PERENCANAAN LUMPUR PEMBORAN

BERDASARKAN KARAKTERISTIK BATUAN FORMASI

YANG AKAN DITEMBUS

PROPOSAL KOMPREHENSIF

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat pada kurikulum

Jurusan Teknik Perminyakan

Oleh :

RENNDY WIRANATA

09.01.015

JURUSAN TEKNIK PERMINYAKAN

SEKOLAH TINGGI TEKNLOGI MINYAK DAN GAS BUMI

BALIKPAPAN

2013

1

PERENCANAAN LUMPUR PEMBORAN

BERDASARKAN KARAKTERISTIK BATUAN FORMASI

YANG AKAN DITEMBUS

PROPOSAL KOMPREHENSIF

Disetujui untuk Jurusan Teknik Perminyakan

STT Migas Balikpapan

Oleh :

2

Pembimbing

M. Nur Mukmin. ST

Ketua Jurusan

M. Nur Mukmin. ST

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala berkat dan

pertolongannya sehingga penulis mampu menyelesaikan proposal komprehensif

ini. Proposal komprehensif ini berjudul “PERENCANAAN LUMPUR

PEMBORAN BERDASARKAN KARAKTERISTIK BATUAN FORMASI

YANG AKAN DITEMBUS”, proposal ini disusun untuk memberikan gambaran

mengenai latar belakang, tujuan dan materi yang akan dibahas didalam

penyusunan komprehensif di Jurusan Perminyakan, Sekolah Tinggi Teknologi

Minyak Dan Gas Bumi Balikpapan.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

memberikan dukungan baik secara moral maupun material, sehingga penyusunan

proposal ini dapat selesai dengan baik.

Penulis meyakini sepenuhnya bahwa dalam penulisan proposal ini masih

terdapat banyak kekurangannya, sehingga kritik dan saran yang membangun akan

sangat berarti bagi penulis.

Akhirnya, semoga proposal komprehensif ini dapat bermanfaat bagi

penulis dan semua pihak yang memerlukannya.

Balikpapan, 24 February 2013

Penulis

3

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL..................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN....................................................................... ii

KATA PENGANTAR................................................................................... iii

DAFTAR ISI ................................................................................................. iv

I. JUDUL.................................................................................................. 1

II. LATAR BELAKANG.......................................................................... 1

III. MAKSUD DAN TUJUAN PENULISAN............................................ 1

IV. TINJAUAN PUSTAKA....................................................................... 2

4.1. Karakteristik Batuan Formasi........................................................ 3

4.2. Sifat Fisik Batuan........................................................................... 5

4.3. Dasar Lumpur Pemboran............................................................... 14

V. METODOLOGI PENULISAN............................................................. 24

VI. RENCANA DAFTAR ISI.................................................................... 24

VII. RENCANA DAFTAR PUSTAKA....................................................... 29

4

I. JUDUL

“PERENCANAAN LUMPUR PEMBORAN BERDASARKAN

KARAKTERISTIK BATUAN DAN KONDISI FORMASI YANG

DITEMBUS

II. LATAR BELAKANG

Di dalam pekerjaan pemboran, pengaruh karakteristik dan kondisi formasi

terhadap perencanaan dalam penggunaan lumpur bor (drilling fluid) merupakan

hal yang sangat perlu diperhatikan dalam mencapai suatu keberhasilan dalam

operasi pemboran. Lumpur bor sangat berpengaruh terhadap kemampuan lapisan

produktif yang berkaitan dengan produktifitas formasi, sedangkan produktifitas

formasi juga banyak dipengaruhi oleh kerakteristik formasi reservoir suatu

lapangan. Dengan demikian keterkaitan anatara lumpur pemboran dan

karakteristik formasi reservoir merupakan suatu sistem siklus yang saling

berhubungan. Oleh karena itu identifikasi reservoir yang akan ditembus, terutama

yang berkaitan dengan karakteristik batuan maupun fluida reservoir dan kondisi

reservoir bawah permukaan harus mutlak diketahui. Dalam hal ini pemakaian

lumpur pemboran yang sesuai akan mengurangi efek gangguan-gangguan yang

timbul selama pemboran, yang nantinya diharapkan akan dapat hasil yang

optimal.

Komposisi lumpur bor terdiri dari komponen cair, yaitu air, minyak atau

campuran keduanya, komponen padat yang terdiri dari padatan yang tidak

bereaksi (inert solid) dan padatan yang bereaksi (reactive solid) dan additive yaitu

material-material campuran lain yang ditambahkan ke dalam lumpur dimaksudkan

untuk memperbaiki sifat-sifat lumpur pemboran sehingga dapat digunakan sesuai

dengan fungsi serta memperkecil kemungkinan atau mengatasi problem akibat

pemakaian lumpur pemboran tersebut tanpa menimbulkan perubahan-perubahan

sifat fisik maupun kimia reservoir akibat kontaminasi lumpur itu sendiri. Didalam

pemilihan fluida pemboran mempertimbangkan faktor-faktor meliputi jenis

5

batuan formasi, tekanan, temperatur, kerapuhan formasi dan jenis kandungan clay

maupun garam dan efek lainnya.

III. MAKSUD DAN TUJUAN

Penulisan komprehensif ini bertujuan untuk merencanakan lumpur

pemboran yang akan digunakan dalam operasi pemboran disuatu lapangan dengan

berdasarkan karakteristik batuan yang akan ditembus pada suatu lapangan.

IV. TINJAUAN PUSTAKA

IV.1. Karakteristik Formasi Yang Ditembus

IV.1.1. Karakteristik Batuan

Batuan merupakan bahan pembentuk kerak bumi, sehingga

mengenal macam-macam dan sifat batuan adalah sangat penting. Batuan

adalah semua bahan yang menyusun kerak bumi dan merupakan suatu

agregat (kumpulan) mineral-mineral yang telah menghablur. Tidak

termasuk batuan adalah tanah dan bahan lepas lainnya yang merupakan

hasil pelapukan kimia ataupun mekanis serta proses erosi batuan.

