8 densitas semen( ppgPpr 8 Tekanan pseudo reduced

T pr 8 Temperatur pseudo reduced T f 8 Temperatur formasi( o: Tpc 8 Tekanan kritis( psi

Tc 8 Temperatur kritis(o

β 8 9radient gas( psi;ft

.+ !ril-$$% Casing !esign


53/54

8 Konstanta gas 8 ?/(,..P f 8 Tekanan formasi( psi

T f 8 Temperatur formasi( o 18 o: %/$2H 8 :aktor kompresibilitas gasP fr 8 tekanan reka ( psi9 fr 8 gradien tekanan reka ( ppg

!ril-$$% Casing !esign .,


54/54

Documents

Dril-004 Casing Design.docx