I. TUJUAN PERCOBAAN
1. Membuat slurry semen untuk operasi penyemenan casing.
2. Menentukan thickening time slurry semen dengan menggunakan consistometer. 3. Mengukur kekuatan semen untuk menahan tekanan formasi.
4. Mengukur kekuatan semen dalam menahan gesekan akibat berat casing. 5. Memahami prinsip kerja dari peralatan yang digunakan dalam modul ini. 6. Mengetahui pengaruh penambahan aditif pada slurry terhadap karakteristik
semen.
II. TEORI DASAR
Operasi penyemenan merupakan hal yang tidak dapat dipisahkan dari kegiatan pengeboran.Operasi penyemenan diharapkan dapat menghasilkan suatu kondisi dimana casing yang dipasang dapat melekat dan memberikan isolasi sempurna terhadap lubang wellbore. Penyekatan dalam operasi penyemenan dianggap baik bila casing mampu bertahan dengan baik selama selama proses pengembangan dan produksi dari suatu sumur. Dalam melakukan penyemenan tedapat dua bentuk fisik semen,yaitu cement slurry dan hard cement. Cement slurry adalah bentuk mixture atau campuran dari semen, air, dan aditif, sedangkan hard cement merupakan cement slurry yang telah mengeras. Sifat-sifat yang dimiliki cement slurry antara lain densitas, thickening time, viskositas, filtration loss dan water-cement ratio. Sifat-sifat hard cement antara lain adalah strength dan permeability.
API memberikan klasifikasi semen untuk industry perminyakan mulai dari kelas A sampai dengan kelas H. Klasifikasi ini didasarkan pada kedalaman, tekanan, temperatur sumur, serta derajat sulfate-resistance-nya, yaitu ordinary (O), moderate sulfate resistance (MSR), dan high sulfate resistance (HSR). Berikut merupakan klasifikasi semen berdasarkan API standards 10, “Specification for Oil-Well Cement and Cement Additives”. Semen yang digunakan dalam praktikum pemboran di laboratorium pemboran Departemen Teknik Perminyakan ITB adalah semen API kelas G. Semen ini adalah semen standar yang paling banyak digunakan di lapangan dan lebih banyak tersedia di pasaran.Semen kelas G digunakan untuk kedalaman hingga 8.000 ft (2.438 m). Semen
Modul Praktikum TM3202 – Teknik Operasi Pemboran II Semester II 2016 / 2017
kelas G tersedia dalam spesifikasi moderate sulfate resistant dan high sulfate resistant. Semen kelas G juga dapat dimodifikasi dengan penambahan aditif untuk penggunaan dalam rentang temperatur dan kedalaman sumur.
Tabel 5.1 Klasifikasi Semen berdasarkan API Standards 10
API Classification Mixing Water
(gal/sack)
Slurry Weight
(lbm/gal) Well Depth (ft)
Static Temperature (F) Sulfate Resistance A (Portland) 5.2 15.6 0 - 6000 80 - 170 O B (Portland) 5.2 15.6 0 - 6000 80 - 170 MSR-HSR
C (High Early) 6.3 14.8 0 - 6000 80 - 170 O-MSR-HSR
D (Retarded) 4.3 16.4 6000 - 12000 170 - 260 MSR-HSR E (Retarded) 4.3 16.4 6000 - 12000 170 - 260 MSR-HSR F (Retarded) 4.3 16.2 1000 - 16000 230 - 320 MSR-HSR G (Basic) 5 15.8 0 - 8000 80 - 200 MSR-HSR H (Basic) 4.3 16.4 0 - 8000 80 - 200 MSR-HSR Efek temperatur
Dengan peningkatan temperature maka akan mempercepat hidrasi semen. Gambar 5.4 berikut menununjukkan efek temperature dan tekanan pada thickening time dari slurry semen. Reaksi antara semen dan air dimulai pada saat pertama kali dicampur (mixed).
Ketika slurry semen telah mencapai 100 UC (unit of consistency) maka semen tidak dapat dipompakan lagi. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi ini disebut thickening time.
Untuk mendapatkan hasil penyemenan yang baik dalam suatu operasi penyemenan, semen haruslah mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
1. Suspensi semen mempunyai yield dan densitas sesuai dengan yang diinginkan. 2. Mudah dalam penyampuran dan pemompaan.
3. Memerlukan sifat rheologi yang optimum untuk pembersihan lumpur (displacement).
4. Mempertahankan beda sifat fisik dan kimia selama pemindahan. 5. Membangun kekuatan secara cepat sejak berada di tempat. 6. Impermeabel terhadap gas annular.
Modul Praktikum TM3202 – Teknik Operasi Pemboran II Semester II 2016 / 2017
)
7. Membangun kekuatan yang cukup dalam rentang temperature yang panjang dan jika ada kontaminasi lumpur dan elektrolit sekalipun.
8. Membentuk ikatan yang kuat antara casing dan formasi.
Kekuatan Semen
Shear strength: Kemampuan semen menahan gesekan akibat menahan berat casing.