Batuan dapat dibagi berdasarkan sifat-sifat tertentu yang sekaligus

menunjukkan cara terjadinya (klasifikasi genesis). Hal-hal yang penting

dalam mendeskripsikan batuan antara lain meliputi :

1. Tekstur,

2. Struktur penyusun,

3. Komposisi mineral.

Berdasarkan cara terbentuknya, batuan dibagi menjadi tiga jenis :

1. Batuan beku (Igneous rock).

Batuan yang berasal dari penghabluran mineral-mineral magma

yang mendingin, bertekstur hablur (kristalin).

2. Batuan sedimen (Sedimentary rock).

Batuan yang terbentuk dari hasil pengendapan bahan-bahan

rombakan baik secara kimiawi maupun fisik dari batuan sebelumnya,

setelah mengalami proses transportasi melalui media : angin, sungai,

gelombang dan lain sebagainya, kemudian terendapkan di suatu tempat

6

yang lazim disebut sebagai sedimen klastik/sedimen mekanis.

Sedangkan hasil pengendapan semua organis maupun proses kimiawi

disebut batuan sedimen non-klastik.

3. Batuan metamorf (Metamorfic rock).

Merupakan batuan ubahan oleh proses metamorfism. Perubahan

batuan tanpa melalui fase cair terlebih dahulu, dengan tekstur hablur

(kristalin).

IV.1.1.1. Batuan Beku

Berdasarkan cara pembentukannya batuan beku berasal dari

pembekuan magma dari permukaan bumi, atau pembekuan magma di

permukaan. Pada umumnya sifat atau ciri batuan beku antara lain :

1. Umumnya kristalin,

2. Butirannya interlocking secara rapat,

3. Masif.

Mineral-mineral dari batuan beku yang sering dijumpai pada

umumnya terbentuk pada saat penurunan temperatur dari magma yang

menerobos ke atas, peristiwa ini dikenal dengan istilah penghabluran.

IV.1.1.2. Batuan Sedimen

Batuan sedimen adalah batuan yang terjadi akibat lithifikasi hasil

reaksi kimia tertentu dari hancuran batuan lain, diendapkan dalam

kenampakan berlapis, pada permukaan lithosfer dan pada kondisi tekanan

dan temperatur yang rendah. Lithifikasi batuan adalah proses yang

meliputi kompaksi, yaitu proses terubahnya material pembentuk batuan

yang bersifat lepas (unconsolidated rock forming materials) menjadi

batuan yang kompak (consilidated, ciherent rock). Batuan sedimen dapat

diklasifikasikan dengan memperhatikan tekstur maupun struktur yang

dimiliki batuan tersebut.

7

A. Batu Pasir

Batupasir termasuk golongan batuan klastik detritus dan sebetulnya

yang dimaksud batupasir disini adalah batuan detritus yang pada

umumnya berkisar dari lanau sampai konglomerat. Porositas yang

didapatkan didalam batupasir ini hanya bersifat intergranular. Pori-pori ini

terdapat diantara butir-butir dan khususnya terjadi secara primer, jadi

rongga terjadi pada waktu pengendapan. Batupasir merupakan reservoir

yang paling banyak di dunia, 60 % dari pada semua batuan reservoir

adalah batupasir.

B. Batuan Karbonat

Batuan karbonat mempunyai 3 komposisi utama, yaitu Kalsite

(CaCO3), Dolomite (CaMg(CO3)2) dan Aragonite (CaCO3). Beberapa

komposisi utama mineral batuan karbonat tersebut juga dapat membentuk

batuan dengan komposisi mineral baru, misalnya batugamping (limestone)

merupakan campuran antara kalsite dan aragonite, dolimitic limestone atau

calc-dolomite merupakan campuran antara kalsit dan dolomite. Mineral-

mineral pada batugamping umumnya terbentuk pada saat permulaan

hingga proses lithifikasi berlangsung. Diantaranya kalsedon, kuarsa,

glaukonit, pirite, gypsum, anhidrite dan alkali feldspar. Apabila

batugamping kaya akan mineral aksesoris maka nama batuannya

glaoconotic, sandy dan argillaceous (lempung)

C. Batuan Shale

Shale merupakan batuan dengan tekstur berlapis (laminated),

berbutir halus, dengan kandungan mineralnya adalah lempung dan silt.

Shale mempunyai porositas yang kurang baik, tetapi jika mengalami

peretakan maka permeabilitasnya semakin besar sehingga dapat bertindak

sebagai batuan reservoir.

8

IV.1.1.3. Batuan Metamorf

Batuan metamorf adalah batuan yang terjadi karena proses ubahan

dari batuan asal oleh suatu proses metamorfisme. Batuan asal tersebut

dapat terdiri dari batuan beku, batuan sedimen maupun batuan metamorf

itu sendiri. Proses metamorfisme yaitu suatu proses dimana batuan asal

mengalami penambahan atau kenaikan tekanan atau temperatur secara

bersama-sama. Metamorfisme terjadi dalam suatu lingkungan yang sangat

berbeda dengan lingkungan dimana batuan asalnya terbentuk.

Banyak mineral-mineral hanya stabil dalam batas-batas tertentu

dalam temperatur, tekanan, dan kimiawi. Jika batuan tersebut dikenakan

temperatur dan tekanan yang lebih tinggi, maka batas kestabilan mineral

dapat dilampaui, penyesuaian mekanis dan kimiawi dapat terjadi meliputi

proses-proses rekristalisasi, reorientasi batuan dan membentuk mineral-

mineral baru dengan penyusunan kembali elemen-elemen kimia yang

sebelumnya sudah ada yang stabil dalam kondisi baru dalam batas-batas

tertentu. Proses ini berlangsung dari fase padat ke fase padat tanpa tanpa

melalui fase cair atau sering disebut sebagai proses isokimia, dimana

komposisi kimia batuan asal tidak berubah, tapi yang berubah adalah

susunan mineraloginya sehingga terbentuk mineral baru.

