BAB III
ANALISA DAN PERHITUNGAN
3.1. Gaya-gaya Pada Kawat Baja Karbon 0,125 inch
Pada dasarnya gaya-gaya yang mempengaruhi umur pemakaian dari kawat baja karbon 0,125 inch dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu gaya di dalam sumur minyak dan gaya pada permukaan.
3.1.1 Gaya di dalam sumur minyak
Kawat baja karbon 0,125 inch akan mengalami tegangan tarik berulang pada saat drum kawat baja karbon 0,125 inch melakukan gerakan menggulung / menarik tool string keluar dari sumur atau pada waktu melakukan gerakan hentak atas (jar up).
Gambar 3.1
Pada saat terjadi hentak atas di mana tool string yang ditarik dengan cepat dan kuat kemudian menggerakkan mechanical jar sehingga terjadilah momentum, yaitu sebesar
P = m. v di mana,
kedalaman sumur = 16.000 ft m kawat baja karbon= 41,84 lbs /1000 ft
m tool string= 150 lbs
Maka momentum yang dihasilkan sebesar,
P = ((41,84 lbs/ 1000 ft x 16.000 ft) + 150) x 12,5 ft/s = 10,243 lbs.ft/s
dengan adanya hentakan atas, kemudian terjadi tegangan pada kawat baja karbon 0,125 inch A F
dengan, F = 819,44 lbs A = 0,0123 inch2 kemudian,friksi di dalam sumur minyak antara tool string dan dinding dalam tubing juga mempengaruhi umur pemakaian kawat baja karbon 0,125 inch
Bahan μs μk
Baja di atas baja Aluminium di atas baja Tembaga di atas baja Kuningan di atas baja Seng di atas Besi tuang Tembaga di atas Besi tuang Gelas di atas gelas
Tembaga di atas gelas
0.74 0,61 0,53 0,51 0,85 1,05 0,94 0,68 0,57 0,47 0,36 0,44 0,21 0,29 0,40 0,53
Berdasarkan tabel koefisien gesek antara baja dengan baja, maka diperoleh besarnya μk= 0,57, sehingga gaya gesek di alami kawat baja karbon:
Ff = μk . Fn
Ff = 0,57 x 819,44
= 467, 08 lbs.
Dengan demikian maka tegangan tarik yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch adalah sebesar,
0123 , 0 ) 08 , 467 44 , 819 ( = 104.595,12 Psi Diameter (inch) Minimum Breaking Load (lbs) Minimum Tensile Strength (ksi) Elastic Limit (% of Tensile Strength) Weight (lb/1000’) Sheave Diameter (inch) 0,092 1920 261 35 - 50 22,66 11 0,108 2500 261 35 - 50 31,11 13 0,125 3300 276 35 - 50 41,84 15
Dari tabel di atas diperoleh bahwa tegangan tarik kawat baja karbon 0,125 inch, = 104.595,12 Psi, adalah masih dalam batas elastisitas.
Kemudian untuk menentukan regangan dari kawat baja karbon 0,125 inch, maka besarnya modulus elastisitas harus ditentukan terlebih dahulu. Adapun regangan yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch juga dipengaruhi oleh temperatur dasar sumur (bottom hole temperature), di mana temperatur dasar sumur menyebabkan modulus elastisitas dari kawat baja karbon 0,125 inch besarnya tergantung temperatur dasar sumur seperti yang tertera di bawah ini.
Dengan temperatur dasar sumur setinggi 2000 F/ 930 C , maka dari tabel modulus elastisitas didapatkan nilai modulus elastisitas kawat baja karbon, E = 28,8 x 106Psi maka didapatkan, E e 6 10 . 8 , 28 12 , 595 . 104 e e = 3,63 . 10-3
dan pertambahan panjang kawat baja karbon dalam sumur, L
= e . L0 L
= 3,63 . 10-3 x 16.000 = 58,08 inch
Dengan kedalaman sumur sedalam 16.000 ft, maka tekanan dasar sumur/ bottom hole pressure (BHP) bisa ditentukan:
BHP = 0,052 x berat jenis fluida x kedalaman vertikal di mana,
berat jenis crude oil = 7,43 lbs/gal kedalaman vertikal = 16.000 ft maka,
BHP = 0,052 x 7,43 x 16000 = 6181 Psi
Kondisi di dalam sumur minyak yang mengandung H2S dan CO2 juga ikut
memberikan pengaruh pada kawat baja karbon 0,125 inch. Pengaruh yang diberikan adalah tekanan parsial pada kawat baja karbon 0,125 inch.