[( ] ( ) SBS = Shear Bond Strength, psi
P = Tekanan yang dibutuhkan agar sampel bergeser, psi A = Luas penampang block bearing, in2
D = Diameter sampel semen di dalam casing, in h = Tinggi sampel semen, in
Compressive strength: Kemampuan semen menahan tekanan dari formasi.
( ) ( )
CS = Compressive Strength, psi
k = Konstanta koreksi (fungsi dari perbandingan tinggi dengan diameter
Tabel 5.2 Jumlah Air Terhadap Bentonite
t/d Faktor koefisien
1,75 0,98
1,5 0,96
1,25 0,93
1 0,87
P = Pembebanan maksimum, psi
A1 = Luas penampang block bearing hydraulic press, in2 A2 = Luas permukaan sampel semen, in2
Modul Praktikum TM3202 – Teknik Operasi Pemboran II Semester II 2016 / 2017
Pada water bath, disimulasikan kondisi reservoir saat waiting on cement (WOC) selama 24 jam. Standar pelaksanaan WOC selama 24 jam dilakukan untuk mencapai compressive strength sebesar minimal 500 psi.
Hydraulic press merupakan alat untuk melaksanakan pengukuran compressive strength dan shear bound strength. Prinsip alat sesuai dengan teori Bernoulli. Fluida yang digunakan adalah minyak diesel karena diesel akan mengalami friksi yang lebih sedikit dibandingkan air.
Faktor-faktor yang Memengaruhi Desain Semen 1. Kedalaman sumur
2. Temperatur sumur 3. Tekanan kolom lumpur
4. Viskositas dan water content dari slurry cement
5. Thickening time
6. Kekuatan semen untuk menyokong pipa
7. Mixing water
8. Tipe fluida pemboran dan aditifnya 9. Densitas slurry cement
10. Heat of hydration
11. Permeabilitas dari set cement 12. Filtration control
13. Resistensi terhadap downhole brines
Semen yang akan dipakai harus memenuhi syarat kekuatan penyemenan yang akan terbentuk, yaitu:
1. Mampu mendukung casing di dalam lubang.
2. Mampu menahan getaran akibat pemboran dan perforasi. 3. Menahan tekanan hidrolik yang tinggi tanpa rekah. 4. Menahan tekanan formasi.
5. Menyekat lubang dari formasi yang korosif. Aditif
Terdapat beberapa kelompok aditif yang dicampurkan ke dalam campuran semen, diantaranya:
1. Accelerator adalah aditif yang digunakan untuk mempercepat proses pengerasan semen. Contoh aditif accelerator adalah :
CaCl2
NaCl Alkohol NaOH Gypsum
Modul Praktikum TM3202 – Teknik Operasi Pemboran II Semester II 2016 / 2017
2. Retarder adalah aditif untuk memperlambat proses pengerasan semen. Contoh retarder adalah:
Lignosulfate CMHEC
3. Aditif fluid-loss control digunakan untuk mengurangi kelebihan kehilangan kandungan air ke formasi. Contoh aditif fluid-loss control adalah:
PAC CMC Barazan
4. Aditif extender digunakan untuk mengurangi densitas semen dan menaikkan volume semen, biasanya digunakan pada formasi dengan tekanan rendah. Contohnya adalah:
Bentonite Gilsonite Silica Flour
5. Aditif pengontrol free-water adalah aditif yang digunakan untuk mengurangi kadar air bebas (free water) dari kandungan air semen. Contoh aditif ini adalah Aquagel dan Aluminium chlorohydrate.
6. Dispersants mengurangi viskositas dari slurry semen. Contoh dirpersants adalah: Lignosulfonate
Sodium Chloride Polymelanine
7. Weighting Agent digunakan untuk menaikkan densitas suspensi semen dan biasanya digunakan pada sumur dengan tekanan formasi tinggi. Contoh weighting agent adalah:
Hematite Barite
Modul Praktikum TM3202 – Teknik Operasi Pemboran II Semester II 2016 / 2017
III. PROSEDUR PERCOBAAN Percobaan I: Pengukuran Densitas
1. Kalibrasi peralatan mud balance sebagai berikut : a. Bersihkan peralatan mud balance.
b. Isi cup dengan air sampai penuh kemudian tutup.Bersihkan bagian luarnya dan keringkan dengan tissu.
c. Letakkan mud balance pada kedudukannya. d. Tempatkan rider pada skala 8,33 ppg.
e. Cek level glas. Bila tidak seimbang atur calibration screw hingga seimbang. 2. Ambil slurry semen yang telah disiapkan lalu tuangkan ke dalam cup mud balance. 3. Tutup cup. Bersihkan slurry semen yang melekat pada bagian luar dinding dan
penutup cup.
4. Letakkan balance arm pada kedudukannya. Atur rider hingga seimbang kemudian baca densitas yang ditunjukkan skala.
5. Ulangi langkah 2-4 untuk komposisi slurry semen lainnya.
Gambar 5.1 Mud Balance Apparatus.
Percobaan II: Thickening Time