IV.2. Sifat Fisik Batuan

Pada dasarnya semua batuan memiliki karakteristik masing – masing

sesuai komposisinya, antara batuan dan lumpur pemboran terjadi interaksi

langsung. Oleh karena itu dalam identifikasi batuan selanjutnya akan banyak

berhubungan dengan sifat–sifat fisik terutama batuan sedimen, disamping batuan

beku atau metamorf.

IV.2.1. Porositas

Porositas ( ) didefinisikan sebagai fraksi atau persen dari volume

ruang pori – pori terhadap volume batuan total (bulk volume). Besar–

9

kecilnya porositas suatu batuan akan menentukan kapasitas penyimpanan

fluida reservoir. Secara matematis porositas dapat dinyatakan sebagai :

................................................................. (2-1)

Keterangan :

Vb = Volume batuan total (bulk volume)

Vs = Volume padatan batuan total (volume grain)

Vp = Volume ruang pori-pori batuan.

Porositas batuan dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu:

1. Porositas absolut, adalah persen volume pori-pori total terhadap

volume batuan total (bulk volume).

........................................ (2-2)

2. Porositas effektif, adalah persen volume pori–pori yang saling

berhubungan terhadap volume batuan total (bulk volume).

.................... (2-3)

3. Porositas total, adalah penjumlahan dari porositas absolut dengan

porositas effektif.

IV.2.2. Permeabilitas

Permeabilitas didefinisikan sebagai suatu bilangan yang

menunjukkan kemampuan dari suatu batuan untuk mengalirkan fluida.

Permeabilitas batuan merupakan fungsi dari tingkat hubungan ruang antar

10

pori-pori dalam batuan Definisi kuantitatif permeabilitas pertama-tama

dikembangkan oleh Henry Darcy (1856) dalam hubungan empiris dengan

bentuk differensial sebagai berikut :

........................................................................ (2-4)

Keterangan:

V = kecepatan aliran, cm/sec

m = viskositas fluida yang mengalir, cp

dP / dL = gradien tekanan dalam arah aliran, atm/cm

k = permeabilitas media berpori.

Tanda negatif pada Persamaan 2-4. menunjukkan bahwa bila

tekanan bertambah dalam satu arah, maka arah alirannya berlawanan

dengan arah pertambahan tekanan tersebut.

Beberapa anggapan yang digunakan oleh Darcy dalam Persamaan

2-4 adalah :

1. Alirannya mantap (steady state),

2. Fluida yang mengalir satu fasa,

3. Viskositas fluida yang mengalir konstan,

4. Kondisi aliran isothermal,

5. Formasinya homogen dan arah alirannya horizontal,

6. Fluidanya inkompressibel.

Permeabilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu :

Permeabilitas absolut, adalah permeabilitas dimana fluida yang

mengalir melalui media berpori tersebut hanya satu fasa, misal hanya

minyak atau gas saja.

11

Permeabilitas effektif, adalah permeabilitas batuan dimana fluida yang

mengalir lebih dari satu fasa, misalnya minyak dan air, air dan gas, gas

dan minyak atau ketiga–tiganya.

Permeabilitas relatif, adalah perbandingan antara permeabilitas efektif

dengan permeabilitas absolut.

IV.2.3. Saturasi Fluida

Pada umumnya formasi yang mengandung minyak dipercaya

bahwa dulunya merupakan batuan yang terinvasi oleh air kemudian

terjebak di dalamnya. Selanjutnya hidrokarbon berat dan mature

melakukan migrasi dari posisi statis hingga mencapai kesetimbangan

dinamis (dynamic equilibrium) yang menggeser air di sela-sela bagian

teratas dari struktur reservoir. Minyak tidak bisa menggeser seluruh air

yang berada mula-mula di pori-pori batuan reservior. Sehingga batuan

reservoir secara normal terisi oleh kedua fluida tersebut, hidrokarbon dan

air (sering kali disebut connate water) pada ruang pori-pori yang sama

atau berdekatan. Untuk menentukan kuantitas akumulasi hidrokarbon

dalam pori batuan reservoir, diperlukan juga saturasi fluida (gas, minyak

dan air) dari material batuan tersebut.

Saturasi fluida batuan didefinisikan sebagai perbandingan antara

volume pori total batuan yang ditempati oleh suatu fluida tertentu dengan

volume pori total pada batuan tersebut.

Saturasi minyak (So) adalah:

.................................. (2-9)

Saturasi air (Sw) adalah:

............................. (2-10)

12

Saturasi gas (Sg) adalah:

.............................. (2-11)

Jika pori-pori batuan diisi oleh gas-minyak-air maka berlaku hubungan:

Sg + So + Sw = 1............................................................................ (2-12)

Jika diisi oleh minyak dan air saja maka :

So + Sw = 1..................................................................................... (2-13)

Terdapat tiga pengertian yang penting mengenai saturasi fluida,

pengertian-pengertian yang dimaksud adalah sebagai berikut:

Saturasi fluida akan bervariasi dari satu tempat ke tempat lain dalam

reservoir, saturasi air cenderung untuk lebih besar dalam bagian batuan

yang kurang porous, karena air lebih berat dari minyak dan minyak

lebih berat dari gas, sehingga akan cenderung terjadi gravity

segregation dari ketiga fluida tersebut.

Saturasi fluida akan bervariasi dengan kumulatif produksi minyak. Jika

minyak diproduksikan maka tempatnya di reservoir akan digantikan

oleh air dan atau gas bebas, sehingga pada reservoir apabila yang

diproduksikan minyak maka saturasi fluida berubah secara kontinyu.