Tekanan parsial H2S pada kawat baja karbon 0,125 inch bisa menjadikan
kawat baja karbon 0,125 inch menjadi getas jika melebihi batas tekanan parsial H2S yang diijinkan sesuai standar NACE yaitu 0,05 Psi.
Untuk tekanan parsial dari H2S yang ada didalam sumur bias didapatkan
berdasarkan data-data berikut: Konsentrasi H2S : 7 ppm
BHP : 6181 Psi
Maka tekanan parsial H2S adalah:
P H2S = konsentrasi H2S di dalam sumur x BHP/ 1.000.000
= 7 x 6181/ 1.000.000 = 0,04 Psi
Sedangkan tekanan parsial CO2 pada kawat baja karbon 0,125 inch bisa
menyebabkan korosi pada kawat baja karbon 0,125 inch jika melebihi batas tekanan parsial CO2yang diijinkan sesuai standar NACE yaitu 30 Psi.
Dengan data berikut,
BHP : 6181 Psi
maka tekanan parsial dari CO2adalah:
P CO2= konsentrasi CO2didalam sumur x BHP/100
= 3 x 6181/100 = 185,43 Psi.
3.1.2 Gaya di permukaan
Kawat baja karbon 0,125 inch dalam penggunaannya juga mengalami beberapa gaya di permukaan. Gaya yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch bisa digambarkan seperti di bawah ini.
Pada saat drum kawat baja karbon berputar ke luar, maka akan menghasilkan gerakan mengulur kawat baja karbon 0,125 inch ke dalam sumur minyak. Begitu pula saat drum berputar ke dalam, maka gerakan menarik kawat baja 0,125 inch ke luar dari sumur minyak.
Gaya yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch pada dasarnya sama dengan yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch di dalam sumur, tetapi tidak terkena tekanan parsial baik dari H2S maupun CO2
Dengan ditariknya kawat baja karbon 0,125 inch, maka:
A F
dengan, F
= 1286,52 lbs A = 0,0123 inch2 Maka, 0123 , 0 5 , 1286 = 104.595,12 PsiSelanjutnya regangan kawat di permukaan bisa didapatkan dengan menentukan modulus elastisitas kawat baja karbon di permukaan yang berbeda temperaturnya dengan di dasar sumur.
Modulus elastisitas dari kawat baja karbon 0,125 inch di permukaan pada temperatur permukaan (350C/ 950F) bisa dilihat dari tabel berikut ini.
Dari tabel di atas didapatkan modulus elastisitas kawat baja karbon 0,125 inch pada temperatur 950F adalah E = 29, 36 x 106Psi.
E e 6 10 . 36 , 29 12 , 595 . 104 e e = 3,56 . 10-3
Dan pertambahan panjang kawat baja karbon di permukaan sebesar, L = e . L0 L = 3,56 . 10-3 x 16.000 = 56,96 inch 3.2. Pembahasan
1. Beban yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch akan mempengaruhi tegangan tarik pada kawat baja karbon 0,125 inch.
2. Pada pemakaiannya kawat baja karbon 0,125 inch, sewaktu terjadi hentakan atas mendapatkan tegangan tarik sebesar = 104.595,12 Psi yang merupakan hasil dari hentakan mechanical jar
3. Dengan tegangan tarik yang dialami oleh kawat baja karbon 0,125 inch sebesar = 104.595,12 Psi, masih termasuk dalam elastic limit / 35-50 % dari tensile strength (tensile strength : 276 ksi), sehingga umur pemakaian kawat baja karbon 0,125 inch masih panjang.
4. Pertambahan panjang yang terjadi baik di dalam sumur maupun di permukaan harus diperhatikan, karena mempengaruhi keakuratan pengukuran kedalaman sumur.
5. Dengan adanya tekanan parsial yang diberikan oleh H2S kepada kawat baja
karbon 0,125 inch, harus diwaspadai mengingat kemampuan tekanan parsial H2S bisa merontokkan kawat. Sesuai dengan standar NACE bahwa
maksimum tekanan parsial dari H2S yang diijinkan adalah 0,05 Psi sehingga
kawat baja karbon 0,125 inch masih bisa digunakan untuk operasi intervensi sumur minyak.
6. Tekanan parsial yang diberikan oleh CO2 kepada kawat baja karbon 0, 125
inch juga harus menjadi perhatian dalam operasi intervensi sumur minyak. Tekanan parsial CO2yang melebihi limit yang ditentukan bisa mengakibatkan
korosi pada kawat baja karbon 0, 125 inch. Sesuai standar NACE bahwa maksimum tekanan parsial CO2yang diijinkan adalah 30 Psi.