Saturasi minyak dan saturasi gas sering dinyatakan dalam istilah pori-

pori yang diisi oleh hidrokarbon. Jika volume contoh batuan adalah V,

ruang poriporinya adalah V, maka ruang pori – pori yang diisi oleh

hidrokarbon adalah:

So..V + Sg..V = (1-Sw)..V................................................... (2-14)

IV.2.4. Kompresibilitas Batuan

Menurut Geerstma (1957) terdapat tiga konsep kompresibilitas

batuan, antara lain :

1. Kompresibilitas matriks batuan, yaitu fraksi perubahan volume

material padatan (grains) terhadap satuan perubahan tekanan.

13

2. Kompresibilitas bulk batuan, yaitu fraksi perubahan volume bulk

batuan terhadap satuan perubahan tekanan.

3. Kompresibilitas pori–pori batuan, yaitu fraksi perubahan volume

pori–pori batuan terhadap satuan perubahan tekanan.

Batuan yang berada pada kedalaman tertentu akan mengalami dua

macam tekanan, antara lain :

Tekanan hidrostatik fluida yang terkandung dalam pori–pori

batuan.

Tekanan luar (external stress) yang disebabkan oleh berat batuan

yang ada diatasnya (overburden pressure).

Pengosongan fluida dari ruang pori-pori batuan reservoir akan

mengakibatkan perubahan tekanan dalam pada batuan, sehingga resultan

tekanan pada batuan akan mengalami perubahan pula. Adanya perubahan

tekanan ini akan mengakibatkan perubahan pada butir-butir batuan, pori-

pori dan volume total (bulk) batuan reservoir.

Untuk padatan (grains) akan mengalami perubahan yang serupa

apabila mendapat tekanan hidrostatik fluida yang dikandungnya.

Perubahan bentuk volume bulk batuan dapat dinyatakan sebagai

kompressibilitas Cr atau :

.................................................................. (2-15)

Sedangkan perubahan bentuk volume pori-pori batuan dapat

dinyatakan

sebagai kompressibilitas Cp atau :

................................................................. (2-16)

14

Keterangan :

Vr = Volume padatan batuan (grains).

Vp = Volume pori-pori batuan.

P = Tekanan hidrostatik fluida di dalam batuan.

P* = Tekanan luar (tekanan overburden).

IV.2.5. Wettabilitas

Apabila dua fluida bersinggungan dengan benda padat, maka salah

satu fluida akan bersifat membasahi permukaan benda padat tersebut, hal

ini disebabkan adanya gaya adhesi. Gambar 2.11 memperlihatkan sistem

air minyak yang kontak dengan benda padat, dengan sudut kontak sebesar

o(derajat). Sudut kontak diukur antara fluida yang lebih ringan terhadap

fluida yang lebih berat, yang berharga 0o-180o, yaitu antara air dengan

padatan, sehingga tegangan adhesi (AT) dapat dinyatakan dengan

persamaan :

AT = σso- σsw = σwo x cos wo ....................................... (2-17)

Keterangan :

sso = Tegangan permukaan minyak–benda padat, dyne/cm.

ssw = Tegangan permukaan air–benda padat, dyne/cm.

swo = Tegangan permukaan minyak–air, dyne/cm.

qwo = Sudut kontak minyak–air.

Suatu cairan dikatakan membasahi zat padat jika tegangan adhesinya

positip ( q < 90o ), yang berarti batuan bersifat water wet. Sedangkan bila

air tidak membasahi zat padat maka tegangan adhesinya negatip ( q > 90o),

berarti batuan bersifat oil wet.

IV.2.6. Tekanan Kapiler

Tekanan kapiler ( Pc ) didefinisikan sebagai perbedaan tekanan

yang ada antara permukaan dua fluida yang tidak tercampur (cairan-cairan

15

atau cairan-gas) sebagai akibat dari terjadinya pertemuan permukaan yang

memisahkan mereka. Besar tekanan kapiler ini dipengaruhi oleh adanya

tegangan permukaan, sudut kontak antara minyak-air-zat padat dan jari-

jari lengkungan pori. Besarnya sudut kontak yang terjadi berkisar antara

00 – 1800, dengan demikian dikenal dua system kebasahan, yaitu :

a. Water wet (basah air)

Merupakan permukaan air yang menyebar, dimana dalam

penyebarannya air mempunyai kemampuan untuk membasahi batuan

(benda padat), dengan sudut kontak yang terjadi kurang dari 900.

b. Oil wet (basah minyak)

Merupakan permukaan minyak yang menyebar dalam penyebarannya

minyak mempunyai kemampuan untuk membasahi batuan (benda padat)

dengan sudut kontak yang terjadi lebih besar dari pada 900 dan lebih kecil

dari 1800. Perbedaan tekanan dua fluida ini adalah perbedaan tekanan

antara fluida “non–wetting phase” (Pnw) dengan fluida “Wetting phase”

(Pw)

IV.2.7. Densitas Batuan

Densitas batuan atau satuan berat batuan adalah spesific weight

yang dinyatakan dalam pound per cubic feet atau kilo Newton per cubic

meter. Spesific gravity suatu padatan (G) adalah perbandingan densitas

padatan dengan densitas air, yang diperkirakan mendekati 1gram-force/cm3

(9.8KN/m3 atau 0.01 MN/m3.

Densitas dibedakan menjadi dua, yaitu :

» Natural density (bobot isi asli).

» Dry density (bobot isi kering).

IV.3. Dasar Lumpur Pemboran

16

Pada mulanya dalam operasi pemboran hanya menggunakan air untuk

mengangkat serpih batuan (cutting). Seiring berkembangnya teknologi, maka

lumpur pemboran mulai digunakan. Untuk memperbaiki sifat-sifat lumpur, zat-zat

kimia (additive) ditambahkan dan akhirnya digunakan pula udara dan gas untuk

pemboran walaupun penggunaan lumpur tetap bertahan. Lumpur pemboran

merupakan cairan yang berbentuk lumpur, dibuat dari pencampuran zat cair, zat

padat dan zat kimia.

IV.3.1. Fungsi Lumpur Pemboran

Fungsi lumpur pemboran itu sendiri meliputi :

Mengangkat cutting ke permukaan,

Mendinginkan dan melumasi bit dan drillstring,

Memberi dinding pada lubang bor dengan mud cake,

Mengontrol tekanan formasi,

Membawa cutting dan material pemberat pada suspensi jika

sirkulasi lumpur dihentikan sementara,

Melepaskan cutting dan pasir di permukaan,

Menahan sebagian berat drillpipe dan casing,

Mengurangi efek negative pada caving formasi,

Mendapatkan informasi dari mud logging,

Media logging.

IV.3.2. Komposisi Lumpur Pemboran

IV.3.2.1. Komponen Cair.Fasa cair yang dimaksud adalah air, yang merupakan fasa kontinyu

dari fresh water maupun salt water, tergantung pada tersedianya air yang

akan digunakan di lapangan. Fungsi utama dari fasa kontinyu cair adalah

memberikan inisial viskositas yang selanjutnya dapat dimodifikasi untuk

mendapatkan sifat rheologi lumpur yang diinginkan pada kondisi standart,

yaitu pada 14.7 psi dan 60°F, viskositas air sama dengan 1.1 cp.

17

Fasa cair dari lumpur pemboran merupakan fase dasar dari lumpur

yang mana dapat berupa air atau minyak atau pun keduanya yang disebut

dengan emulsi. Emulsi ini dapat terdiri dari dua jenis yaitu emulsi minyak

didalam air atau emulsi air didalam minyak. Fasa cair lumpur pemboran

meliputi :

1. Air

Lebih dari 75% Lumpur pemboran menggunakan air, disini air

dapat dibagi menjadi dua, yaitu air tawar dan air asin, sedangkan air asin

sendiri dapat dibagi menjadi dua, air asin jenuh (brine) dan air asin tak

jenuh. Untuk pemilihan air hal ini tentu disesuaikan dengan lokasi

setempat, manakah yang mudah didapat dan disesuaikan juga dengan

formasi yang akan ditembus.

Viskositas air merupakan fungsi dari temperatur, tekanan dan

konsentrasi larutan garam. Dengan meningkatnya temperatur, maka

volume akan mengembang dengan ditandai friksi molekul yang rendah

sehingga terjadi resisten alirannya kecil, viskositas air menurun. Efek

temperatur terhadap viskositas air dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Sedangkan air, jika mendapatkan tekanan maka akan mengalami kenaikan

resitansi aliran akibat berkurangnya volume total. Secara umum pengaruh

temperatur dan tekanan pada fasa kontinyu cair sangat kecil sehingga

dapat diabaikan. Sedangkan viskositas air asin naik selain dipengaruhi

temperatur dan tekanan, juga dipengaruhi oleh kenaikan konsentrasi

garam, dimana biasanya viskositas lebih besar 1,7 kali dari fresh water

pada temperatur yang sama.

2. Emulsi

Invert emulsions adalah pencampuran minyak dengan air dan

mempunyai komposisi minyak 50 – 70 % (sebagai fasa continyu) dan air

30 – 50 % (sebagai fasa discontinyu) emulsi terdiri dari dua macam, yaitu :

Water in oil Emulsion dan Oil in water emulsion.

Oil in Water Emulsion.

18

Disini air merupakan fasa yang kontinyu dan minyak sebagai fasa yang

terelmusi. Air bisa mencapai 70 % volume sedangkan minyak sekitar

30 % volume.

Water in Oil Emulsion.

Disini fasa kontinyu yang dimaksud adalah minyak sedangkan fasa

yang terelmusi adalah air. Minyak bisa mencapai sekitar 50 – 70%

volume sedangkan air 30 – 50% volume.

3. Minyak

Fasa cair jenis ini berupa minyak, maka minyak yang digunakan

merupakan minyak yang diolah (refined oil). Tabel III-1 merupakan

rekomendasi untuk penggunaan diesel ataupun crude oil sebagai fase

emulsi. Minyak yang digunakan harus mempunyai sifat – sifat sebagai

berikut:

Aniline Number yang tinggi.

Aniline number merupakan suatu angka yang menunjukkan

kemampuan untuk melarutkan karet. Makin tinggi aniline number

suatu minyak maka kemampuan melarutkan karet makin kecil. Dalam

operasi pemboran banyak peralatan yang dilewati lumpur berupa karet,

seperti pada pompa lumpur, packer, plug untuk penyemenan dan lain-

lain.

Flash Point yang tinggi.

Flash Point adalah suatu angka yang menunjukkan dimana minyak

akan menyala. Makin rendah flash point suatu minyak, maka

penyalaan akan cepat terjadi, atau minyak makin cepat terbakar.

Pour Point yang rendah.

Pour Point adalah suatu angka yang menunjukkan pada temperatur

berapa minyak akan membeku. Jadi kita tidak menginginkan lumpur

bahan dasar minyak yang cepat membeku.

Molekul minyak yang stabil, dengan kata lain tidak mudah

terpecahpecah.

19

Mempunyai bau serta fluorencensi yang berbeda dengan minyak

mentah (crude oil). Kalau tidak demikian maka akan sulit untuk

menyelidiki apakah minyak berasal dari formasi yang ditembus atau

berasal dari bahan dasar dari lumpur.

IV.3.2.2. Komposisi Padat

Fasa solid merupakan fasa padatan yang ditambahkan dalam lumpur

yang berfungsi untuk memberikan kenaikan berat jenis dan untuk

membuat lumpur mempunyai kekentalan tertentu. Secara garis besar,

berdasarkan daya kerekatifannya terhadap komponen – komponen dalam

lumpur dan kondisi formasinya, fasa solid lumpur pemboran

dikelompokkan menjadi dua, yaitu : inert solid dan reactive solid.

3.2.2.1. Inert Solid.

Inert solid merupakan komponen padatan dari lumpur yang tidak

bereaksi dengan fasa cair lumpur pemboran. Didalam lumpur pemboran

inert solid berguna untuk menambah berat atau berat jenis lumpur, yang

tujuannya untuk menahan tekanan dari formasi. Inert solid dapat pula

berasal dari formasi-formasi yang di bor dan terbawa oleh lumpur seperti

chert, pasir atau clay-clay nonswelling, dan padatan seperti ini bukan

disengaja untuk menaikkan density lumpur dan perlu dibuang secepat

mungkin (biasanya menyebabkan abrasi dan kerusakan pompa dan lain-

lain).

Dengan alasan bahwa berat clay ditambah air dalam lumpur

pemboran dianggap kurang mampu untuk menahan dan mengontrol

tekanan formasi, maka berat material yang terkandung dalam lumpur harus

ditambah untuk memperoleh berat lumpur yang diinginkan. Material

pemberat adalah material yang secara kimiawi memilki berat jenis atau

densitas cukup untuk mengimbangi tekanan hidrostatik yang berkembang.

Beberapa material pemberat inert solid harus memberikan harga berat

jenis yang tinggi dan memiliki watabilitas terhadap air. Material pemberat

20

yang digunakan dalam lumpur harus water-wet sesuai dengan suspensi

fasa kontinyunya. Lapisan film tebal yang terbentuk pada permukaan

water-wet seperti barite, akan meningkatkan daya melumasi (lubricant)

lumpur.

Penambahan material pemberat juga meningkatkan volume total

lumpur yang merupakan fungsi berat jenis material tertentu.

Berkembangnya volume total, hasil dari penambahan berat jenis lumpur

yang besar, akan memerlukan penanganan lumpur di permukaan sehingga

perhitungan dalam penambahan material pemberat merupakan prioritas

permulaan yang harus diperhatikan. Inert solid yang memberikan

kontribusi terhadap kandungan padatan dalam lumpur akan sangat

berpengaruh terhadap sifatsifat lumpur pemboran.

Sebagai contoh yang umum digunakan sebagai inert solid dalam

lumpur pemboran adalah :

Barite (BaSO4).

Keuntungan menggunakan barite adalah murah harganya, barit jenis

4,2 bersih, tidak reaktif mengadung impurities silica sedikit, berwarna

putih dan mempunyai kekerasan 2,5 – 3,5 skala mohs.

Oksida Besi (Fe2O3).

Mempunyai sifat yang kurang sempurna bila dibanding dengan barite,

karena barasif dan berwarna merah, selain itu biaya transportasi dan

pengolahan selama proses pembuatannya mahal.

Calcium Carbonat (CaCO3).

Digunakan terutama pada oil base mud dan mengakibatkan settling

ratenya rendah, mempunyai berat jenis 2,7 dan dapat diperoleh dari

kulit kerang atau shell yang dihaluskan kemudian dicuci dan

dikeringkan.

Galena (PbS).

Pada formasi yang mempunyai tekanan abnormal

umumnyamenggunakan galena, karena mempunyai berat jenis yang

21

lebih besar yaitu 6,8 sehingga diharapkan dapat untuk mengimbangi

tekanan normal formasi.

3.2.2.2. Reactive Solid.Reactive solid atau fasa padatan yang bereaksi dengan

sekelilingnya membentuk koloid yang merupakan suspensi yang reaktif

terdispersi dalam fasa kontinyu (sifat koloid lumpur yang merupakan

lembaran clay yang berukuran 10- 20 Amstrong dan terdispersi dalam fasa

kontinyu air). Dalam hal ini clay akan menghisap fasa cair air dan

memperbaiki lumpur dengan meningkatkan densitas, viskositas, gel

strength serta mengurangi fluid loss.

Mud engineer biasanya membagi clay yang digunakan untuk

lumpur menjadi tiga, yaitu : montmorillonite, kaolinite dan illite.

Montmorillonite yang paling sering digunakan karena

kemampuannya yang mudah swelling menghasilkan clay yang

homogenous bercampur dengan fresh water. Dalam literature pemboran

manual, montmorillonite direferensikan dengan bentonite, karena

bentonite identik dengan clay montmorillonite.

IV.3.3. Additive Lumpur

Lumpur secara konvensional terdiri dari dua komponen fasa seperti

yang telah disebutkan sebelumnya, namun hingga kini telah dibuatkan

formulasi secara kimawi dengan tujuan-tujuan tertentu, yang terdiri dari

organik dan inorganik. Fasa ini lazim dikenal dengan zat-zat additif untuk

lumpur pemboran. Didalam lumpur pemboran selain terdiri atas komponen

pokok lumpur, maka ditambahkan additif yang berfungsi mengontrol dan

memperbaiki sifat-sifat lumpur agar sesuai dengan keadaan formasi yang

dihadapi selama operasi pemboran. Berikut ini akan disebutkan beberapa

additif yang dimaksud.

22

4.4.3.1. Material Pemberat (Weighting agent)

Material pemberat adalah bahan – bahan yang memiliki specific

gravity tinggi yang ditambahkan kedalam lumpur untuk menaikan densitas

fluida guna mengontrol tekanan formasi, bahan yang biasa digunakan

sebagai Weighting agent adalah sebagai berikut:

Barite (BaSO4).

Galena (PbS).

Calcium Carbonat (CaCO3).

Ilmenite (FeO· TiO2)

Hematite (Fe2O3)

Larutan garam (Brine Solution)

Sodium Chloride (NaCl)

Chloride (CaCl2)

4.4.3.2. Pengental (Viscosifier)

Viscosifier digunakan untuk menaikkan viscositas pada lumpur,

bahan yang digunakan sebagai viscosifier adalah sebagai berikut:

Bentonite

Sepiolite

Attapulgite

Asbestos fiber

Xanthan gum

Sodium carboxymethyl cellulose (CMC)

4.4.3.3. Pengencer (Thinner)

Thinner digunakan untuk menurunkan atau mengurangi viskositas

pada lumpur atau sebagai pengencer, dengan cara memutus ikatan plat-plat

clay yang melalui tepi (edge) dan muka (face) yang kemudian

menyambungkan dirinya dengan plat clay sehingga dapat menahan gaya

tarik antar lembaran clay. Bahan yang digunakan sebagai thinner antara

lain adalah:

Lignosulfonate

23

Phosphat

o SAPP (Sodium Acid Phyrophosphat)

o SHMP (Sodium Hexametaphospate)

o STP (Sodium Tetraphospate)

o TSPP (Tetra Sodium Phospate)

o Quebracho (Tannate)

Lignite

Air (Water)

4.4.3.4. Fluid – Loss Control

Digunakan untuk menjaga integritas lubang, melindungi lumpur

dari shale yang sensitif terhadap air dan meminimalkan hole wash out

untuk mencapai casing cement job yang lebih baik. Ada berbagai jenis

additif lumpur yang digunakan untuk mengontrol fluid loss. Pada

umumnya bahan ini digunakan bersamaan dengan bentonite, sementara

sebagian lain digunakan secara terpisah dengan kandungan clay yang ada

pada lumpur.

Bentonite

Merupakan bahan multi guna yang membantu mengontrol fluid

loss, suspensi barite dan viskositas untuk kemampuan pembersihan

lubang bor, pada range 6 % berat cocok untuk mengurangi fluid

loss. Batasan penggunaan bahan ini sebagai fluid loss antara lain:

Tidak cocok digunakan pada konsentrasi ion sodium, kalsium atau

pottasium yang tinggi tanpa prehidrasi,

Rentan terhadap kontaminasi pada formasi garam atau anhydrite

(CaSO4)

Clay rentan terhadap panas dalam bentuk flokulasi clay yang

meningkatkan fluid loss.

Starch (Pregelantized)

24

Dapat berfungsi dengan baik dengan hadirnya ion kalsium dan sodium.

Cocok digunakan untuk lumpur salt water atau lime. Batasan

penggunaan pada kisaran temperatur 250 0F.

Sodium carboxymethyl cellulose (CMC)

Merupakan produk untuk penanganan fluid loss dan viscosifier, sangat

aktif meskipun ada kontaminasi oleh ion konsentrasi tinggi. Cocok

digunakan pada lumpur inhibited mud. CMC dapat stabil hingga

penggunaan pada temperatur 300 0F.

X – C Polymer

Dihasilkan dari Polysaccaride gum, stabil terhadap adanya kandungan

garam. Bahan ini bersifat membangun viskositas, struktur gel dan

viskositas rendah pada shear rate yang tinggi.

Ben – X

Rantai panjang polymer yang dirancang penggunaanya untuk low solid

muds, bahan ini mengikat partikel clay bersamaan pada shear rate

yang rendah.

Lignins, Tannins dan Lignosulfonate

Produk-produk ini memiliki stabilitas yang baik pada kisaran

temperatur 3500F – 4000F, namun formulasi khusus lignite dapat

menghasilkan stabilitas hingga mencapai temperatur 450 0F.

Kekurangan lignins adalah rentan terhadap kontaminasi ion kalsium

yang dapat mnyebabkan flokulasi. Lignins cenderung menangkap ion

kalsium yang dapat mengurangi keeffektifannya sebagai fluid loss

agent.

4.4.3.5. Lost Circulation Material (LCM)

Digunakan untuk mengurangi efek masuknya lumpur kedalam

formasi dan untuk mendapatkan kembali sirkulasi setelah terjadi hilang

sirkulasi. Lost circulation material dapat definisikan sebagai material yang

25

menyumbat (sebagai seal / penyekat) pada lapisan permeabel ataupun

fractured formation guna mencegah hilangnya lumpur pemboran.

Sebagian besar bahan ini digunakan untuk penanganan lost of circulation.

Material-material ini dapat dikategorikan kedalam empat macam, yaitu:

Fibrous Lost-Circulation Materials

Flake Lost-Circulation Materials

Granular Lost-Circulation Materials

Blended Lost-Circulation Materials

Slurries

V. METODOLOGI PENULISAN

Metode yang dikembangkan dalam penyusunan kolokium ini berasal

dari pustaka buku-buku literatur, handbook dan majalah perminyakan yang

berhubungan dengan tema, yang dituangkan dalam setiap bab dan sub-bab

pada rencana daftar isi.

VI. RENCANA DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

HALAMAN PENGESAHAN

HALAMAN PERSEMBAHAN

RINGKASAN

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR TABEL

DAFTAR LAMPIRAN

BAB I. PENDAHULUAN

BAB I I. KARAKTERISTIK FORMASI YANG DITEMBUS

2.1. Karakteristik Batuan

2.1.1. Batuan Beku.2.1.1.1. Tekstur Batuan Beku

26

2.1.1.2. Struktur Batuan Beku2.1.1.3. Komposisi Mineral Batuan Beku2.1.1.4. Klasifikasi Batuan Beku

2.1.2. Batuan Sedimen2.1.2.1. Batupasir2.1.2.2. Batuan Karbonat2.1.2.3. Batuan Shale

2.1.3. Batuan Metamorf2.1.3.1. Tekstur Batuan Metamorf2.1.3.2. Struktur Batuan Metamorf2.1.3.3. Komposisi Mineral Batuan Metamorf2.1.3.4. Klasifikasi Batuan Metamorf

2.1.4. Sifat Fisik Batuan2.1.4.1. Porositas2.1.4.2. Permeabilitas2.1.4.3. Saturasi Fluida2.1.4.4. Kompresibilitas Batuan2.1.4.5. Wettabilitas2.1.4.6. Tekanan Kapiler2.1.4.7. Densitas Batuan

2.1.5. Sifat Mekanik Batuan2.1.5.1. Compresive Strength2.1.5.2. Elasticity2.1.5.3. Drillability2.1.5.4. Hardness2.1.5.5. Abrasiveness

2.2. Kondisi Bawah Permukaan2.2.1. Tekanan Hidrostatik2.2.2. Tekanan Overburden2.2.3. Tekanan Formasi

2.2.3.1. Tekanan Formasi Normal2.2.3.2. Tekanan Formasi Abnormal2.2.3.3. Tekanan Formasi Subnormal2.2.3.4. Tekanan Rekah Formasi

2.2.2. Temperatur Bawah Permukaan

BAB.III. DASAR LUMPUR PEMBORAN

3.1. Fungsi Lumpur Pemboran

3.1.1. Mengangkat cutting ke permukaan.3.1.2. Mendinginkan dan melumasi bit dan drillstring.3.1.3. Memberi dinding pada lubang bor dengan mud cake.3.1.4. Mengontrol tekanan formasi.3.1.5. Membawa cutting dan material pemberat 3.1.6. Melepaskan cutting dan pasir di permukaan.3.1.7. Menahan sebagian berat drillpipe dan casing.

27

3.1.9. Mendapatkan informasi dari mud logging.3.1.10. Media logging.

3.2. Komponen Lumpur Pemboran.3.2.1. Komponen Cair.3.2.2. Komponen Padat.

3.2.2.1. Inert Solid.3.2.2.2. Reactive Solid.

3.2.3. Additive Lumpur3.2.3.1. Material Pemberat (Weighting agent)3.2.3.2. Pengental (Viscosifier)3.2.3.3. Pengencer (Thinner)3.2.3.4. Fluid – Loss Control3.2.3.6. Emulsifier3.2.3.7. Additive Khusus

3.3. Sifat Fisik Lumpur Pemboran3.3.1. Densitas3.3.2. Viskositas3.3.3. Gel Strength3.3.4. Yield Point3.3.5. Sand Content

3.4. Sifat Kimia Lumpur Pemboran.3.4.1. Padatan3.4.2. pH3.4.3. Kesadahan3.4.4. Alkalinitas3.4.5. Salinitas

3.5. Jenis Lumpur Pemboran3.5.1. Water Base Muds

3.5.1.1. Fresh Water Muds3.5.1.2. Salt Water Muds

3.5.2. Oil in Water Emulsion Muds3.5.2.1. Fresh Water3.5.2.2. Salt Water

3.5.3. Oil Base dan Oil Base Emulsion Muds3.5.4. Gaseous Drilling Fluids

3.6. Hidrasi Clay3.6.1. Dispersi3.6.2. Flokulasi3.6.3. Aggregasi3.6.4. Deflokulasi

3.7. Pemeliharaan Lumpur Pemboran

BAB. VI. PERENCANAAN LUMPUR PEMBORAN

4.1. Rheologi Lumpur Pemboran

4.1.1. Klasifikasi Fluida Pemboran

28

4.1.1.1. Fluida Newtonian4.1.1.2. Fluida Non Newtonian

4.1.2. Sifat Aliran Lumpur Pemboran4.1.1.1. Aliran Laminar4.1.1.2. Aliran Turbulen

4.2. Kondisi – kondisi yang Mempengaruhi Perencanaan Lumpur Pemboran4.2.1. Pengaruh Karakteristik Batuan dan Kondisi

Formasi4.2.1.1. Tipe Formasi4.2.1.2. Kandungan Shale dan Clay4.2.1.3. Filtrate Loss4.2.1.4. Kandungan Kepasiran4.2.1.5. Gas Cutting4.2.1.6. Tekanan Formasi4.2.1.7. Temperatur Bawah Permukaan

4.2.2. Pengaruh Proses Pemboran4.2.2.1. Pipa Terjepit (Pipe Sticking)4.2.2.2. Shale Problem4.2.2.3. Lost Circulation4.2.2.4. Kick dan Blow Out

4.3. Faktor Yang Mempengaruhi Perencanaan Lumpur Pemboran4.3.1. Faktor Formasi

4.3.1.1. Formasi Batuan Pasir4.3.1.2. Formasi Batuan Karbonat4.3.1.3. Formasi Shale4.3.1.4. Formasi Garam

4.3.2. Tekanan dan Temperatur Tinggi4.3.2.1. Tekanan Formasi4.3.2.2. Temperatur Tinggi

4.3.3. Kontaminasi Pada Lumpur Pemboran4.4. Pengontrolan Lumpur Pemboran.

4.4.1. Densitas Lumpur4.4.2. Viskositas Lumpur

4.4.2.1. Pengaturan Viskositas4.4.2.2. Pemilihan Viskositas Lumpur.

4.4.3. Efek Invasi Lumpur Pemboran4.4.3.1. Mekanisme Invasi Lumpur Pemboran4.4.3.2. Pengukuran Volume Filtrat Lumpur4.4.3.3. Pengaruh Komposisi Kimia Filtrat

Lumpur4.4.3.4. Pengaruh Padatan Lumpur Pemboran4.4.3.5. Mengurangi Pengaruh – pengaruh

Filtrat Lumpur4.4.4. Distribusi Kecepatan di Annulus

29

4.4.5. Efek Rotasi dari Drill Pipe

BAB. V. PEMBAHASAN

BAB. VI. KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

30

VII. RENCANA DAFTAR PUSTAKA

Amoco Production Company. “Drilling Fluids Manual”

Bailey. T. 8/94. “Overview of KCl / PHPA Polymer Muds” M3. Miri. Sedco 600

Baroid The Complete Fluids Company Handbook

Dowell “Drilling Fluids Technical Manual” Schlumberger

31